植被環(huán)境對使用GPS監(jiān)控定向運(yùn)動員訓(xùn)練效果的影響

謝 浩

(浙江財(cái)經(jīng)學(xué)院 東方學(xué)院，浙江 嘉興 314408)

植被環(huán)境對使用GPS監(jiān)控定向運(yùn)動員訓(xùn)練效果的影響

謝 浩

(浙江財(cái)經(jīng)學(xué)院 東方學(xué)院，浙江 嘉興 314408)

GPS已被應(yīng)用在定向運(yùn)動的多個領(lǐng)域，研究通過分析不同植被環(huán)境對使用GPS監(jiān)控定向運(yùn)動員訓(xùn)練時獲得航跡的精確度及所得航跡與運(yùn)動員返回終點(diǎn)后手繪軌跡間差異的影響。結(jié)果顯示GPS監(jiān)控運(yùn)動員訓(xùn)練所得航跡具有較高精確度，航跡測算所得運(yùn)動員運(yùn)動距離較運(yùn)動員實(shí)際運(yùn)動距離短，植被環(huán)境對GPS航跡測量誤差存在顯著影響。GPS可作為訓(xùn)練監(jiān)控的有效手段，但受植被環(huán)境的影響，在植被茂密區(qū)域使用仍存在一定限制性。

定向運(yùn)動；GPS；訓(xùn)練

定向運(yùn)動是一項(xiàng)參賽者借助地圖和指北針，在盡可能短的時間內(nèi)到達(dá)若干個被分別標(biāo)注在地圖上和實(shí)地中檢查點(diǎn)的運(yùn)動[1]。與其它在固定場地進(jìn)行競賽的體育項(xiàng)目不同，定向運(yùn)動比賽通常在校園、公園及森林中進(jìn)行，為獲得理想成績，運(yùn)動員常根據(jù)自身技能和身體狀況進(jìn)行越野跑。項(xiàng)目的這種特性也使教練員和觀眾無法實(shí)時掌握運(yùn)動員在競賽過程中的實(shí)際運(yùn)動狀況，使訓(xùn)練監(jiān)督及項(xiàng)目推廣都存在不小難度。盡管利用電子計(jì)時設(shè)備、視頻追蹤[2]等方法能夠?qū)\(yùn)動員在訓(xùn)練及競賽過程提供一些反饋，但均無法與地圖良好結(jié)合并完整體現(xiàn)運(yùn)動員在實(shí)地的運(yùn)動狀態(tài)。GPS技術(shù)的出現(xiàn)，特別是在美國軍方解除選擇可用性(SA，Selective Availability)之后，GPS的民用信號精度得到極大提高，使利用GPS對定向運(yùn)動員在訓(xùn)練及競賽現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控具備一定可行性[3]。GPS精度除受設(shè)備自身精度限制、傳播延遲誤差之外，還受使用場地植被環(huán)境的影響?，F(xiàn)有利用GPS監(jiān)控定向運(yùn)動員訓(xùn)練的研究多集中于利用差分GPS(dGPS，differential GPS)技術(shù)就追蹤軌跡、運(yùn)動速度和運(yùn)動中的錯誤等情況與生理指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析[4]，且設(shè)備價格昂貴，而鮮有就該技術(shù)使用時植被環(huán)境對其監(jiān)控訓(xùn)練效果的影響進(jìn)行探討。本研究旨在通過對比不同植被環(huán)境下使用普通GPS接收器監(jiān)控定向運(yùn)動員訓(xùn)練，探索不同植被環(huán)境對利用GPS監(jiān)控訓(xùn)練效果的影響，為該技術(shù)在定向運(yùn)動訓(xùn)練中更好應(yīng)用提供參考。

1 對象與方法

1.1實(shí)驗(yàn)對象

10名優(yōu)秀定向運(yùn)動員，具有多年定向運(yùn)動經(jīng)驗(yàn)，均在全國定向賽事中獲得前八名成績，年齡25～31歲，身體健康，實(shí)驗(yàn)前24h未從事劇烈運(yùn)動。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

受試運(yùn)動員隨機(jī)分入2組，分別完成以延徑(指跑動路線完全延道路前進(jìn)且道路上方無植被覆蓋)為主及連續(xù)樹冠下穿越為主的2種不同植被環(huán)境下進(jìn)行短距離定向運(yùn)動路線。其中，延徑為主環(huán)境場地平坦，路線共設(shè)10個檢查點(diǎn)，長度為1 478m，地圖比例尺為1:3 000，等高距2.5m；連續(xù)樹冠下穿越環(huán)境場地平坦，路線共設(shè)12個檢查點(diǎn)，長度為1 871m，地圖比例尺為1:4 000，等高距2.5m。

