优秀青少年竞走选手比赛中速度与关键技术指标相关性研究

马杰

摘 要： 采用生物力学测试、数理统计法对国内优秀青少年竞走选手在比赛中的速度与关键技术指标间的关系进行相关性分析，旨在探讨速度与技术间的关系，为训练提供参考。结果表明，速度与步长、步频、离地后蹬距离、离地两腿夹角、腾空时间、头部垂直起伏的高度显著正相关，与后蹬离地角、离地前摆膝角显著负相关，与着地脚掌仰角、着地前支撑距离、着地躯干倾角、两大腿重叠时膝角、离地大臂后摆角、离地前摆肘角的相关系数数值很低。基于速度与步长、步频的相关性，推测，在适当加快步频的前提下，有效增加步长可能是青少年竞走选手追求理想加速效果时的优先选择。速度与离地前摆膝角负相关在一定程度上揭示出我国青少年竞走运动员在比赛中存在下肢摆动放松水平不高的问题，对此应予以重视。

关键词： 竞走;速度;技术

中图分类号：G821   文献标识码：A  文章编号：1006-2076（2020）05-0102-09

Abstract： Using the methods of sports biomechanical test， mathematical statistics to analyze the relationship between the competition velocity and key technical indicators for elite youth race walkers in order to provide reference for training. Results show that there is positive correlation between velocity and step length， step frequency， backward distance， angle between legs， flying time， head height difference between the highest point and the lowest point， while negative correlation between velocity and backward angle， knee angle at the moment off the ground， weaker correlation between velocity and the angle between foot sole and level， front support distance， torso angle， knee angle at the moment of thighs overlapping， angle between boom and vertical plane， elbow angle. This research surmises that increasing stride may be a prior choice to accelerate for elite young race walkers based on the correlation between velocity and step size and step frequency index. Also， negative correlation between velocity and knee angle before leaving the ground shows that young athletes have a problem of low relaxation level in leg swing during walking， which needs to be paid attention.

Key words：  race walking; velocity; technology

依據规则要求，竞走运动员要想在比赛中取得优异的成绩，既需要获得较快的运动速度，又需要在运动中体现出较好的技术规范性。因此，提高速度与完善技术是竞走选手提高比赛成绩的重要途径。针对竞走运动中速度与技术的关系，已有学者指出，在不同的速度状态下，运动员的竞走技术具有不同的内部结构与外部表现，速度的变化与技术的改变息息相关[1-2]。如有研究在分析竞走技术时发现，当比赛速度提高时，步长、步频在增加[3-5]。因此，在对竞走运动员的技术进行诊断分析时，应首先明确技术所对应的速度状态。只有在区分速度差异的前提下去分析技术，才更有利于提高技术研究的效率。然而，过去很多研究在分析竞走技术时仅是就技术而论技术，在分析技术时未对相应速度状态进行说明[6-8]。尽管许多研究为运动员竞走技术的诊断分析提供了各类技术指标的参数，但这些参数因各自所对应的速度状态不一致而导致使用起来的效率不高[9]。速度状态不一致，研究所得的技术指标参数就难以用来作为参考。即使进行了参考，其结果仍有待推敲，如有的研究在速度不一致的情况下就对运动员的步长指标进行比较，其分析结果很可能会对训练工作产生误导。此外，近年来，有些研究在分析技术时注明了所对应的速度状态，却未对速度与技术指标的关系进行结合分析[10-11]，或分析内容仍不尽全面[3-5]。目前，对于竞走速度与技术关系的研究主要还停留于速度与步长、步频等宏观技术指标的分析，尚缺乏对速度与更多技术指标关系的系统性探讨。因此，有必要对竞走速度与更多关键竞走技术指标的关系进行分析。此外，鉴于青少年阶段是建立正确技术模式的关键时期，而当前国内青少年竞走后备人才在比赛中的技术又面临较为严重的判罚问题，极有必要通过揭示速度与技术关系来为其技术训练提供更为合理的指导。因此，本研究以国内优秀青少年竞走运动员为测试对象，对其在国际、国内比赛中关键技术指标与速度的关系进行相关性分析研究。

1 研究对象与研究方法

1.1 研究对象

本研究的研究对象为优秀青少年竞走运动员比赛中速度与技术的相关性。测试对象为国内男子青少年竞走运动员41人（运动等级均为一级），女子青少年竞走运动员33人（2人为国际健将，3人为国家健将，其余均为一级）。

