觸地時間參數在高水平跨欄訓練中的應用研究

姚 鵬，程泓人，苑廷剛

1 前言

觸地時間（Touchdown Time）是跨欄項目專項特有的運動學參數指標，國內外許多研究中，均使用觸地時間分析跨欄運動員的競技能力表現和分段時間特征［1－3］。在世界田聯的跨欄運動技術分析報告中，觸地時間也是被用來劃分欄間用時的關鍵指標參數［4］。目前國內大多數的田徑訓練中，觸地時間參數的應用還不是很廣泛。通過一些調查和訪談發(fā)現，國內很多省市田徑隊的跨欄教練，并沒有意識到觸地時間參數對跨欄項目科學化訓練的重要意義。如何精準的收集觸地時間，利用觸地時間參數組織專項訓練內容，調整訓練計劃是許多跨欄教練員迫切需要掌握的方法。鑒于此，本研究以國家跨欄集訓隊，跨欄外教Todd組的訓練為實例，研究觸地時間參數在高水平跨欄運動隊的應用方式與實際意義。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

研究對象為我國現役優(yōu)秀男子110m欄運動員和女子100m欄運動員。主要研究對象的基本信息見表1。

表1 主要研究對象基本信息一覽表

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

根據研究目的，利用中國知網，萬方數據庫、超星網和EBSCO數據庫發(fā)現系統(tǒng)等網絡搜索引擎，查閱與跨欄訓練和跨欄技術分析等相關文獻的40余篇，瀏覽“國際田聯官方網站”，“中國田徑協(xié)會官方網站”等田徑網站收集部分跨欄運動員的比賽信息以及有價值的網絡文獻資料，為本文提供理論支撐。

2.2.2 視頻解析法

通過利用高速攝像機掃描拍攝跨欄運動員在訓練和比賽中的運動視頻，將采集到的相關視頻導入Dartfish9.0運動視頻分析系統(tǒng)或者Kinovea0.8.15運動視頻分析軟件中，利用運動視頻分析軟件解析得到重要階段的觸地時間參數。

2.2.3 觀察法

2019年3月借助我校高水平運動員被征召國家田徑隊集訓的機會，實地觀察國家田徑隊跨欄外教Todd組的專門訓練，對外教Todd Henson的訓練內容、方式和手段進行了詳細的觀察和記錄，并通過與Todd教練的交流與探討，學習觸地時間參數在跨欄項目訓練中的應用方法和統(tǒng)計技術。

2.2.4 專家訪談法

在國家田徑隊學習觀摩期間，就觸地時間參數對跨欄項目以及其他田徑徑賽項目的訓練設計、訓練監(jiān)控、技術診斷、模型建立的參考意義等問題與孫海平指導等國家隊教練員、國家體育總局體育科學研究所和國內著名跨欄項目教練員、科研人員和專家學者進行深入的訪談與討論。

3 結果與分析

3.1 觸地時間參數的獲得方式

3.1.1 運動視頻拍攝

觸地時間參數的獲得主要是通過運動視頻圖像采集后在導入相應的運動視頻分析軟件中解析得到，以這種方法計時更科學準確。實際上利用運動視頻拍攝去分析專項技術特征的方法在田徑領域早已廣泛運用［5－8］。隨著科技的發(fā)展，運動視頻拍攝的方式越來越多樣，從傳統(tǒng)的數碼相機到現代的無人機，獲得運動視頻的途徑有很多。對于田徑項目的日常專項訓練中，比較常用的是高速攝像機，如今市場上的高速攝像機類型有很多種，而且很多相機可選擇室內或室外的運動拍攝模式，操作簡單快捷。需要注意的是根據運動項目的特點選擇合適的拍攝速度，拍攝速度越高在解析軟件中得到的時間數字越精準，當然拍攝速度高，圖像分辨率也高的相機價格上也更昂貴，教練員可以根據實際情況選擇相機。對于跨欄項目的訓練來說拍攝速度達到200幀／秒的相機就足夠很好地完成全程技術或階段技術的分析。此外，就是根據不同的項目和不同的訓練內容采取不同的拍攝方式，如下表2所示。在跨欄項目中，分析跨欄全程數據，可采用100幀／s的拍攝速度平面變焦移動拍攝；分析某個欄間的技術細節(jié)，最好采用200幀／s以上的拍攝速度平面定點定焦拍攝的方式。

