GPS记录时距和轨迹在定向运动技术训练中的应用实践

冯勇 臧玉华

摘 要：目的：在评估GPS测量时间与距离准确性的基础上，使用该技术探究不同场地竞赛环境下运动员路线选择与路线执行情况，并提供实例分析，以求为科学化的定向运动技术训练提供参考。方法：来自三所高校的24名专业定向运动员在不同天气状况下使用HOLUX-GPSport380仪先完成300 s的定向任务，然后完成400 m跑，最后使用该仪器在三种不同环境下完成特定定向任务。结论：GPS计时和测距均具有很高的准确性，并且几乎不受天气状况影响;在不同定向的环境中，男性运动员的技术均优于女性运动员。

关键词：定向运动技术训练;GPS轨迹;实践

Abstract： Purpose： On the basis of evaluating the accuracy of GPS time and distance measurement， this paper used this technology to explore the route selection and route execution of athletes in different competition environments， and provided an example analysis， in order to provide a reference for scientific directional sports technical training. Methods： The 24 professional orientation athletes from three universities completed the 300 s orienteering task first， then completed the 400 m sprint， and finally completed the specific orienteering task in three different environments by using the HOLUX-GPSport380 instrument under different weather conditions. Conclusions： GPS timing and ranging have a high accuracy， and are almost unaffected by weather conditions; in different directional environment， the technology of male athletes is better than that of female athletes.

Keywords： orienteering training;GPS locus;practice

定向运动是一项参赛者借助地图和指北针，在尽可能短的时间内到达若干个被分别标注在地图上和实地中检查点的运动[1]。定向运动比赛地点通常设置在校园、公园、郊外、森林里等地方进行，运动员的整体运动情况、出错率、线路选择合理性等无法得到有效的监控。这使得在平时训练中教练员很难准确掌握运动员的运动状况。而GPS技术的出现为解决这一难题提供了工具支持，其能够准确追踪运动员的行径轨迹，记录运动员跑步过程中的距离、速度、时间等参数，这为教练员准确掌握运动员训练状况提供了科学依据。但目前，民用GPS的定位距离误差为15 m，有时由于信号的强弱变化，这个数据可能为20～30 m[2]。这一缺陷使得需要准确评估GPS在定向运动中测量时距的准确性。如何提升教练员有效监控运动员在比赛和训练过程中的整体表现，从而提升定向运动训练手段、监控手段的科学化、信息化、数字化，是目前国内定向运动训练需要解决的重要问题。而GPS的线路记录功能可以有效解决此问题，但目前还未见相关报告。鉴于此，本研究探讨了GPS记录时距和轨迹在定向运动技术训练中的应用。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

根据Witte的建议[3]：GPS测量的准确性不受到受测者生物学因素（身高、体重、体能等）的影响，在此类研究中可进行重复测量测试，被试数量要求少。因此，本研究选取24名定向越野队队员作为研究对象，他们分别自四川师范大学、四川旅游学院、成都体育学院、西安体育学院，队员平均年龄为（21.2±2.4）岁，男女各一半。

1.2 实验器材

中国台湾产HOLUX-GPSport380接收器;OCAD 11.0;Quick Route。

1.3 研究设计

24名专业定向运动员在不同天气状况下使用HOLUX-GPSport380接收器。首先，在晴天状态下完成300 s的定向计时任务，之后休息120 s，然后完成400 m跑。其次，择日在阴天状态下完成上述相同测试。最后，使用该仪器在公园图、野外地图、等高线地图三种模式下完成特定定向任务。

1.4 数据统计与分析

描述性统计分析（平均数±标准差）显示不同天气状况下GPS测量距离和时间。利用[t]检验探究GPS测量距离、时间与标准时距的一致性。所有统计分析均采用SPSS 17.0完成，以[P]<0.05为显著性，[P]<0.01为非常显著性。

