女子1000m速度滑冰競賽速度曲線特征研究

宋瑨，龐清，劉石

摘要：目的：通過對(duì)部分女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員的關(guān)鍵或近期的世界級(jí)比賽進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)獲取和幾何模型建立，以期更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)比賽中運(yùn)動(dòng)員的速度特征。方法：選取鮑維（Bowe）等十位世界優(yōu)秀女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員的關(guān)鍵或近期比賽視頻錄像，使用Dart Fish的視頻分析（精度0.1s）和同步計(jì)時(shí)軟件（精度0.01s）獲得滑行各階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建幾何模型，編輯數(shù)據(jù)并進(jìn)行差異性和相關(guān)性分析。結(jié)果呈現(xiàn)為描述速度的幾何曲線和各分段間速度與成績的相關(guān)性。結(jié)論：速度擬合曲線能夠很好地描述世界優(yōu)秀女子速度滑冰1 000m運(yùn)動(dòng)員比賽中的速度情況并評(píng)估運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。世界優(yōu)秀女子速度滑冰1 000m運(yùn)動(dòng)員在比賽中第2、12、13、18、19、20段的平均速度水平、相對(duì)平穩(wěn)滑行階段的最小速度和最大速度是影響比賽成績的關(guān)鍵因素，且最小速度更為重要。

關(guān)鍵詞：女子1000m速滑運(yùn)動(dòng)員;視頻分析;幾何模型;速度曲線特征

中圖分類號(hào)：G808文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-2808（2021）06-0031-07

Abstract：Objective：The kinematics data and geometric model were acquired by video analysis and synchronous timing software for the key or recent world-class competitions of 1 000m female elite speed skaters in the world， so as to evaluate the speed characteristics of the athletes more accurately. Methods：Dart Fish video analysis （accuracy：0.1s） and synchronization timing software （accuracy： 0.01s） were used to obtain kinematics data of each stage of sliding of key or recent competition video of ten 1 000m elite female speed skating athletes in the world， including Brittany Bowe. These data are used to build geometric models， edit the data， and perform difference and correlation analysis. The result is presented as a geometric curve describing the speed and the correlation between the speed and the performance of each segment.? Conclusion ：The speed fitting curve can describe the speed situation and evaluate the sports status of the world elite 1 000m female speed skating athletes.The average speed level of 1 000m female speed skaters in the 2nd， 12th， 13th， 18th， 19th and 20th stages， the minimum speed and maximum speed in the relatively smooth sliding stage are a key factor in the performance， and the minimum speed is more important.

Key words：Female 1 000m-speed skaters;Video analysis;Geometric model;Characteristics of speed curve速度滑冰是我國具有較大潛在優(yōu)勢的冰雪運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，2014年索契冬奧會(huì)曾出現(xiàn)張虹這樣奧運(yùn)冠軍級(jí)別的運(yùn)動(dòng)員，但后續(xù)發(fā)展阻滯，競技水平整體下降。2016年，七部委聯(lián)合下發(fā)《全國冰雪場地設(shè)施建設(shè)規(guī)劃（（2016—2022年）》，可見從國家層面，冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展得到了前所未有的高度重視，“兩個(gè)冰雪規(guī)劃”的制定將成為我國冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展的“指南針”，將推進(jìn)我國冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展進(jìn)入新歷程[1]。根據(jù)速度滑冰的發(fā)展趨勢選擇合理的制度變遷路徑，建立具有中國特色的速度滑冰運(yùn)動(dòng)發(fā)展體系，促進(jìn)速度滑冰運(yùn)動(dòng)的全面發(fā)展[2]。

其中，速度特征是速滑項(xiàng)目突破技術(shù)壁壘的研究重點(diǎn)，當(dāng)然它在跳高、三級(jí)跳遠(yuǎn)、中長跑等項(xiàng)目也具有較高的研究價(jià)值。速度特征的研究包括步幅步頻（動(dòng)作速度特征）、能量分配、速度節(jié)奏（位移速度特征）等角度。國外有一些學(xué)者從能量分配視角進(jìn)行速度特征的研究，國內(nèi)學(xué)者則更多集中于步幅步頻和速度節(jié)奏視角。

