田徑短跑中電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)測量方法有效性的研究

謝洪昌，羅江南

(湛江師范學院體育科學學院，廣東湛江 524048)

反應是指人對某一刺激做出回應所需要的最短時間，對運動員反應時間要求最為嚴格的莫過于短跑項目的起跑反應［1］。短跑的起跑反應時是指引起表露于外的反應開始動作所需要的時間，即從刺激到反應之間的時距［2］。心理學上反應時的定義是:從刺激出現(xiàn)到反應開始之間的時間間隔為反應時或反應的潛伏期。如果出現(xiàn)的刺激只有一個，要求被試所做的反應也是一個，并且二者都是固定不變的，在這種條件下測得的反應時叫做簡單反應時［3］。100m賽跑時，運動員聽到槍聲再蹬腿起跑的時間是一種典型的簡單反應時［1］。在短跑比賽項目，起跑反應時間是判斷運動員起跑是否搶跑犯規(guī)重要指標。所以，如何客觀準確地測量起跑反應速度就是廣大體育工作者非常關注的課題之一。目前，所有的重要比賽中都采用電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測運動員是否搶跑犯規(guī)。在電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中，運動員起跑反應時間的判定是從運動員聽到發(fā)令槍聲到起跑動作施加于起跑器的壓力達到設定的閾值所需的時間，這個時間也就是官方所公布的起跑反應時。反應時測量是測量刺激開始到反應開始之間的時間長短。但目前電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中，起跑反應時是一個測量值，是從槍聲刺激開始到運動員蹬力達到設定閾值的時間長短，它比真正要測量的反應時長。它由實際反應時和反應動作時兩個時間段組成。反應時的測量值(起跑反應時TRt)等于刺激出現(xiàn)到反應開始之間的時間間隔(實際反應時Rt)和蹬力達到設定閾值的運動時間(反應動作時 M t)之和。即:TRt=Rt+M t［4］。第 16 屆廣州亞運會采用的Fairplay電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)所設定壓力閾值男為40kg，女為35kg。在測量反應時時，在壓力閾值相同的情況下，反應動作時有多長，與反應時的相關程度如何，是評價反應時測量方法有效性的重要因素。如果反應動作時較長，占起跑反應時的比重較大，并且反應動作時的個體差異很大，起跑反應時就不能完全反映運動員實際的起跑反應時間。也就是說，反應時的測量方法有效性值得懷疑。如果反應動作時很短，并且反應動作時的個體差異很小，那么，反應時測量值(起跑反應時)就可以代表運動員實際的起跑反應時間，此測量方法的有效性就高。電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)的重要使命是測量運動員的起跑反應時，并通過測得的起跑反應時是否超過國際田聯(lián)的起跑反應極限來判定一個運動員是否搶跑犯規(guī)。起跑反應時包括反應動作時，反應動作時對搶跑犯規(guī)的判罰影響有多大，是否能保證競賽的公平性，這也是決定目前反應時測量方法有效性的關鍵。為了回答這些問題，本研究從統(tǒng)計學的角度，對影響反應時測量有效性起關鍵作用的反應動作時進行測量，分析起跑反應時測量方法的有效性，并提出一種全新的反應時測量方法，以提高起跑反應時測量的有效性，以保證體育競賽的公平性。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

以第16屆廣州亞運會田徑短跑354人次男、女運動員起跑后蹬的時間－壓力曲線為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法:對國內外目前短跑起跑反應時的研究情況進行評述。

1.2.2 電子起跑監(jiān)測記錄:用Fairplay電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)對運動員起跑反應時進行監(jiān)測、記錄，并將獲得的起跑后蹬的時間－壓力曲線圖形的數(shù)據(jù)進行測量。

1.2.3 邏輯推理法:采用運動技術和生物力學結合方法，對影響反應時間的因素進行邏輯推理和分析。

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計法:所有數(shù)據(jù)采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 起跑反應時中3個時間段的測量及劃分