1.2 研究方法

1.2.1 生物力学测试

本研究的测试内容为7场重要性竞走比赛中我国优秀青少年竞走选手（比赛成绩均为前8名）的比赛技术，比赛包括2014年南京青奥会、2014年太仓世界杯赛、2016年黄山全国大奖赛、2017年黄山与太仓全国大奖赛、郑州全国冠军赛、大荔全国锦标赛。测试的比赛项目包括男、女青年10 km个人项目与团体项目，男、女少年10 km团体项目，男子少年10 km个人项目，女子少年5 km个人项目。比赛期间获取了所有运动员的身高信息。

测试方法。第一，在每场比赛中选择1～3个拍摄位置。其中，靠近终点约100米的位置为必选拍摄点。在拍摄位置选好后，使用米尺和双面胶在赛场地面做长度为2.5 m的比例尺。比例尺的标定线与运动平面平行，与摄像机主光轴垂直。两标定线之间的距离为0.5 m（见图1）。待场地布置完毕后，架设CASIO-FH25高速摄像机。其中，摄像机主光轴垂直于运动平面，拍摄范围为4～5 m，拍摄距离约12.5 m。摄像机机高为1.10 m，拍摄频率为120 Hz，曝光时间1/1000 s，分辨率为640×480。第二，在比赛开始后，使用摄像机对所有运动员在每圈走过标定区域时进行拍摄。第三，在比赛结束后，将拍摄好的技术录像导入笔记本电脑，并使用Dartfish 6.5对所有技术录像进行二维运动学解析，获取代表性技术指标的参数值。研究中共解析了430个复步技术，合计860个单步技术，其中男子238个复步技术、女子192个复步技术。

1.2.2 数理统计法

运用Excel 2010对视频解析所得的速度与技术指标的数据进行整理，并使用SPSS 22.0统计软件对各指标数据进行Shapiro-Wilk正态分布检验，然后采用Pearson系数进行相关性分析，计算r值，其中P<0.05表示显著相关，P<0.01表示极其显著相关。

1.2.3 技术指标的定义

着地脚掌仰角是指在着地瞬间支撑腿的脚掌与地面所成的夹角;前支撑距离是指在着地时身体重心投影点与支撑腿足跟着地支撑点之间的距离;着地躯干倾角是指在着地瞬间身体躯干与垂直面所成的夹角;离地后蹬距离是指在支撑腿离地瞬间支撑腿离地支撑点与重心投影点间的距离;后蹬离地角是指在后蹬离地瞬间支撑腿离地支撑点和身体重心的连线与水平面所成的夹角;两大腿重叠时摆动腿膝角是指摆动腿大腿摆至与支撑腿大腿相互重叠时膝关节的角度;离地两腿夹角是指在离地瞬间支撑腿离地支撑点-大转子连线与摆动腿足跟-支撑腿大转子连线所形成的夹角;離地前摆膝角是指在离地瞬间摆动腿膝关节的角度;离地大臂后摆角是指在离地瞬间上肢后摆时大臂与垂直面所成的夹角;离地前摆肘角是指在离地瞬间上肢前摆时肘关节的角度;头部垂直起伏高度是指在单步技术中头部高度的最高值与最低值之间的差值（本研究以运动员耳朵高度变化为依据）。

2 速度与各技术指标相关性统计结果

本研究中，男子选手的速度范围为3.360～4.548 m/s，平均值为3.929 m/s（±0.192），女子选手的速度范围为3.212～4.436 m/s，平均值为3.645 m/s（±0.193）。所有指标的Shapiro-Wilk正态分布检验结果均显示P>0.05，表明各指标数据均符合正态分布，可采用Pearson相关系数进行分析。由于男、女选手在比赛中的速度范围存在较大差异，因此分别对两者的速度与关键技术指标的相关性进行统计，统计结果见表2。图2～图29为男、女选手速度与各技术指标相关性统计的散点图。

3 分析与讨论

本研究所选被试均为重大比赛中各项目的前8名选手，基本代表了国内竞走项目的优秀青少年群体。此外，测试样本量相对较大，因此研究结果具有较好的代表性。

速度是竞速类选手的竞技能力在赛场中的一种综合体现。对竞走而言，选手所达到的速度状态与已形成的技术结构息息相关[12]。为便于对速度状态与技术结构间关系的分析，依据竞走运动项目的特点，分别获取了能够反映运动员支撑动作、摆动动作及腾空动作的代表性技术指标以及步长、步频指标的参数值，并对各个指标与速度的相关性进行了统计。统计结果表明，男、女选手的速度指标与各关键技术指标之间的相关性总体表现为3种情况。其一，速度指标与技术指标呈显著正相关;其二，速度指标与技术指标呈显著负相关;其三，速度指标与技术指标的相关系数数值很低。属于第一种情况的技术指标有步长、步频、离地后蹬距离、离地两腿夹角、腾空时间、头部垂直起伏高度，属于第二种情况的有后蹬离地角、离地前摆膝角，属于第三种情况的有着地脚掌仰角、着地前支撑距离、着地躯干倾角、两大腿重叠时膝角、离地大臂后摆角、离地前摆肘角。青少年竞走选手在比赛中的运动速度与各个技术指标间的这些关系在一定程度上也揭示了竞走技术的一些特点。