許世巖[3]等人提出使用線解圖的方法對(duì)競走運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練和比賽時(shí)的步幅步頻進(jìn)行測量與研究，獲得運(yùn)動(dòng)成績和身體素質(zhì)變化的信息，使教練員的指令有的放矢。譚明義[4]等人研究發(fā)現(xiàn)我國優(yōu)秀男子100m運(yùn)動(dòng)員的步頻已經(jīng)超過了世界優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員，而步幅的大小受力量因素影響最大，中國優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員如要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上取得步幅上的突破 ，就必須大力發(fā)展力量素質(zhì)。陳民盛[5]等人發(fā)現(xiàn)由低速向高速滑行時(shí)，在步頻與步速關(guān)系中，動(dòng)態(tài)支撐方式遵循定點(diǎn)支撐方式的變化規(guī)律;但在步長與步速關(guān)系中，動(dòng)態(tài)支撐方式卻有與定點(diǎn)支撐方式相反的結(jié)果。Mattern[6]等人證明在800m項(xiàng)目中運(yùn)動(dòng)員采用慢啟節(jié)奏策略，認(rèn)為會(huì)延遲疲勞出現(xiàn)的時(shí)間，加強(qiáng)無氧代謝儲(chǔ)備便于終點(diǎn)階段沖刺，有利于獲得更好的成績。Hettinga[7]等人證明，不同的速度分配無氧代謝產(chǎn)生的總能量不變，但無氧代謝能量在比賽中的分配不同卻會(huì)造成成績的差異。Atkinson[8]等人在其研究中發(fā)現(xiàn)，阻力隨速度的增加呈二次方指數(shù)倍增加，因此一些學(xué)者認(rèn)為短距離項(xiàng)目啟動(dòng)階段快速到達(dá)最大速度有利于克服空氣阻力，從而減少無氧儲(chǔ)備的消耗。黃達(dá)武[9]等人認(rèn)為競速類項(xiàng)目優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的速度特征是由其比賽能力和戰(zhàn)術(shù)選擇共同決定的。吳新炎[10]等人認(rèn)為1 000m速滑項(xiàng)目主要制勝因素是絕對(duì)速度和速度耐力，兩者同等重要，而不是一直認(rèn)為的速度耐力。

基于之前優(yōu)秀學(xué)者的研究，為了洞察1 000m速滑項(xiàng)目速度特征的更多細(xì)節(jié)，本文以世界優(yōu)秀女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員比賽的速度特征為研究對(duì)象，從幾何學(xué)視角入手，試圖通過速度擬合曲線的幾何特點(diǎn)來分析影響1 000m速滑項(xiàng)目的關(guān)鍵因素并評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員能力。

1研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

選取10名女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員（世界杯近期比賽排名位于前20名）的關(guān)鍵或近期比賽視頻進(jìn)行研究，其近期參賽情況見表1。

選取鮑維2019年3月世界杯鹽湖城站創(chuàng)造世界紀(jì)錄（111”61）的比賽視頻和張虹2014年索契冬奧會(huì)奪冠（114”02）的比賽視頻作為試驗(yàn)?zāi)０?選取2019年12月世界杯哈薩克斯坦站中鮑維、伊爾文、法特庫琳娜、卡恰諾娃、莫爾斯、小平奈緒、克澤萬卡、德容、李奇時(shí)和趙欣10位選手的比賽視頻進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2研究流程

1.2.1數(shù)據(jù)采集點(diǎn)選取為了能夠更為準(zhǔn)確反映1 000m過程中每一段滑行距離的運(yùn)動(dòng)特征，研究將400m的跑道分為8段（大于8段時(shí)計(jì)時(shí)與距離估算的準(zhǔn)確度會(huì)大幅度降低，小于8段時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)細(xì)節(jié)特征會(huì)被忽略），共8個(gè)標(biāo)記點(diǎn)。1 000m全程共記錄時(shí)間20次（其中包含3次賽事官方標(biāo)記點(diǎn)200m/600m/1 000m）。從1 000m起跑線開始標(biāo)記，逆時(shí)針方向進(jìn)行，直道與彎道連接處共4處，做4個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，彎道弧頂共2處，做2個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，1 000m終點(diǎn)線做1個(gè)標(biāo)記點(diǎn)。8個(gè)標(biāo)記點(diǎn)依次記為A、B、C、D、E、F、G、H，見圖1。

1.2.2數(shù)據(jù)采集方法通過Dart Fish軟件中的標(biāo)點(diǎn)和計(jì)時(shí)功能獲得運(yùn)動(dòng)員到達(dá)每一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的時(shí)刻（視頻分析精度為1幀，即0.1s）。為了保證計(jì)時(shí)精度，選擇使用同步計(jì)時(shí)軟件在視頻中插入新的計(jì)時(shí)器（精度為0.01s）同步計(jì)時(shí)并對(duì)視頻計(jì)時(shí)進(jìn)行糾偏。每場比賽視頻都由5名記錄人員各記錄一次，5次測量取均值后將E標(biāo)記點(diǎn)的3個(gè)數(shù)據(jù)與官方計(jì)時(shí)比較并進(jìn)行誤差分析后計(jì)算得出糾正值。

