篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测方法

李戈 申晋波

(1.山西体育职业学院 山西太原 030006;2.太原工业学院 山西太原 030008)

篮球作为一项深受人们喜爱的体育运动，早在20世纪40年代就被列为世界奥运会比赛项目，篮球还是世界综合性锦标赛比赛项目。篮球运动不仅有利于改善运动员的心肺功能，同时也能锻炼运动员的意志品质以及团队精神，是一项促进健康的基础运动。有氧耐力训练是篮球运动员日常训练项目之一，主要目的是提高篮球运动员有氧耐力，但是因有氧训练心源性猝死事件偶有发生，给篮球运动项目蒙上阴影，所以部分体校已经将有氧耐力训练取消。在此背景下，探索科学、合理、安全、有效的有氧耐力训练方案，让体育学科为篮球运动开展保驾护航，是非常有意义的。在有氧耐力训练过程中，运动员心源性猝死的主要原因是训练强度过大，导致运动员心率负荷过高。运动员训练中训练强度非常关键，训练强度过小，则负荷强度就会降低，篮球运动员的机能得不到有效刺激，从而无法达到理想的有氧耐力训练效果；反之如果训练强度过大，则篮球运动员机体难以承受训练负荷，从而会对篮球运动员身体健康造成反作用，甚至会出现意外事故。因此，有必要对篮球运动员进行有氧耐力训练心率负荷预测，根据预测结果确定篮球运动员有氧耐力训练强度。但是，现行的预测方法在实际应用中不仅预测结果相对误差比较大，而且预测时间比较长，无法达到预期的预测效果，为此提出篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测方法。

1 篮球运动员有氧耐力训练心率数据统计

篮球运动员心率数据统计是心率负荷预测的首要步骤，故利用遥测心率仪采集到篮球运动员有氧耐力训练心率数据［1］。根据心率负荷预测需求，此次采用型号为KHFAH-A5F88遥测心率仪作为数据采集器，遥测心率仪主要由智慧心率遥测训练系统和心率腕表两部分组成，根据实际情况对遥测心率仪各项技术参数进行设定。为了保证心率数据信息采集的全面性，此次针对数据采集设定了一套有氧耐力训练方案［2］。在正式训练之前，对篮球运动员安静心率进行测定。篮球运动员佩戴心率腕表，身体处于静态，其计算公式为：

式中，s表示篮球运动员安静心率，即基础心率；t表示篮球运动员心跳时间；n表示篮球运动员心跳次数［3］。测量到运动员安静心率后，对篮球运动员进行身体脱梅指标测定，脱梅是指人体的能量代谢量，篮球运动员静坐10 s，10 s后做上下跳动动作，跳动幅度不能低于30 cm，运动时间为5 min，在该过程中读取心率腕表上显示的即刻心率，根据数据计算出篮球运动员脱梅值，其计算公式为：

式中，MET表示篮球运动员机能脱梅值；F表示运动过程中平均心率；H表示篮球运动员跳跃高度［4］。完成运动员脱梅测定后，当篮球运动员心率下降到80 bpm以下时，开始正式有氧耐力训练［5］。训练分三级，第一级训练为500 m长跑，运动员慢跑500 m，跑步速度不能超过1.5 m/s，也不能低于0.5 m/s，记录运动员500 m有氧慢跑训练过程中心率数据；运动员停止运动5 min，5 min后开始二级有氧训练，运动内容为1 000 m快跑，跑步速度要比第一级有氧训练快至少50%，然后停止运动，10 min后开始三级训练，三级训练为5 000 m有氧长跑，跑步速度要比第二级有氧训练慢20%左右，通过逐渐增加运动强度，使篮球运动员体温逐渐升高，心率从安静状态逐渐加快，整个运动时长控制在20～30 min［6］。在以上整个运动过程中，记录篮球运动员心率数据以及呼吸速率，将数据上传到计算机上，用于后续心率负荷线性回归分析预测。

2 数据预处理

在上述基础上，对采集到的数据预处理，确定各项篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测指标。首先，根据记录到的数据估算出篮球运动员心率储备值，其计算公式为：

式中，SRF表示篮球运动员心率储备值；u表示测试过程中篮球运动员最大心率值；k表示运动员年龄［7］。

其次，根据篮球运动员最大心率值估算出靶心率，其计算公式为：

式中，THR表示篮球运动员靶心率；p表示篮球运动员心率参考值，通常情况下男性篮球运动员心率参考值为240次/min，女性篮球运动员心率参考值为220次/min；g表示篮球运动员运动过程中单位时间内最多呼吸次数［8］。