表2 不同運動視頻拍攝方式及特征

3.1.2 運動視頻解析

之前很多學者對運動視頻圖像的處理系統(tǒng)的構建進行過研究，國家體科所的苑廷剛研究員曾極力進行運動視頻分析軟件在田徑項目上的應用和推廣，利用不同類型的運動視頻分析軟件的操作功能，得到相關的運動學參數，解決了很多技術難題［9－11］。如今運動視頻解析軟件的種類較多，功能各異，許多高校，科研機構和科技公司都有自主研發(fā)或國外引進的運動視頻解析軟件，下表3所示的是比較常用的幾款軟件及其特點。觸地時間參數運用二維視頻解析系統(tǒng)中的計時功能就可以得到［12］，當然一些三維運動解析系統(tǒng)也可以只是操作起來比較復雜［13－14］，在訓練中不實用?？鐧陧椖恐凶畛Ｓ玫木褪窍聶跁r腳觸及地面瞬間的時間（如圖1），國內外有關運動技術軟件操作的文章有很多，也有不少學者對跨欄的各個階段進行技術參數的解析［15－18］，但觸地時間參數是最基本的運動學指標，收集起來簡單易得，不需要太復雜的計算方式，并且利用觸地時間還可以計算分段時間，速度速率等其他運動學參數，對訓練的幫助更大。其實在訓練中科研人員要明確自己所做的研究是用于訓練還是日后的學術研究，如果是用于訓練，那么首先要做到及時準確。而本文所論述的觸地時間參數在跨欄訓練中是重要并符合以上特點的運動學指標。

表3 運動視頻解析軟件的類型

圖1 跨欄運動員上欄和下欄觸地瞬間示意圖

3.2 觸地時間參數在跨欄訓練中的應用方式

3.2.1 利用時間參數指標指導訓練

跨欄屬于周期競速類項目，在專項訓練和比賽中教練員最關注的是分段時間和速度。國內外很多研究中常以每個欄架作為分段點，運動員跑過每兩個欄之間的時間被稱作欄間時間，或分欄時間［19－20］。國內跨欄教練員傳統(tǒng)的訓練方式是用秒表記錄訓練中每個欄間的時間，這種手掐表計時的方式，對欄間時間起止點的判斷單純依靠計時者的經驗，對于100m欄和110m欄這種短距離項目來說誤差非常嚴重。為了盡可能減小誤差，利用視頻圖像的逐幀解析獲得觸地時間就起了重要作用?？鐧陧椖恐袑Ｓ械耐ㄟ^獲取觸地時間而計算欄間時間的方式，是將擺動腿的腳下欄著地瞬間為關鍵時相點，相鄰兩個欄下欄著地瞬間的時間被稱作欄間時間，或者分欄時間。一旦有了欄間時間，用固定的欄間距除以欄間時間就得到了欄間速度，這樣就可以把跨欄全程分成更小的技術單元，探究細微的運動表現。表4所示的是跨欄運動員比賽中的分段時間數據，除此之外國際上還采用下圖2所示的分段方式來監(jiān)測運動員的競技能力：起跑至第一欄為起動階段；第一欄至第四欄為加速階段；第四欄至第七欄為最大速度階段；第七欄至第十欄為保持速度階段；第十欄至終點為沖刺階段［20］。通過收集不同運動員在各個階段起止時相上的觸地時間，計算出分段時間和分段速度對比運動員在不同能力階段的表現。