1.2.3數(shù)據(jù)處理將整理好的時(shí)間數(shù)據(jù)按內(nèi)外道起滑的不同進(jìn)行分組。內(nèi)道出發(fā)組其滑行過程中各段模擬距離依次記錄為55、39.25、39.25、50、50、39.25、39.25、50、50、47.1、47.1、50、50、47.1、47.1、50、50、39.25、39.25、50（單位為m）。外道出發(fā)組其滑行過程中各段模擬距離依次記錄為45、47.1、47.1、50、50、47.1、47.1、50、50、39.25、39.25、50、50、39.25、39.25、50、50、47.1、47.1、50（單位為m）。

計(jì)算各段距離和滑行各段所需時(shí)間的比值（即分段平均速度）并整理到表格中，以便于將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 18.0軟件并使用圖表構(gòu)建程序進(jìn)行速度曲線擬合。

1.2.4數(shù)據(jù)分析將數(shù)據(jù)整理好后錄入SPSS18.0軟件，進(jìn)行差異性分析和相關(guān)性分析。差異性分析使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，相關(guān)性使用皮爾森相關(guān)性分析。

2研究結(jié)果

2.1張虹和鮑維的關(guān)鍵比賽

張虹（內(nèi)道出發(fā)）和鮑維（內(nèi)道出發(fā)）這兩場關(guān)鍵比賽的分段數(shù)據(jù)記錄如表2和表3。表2和表3數(shù)據(jù)的速度擬合曲線如圖2和圖3。

依據(jù)擬合曲線數(shù)據(jù)，當(dāng)進(jìn)入相對(duì)平穩(wěn)的滑行階段后（兩條水平方向的黑色虛線之間的狀態(tài)），張虹比賽的最大速度為15.4m/s，最小平均速度為11.8m/s，全程中以平均速度12.6m/s-14.3m/s滑行的時(shí)間最長（兩條水平方向的紅色虛線之間的狀態(tài)）。鮑維比賽的最大速度為15.4m/s，最小平均速度為11.8m/s，全程中以平均速度12.9m/s-14.3m/s滑行的時(shí)間最長。分析兩曲線走勢的差異，可以看出鮑維后500m的速度保持能力極強(qiáng)，甚至還能提升速度，而張虹的后500m是在努力控制降速，差距顯而易見。我國短距離運(yùn)動(dòng)員大多只能在500 m上達(dá)到世界級(jí)水平，而在1 000m上則與世界同類型短距離選手的差距很大[9]。

2.2十位世界優(yōu)秀女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員的近期比賽通過對(duì)所選十位運(yùn)動(dòng)員的分段時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，樣本間差異均不具有顯著性，即可以證明十位運(yùn)動(dòng)員均屬于現(xiàn)役世界優(yōu)秀女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員。

以下為2019年速滑世界杯哈薩克斯坦站中女子1 000m速滑項(xiàng)目比賽的十位運(yùn)動(dòng)員的速度擬合曲線，左側(cè)為內(nèi)道出發(fā)，右側(cè)為外道出發(fā)，見圖4-13。圖4趙欣的速度擬合曲線

圖2-圖13中的水平方向的黑色虛線（每張圖中各2條）所對(duì)應(yīng)值與比賽成績的相關(guān)性分析結(jié)果如表4。

表4結(jié)果顯示，相對(duì)平穩(wěn)滑行階段的最小速度值與比賽成績高度負(fù)相關(guān)（r=-0.855，P<0.01），相對(duì)平穩(wěn)滑行階段的最大速度與比賽成績高度負(fù)相關(guān)（r=-0.766，P<0.01）。

十位運(yùn)動(dòng)員比賽中各段的平均速度與比賽成績的相關(guān)性呈中度相關(guān)以上的段如表5。

第18-20段平均速度與比賽成績呈高度相關(guān)性（r=-0.846，P<0.01）;第12、13段平均速度與比賽成績呈高度相關(guān)性（r=-0.706，P<0.01）;第16段平均速度與比賽成績呈中度相關(guān)性（r=-0.586，P<0.05）;第2段平均速度與比賽成績呈中度相關(guān)性（r=-0.581，P<0.05）。其他段平均速度與比賽成績也呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。