步长与步频是评价竞走技术时关注的重要指标。本研究发现，青少年竞走运动员在比赛中的速度指标与步长、步频指标均显著正相关，且相关系数数值较高。这说明，速度值在一定范围内增大时，步幅值与步频值也在增大。该现象在提示，增大步幅和/或加快步频可能是加快速度的重要途径。此外，在统计中还发现，速度与步长指标的相关系数数值大于与步频指标的相关系数数值。这说明速度增加时，步幅增加的趋向性要比步频增加的趋向性更加明显，即前者的相关关系更为密切。该现象可在一定程度上提示，增加步长可能是青少年选手在竞走比赛中实现加速目的时更为常用的策略。这一点与国际优秀竞走选手在比赛中步长、步频的表现较为相似[13-15]。国内研究也发现，里约奥运会男子20 km冠军王镇由基础速度（4.098 m/s）增加到高速（4.348 m/s）时，步长由1.23 m增加到了1.30 m，增长率为6.09% ，而步频则由200步/分钟增加到了202.7步/分钟，增长率为1.35% [5];2015年北京世锦赛男子20 km冠军洛佩兹由基础速度（4.098 m/s）增加到高速（4.348 m/s）时，步长由1.24 m增加到了1.29 m，增长率为4.03%，而步频则基本稳定在200步/分钟[16]。综合以上因素可推测，在适当加快步频的前提下，有效增加步长可能是竞走选手追求理想加速效果时的优先选择。

在本研究中，速度与离地后蹬距离、离地两腿夹角呈显著正相关，而与后蹬离地角、离地前摆膝角呈显著负向相关。这说明，速度值在一定范围内增大时，离地瞬间的后蹬距离、两腿夹角呈现出增加的趋势，而离地角、前摆膝角却呈现减小的趋势。由竞走技术结构看，离地后蹬距离增大可说明下肢蹬伸变得更加充分，这又在一定程度上间接表明后蹬力量在增大。后蹬离地时两腿间的夹角变大可说明下肢屈髋前摆的动作幅度加大。后蹬离地角变小可说明在人体离开地面的瞬间，身体重心相对于后蹬支撑点的位置更加向前。离地前摆膝角减小既可以说明摆动腿屈髋前摆动作变得更加积极主动，但也在一定程度上体现了有屈膝动作的嫌疑。从力的作用特点看，这些现象都有利于增加支撑腿在水平方向的后蹬力量、加大下肢前摆的幅度与加快前摆的速度、增大步幅的长度，进而加快人体重心的前移速度。但是，再由竞走比赛的技术判罚角度看，在离地瞬间，若因摆动腿屈膝动作过于明显而导致膝角过小，则容易形成非走即跑的不佳视觉表现，这一点是裁判员在比赛中做出腾空技术判罚时的重要参考依据。理想的摆动腿前摆动作应是在摆动腿一侧髋部肌群放松而尽量保持髋部质心高度较低的前提下，通过屈髋动作来实现摆动腿的低重心整体向前摆动[17] 。本研究中速度与离地前摆膝角显著负相关的结果则在一定程度上说明，青少年竞走运动员在加快速度时存在摆动腿前摆紧张、屈膝明显的趋向。这可能是造成青少年比赛中腾空技术判罚较为严重的一个重要因素，而这一问题的产生又可能与青少年训练年限相对较短、对技术模式的认识理念有误、机体神经对肌肉支配的精细化程度在生长发育时期还不够高等有关。虽然本研究中速度与离地前摆膝角的相关系数数值并不是很高，但在日后训练中应对该现象给予重视。