1.3 GPS軌跡記錄及信號分析

采用Garmin forerunner 405腕表式GPS接收器(無SA模式下誤差<10m， 采樣頻率1次/5s，重量60g)記錄運(yùn)動員運(yùn)動過程中的軌跡，并將所得航跡以GPX格式導(dǎo)入OCAD 9軟件進(jìn)行航跡與地圖的整合；同時還將收集運(yùn)動員返回終點(diǎn)后在地圖上手繪軌跡圖，掃描后，在OCAD 9中將軌跡矢量化。由于GPS航跡采用地理北極坐標(biāo)系，定向地圖采用磁北極坐標(biāo)系，兩者進(jìn)行整合時，需根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對地圖或者航跡進(jìn)行磁偏角角度調(diào)整，手繪軌跡在矢量化過程中則無需進(jìn)行此類調(diào)整。

進(jìn)入檢查點(diǎn)狀況的認(rèn)定：在整合后地圖上中，所得航跡拐點(diǎn)出現(xiàn)在具體檢查點(diǎn)圓圈內(nèi)且停留時間超過3s，則認(rèn)為運(yùn)動員完成該檢查點(diǎn)的到訪。

1.4數(shù)據(jù)分析

不同植被環(huán)境下，GPS航跡成功到訪路線中檢查點(diǎn)率的情況采用2個獨(dú)立樣本的檢驗(yàn)進(jìn)行分析；GPS航跡與運(yùn)動員手繪軌跡比較、GPS測量誤差(手繪軌跡與GPS航跡之差[5])，均采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析；統(tǒng)計(jì)工作采用SPSS for Mac 18 軟件進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1不同植被環(huán)境下，所得GPS航跡進(jìn)出路線中檢查點(diǎn)情況的分析

在以延徑為主和連續(xù)樹冠覆蓋為主的植被環(huán)境下，受試者路線執(zhí)行過程中進(jìn)入路線中檢查點(diǎn)率分別為98%和78.3%，對兩種不同狀況下的進(jìn)入率進(jìn)行2個獨(dú)立樣本的檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)兩者存在顯著差異(Asymp. Sig.(2-tailed)<0.05， Extra Sig.[2*(1-tailed Sig.)]<0.05)。

2.2不同植被環(huán)境下運(yùn)動員手繪軌跡與所得GPS航跡間的差異

對定向運(yùn)動員路線選擇執(zhí)行情況傳統(tǒng)的研究方法主要是對運(yùn)動員返回終點(diǎn)后手繪軌跡進(jìn)行分析，高水平運(yùn)動員通常能夠完整回顧自己路線選擇的執(zhí)行狀況。在本項(xiàng)研究中，路線簡單且受試者的競技水平均能保證其在返回后可準(zhǔn)確無誤記錄下自己在實(shí)地運(yùn)動的軌跡，該手繪軌跡能夠完全準(zhǔn)確的反映受試者在實(shí)地的運(yùn)動狀況。

我們對不同環(huán)境下兩種軌跡的長度進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，檢測顯示延徑植被環(huán)境t=4.824，P<0.05；連續(xù)樹冠覆蓋植被環(huán)境t=3.081，P<0.05，所得GPS航跡與手繪軌跡均存在差異，且兩種植被環(huán)境下，所得GPS航跡長度均小于手繪軌跡長度，其程度：延徑環(huán)境下為5%，連續(xù)樹冠環(huán)境下7.8%。

2.3不同植被環(huán)境對所得GPS航跡測量誤差的影響

我們將GPS航跡測量誤差定義為：運(yùn)動員返回終點(diǎn)后手繪軌跡長度與所得GPS航跡長度間的差值[5]。經(jīng)過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)F=0.622，P<0.05，顯示連續(xù)樹冠環(huán)境對GPS追蹤軌跡的測量誤差影響大于延徑環(huán)境。

表2 不同植被環(huán)境對GPS追蹤軌跡測量誤差的影響

3 討 論

3.1植被環(huán)境對所得GPS航跡進(jìn)入檢查點(diǎn)狀況的影響

GPS作為一種可以實(shí)時追蹤并記錄定向運(yùn)動員在實(shí)地運(yùn)動狀況的新工具在定向運(yùn)動訓(xùn)練當(dāng)中具有很好的應(yīng)用前景，但受其自身工作原理的限制。本研究發(fā)現(xiàn)所得GPS航跡在延徑為主與連續(xù)樹冠覆蓋的植被環(huán)境下進(jìn)出檢查點(diǎn)情況存在顯著性，顯示茂密的植被環(huán)境會降低GPS追蹤過程的水平精確度。此外，運(yùn)動員進(jìn)出檢查點(diǎn)是一個在較短時間內(nèi)發(fā)生運(yùn)動方向改變的過程，Witte等人的研究指出這也是降低GPS追蹤精確度的一個原因[6]。但從GPS軌跡與地圖整理狀況來看，兩種植被環(huán)境條件下，GPS軌跡均能良好反應(yīng)定向運(yùn)動員完成路線過程的趨勢，在實(shí)際操作過程中具有一定的應(yīng)用價值。