最后，根据篮球运动员年龄和最小训练心率计算出运动员有氧心率阈值，其计算公式为：

式中，OKL表示篮球运动员有氧心率阈值；d表示篮球运动员最小训练心率［9］。

通过以上计算得到各项运动员有氧耐力训练心率负荷预测指标，考虑到各项指标量纲不同，为了保证预测结果的准确性，对运动员心率数据标准化处理，其用公式表示为：

式中，x表示标准化处理后的篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测指标数据；表示原始数据；xmin表示心率负荷预测指标数据最小值；xmax表示心率负荷预测指标数据最大值［10］。通过对数据标准化处理，消除预测指标数据量纲，将数据规范到区间0～1之间，以此完成对数据预处理。

3 心率负荷线性回归分析预测

各项预测指标与运动员心率负荷呈一定的线性关系，故采用线性回归分析法对篮球运动员进行有氧耐力训练心率负荷分析预测，将预处理后的各项指标代入心率负荷回归方程，计算心率负荷值：

式中，y表示篮球运动员有氧耐力训练心率负荷值；b表示常数项；v1、v2、v3、v4分别为各项预测指标回归系数，通常情况下，4个回归系数取值为108.14、0.514、0.264、0.341。以上计算得到的运动员心率负荷为理论值，考虑到理论与实际存在一定的差距，为了保证预测精度，采用经验系数法对预测值进行误差修正，其用公式表示为：

4 实验论证

4.1 实验准备与设计

以上设计的篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测方法在实际应用中效果并未得知，以下将设计一组对比实验，选择目前最为常用的两种方法作为对照对象，为了方便后续实验陈述，将两种方法分别用传统方法1、2表述。选择10名篮球运动员作为实验对象，其中男运动员与女运动员各5名，运动员平均年龄为22岁，平均体重为65 kg，平均身高为1.89 m，运动员身体健康状态良好，利用该文设计方法对10名篮球运动员进行有氧耐力训练心率负荷预测。按照上述流程对篮球运动员进行有氧耐力训练，统计数据并预测负荷心率，随机选取5名篮球运动员预测结果，如表1所示。

表1 运动员有氧耐力训练心率负荷预测结果

该文设计方法基本可以完成篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测任务，以下对具体预测效果进行评定。

4.2 实验结果与讨论

本次实验选择相对误差作为心率负荷预测方法第一评价指标，将篮球运动员心率负荷预测结果与实际负荷值比对，计算出相对误差，使用电子表格记录实验数据，具体数据表2所示。

表2 三种方法预测相对误差对比/%

从表2可以看出，3种方法在预测精度方面表现出明显的差异，设计方法平均相对误差为0.15%，误差低于1%，说明设计方法预测结果基本与篮球运动员实际心率负荷情况一致。与两种传统方法相比，设计方法预测误差比传统方法1低6.24%，比传统方法2预测误差低7.11%。因此，证明在预测精度方面设计方法优于两种传统方法。单一的评价指标不能全面反映预测效果，故将预测时间作为预测方法第二评价指标，以采集到的篮球运动员有氧耐力训练心率数据时间为开始时间，以输出预测结果时间为结束时间，统计预测时间数据，根据实验数据绘制三种方法预测时间对比图，如图1所示。

图1 三种方法预测时间对比图

从图1可以看出，3种方法在预测时间方面也表现出明显的差异，设计方法平均每个运动员有氧耐力训练心率负荷预测时间为1.14 min，传统方法1平均预测时间为5.42 min，传统方法2平均预测时间为7.15 min，两种传统方法预测时间均远长于设计方法。因此，根据以上实验数据和实验结果分析可以证明，无论是在预测精度方面，还是在预测速度方面，设计方法均表现出明显的优势，相比较两种传统方法更适用于篮球运动员有氧耐力训练心率负荷预测。

5 结语

心率负荷是篮球运动员有氧耐力训练过程中重要的监测指标，其对篮球运动员有氧耐力训练方案的设计及优化具有重要意义，此次结合实际需求，采用线性回归分析理论，设计了一种新的预测方法，有效提高了心率负荷预测精度和速度，为实际预测工作开展提供了理论支撑，同时也为该方面研究提供了参考依据。研究方法目前尚处于初步探索阶段，尚未在实际中得到大量的应用与实践，在某些方面或许存在不足，今后会在方法优化设计方面展开深层次探究，促进体育运动训练又好又快发展。