圖1 起跑后蹬的時間－壓力曲線

隨著科學技術的高度發(fā)展，自從電子起跑器問世后，大型運動會都是采用電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)來判定運動員的起跑反應時。它通過安裝在運動員起跑器上的電子起跑監(jiān)測器，對運動員起跑后蹬的時間－壓力進行測量，以運動員起跑動作施加于起跑器的壓力達到設定閾值的時間，從而間接推斷運動員起跑反應時是否超限，來判定運動員起跑犯規(guī)的情況。運動員在蹬踏起跑器到雙腳離開起跑器這一過程當中，會在電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中形成一個起跑后蹬的時間－壓力曲線(見圖1)。圖中A段即橫坐標0到壓力曲線的壓力閾值位置就是在電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中運動員的R(起跑反應時)。根據(jù)起跑反應過程中時間及蹬力的變化情況，可以將起跑反應時分成2個時間段:(1)實際反應時:圖中B段即橫坐標0到壓力曲線的翹起位置就是運動員的實際反應時，即運動員從聽到槍聲到開始蹬起跑器所用的時間，是運動員對槍聲真正做出反應的時間［5］;(2)反應動作時:圖中C段即橫坐標壓力曲線的實際反應時的位置到壓力閾值位置的這段時間是運動員反應動作時，是起跑反應時與實際反應時的差值。

2.2 起跑反應時3個時間段個體差異的統(tǒng)計分析

表1 起跑反應時3個時間段個體差異的統(tǒng)計結果

起跑反應時的變異系數(shù)約為25.71% ，小于實際反應時變異系數(shù)的28.27%。說明實際反應時個體差異大于起跑反應時，因此，目前使用壓力閾值所測量出來的起跑反應時來作為實際反應時的測量值，減小了實際反應時的個體之間的差異程度，也必然降低了反應時測量的有效性。其次，反應動作時的變異系數(shù)為50.67%，明顯高于起跑反應時和實際反應時。也就是說，反應動作時的個體差異明顯大于起跑反應時和實際反應時，這充分說明反應動作時對反應時的測量結果有著顯著的影響，是造成起跑反應時的變異系數(shù)小于實際反應時的變異系數(shù)的重要原因。

2.3 起跑反應時、實際反應時和運動時之間的相關分析

起跑反應時與實際反應時之間的相關系數(shù)為0.86，為高度正相關關系;也就是說，如果把實際反應時的測量結果作為效標，反應時測量的有效性為0.86。起跑反應時和反應動作時之間的相關系數(shù)為0.57，為低度正相關關系。反應動作時與實際反應時之間的相關系數(shù)為0.08，為不相關關系。電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)將蹬力達到閾值作為測量反應時的間接方法，但反應動作時與實際反應時并不相關，將無關因素列入到運動員的反應時測量當中，必然對測量的結果有著重大影響，無法反映出運動員真正的起跑反應時間。楊博民等人曾對80名受試者的手簡單反應時和運動時進行過相關比較研究，兩者的相關系數(shù)為0.21s［3］，與本研究的結論基本一致。說明反應速度和動作速度測量互相不能替代。目前在電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中，起跑反應時包含了實際反應時和反應動作時，用起跑反應時來評定運動員的反應速度，這顯然是不科學的。只有去除反應動作時這個無關因素，才能更客觀準確地評價運動員起跑反應時。

表2 起跑反應時、實際反應時和反應動作時之間的相關系數(shù)