2 结果与分析

2.1 GPS总时间的测试

为了测试接收器在不同天气情况下的稳定情况，设定了时间检测环节，即要求运动员分别在晴天环境下和阴天环境下完成300 s的定向任务，然后自行记录GPS记录时间和标准秒表时间。不同天气状况下GPS总时间记录结果如表1所示。

2.2 GPS完全靜止时间的测试

完全静止时间是指运动员在运动过程中由于站立点丢失、静止读图、体能分配等因素，在训练和比赛过程中的停滞情况。完全静止时间是制约运动员运动节奏、检查点捕捉顺畅程度的重要因素。为了能够准确监测运动员完全静止时间的多少，分别对GPS在晴天、阴天环境下进行实验测试。不同天气状况下GPS完全静止时间测试结果如表2所示。

从表2可知，在晴天测试中（[t]=1.779，[P]>0.05）接受原假设，阴天测试（[t]=0.085 ，[P]>0.05）接受原假设，无显著性差异。因此，GPS能在阴天和晴天环境下准确捕捉运动员在训练和比赛中的完全静止时间。

2.3 GPS距离测试准确性分析

GPS软件会对实际的运动轨迹进行统计，因此，对于其自身准确性的测试是定向运动训练和比赛的重要性因素，是衡量运动员实际跑动距离的重要因素[4]。为了保证距离测试的准确性，测试场地为400 m标准跑道，分别对GPS在晴天、阴天环境下进行实验测试。不同天气状况下GPS总距离测试结果如表3所示。

从表3可以看出，晴天测试（[t]=0.931，[P]>0.05）接受原假设，两者无显著性差异，阴天测试（[t]=0.654，[P]>0.05）两者也无显著性差异。可见，GPS在晴天、阴天环境下都可以准确测量运动员的实际运动轨迹。

2.4 GPS运动轨迹分析

路线选择是定向运动最重要的部分，是反映运动员真实技术水平的重要标志。训练后得到运动员真实的运动轨迹是教练员了解运动员技术水平和整场技术发挥情况的重要赛后信息，也是教练员根据运动员路线选择情况调整训练计划的重要依据[5]。GPS训练中较重要的一个因素就是可以自动生成运动员的实际运动轨迹，且教练员从赛后生成的轨迹可以看出运动员整场的路线选择是否合理[6]，在哪些地形条件下出现方向转折，哪些路段中路线选择有误。研究者通过对不同场地环境下GPS轨迹进行分析，判断运动员的定向技术，并且通过GPS轨迹与真实线路的对比，判断运动员的手画轨迹是否是其真实的运动反映。

2.4.1 公园图GPS轨迹技术统计分析和实例

2.4.1.1 公园图GPS轨迹技术统计分析。公园、校园环境是定向运动训练与比赛的常用场地。在GPS轨迹技术测试中，重点测试运动员在精确定向检查点的捕捉、规定必经线路的执行及概略读图检查点的捕捉等环节的轨迹跟踪，统计结果如表4所示。

从表4可以看出，在精确定向技术路段，有47%的男子运动员和51%的女子运动员出现检查点捕捉不准确、重复搜寻等失误;在必须按照设定路线执行的路段，男子运动员有46%发生路线严重偏离的情况，女子运动员有一半以上（51%）出现路线偏离;在概略读图路段，有35%的男子运动员降低运动速度进行路线选择，有41%的女子运动员静止或者降低运动速度进行读图以及路线选择，严重影响了运动节奏，降低了检查点捕捉的准确性与流畅性。在整个测试阶段，男子运动员在三个环节测试过程中出错率低于女子运动员。

2.4.1.2 公园图GPS轨迹分析实例。运动员携带GPS的实际路线和训练结束后的手绘路线如图1和图2所示。

从图1和图2可知，运动员手绘轨迹显示，其较为顺畅地到达了8号点，但实际运动轨迹显示，从出发点离开的方向发生了严重偏离，先向西南方向运动，发现方向错误后又再次返回7号点，然后再进行了8号点的选择。可见，在实际运动过程中，存在方向严重偏离、参照物选择失误等技术问题。但是，在运动员训练后的手绘轨迹中，未反映实际运动情况，与实际检查点捕捉路线存在严重偏差。