3分析與討論

3.1引入速度擬合曲線的意義

3.1.1幾何曲線的直觀性評(píng)價(jià)研究通過對(duì)豐富點(diǎn)源數(shù)據(jù)的計(jì)算擬合得出了一條表征女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員滑行過程中速度特征的幾何曲線。結(jié)合幾何曲線特征[12]對(duì)比賽中運(yùn)動(dòng)員速度特征進(jìn)行解析，需要說明的是所有速度數(shù)據(jù)均是在統(tǒng)一的內(nèi)外道距離模型下計(jì)算得出，與實(shí)際速度值有一定偏差，但對(duì)于分析討論運(yùn)動(dòng)員的速度變化規(guī)律和她們之間的相對(duì)水平?jīng)]有影響。

解析幾何是理解曲線特性、發(fā)現(xiàn)事實(shí)規(guī)律的有效數(shù)學(xué)方法[13]。幾何曲線切線斜率（該曲線模型中即為加速度）的應(yīng)用對(duì)于整個(gè)滑行過程中運(yùn)動(dòng)員的短時(shí)間提速能力（爆發(fā)力）和控制降速能力的評(píng)價(jià)有指導(dǎo)意義。斜率的應(yīng)用效果在起步階段尤其顯著，起步階段對(duì)應(yīng)曲線部分與時(shí)間軸的夾角α越大（0°<α<90°），斜率就越大，就說明速度隨時(shí)間的變化率越大（即運(yùn)動(dòng)員起步階段能力強(qiáng)，爆發(fā)力優(yōu)秀）。科澤萬卡選手的起步階段曲線切線斜率明顯小于其他選手，短時(shí)間內(nèi)速度并沒有完全加起來，雖然她的中后程狀態(tài)保持不錯(cuò)，但起步加速階段的落后對(duì)比賽成績?cè)斐闪艘欢ǖ挠绊憽?/p>

中間部分曲線波動(dòng)的區(qū)間和時(shí)長可以反映出運(yùn)動(dòng)員此階段能夠以多大的速度維持多長時(shí)間的運(yùn)動(dòng)，即速度耐力水平的含義范疇。張虹2014年索契冬奧會(huì)奪冠比賽中她速度大于13.0m/s的時(shí)間占總時(shí)間的56.3%。鮑維在創(chuàng)造世界紀(jì)錄的比賽中速度大于13.0m/s的時(shí)間占總時(shí)間的69.8%。一般地說，以較大速度范圍滑行的時(shí)間越長比賽成績會(huì)越好。本站比賽，小平奈緒速度大于13.0m/s的時(shí)間僅占總時(shí)間的40.5%。本站比賽，我國選手趙欣速度大于13.0m/s的時(shí)間占總時(shí)間的50.4%，此數(shù)據(jù)優(yōu)于小平奈緒，但中段占比少和末段降速幅度過大導(dǎo)致趙欣的成績比小平奈緒慢了1.19s。

末段曲線波浪的下降部分的斜率同理表示了運(yùn)動(dòng)員的降速程度，一定程度上也表征了其速度耐力水平，此階段夾角α越大（90°<α<180°），說明速度隨時(shí)間的減小幅度越小（即運(yùn)動(dòng)員末段速度保持能力越強(qiáng)）。但是，單獨(dú)斜率的應(yīng)用只能表明運(yùn)動(dòng)員速度的變化率，并不能代表其絕對(duì)速度水平。德容和莫爾斯兩位選手在前中段速度均在良好水平波動(dòng)，60s左右開始速度大幅下降并且回升有限，說明其該速度范圍的耐力水平已達(dá)到極限。而伊爾文選手出現(xiàn)末段降速的情況明顯早于其他選手，過早的出現(xiàn)降速且無法回升意味著前半程體能消耗過大，即體能分配出現(xiàn)失誤。

幾何模型可以應(yīng)用到任意一段比賽過程之中，對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)員在任意一段距離的能力對(duì)比都可以實(shí)現(xiàn)。引入它到比賽和訓(xùn)練當(dāng)中可以為教練員評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)提供了一種準(zhǔn)確直觀的手段。

3.1.2速度模擬曲線中兩個(gè)關(guān)鍵速度量的分析表4的相關(guān)性分析顯示在起步后進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定滑行階段的最小速度與比賽成績呈高度相關(guān)性（r=-0.855，P<0.01），相對(duì)穩(wěn)定滑行階段的最大速度與比賽成績也呈高度相關(guān)性（r=-0.766，P<0.01），即很大程度上這兩個(gè)速度值的大小就表征了比賽成績的好壞。這兩個(gè)參數(shù)可以用來輔助評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)力水平或狀態(tài)水平。