表4 2019年世錦賽選拔賽（沈陽）男子110m欄冠亞軍分段時間數據

圖2 2019年世錦賽選拔賽（沈陽）男子110m欄冠亞軍分段時間柱狀圖

著地時間和欄上時間是跨欄訓練中另外兩個重要的指標，著地時間參數ground time，定義為腳接觸地面到腳離開地面所花費的時間［21］。欄上時間參數air time，定義為起跨離地瞬間到下欄著地瞬間所花費的時間。結合運動視頻解析等到起跨距離和下欄距離，還可以計算出過欄速度。在跨欄項目中上欄和下欄的著地時間，以及欄上時間和過欄速度都是評價跨欄技術的重要指標［21］。通常來說上欄時著地時間不宜過短，起跨時要蹬地充分，給地面施加足夠的力，以獲得地面給予的反作用力保證適宜的騰起速度和騰起高度完成欄上的技術動作。世界優(yōu)秀的女子100m欄運動員的上欄著地時間為0.101s，男子110m欄運動員的上欄著地時間在0.115s［22］。而下欄時著地時間則是越短越好，盡量減少下欄著地時間以便更快地銜接到欄間跑階段。如下圖3所示，游娜的上欄著地時間為0.120s大于施家莉的0.116s，說明游娜在上欄前與地面接觸時間更長，蹬地更充分獲得的地面反作用力更大，這也表現在游娜的欄上時間0.296s小于施家莉的0.312s，實際上當時經過科研團隊深層次的運動生物力學解析發(fā)現游娜的欄上質心速度也是大于施家莉的。但是游娜的下欄著地時間為0.112s同樣大于施家莉的0.108s，這樣其實是不利的，因為施家莉相對更快地進入欄間跑的階段。世界優(yōu)秀的女子100m欄運動員的下欄著地時間為0.087s，男子110m欄運動員的下欄著地時間在0.085s［22］。利用著地時間得到著地時間和欄上時間，結合收集到的世界優(yōu)秀運動員的指標，對我國跨欄運動員的技術診斷具有重要意義。

3.2.2 利用速度參數指標指導訓練

在外教Todd的訓練理念中，速度能力是最重要的競技能力，無論是直道欄還是彎道欄項目，發(fā)展速度能力的練習都在他的訓練中占了很大的比重。之前提到過，因為欄間距是固定的，所以只要得到了兩個欄的下欄觸地時間，用固定的欄間距除以欄間時間就是欄間速度。下表5是依據觸地時間計算出的國家跨欄隊外教Todd組重點運動員在2019賽季最好成績（SB）的分段速度，可以清楚地發(fā)現幾位運動員在2019賽季最好競技狀態(tài)下起跑階段、加速階段、最大速度階段、速度保持階段和沖刺階段的速度參數的變化?？鐧诮叹殕T應該根據運動員現有的競技狀態(tài)和身體條件，科學具體地提出訓練目標，不要單純地把目標劃定在一個全程的時間數字，而是爭取把目標具體落實在每一個細節(jié)上。如果利用好分段速度指標，在訓練中無論是練全程欄還是多個欄的練習，都可以科學的反饋出運動員的訓練狀態(tài)，運動員自身也能體會到階段性的進步，增強信心。

圖3 施家莉與游娜跨欄技術對比圖

表5 跨欄外教Todd組重點運動員SB分段速度數據（m／s）

Todd教練發(fā)展速度練習的核心內容是改善欄間節(jié)奏，實際上這也是所有跨欄教練員最重視的，花費心思最多的地方。跨欄訓練中常采用縮短正常的欄間距，發(fā)展運動員的欄間速度和欄間節(jié)奏。我們的教練員也經常在訓練中縮短欄間距，但對于不同水平的運動員，發(fā)展速度節(jié)奏練習的欄間距應該設定在多少，大多沒有清楚的概念，僅憑經驗去安排練習。而Todd教練是利用運動員在比賽中的觸地時間參數，去計算出不同水平運動員發(fā)展欄間節(jié)奏練習所設定的合理欄間距。首先得到運動員最近的比賽數據，如表6所示的是女子100m欄運動員陳佳敏在2019年亞洲田徑錦標賽上創(chuàng)造個人最好成績（13.24s）那場比賽的數據，平均欄間速度為8.10m／s。訓練中第1階段的欄間距設定為等同于平均欄間速度值的8.10m，設定的訓練目標是每個欄間完成時間為1秒；當運動員可以穩(wěn)定的完成第1階段的訓練目標后，把欄間距加大10cm進入第2階段（如表7所示），訓練目標還是每個欄間完成時間為1秒，當運動員適應了這個節(jié)奏后，把欄間距再加大10cm進入第3階段，以此類推。運動員看似都是以1秒的時間完成欄間跑，實際上她的節(jié)奏加快了。表6和表7的數據均可以利用觸地時間參數求出。

