科技助力自由式滑雪空中技巧女子运动员备战北京冬奥会周期的应用

徐梦桃，范 祎，李泽鹏，娄彦涛

（1.沈阳体育学院 附属竞技体育学校，辽宁 沈阳 110102；2.北京体育大学 研究生院，北京 100084；3.沈阳体育学院 运动人体科学学院，辽宁 沈阳 110102）

自由式滑雪空中技巧（以下简称“空中技巧”）是我国雪上优势项目，北京冬奥会我国在空中技巧项目上获得2 金1 银的历史最佳战绩。其中，沈阳体育学院自主培养的辽宁籍运动员徐梦桃采用女子最高难度动作bFFF（难度系数为4.293）获得我国历史上该项目女子首枚金牌，沈阳体育学院学生齐广璞采用世界最高难度动作bdFFdF（难度系数为5.0）获得该项目男子金牌；另外，徐梦桃、齐广璞和贾宗洋（沈阳体育学院自主培养）3 名运动员获得该项目的团体银牌。以沈阳体育学院为核心的科技攻关团队制定了包含体能、技术、心理和康复在内的一系列助训方案，是金牌背后的“顶梁柱”。北京冬奥会是在我国“两个一百年”奋斗目标历史交汇点上举办的一次重大标志性活动。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（简称“十四五”规划）明确提出，“把科技自立自强作为国家发展的战略支撑”，同时要“建设体育强国”，“把两者进行有机结合，方可高效率高质量地提升我国冰雪运动水平”[1]。在第22、23届冬奥会期间，我国男子、女子空中技巧运动员均因落地不稳而与金牌失之交臂。因此，在北京冬奥备战周期，“科技冬奥”课题组开展了该项目的系列研究，以充分发挥科技助力作用，整体提升我国冬季项目科学化训练水平的备战方略[2]。科研团队在技术动作现场视频反馈、关键技术的分析与优化、生理生化监控、心理指导与康复保障等方面客观分析空中技巧运动员在备战期间的情况，并结合国家队的现状与备战目标，准确把握科技助力着力点，并有效指导科学化训练。

空中技巧项目成功夺金为我国冬季项目发展提供了巨大动力。以科技促发展、补短板已成为我国竞技训练界的共识[3]。在后冬奥时期和新冠肺炎疫情影响下，如何将科技助力顶层设计落实到具体项目和训练中，如何既重视当下奥运的训练又注重后奥运的长期发展，仍是竞技体育界面临的巨大考验。为此，本文以我国女子空中技巧队北京冬奥会备战周期科技助力应用为主线，总结该项目科技备战的创新模式与思路进行推广运用，为加快推进科技强国和体育强国建设作出贡献。

1 我国女子空中技巧队北京冬奥会备战周期科技助力总体模式

科技助力空中技巧运动员主要着力点包括体能储备、专项技术动作、康复保障和心理能力4 个方面（图1）。体能储备主要为运动员专项身体素质的强化，采用数字化训练设备，使训练做到数据化、定量化、可视化，实现科技与数字化体能训练的高度融合。专项技术动作的科技助力主要为实现空中技巧运动员的出台、翻转和落地环节的动作优化，基于三维动作捕捉和识别技术、空气动力学实验和模拟技术、生物传感器技术、肌骨动力学分析技术等，研发“智能视频监控与反馈系统”，为后续生物力学分析及训练方案的制定提供支持。康复保障依靠新技术和设备提供专业、精准的评估，针对训练中不同阶段、不同程度的损伤为运动员提供安全有效的功能训练，使其恢复至正常运动水平。心理能力方面则依靠高科技手段进行运动员心理状态观测与训练，保证其在比赛中能够发挥正常水平。

图1 北京冬奥会自由式滑雪空中技巧运动员科技助力主要着力点Figure 1 Main focus of science and technology promotion for freestyle skiing aerials athletes in Beijing Winter Olympics