2.4 使用固定的壓力閾值測量反應時的弊端

2.4.1 無法反映出真正的反應時間以及反應時間的個體差異

運動員的起跑反應時由反應動作時和實際反應時組成。反應動作時雖然包括在起跑反應時當中，但它實際上是運動員的反應動作時間，即運動員蹬踏起跑器的時間，而不是運動員對槍聲的應答時間，這個時間段與運動員的反應快慢是無關的。反應動作時占起跑反應時的比重越大，起跑反應時與實際反應時的差別就越大。從表1可知，反應動作時的均值為46.82ms，起跑反應時的均值為185.97ms，反應動作時占起跑反應時的25.17%，是起跑反應時重要組成部分。反應動作時占起跑反應時25.17%，即起跑反應時的誤差為25.17%。如果反應動作時上，不存在性別、項目及個體的差異，這不失是一個良好的測定運動員起跑反應時的方法。作為一個測量反應時的方法，反應動作時是運動員反應動作時間，實際反應時才是運動員真正對槍聲應答時間。反應動作時占起跑反應時比重越大，其誤差就越大。其中有3人次的反應動作時所占的比重超過了實際反應時所占的比重，得出的起跑反應時與實際反應時的誤差超過50%。所有樣本中，反應動作時占起跑反應時的比重，最大者為63.4%，實際反應時只占起跑反應時的36.6%，反應時的測量值與實際反應時間的誤差是63.4%，無法反映出運動員的真正的起跑反應時間。

由此可知，起跑反應時作為一個測量值，無法反映出運動員真正的起跑反應時間以及運動員反應時間的差異，電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)將蹬力達到閾值作為測量運動員起跑反應時的間接測量方法存在明顯缺陷。

2.4.2 違背了國際田聯(lián)規(guī)則中的公平原則

在電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中，運動員是否搶跑犯規(guī)是根據(jù)運動員的起跑反應時來判斷的，而起跑反應時是通過測量運動員蹬力達到設定的壓力閾值時間得到的。電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中，壓力閾值的是固定不變的，由于運動員的性別、項目以及個體的能力的差別，因此不同的運動員在反應動作時上具有顯著個體差異。根據(jù)爆發(fā)力指數(shù)公式:爆發(fā)力指數(shù)=達到的力值(△F)/達到力值所需時間(△T)［6］。后蹬力量大，爆發(fā)力強的運動員反應動作時相對要小。后蹬力量大、爆發(fā)力強對于短跑運動員來說是獲得好成績的良好保障，但對于運動員起跑反應來說，越快達到壓力閾值，意味著起跑反應時越短，這也同時意味著更容易造成起跑反應時超限犯規(guī)。運動員反應動作時的平均值是46.82ms，國際田聯(lián)的起跑反應極限是100ms［7］，運動員反應動作時的平均值占起跑反應極限的比重是46.82%，起跑反應極限包括反應動作時，因此，判斷運動員的是否搶跑犯規(guī)的誤差也是46.82%。運動員反應動作時對運動員起跑反應時是否超限犯規(guī)有著重要的影響。反應動作時，最快的是男子100m決賽項目中的第8道選手，時間為15ms，最慢是男子200M項目預賽第一組的第4道選手，時間為143ms，兩者相差128ms。這說明，在目前的電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)下，如果兩名運動員的實際反應時相同，那么前者要比后者的起跑反應時快128ms，因此，在同等條件下，前者要比后者出現(xiàn)起跑反應超限犯規(guī)的可能性顯著增加。例如，在男子110m欄預賽第2組當中，第4道的運動員實際反應時是58ms，反應動作時是24ms，起跑反應時是82ms，低于國際田聯(lián)規(guī)定的100ms的反應極限，因此被判犯規(guī)。同組當中，第5道的運動員實際反應時是38ms，反應動作時是66ms，起跑反應時是104ms，高于國際田聯(lián)規(guī)定的100ms的反應極限，卻是一個非常好的起跑。

在全部354名男、女運動員的起跑后蹬的時間－壓力曲線樣本中，共有17名運動員反應動作時超過了100ms，而國際田聯(lián)起跑反應極限是100ms，運動員反應動作時占起跑反應極限的比重超過了100%，因此判斷運動員的是否搶跑犯規(guī)的誤差也超過了100%。這意味著這些運動員即使在槍響之前就開始蹬地發(fā)力，也不會因此給電子起跑反應監(jiān)測系統(tǒng)捕捉到，從而從中獲益。另外，共有3人次起跑未能測量到起跑反應時，其中女子100m跑預賽有1人次，女子400跑預賽有2人次，原因是蹬力未達到35kg的設定壓力閾值。對于蹬力小于壓力閾值的運動員，電子監(jiān)測系統(tǒng)完全失去了它應有的作用，根本無法對運動員起跑反應時間是否超限作出判斷。在這兩種情況下，電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)將蹬力達到閾值作為測量運動員起跑反應時的測量方法有效性為0。