從幾何視角來看，被夾在兩條黑色虛線之間的速度范圍是運(yùn)動(dòng)員比賽中能夠長時(shí)間保持的速度范圍，即屬于速度耐力素質(zhì)的含義范疇。對(duì)于其范圍大小的標(biāo)定和其是否能夠完全表征速度耐力水平的探討將在后續(xù)長期的實(shí)踐中繼續(xù)。

3.2各分段平均速度對(duì)比賽成績的影響及與降速差的比較吳新炎、陳月亮等[7]學(xué)者認(rèn)為女子1 000m速滑項(xiàng)目速度節(jié)奏特征的研究中最為關(guān)鍵的物理量為降速差和各分段成績（共5段）。他們通過比較各段的平均成績和降速差與比賽成績的相關(guān)性完整地分析了1 000m速滑項(xiàng)目中各段的速度節(jié)奏特點(diǎn)。

研究提出的將1 000m劃分為20段的研究方法更加精準(zhǔn)量化了滑行過程中的每一段過程。故對(duì)于世界優(yōu)秀女子1 000m速滑運(yùn)動(dòng)員而言，第一個(gè)彎道的加速能力很重要，但前500m大多都可以保持較高的速度水平，后500m對(duì)于運(yùn)動(dòng)員維持較高速度的能力提出了很大考驗(yàn)，即在賽程中段（后500m的開始階段）和末段的速度水平是取得優(yōu)異比賽成績的關(guān)鍵因素。結(jié)合12張速度模擬曲線圖發(fā)現(xiàn)，鮑維創(chuàng)造世界紀(jì)錄的比賽中滑行過程的中段呈現(xiàn)長時(shí)間穩(wěn)定的速度波動(dòng)且速度水平較高（12.9m/s-14.3m/s），末段的平均速度水平依然可以回升，而其他優(yōu)秀選手基本都在維持或下降狀態(tài)，說明鮑維的速度耐力和絕對(duì)速度潛力遠(yuǎn)高于其他選手。小平奈緒選手的后500m速度保持良好（11.8m/s-13.8m/s），末段降速控制良好，表明其整體競技狀態(tài)良好，近五站世界杯排名均在前八，加拿大站排名第一。伊爾文選手中段的速度保持也相對(duì)穩(wěn)定，但速度水平較低（11.5m/s-13.0m/s），末段的平均速度仍出現(xiàn)了明顯的下降，整體實(shí)力與其他優(yōu)秀選手相比較差，仍需加強(qiáng)訓(xùn)練。我國選手趙欣的中段速度穩(wěn)定性較差波動(dòng)幅度大，末段的降速明顯但有回升，整體速度耐力水平有待提高。我國選手李奇時(shí)中段的速度穩(wěn)定性良好，但速度水平一般（11.6m/s-13.3m/s），末段有大幅度明顯降速，說明李奇時(shí)最近的體能狀態(tài)不佳導(dǎo)致速度耐力水平受限，近五站世界杯比賽與其最好成績（113”94）相比有大幅度下降。

4結(jié)論

（1）幾何曲線的引入通過曲線特征認(rèn)知了速度特征，能夠很好地描述世界優(yōu)秀女子速度滑冰1 000m運(yùn)動(dòng)員比賽中的速度情況并評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，其中曲線參數(shù)相對(duì)平穩(wěn)滑行階段的最小速度和最大速度（速度擬合曲線中水平方向的黑色虛線所對(duì)應(yīng)的參數(shù)）是影響比賽成績的關(guān)鍵因素。

（2）將1 000m比賽過程劃分成20段的研究方法有效地判別出世界優(yōu)秀女子速度滑冰1 000m運(yùn)動(dòng)員在比賽中第2、第12、第13、第18、第19、第20段的平均速度水平是影響比賽成績的關(guān)鍵因素。

（3）比賽過程的速度模擬曲線有望成為評(píng)價(jià)女子速度滑冰1 000m運(yùn)動(dòng)員實(shí)力排名的重要工具之一。

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收稿日期：2021-01-26;修回日期：2021-06-15

作者簡介：宋瑨（1992-），男，在讀博士研究生，研究方向?yàn)槎緤W林匹克理論與方法。

通信作者：劉石（1972-），女，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槎緤W林匹克理論與方法。

作者單位：1.哈爾濱體育學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150008; 2.國家體育總局冬季運(yùn)動(dòng)管理中心 大眾滑雪部，北京 100044哈爾濱體育學(xué)院學(xué)報(bào)2021第6期宋瑨，等：