籃球運動員運動負荷監(jiān)控方法的研究進展

楊 強 朱 東 李曉霞

(1.四川師范大學 體育學院，四川 成都 610101;2.成都體育學院，四川 成都 610041)

隨著科學技術和競技體育訓練水平的迅速提高，運動訓練的科學性越來越受到重視。[1]因此，在籃球運動中，為了提高球員的能力，實施有效的科學訓練策略是非常重要的，而有效的訓練策略取決于有效的運動監(jiān)控。[2]Akubat將運動負荷監(jiān)控分為：運動學指標的監(jiān)測和生理生化指標的監(jiān)測[3]。其中運動學指標監(jiān)測包含運動捕捉監(jiān)控(TMA)、GPS監(jiān)控及加速度計傳感器測量等；生理生化的監(jiān)測指標有：血液學指標、心率(HR)等；而基于心率的訓練負荷監(jiān)測主要包含四種：Banister 模型、Lucia模型、主觀體力感覺評定模型以及累加心率模型(SHRZ)。結合這兩類監(jiān)控方法對運動員制定有效的個體化訓練策略，能夠顯著地提高籃球運動員的體能訓練效率。本文將對上述方法進行系統的評述，分析其優(yōu)缺點，討論如何有效地將監(jiān)控方法與籃球運動實踐相結合，力求為教練員與運動員在訓練和比賽期間調整訓練方法與戰(zhàn)術提供實踐建議。

1 運動學指標監(jiān)控

1.1 運動捕捉監(jiān)控(TMA)

運動捕捉監(jiān)控(Time-motion Analysis)是通過處理由高速攝像機捕捉到的連續(xù)運動圖像以獲得所需的信息，即隨著時間的推移來跟蹤圖像中的特定對象，以確定對象的大小及運動軌跡等。其功能主要是對數據進行計算處理分析來獲得運動員速度、運動覆蓋范圍、持續(xù)運動時間以及移動次數等指標。[4]其操作簡單，因此被廣泛應用于籃球訓練和比賽監(jiān)控。但是，數學模型的多樣性、可靠性以及時效性都限制了TMA在籃球運動員監(jiān)測中的使用，因此找到一種更加方便的運動學監(jiān)測替換TMA是很有必要的。[5]

因為運動員的動作容易受人為誤差影響而被誤判，使得分析數據時必須要求分析員具備相關知識，這導致了TMA使用受限。[6]而每個運動類別通過記錄運動頻率、持續(xù)運動時間以及在比賽時間中占有的比例來識別。但是運動類別存在誤判的可能性，因為在籃球訓練和比賽中會出現例如戰(zhàn)術的重新規(guī)劃、中場休息、犯規(guī)和罰球等導致了頻繁地暫停，這使得運動的分類出現了模糊解讀。因此，使用TMA來監(jiān)測籃球運動是不太適用的。

1.2 微傳感分析

除了運動捕捉監(jiān)控以外，不少研究者還使用微技術來監(jiān)控籃球運動訓練。其中微技術指全球定位系統(GPS)和微傳感器。GPS使用衛(wèi)星導航監(jiān)測運動位置和速度，而微傳感器通常是指由三軸加速度計、陀螺儀和磁力儀等組成的多傳感設備。[7]與GPS相比，微傳感器其設備簡單，操作方便，信號干擾小，不會給運動員帶來額外的負擔，這就為捕捉籃球運動員的動作提供了便利的解決方案。其具體工作原理如下，微傳感分析主要是將三軸加速度傳感器固定在運動員身上，通過監(jiān)測在空間坐標系下x、y、z運動平面上的瞬時加速度變化并計算處理來得到所需的測量變量。其處理公式如下，其中Ac1、Ac2、Ac3是三軸加速度計的正交分量，0.01是比例因子[8]:

(1)

加速度計具有響應快、重量輕、數據簡單和準確度高的優(yōu)點，并且可以使用自定義的運動算法來分析，能夠幫助分析人員快速捕捉運動員的動作。[9,10]例如，史文哲等基于慣性傳感器加速度計等儀器，分析識別出了籃球運動中的一些姿勢，如運球、投籃、跑步、跳躍等身體姿態(tài)，證明了加速度計對籃球運動姿態(tài)識別具有一定的實用價值。[11-14]因此采用微傳感加速度計來進行運動監(jiān)控測量是一條可行的方案。但是，目前關于籃球方面的加速度計研究比較少，并且這些研究的樣本量很少，只有少量的訓練周期和比賽周期數據，缺乏完整性和可靠性。