根據(jù)2010年1月1日起開始執(zhí)行的2010－2011年國際田聯(lián)田徑競賽規(guī)則，除全能項目之外，運動員搶跑一次即被罰出場，失去繼續(xù)比賽的資格［7］，因此，起跑反應時測量關系著運動員的比賽資格，對短跑項目的比賽意義重大。目前的電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)用一個固定的壓力閾值來判定運動員的起跑反應時，沒有考慮運動員的個體差異，明顯存在的不公平，違背了國際田徑規(guī)則中的公平原則，必將對田徑短跑項目的競賽及發(fā)展產生嚴重的負面影響。

2.5 以實際反應時作為起跑反應時的測量值是合理的測量運動員反應時的方法

電子起跑監(jiān)測系統(tǒng)中，運動員起跑的后蹬壓力曲線在運動員聽到槍聲后，壓力曲線在經(jīng)過一段與橫坐標重合的時間之后，突然由水平向上翹起，蹬力迅速由0上升，達到壓力閾值，并在到達蹬力的第一峰值后開始回落。壓力曲線突然由水平向上翹起的時刻就是運動員的實際反應時(見圖1)。反應時測量就是要測量刺激開始到反應開始之間的時間長短。當運動員的起跑動作施加于起跑器時會引起壓力的上升，這時就會在電子監(jiān)測系統(tǒng)中造成時間－壓力曲線突然由水平向上翹起，這個時刻就是運動員反應動作開始。槍聲是刺激的開始，從槍聲到運動員反應動作開始就是從刺激到反應之間的時距，是引起表露于外的反應開始動作所需要的時間，是運動員真正的起跑反應時間，在時間－壓力曲線上即是運動員的實際反應時。反應動作時是運動員蹬踏起跑器的時間，是運動員對槍聲作出相應動作的時間，與反應時間無相關性，不包含反應動作的實際反應時才是運動員真正對槍聲應答時間。因此，可以將實際反應時作為運動員的起跑反應時的測量值，準確地反應出運動員的反應時間，消除反應動作時對運動員的起跑反應時測量的干擾，以確保競賽的公平性。

3 結論

3.1 反應動作時間存在著顯著的個體差異，其個體差異明顯大于起跑反應時和實際反應時，對反應時的測量結果有著顯著的影響。

3.2 反應時測量值當中包括反應動作時，但反應動作時與實際反應時并無相關性，反應速度和動作速度測量互相不能替代。

3.3 起跑反應時無法反映出運動員真正的起跑反應時間以及運動員反應時間的差異。

3.4 使用固定的壓力閾值來測量運動員的反應時間，沒有考慮運動員的個體差異，違背了國際田徑規(guī)則中的公平原則。

3.5 應以實際反應時作為運動員的起跑反應時的測量值，以確保競賽的公平性。

［1］張?zhí)锟?分秒之爭［J］.生命世界，2008(8):50－53

［2］李岳兵，陳紅華.不同年齡組別短跑運動員起跑反應時的對比研究［J］.吉林體育學院學報，2009(3):31－32

［3］楊博民.心理實驗綱要［M］.北京:北京大學出版社，1989:83－88

［4］袁盡州.反應時測量方法有效性的研究［J］.體育科學，2001(5):90－92

［5］羅江南，等.第16屆亞運會100m跑男、女運動員起跑反應時的差異研究［J］.中國體育科技，2011(4):14－18

［6］宋雅偉.爆發(fā)力概念及其訓練的初步探討［J］.南京體育學院學報，1997(2):50－54

［7］中國田徑協(xié)會.2010－2011田徑競賽規(guī)則［M］.北京:人民體育出版社，2010:162，165－166