2.4.2 彩色图GPS轨迹技术统计分析和实例

2.4.2.1 彩色地图技术数据统计分析。在定向训练过程中，彩色地图所占的比重较大，这使得彩色地图的技术训练更接近比赛状态[7]。在使用GPS的实验过程中，加大了彩色定向地图所占的比重。小环境攻击点选择、规定路线设置、未到访检查点是野外彩图训练的三个重要内容，实验结果如表5所示。

从表5可以看出，有23%的男子运动员和41%的女子运动员未能精确选择小环境的攻击点，从而造成检查点捕捉不顺利的情况;在规定路线考核中，仍有36%的男运动员、39%的女运动员出现路线偏离的情况;有16%的男运动员、10%的女运动员未到访检查点。

2.4.2.2 彩色地图GPS轨迹分析实例。野外图实际运动轨迹与手绘运动轨迹如图3和图4所示。

由于6号点与7号点都在山顶范围内，植被状况、地形、地物状况高度相似。在实际运动过程中，部分运动员没有到访7号点，但在训练结束后的手绘轨迹中，运动员又绘制了到访7号点的轨迹路线。可见，运动员在路线描绘过程中，未能真实反映运动情况。这也是制约训练效果和赛后分析的重要因素。

2.4.3 廊式定向GPS轨迹技术统计分析和实例

2.4.3.1 廊式定向GPS轨迹与运动员实际手画轨迹对比分析。廊式训练是定向训练中训练运动员方向性的主要手段，主要训练运动员在参照物不完全的情况下准确捕捉检查点[8]。平行错误廊式定向、捕捉检查点的准确性是检验运动员在训练过程中技术水平提升的重要技术环节，实验结果如表6所示。

通过对廊式定向数据进行统计分析可以看到，在廊式定向训练过程中，有48%男子运动员和57%的女子运动员对检查点捕捉不准确;在平行错误环节中，有39%的男子运动员和43%的女子运动员出现平行错误。

2.4.3.2 廊式定向GPS轨迹分析实例。野外实际运动轨迹和手绘运动轨迹如图5和图6所示。

从图5可以看出，在实际轨迹中，运动员在5号点到6号点的过程中，由于从出发点离开的方向出现重大错误，先到访了7号点，然后才到了6号点，整个检查点的捕捉存在严重的技术失误。从图6可以看出，路线反映5号点到6号点的路线未发生任何技术失误。两个地图所反映的情况出现了极大偏差，可见，运动员在赛后分析时绘制的路線并未真实反映其运动路线和行进情况。

3 结论

①GPS中的轨迹、距离测量、时间测量具有较高的准确性，同时在定向训练过程中的误差不影响实际技术训练的效果。

②轨迹测量与运动员赛后手绘路线可以有效反映运动员的实际情况、运动员的心理状态等，有助于提高教练对运动员的过程监督与赛后技术分析。

③在公园、校园环境下，野外地形下以及城市与野外结合的混合地形下，男性运动员的出错率低于女性运动员，整体综合技术优于女性运动员。

参考文献：

[1]王翔，彭光辉.定向运动[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]李天文.GPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2003.

[3]Witte T H，Wilson A M . Accuracy of non-differential GPS for the determination of speed over ground[J]. Journal of Biomechanics，2004（12）：1891-1898.

[4]谢浩.植被环境对使用GPS监控定向运动员训练效果的影响[J].浙江体育科技，2011（3）：63-65.

[5]孙二娟.我国定向越野优秀运动员竞技能力现状实证研究[D].北京：北京体育大学，2008.

[6]王健.GPS技术在定向运动中运用的研究[J].浙江体育科技，2009（1）：61-64.

[7]刘宗惠，吴龙.定向越野技能训练[J].科教文汇，2007（5）：1-3.