表6 陳佳敏2019年亞洲田徑錦標賽女子100m欄決賽數據

3.2.3 利用比賽數據指導訓練

對比賽數據的收集在全年訓練備戰(zhàn)中具有重要意義。比賽中表現出來的競技狀態(tài)才最能代表運動員競技能力的真實水平，用比賽中的發(fā)揮去檢驗訓練水平也最有說服力。利用運動學數據可以科學的評價比賽中的細節(jié)，尋找影響比賽成績的直接原因。有時在一些重大比賽中受場地條件，電視轉播，或科研團隊人手短缺，設備條件不足等影響，無法對一個項目進行全方位的數據采集。但是在跨欄項目上利用對觸地時間參數的收集，可以方便快捷地收集到包括分段時間和分段速度在內的主要指標，且受人力和場地條件影響較少。在近期國內眾多田徑跨欄項目賽事中，通過下圖4所示的機位（此種比賽視頻采集方法推薦給各位跨欄項目教練員和運動員參考借鑒），教練Todd與科研助手在看臺上完成運動視頻的采集，并利用比賽視頻分析統(tǒng)計運動員的運動技術參數。而Todd教練十分注重用比賽數據指導訓練，在每節(jié)專項訓練課后都會給出如表8所示的訓練數據，將訓練數據與重大比賽的觸地時間數據放在一起，可以追蹤運動員在每個欄或每個階段的完成情況，評價運動員的訓練狀態(tài)。表8中陳佳敏當天是進行的是6欄速度訓練，速度強度要求達到她比賽水平的90%以上，實際情況完成較好。

表7 陳佳敏欄間節(jié)奏配置（s）

表8 女子100m欄運動員陳佳敏6欄訓練數據

圖4 現場拍攝機位示意圖

3.2.4 調整訓練計劃和比賽策略

跨欄項目的訓練是一個長期性的過程，訓練效應也具有多變性的特點，優(yōu)秀的教練員應該具有敏銳的觀察力，并能夠根據運動員競技能力發(fā)展的變化及時調整訓練計劃。而日常專項訓練中對重點運動員表現出來的具有代表性的運動學參數收集，為教練員調整訓練計劃提供了科學的依據。在一些重要的田徑賽事中，通常比賽都要比多輪，在每一輪結束后科研人員都應該快速得到具有代表性的運動學數據，反饋給教練員以便在下一輪的比賽中及時調整比賽策略。而在跨欄項目中，對觸地時間參數的收集就是極具有代表性的運動學數據指標。2019年8月2日在沈陽舉辦的田徑世錦賽選拔賽女子100m欄的預賽結束后，運動員戴儀茹向教練Todd反應前程起跑效果不好，賽前有點緊張，起跑反應及起動后的技術效果不理想。戴儀茹是2001年出生的運動員，大賽經驗不足，但具備很大的潛力。教練Todd就利用科研人員及時反饋的比賽數據，參考預賽中各個階段觸地時間的變化，傳遞了她的前程速度在所有運動員中并不算差，賽前要集中注意力，并警惕后程速度保持階段可能會被超過的等重要信息，并向她反饋了她在預賽中最大速度階段的分段速度指標是領先很多人的，增強了運動員的信心。結果在第二天的決賽中，年僅18歲的戴儀茹跑出了13.24s的成績獲得冠軍！這個成績不僅大幅度提升了她的PB（個人最好成績），更是追平了2019年全年女子100m欄這個項目上國內運動員的最好成績！

3.2.5 訓練總結和賽后總結

在高水平運動隊中，對訓練工作進行階段總結是必不可少的，無論是一段時間的訓練后，還是在重要的比賽結束后，教練員往往會以會議的形式召集運動員總結近期表現。外教Todd也比較重視總結工作，基本上是以周為單位，在一周的訓練結束后以理論課的方式開展總結工作。形式是結合訓練和比賽的視頻，以及將通過運動視頻解析得到的包含觸地時間參數在內的關鍵運動學參數，制成圖表的形式給運動員直觀的感受。通過訪談發(fā)現，國內的一些教練在做訓練總結時，大多時候都是采用語言表述，之后運動員之間的討論，做自我總結基本上都是靠大腦的回憶，這樣的方式起不到太大的作用，甚至有的時候運動員將總結工作當成應付差事。而如果日常訓練中有運動視頻和觸地時間等運動參數的收集和積累，視頻上動作表現和數據上的數字差異會直接刺激運動員的感知器官，喚醒大腦中的記憶，再結合教練員的講解明確自身的優(yōu)勢和不足，以便更好地開展下個階段訓練。