2 生理生化指標監(jiān)測

2.1 血液學指標

當前適用于體現籃球訓練生物化學反應的血液學指標主要分為：血紅蛋白(Hb)、紅細胞數(RBC)、白血胞(WBC)、血尿素氮(BUN)、血乳酸(BLa-1)、血清酶CK和LDH等。這些指標可以為教練員提供球員在訓練和比賽期間身體監(jiān)控的信息。[15]血乳酸(Bla)在籃球運動中的應用更為頻繁，這可能是因為僅需要使用便攜式設備采取毛細血管樣本，這就減少了影響運動員機能的可能性。[16]在血乳酸的研究中，田學禮等研究認為籃球比賽屬于無氧運動為主有氧運動為輔的高強度對抗賽，而血乳酸的含量高低代表了無氧運動下持續(xù)運動能力的高低，因此，可用來評定籃球運動員訓練水平并以此為依據來挑選更優(yōu)秀的運動員。[17]孫魯岷等人的研究驗證了這個觀點，在籃球訓練中，處于前鋒位置的運動員運動強度大、負荷高，因此其血乳酸含量相較于其他位置的選手更高。[18]所以，在籃球訓練中，針對不同位置運動員依據其所需訓練強度的不同可制定對應的訓練方法，例如運動強度需求更大的籃球運動員，可制定血乳酸訓練，以提高其無氧運動時血乳酸含量，保證有效地供能來滿足運動需求。但是這仍然不能避免血乳酸在籃球應用中的局限性。

2.2 心率(HR)

正常人安靜狀態(tài)下每分鐘心跳的次數被稱為心率(HR)，由于心率的無創(chuàng)性、方便性以及連續(xù)性，使得其被更廣泛地應用于籃球訓練和比賽中。[19-21]然而有研究指出，心率評估分析可能會低估運動強度。[22]這種差異是由于心率響應的滯后性，即在中低運動強度轉換到高強度運動過程中，心率響應時間的延遲，使得運動強度仍被低估為中低運動強度。為了降低這個影響，心率可以與其他措施相結合運用，例如基于心率的訓練負荷模型。[23]

3 訓練負荷模型(TL)

3.1 Banister模型

Banister模型將靜息心率值(HRrest)、最大心率值(HRmax)和平均心率值(HRex)結合到一個預定的公式中(2)。該公式使用在遞增運動期間獲得的心率和血乳酸之間的已知指數關系來估計內部負荷。其中，x=(HRex-HRrest)/(HRmax-HRrest)。

(2)

分析公式可知，Banister模型適合應用于籃球運動中，因為它僅有一個心率指標，且心率的收集不會影響籃球訓練。然而，這個模型需要精確地靜息心率值和最大心率值，如果測量不準確，則響應結果也是不精確地。[24]此外，模型主要采用標準乳酸曲線來監(jiān)測對運動的響應，會隨訓練模式和有氧無氧運動的變化而變化，并且該模型沒有將個體差異化考慮進去，這是一個很大的局限性。因此，相較于Banister模型，能夠捕捉個體差異并監(jiān)測負載變化的其他運動負荷模型如Lucia模型或SHRZ更適合進行籃球運動的監(jiān)控。

3.2 Lucia模型

Lucia模型是根據心率和血乳酸來評估籃球運動員運動時的生理負荷，然而與Banister模型不同的，該模型考慮了不同負荷強度因素。這個模型給予不同血乳酸區(qū)間內的心率值以不同的權重，進而整體評估籃球運動員生理負荷。其主要公式如下：

Load=(duration in zone 1×1)+(duration in zone 2×2)+(duration in zone 3×3)

(3)

其中zone 1 表示當血乳酸[BLa-1]<2.5 mmol·L-1時的心率次數，zone 2表示當血乳酸2.5 mmol·L-1≤[BLa-1]≤4.0 mmol·L-1時的心率次數，zone 3表示當血乳酸[BLa-1]>4 mmol·L-1時的心率次數。