隨著技術(shù)的升級，GPS接收器在信號強(qiáng)度、精度等方面均得到提高，因此，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與PIOTR CYCH[5]先前的研究結(jié)果相差較大。

3.2植被環(huán)境對所得GPS航跡長度及誤差的影響

定向運(yùn)動員在實(shí)地運(yùn)動的速度與完成路線的實(shí)際距離是教練員在運(yùn)動監(jiān)控時十分關(guān)心的問題。為達(dá)到訓(xùn)練效果，提高定向運(yùn)動員的技術(shù)，教練員需要了解和掌握運(yùn)動員在運(yùn)動過程中定向技術(shù)的使用與跑動速度之間的平衡關(guān)系：即在何種跑速下運(yùn)動員仍能進(jìn)行良好的檢查點(diǎn)到訪而不致出錯。先前的分析僅能夠通過分段成績的解讀來實(shí)現(xiàn)，結(jié)合GPS技術(shù)后，教練員不僅能夠良好地掌握運(yùn)動員定向過程中的實(shí)際運(yùn)動距離，亦能了解其運(yùn)動速度的變化及其原因。

本研究通過對GPS航跡與運(yùn)動員返回終點(diǎn)后手繪軌跡的比較，發(fā)現(xiàn)在不同兩種植被狀態(tài)下，所得GPS航跡長度均受一定影響，均小于運(yùn)動員手繪軌跡，且連續(xù)樹冠覆蓋情況下對與GPS測量誤差影響程度明顯大于延徑狀態(tài)(F=0.622，P<0.05)。

所得GPS航跡長度小于運(yùn)動員手繪長度主要是由于運(yùn)動員在實(shí)地運(yùn)動過程中并非總是沿著直線運(yùn)動，且GPS接收器接收數(shù)據(jù)頻率較低(1次/5s)，兩者都會對追蹤所得GPS航跡精度產(chǎn)生影響。

以上研究顯示，利用GPS技術(shù)對定向運(yùn)動員進(jìn)行訓(xùn)練監(jiān)控具有較高的可行性，利用GPS航跡測算所得運(yùn)動員運(yùn)動距離較運(yùn)動員實(shí)際運(yùn)動距離短，植被環(huán)境不論對所得GPS航跡水平精確度，還是所得GPS航跡測量誤差均存在影響，隨著植被茂密程度的增加，影響程度也隨之加大，使GPS技術(shù)在該類區(qū)域內(nèi)使用時存在一定限制性。

此外，本研究所采用的實(shí)驗(yàn)場地均為地勢起伏不大并以大比例尺成圖的區(qū)域，精確度的探討也僅限于平面精確度，未就小比例地圖和高程精度等情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，由于地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和確定高程對GPS接收器對衛(wèi)星信號數(shù)量需求存在差異，不同植被環(huán)境中對上述問題的影響程度仍有待我們進(jìn)一步探索。

[1] 王翔，彭光輝，等.定向運(yùn)動[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2] Omodei,M.M,McLennan,J,& Whitford, P. Improving Decision Making in Complex Natural Settings: Using a Head-mounted Video Camera to Improve Performance of Competitive Orienteers[J].International Journal of Sport Psychology,1998, 29:115-131.

[3] 謝浩,王健.GPS技術(shù)在定向運(yùn)動中運(yùn)用的研究[J].浙江體育科學(xué),2009,31(1):61-64.

[4] Larsson P., Henriksson-Larsen K., The Use of the GPS and Simultaneous Metabolic Measurement in Orienteering[J].Medicine and Science in Sport and Exercise, 2001, 33: 1919-1924.

[5] Piotr cych. Possibilities of Constraints on the Application of GPS Devices in Control Orienteering Training[J].Studies in Physical Culture and Tourism,2006,13(2):109-115.

[6] T.H.Wittea, A.M.Wilsona. Accuracy of Non-differential GPS for the Determination of Speed Over Ground[J].Journal of Biomechanics, 2004,37:1891-1898.

TheEffectofDifferentVegetationEnvironmenttotheAccuracybyUsingGPSTracksOrienteeringTraining

XIE Hao

(Dongfang College,Zhejiang University of Finances and Economics,Jiaxing 314408,China)

GPS has been used in many aspects in orienteerin. This study compares the accuracy of the GPS tracking trail, the difference between the trails got by GPS and drew by the orienteers after they back to the finish in different vegetation environment. The result shows the accuracy of GPS tracking trail is good enough for it to be a useful tool in orienteering training. The GPS tracking trail is normally shorter than the trail drew by the orienteer. Meanwhile, errors increases in canopy acreages could be an operative tool in orienteering training. But the accuracy will descend in dense vegetation area.

orienteering；GPS；training

2011-02-21

謝 浩(1979-)，男，浙江杭州人，助教，碩士，主要研究體育教學(xué)、定向運(yùn)動.

1004-3624(2011)03-0063-03

G826

A