研究中还发现，速度指标与着地脚掌仰角、着地前支撑距离、着地躯干倾角的相关性均很低，说明当竞走运动的速度发生变化时，足跟着地时的支撑腿脚掌仰角、前支撑距离和躯干倾角指标没有发生规律性变化。竞走单步技术周期由前支撑阶段、转换阶段、后支撑阶段、腾空阶段组成。当选手的支撑腿足跟着地后便进入前支撑阶段。此时，需要运动员始终维持稳定的直立躯干姿势，进而为下肢力量推动身体重心快速的前移提供重要条件[13]。与此同时，运动员踝关节还会主动完成背屈动作，使脚掌与地面形成一定的夹角，即着地脚掌仰角。在日常训练中，教练员将这一背屈动作称为“勾脚尖”。足跟着地时踝关节的背屈动作一方面有利于支撑腿形成直膝技术，满足技术规则的规范性要求，同时还能够稳定踝关节，促使身体重心以足跟为支撑点迅速地向前翻转，进而缓冲地面所产生的较高冲击力[18]。在竞走运动中，应该始终保持该动作的相对稳定，而由此所形成的着地脚掌仰角同样应保持相对稳定。此外，前支撑距离是指着地时支撑腿在水平面内的投影距离，也是步长的一个组成部分。尽管在着地时，增加前支撑距离可以起到增大步幅的作用，但是过大的前支撑距离容易产生较大的地面阻力，刻意地加大前支撑距离并不能完全弥补地面阻力增大所带来的速度损失。因此，在竞走运动中，前支撑距离也应该保持相对稳定。着地脚掌仰角、着地前支撑距离、着地躯干倾角三个技术指标与速度的相关性也再次证实了对以上问题的分析。

速度与两大腿重叠时膝角、离地大臂后摆角、离地前摆时肘角的相关系数数值很低。这同样说明速度变化时，这些指标没有发生规律性变化。由竞走运动的前支撑阶段向后支撑阶段转换时，摆动腿放松是加快摆动速度的重要条件。有学者提出，当支撑脚着地后，形成以支撑腿一侧的髋关节为旋支点、以摆动腿质心到支点的距离为半径的“近固定正移动钟摆运动”[17]。这一“钟摆运动”的核心要点便是要摆动放松，只有摆动得放松，才能实现身体重心由地面支撑点之后快速移动至支撑点之前。而在这一转换过程中，摆动腿大腿摆至与支撑腿大腿相互重叠是一个重要的技术时相，此时，摆动腿膝角则成为技术诊断与监控时的重要指标。当摆动腿一侧髋部与后侧肌群过于紧张时，容易导致两侧大腿相互重叠时的膝角过小，这种现象一方面容易引起裁判员的腾空技术判罚，另一方面也会因为摆动腿质心过高而影响摆动技术的质量。因此，这一指标应该在运动中保持相对稳定，而不应受到速度变化的过多影响，该指标与速度指标较低的相关系数数值也说明了这一点。此外，在后支撑过程中，保持躯干稳定可为下肢力量推动身体重心的快速前移提供重要的支撑条件，而稳定上肢的前后摆动幅度[19]、维持躯干直立姿势[20]则是实现这一目标的重要条件。本研究中离地前摆肘关节角与大臂后摆角均与速度指标的相关性很低，在一定程度上说明两者在速度变化时是保持相对稳定的，这与上文分析是一致的。

依据竞走比赛规则，在竞走运动中选手不能出现人眼可见的双脚同时腾空现象，但是，在高速比赛中，腾空问题又难以规避。腾空时间与头部垂直起伏的高度是常用于评判腾空动作的重要技术指标。本研究发现，速度与腾空时间、头部垂直起伏高度均显著正相关。这在一定程度上可说明，在一定范围内，速度值增大时，腾空时间与腾起的高度也呈现增加的趋势。对于腾空问题，可依据抛物线运动定律来解释。在競走运动中，当选手蹬离地面后会完成抛射运动，而在抛射过程中，空中飞行时间T与垂直位移H的可分别用公式T= 2·v·sinθ g 、H= （v·sinθ）2 2g 来计算。由T公式与H公式可知，速度增加时腾空的时间与垂直位移的高度均会增加，而腾起角度减小（即后蹬离地角减小）却可在一定程度上限制两者的增加。由竞走运动的技术特点看，运动员在支撑腿离开地面后便不再与地面接触，人与地面间的力的作用关系也就已消失。因此，人体重心在腾空时腾起的高度、腾空过程所持续的时间主要取决于离地前的技术状态，而这种状态又与下肢在支撑阶段的蹬摆结合的效果有关。后蹬离地角指标反映的就是身体重心在支撑腿后蹬离地时相对于地面支撑点的向前性，只有当离地时人体重心的位置相对于支撑点更为向前，下肢后蹬力的水平效果才更好。而人体重心能否在离地时获得较好的向前性效果，关键还在于摆动腿在整个支撑阶段是否能够以“近固定正移动钟摆运动”的形式放松、快速地向前摆动。理想的离地腾起角度不仅可以避免出现腾空时间过长与腾空高度过高的问题，而且还能够通过放松、快速的下肢摆动动作来促进蹬地动作对人体重心水平加速的目的。这也可能是一种“以摆促蹬”的表现。