由于血乳酸對個體的運動響應有極大的差異性，因此該模型考慮了乳酸閾，以此來評估生理負荷。[25]其研究發(fā)現在籃球這樣主要依賴無氧代謝途徑的運動中，乳酸閾是生理機能的轉折點，通常這也是疲勞產生點。因此Lucia的模型將籃球運動員[BLa-1]>4 mmol·L-1強度所對應的心率區(qū)間的持續(xù)工作時間考慮進去，從而能夠更全面地表達籃球訓練和比賽中的生理負荷。不過，雖然Lucia模型通過確定個體血乳酸和心率之間的反應來克服了Banister模型中的局限性，但實用性并不強，例如運動員必須穿戴專業(yè)設備來完成遞增負荷測試才能確定血乳酸閾值所對應的心率。因此，該模型不僅需要額外的時間來進行運動測試，還需要專業(yè)知識來解釋數據。此外，Scanlan等人通過測量模擬籃球運動訓練中男籃運動員在10到40分鐘內的血乳酸及心率，代入到Lucia模型和Banister模型中發(fā)現，Lucia模型的相關性為r=0.15-0.22，Banister模型的相關性為r=0.01-0.07，均表現出很低的相關性。[26]因此，在籃球訓練和比賽中，尋找一種替代Lucia模型的監(jiān)測方法是有必要,而主觀體力感覺評定模型sPRE模型正逐步得到研究者的青睞。

3.3 主觀體力感覺評定模型(sRPE)

主觀體力感覺評定模型sRPE(Session-Rating of Perceived Exertion Model)是用個人的主觀體力感覺來評定運動負荷，計算公式是主觀體力活動感覺(RPE)乘以運動持續(xù)時間(分鐘)。該模型具有無創(chuàng)性和計算簡單的優(yōu)點，但需要運動員對比賽或訓練期間內的RPE有準確的感知。多數文獻針對訓練期間的主觀體力感知進行探討，極少的文獻涉及到監(jiān)測比賽期間的球員，只有一項研究在比賽期間提及了sRPE，[27]然而，應該注意的是本體主觀感知測量可能受心理因素影響，如與比賽相關的壓力和焦慮等，進而產生較大的誤差，在比賽中運用應謹慎。

3.4 累加心率模型(SHRZ)

SHRZ模型是量化籃球生理生化指標的另一種方法，數據的采集方便、高效，并且不會影響運動員訓練和比賽。其模型主要是由心率在各區(qū)間的持續(xù)時間，乘以相應的權重來計算評估總的生理負荷，其公式為：

SHRZ= (duration in zone 1×1)+(duration in zone 2×2)+(duration in zone 3×3)+

(duration in zone 4×4)+(duration in zone 5×5)

(4)

其中zone 1表示最大心率值HRmax的50%-60%，zone 2表示最大心率值的60%-70%，zone 3表示最大心率值的70%-80%，zone 4表示最大心率值的90%-100%。

但到目前為止，只有很少的文獻對實用性進行了報道，Conte. D認為持續(xù)運動時間的差異性會直接影響SHRZ的值，目前都沒有一個綜合地研究探討SHRZ在籃球運動監(jiān)控上的優(yōu)勢。因此，鑒于SHRZ在籃球領域負荷監(jiān)控的實際優(yōu)勢，應該進一步研究和驗證。

4 小結與展望

本文對運動監(jiān)控的兩大類指標(運動學監(jiān)測監(jiān)控和生理生化指標監(jiān)測)進行了在籃球運動中應用和研究情況進行了介紹和分析。發(fā)現可穿戴設備監(jiān)控，如微傳感監(jiān)控與訓練負荷模型監(jiān)控等，是一種可量化籃球訓練和比賽負荷的方法，具有數據采集方便、不影響運動員訓練的優(yōu)點，并且能同時進行運動學指標和生理生化指標的監(jiān)測，使得它非常適合籃球運動監(jiān)控。在長期監(jiān)控的基礎上，可以得到一系列有效的分析數據使得教練團隊能夠更好地管理球隊并對個體球員的訓練安排進行適當的實時調整，降低球員疲勞值和傷害風險。

基于可穿戴設備監(jiān)控的優(yōu)點，其相似類型設備在比賽中的有效性和實用性。我們認為更簡化的操作流程，更少地對運動員本身進行干擾的監(jiān)控手段仍然是未來主流研究方向。未來的研究可能更傾向于使用人工智能(Artificial Intelligence)來進行運動負荷監(jiān)控，另外不可忽視智能手機端專業(yè)app的研發(fā)，這些方向在未來都將為籃球運動員負荷監(jiān)控做出貢獻。

但是目前關于可穿戴設備監(jiān)控在訓練和比賽中的有效性和適用性研究不多，未來在探究其有效性和適用性研究時，需要將籃球運動員的主打位置、年齡和競爭水平這些因素考慮進去，確保監(jiān)控的通用性。因此，制定一套數據收集準則以及確定如何更好地分析數據并得出結果是一種非常值得研究的方法，這種方法將提高監(jiān)控的準確性和有效性。