3.2.6 整體特征探究建立優(yōu)秀運動員模型

建立優(yōu)秀運動員模型的理念提出已久，但至少目前為止在跨欄項目上落實不夠好。尤其對于男子110m欄項目來說，我們曾經取得過巨大的成就，在“劉翔的時代”中國男子110m欄運動員在世界大賽都可以爭金奪銀。既然有過成功的培養(yǎng)經驗，那么培養(yǎng)出下一個同等級別的運動員是有希望的。訓練經驗是可以通過語言和文字的記錄傳承下去，但是實施起來效果未必一定是好的，因為不同的教練員對經驗有不同的理解。不過有一種東西是客觀存在的，只要用科學的方式就可以收集到，那就是運動員所表現出來的，反映其技術特征的運動學參數指標。我國著名學者田麥久很早就提出過模式訓練法的理念，通過參數指標的收集，建立起結構模式去組織和把握訓練過程的一種訓練方法［23］。美國著名生物力學專家Ralph Mann曾經來中國授課，展示利用優(yōu)秀與運動員模型指導運動員訓練，短時間就使運動員取得很大的進步。在Ralph Mann的著作中，甚至對跨欄運動員每一步的步長都有明確的模式范圍，而且數據在一段時間后會隨著研究不斷更新，為美國短跑和跨欄項目的發(fā)展做出了極大的貢獻。因此，我國的教練員應該懂科研，會利用科研，至少像測量簡單，科學實用的觸地時間參數指標，應該廣泛收集并普遍應用到跨欄訓練中。這對專項訓練過程，以及建立現代中國優(yōu)秀跨欄運動員模型，推動整個項目的發(fā)展水平都是有益的。

4 研究結論與建議

4.1 研究結論

4.1.1 觸地時間參數是跨欄項目專有的關鍵技術指標，對跨欄項目運動能力表現評價具有重要的指導意義。

4.1.2 觸地時間參數的應用具備科學性和便捷性，能滿足對運動員即時性運動能力監(jiān)控和評價的要求。

4.1.3 以起跨和下欄觸地瞬間作為分段計時和關鍵時相，可以獲得分欄、分段、騰空、上欄和下欄等關鍵運動能力的時間與速度參數。

4.1.4 統(tǒng)計觸地時間參數，對訓練內容設計、比賽策略調控、訓練成果檢驗均具有重要意義。

4.1.5 高水平運動員觸地時間參數是重要的數據信息，建立我國優(yōu)秀跨欄運動員模型，構建跨欄項目運動技術數據庫，符合“數字化時代”競技體育的發(fā)展潮流。

4.2 建議

4.2.1 在收集觸地時間參數時應根據需要選擇合理的拍攝方式，分析跨欄全程數據，建議用100幀／s的拍攝速度平面變焦移動拍攝；分析某個欄間的技術細節(jié)，建議采用200幀／s以上的拍攝速度平面定點定焦拍攝的方式。

4.2.2 跨欄教練員應該對不同水平運動員的欄間速度有清楚的認識，有這對性的制定欄間速度訓練目標。

4.2.3 科研人員要做到快速并準確的反饋觸地時間參數的數據，尤其是在每輪比賽結束后，及時向教練員反饋數據，可為教練員臨場調整比賽策略創(chuàng)造條件。

4.2.4 各訓練隊的科研人員在收集觸地時間等運動學參數信息時一定要科學準確，各隊應該共享信息，共同為建立現代中國優(yōu)秀跨欄運動員模型做貢獻。

4.2.5 注重科技訓練手段的更新，加強對運動視頻采集的設備，運動視頻解析軟件的創(chuàng)新和發(fā)展，不斷豐富科研技術和科研手段，提高科技服務質量。