备战周期总体分为夏训、冬训以及竞赛阶段（表1）。夏训阶段一般在4—9月份，主要以陆地训练提高运动员的身体素质、心肺能力和专项体能储备为主，同时采用蹦床、蹦极训练提高专项技术和空中动作质量。其中，夏季水池训练起到承上启下的决定性作用。与雪上训练不同，水池训练的着陆区为4 m 深的水池，主要训练运动员的出台技术、空中翻转的时机和界限、落地阶段的准备以及合理的人体姿态，对运动员技术动作的细化和开展难新动作起到了决定性作用。水池训练前期主要进行简单的一周或两周台动作，侧重训练空中姿态，提高空中动作控制能力；中、后期主要侧重动作的难度、落地姿态和稳定性，为雪上实战训练做准备。10月后进入冬训阶段，采用雪上实战巩固夏训成果，以提高落地成功率和动作难度为目的。次年2月，运动员参加世界杯等大型比赛，以获取冬奥会积分、提升比赛经验和保证动作成功率。

表1 空中技巧女子运动员备战北京冬奥会训练阶段划分Table 1 Division of training stages for female freestyle skiing aerials athletes preparing for Beijing Winter Olympics

2 科技助力空中技巧女子运动员备战北京冬奥周期的具体应用

2.1 生物力学现场反馈

高难度动作训练中，即时反馈尤为重要。运动员和教练员通过现场反馈结果可及时发现技术动作的不足并即刻改进动作，为后续训练达到更佳效果提供依据。而前几代反馈系统设备需要人工标注逐帧解析，巨大的工作量也导致数据反馈周期较长。同时因运动形式、运动装备及运动环境的特殊性，该项目的科学化测量和观察具有较大挑战性[4]。雪上训练通常伴随冷风、低温和高湿等干扰，夏训期间面对高温等因素的影响，对测量仪器的硬件适应性和可靠性均要求较高，且运动员在助滑、起跳、翻转和落地等阶段均需快速采集，对设备的采样频率、分辨率和快门速度等关键指标也提出了较高要求。另外，运动参数采集时需要使用非侵入性设备以减少对运动员技术动作的干扰。为满足上述要求，科研团队开发出融合数字视频识别的人工智能技术以及基于AI 算法的无标识点动作捕捉系统，为运动员技术训练提供现场反馈，大大提升了数据采集和分析的效率。在整个备战周期内，该系统实时反馈重点运动员的出台、起跳和落地等关键技术环节的数据，提供快捷和自动化的技术评价报告，为运动员提供科技助力的坚实保障。

该系统可采集运动学、动力学和表面肌电数据并分析基础的生物力学指标，如出台速度，人体重心速度，下肢髋、膝、踝关节角度，人体体位角度等，对每个运动环节进行独立分析并计算重心与着陆坡的角度、雪板与水面的夹角等关键衍生指标。科研人员在训练现场对动作进行全程拍摄，通过不同功能的视频回放进行即时反馈，系统视频处理后生成数据参数、可视化图表、动作纠正方案等，更全面地分析运动员完成动作的质量。将运动员每天训练的数据累积，通过软件功能实现2D/3D 模型和数据等更加全面的对比分析，纵向能对比同名运动员不同跳次的优秀动作和失误动作的关键技术差异性，横向能对比同类难度动作的不同运动员关键技术的差异性，根据反馈结果有针对性地设计优化方案。

2.2 关键技术动作优化

助滑速度和技术是完成后续动作的关键，其快慢将直接影响出台速度、角度以及出台后的高度和远度，进而对空中技术动作完成质量以及落地稳定性产生极大影响。2018年平昌冬奥会第二轮女子决赛中，徐梦桃因助滑速度不足落地时身体前倾导致着陆失败。在出台瞬间要求运动员将躯干、髋关节和膝关节锁死，使躯体近似于刚体状态，在完成动作的过程中跳台与其的作用力才不会被其他环节缓冲，整个出台、空中翻转以及落地才能较好地完成[5]。通过视频反馈系统可更快捷、更高精度地测算助滑速度、出台角度以及运动员从过渡区到起跳阶段下肢的屈伸状态，进而筛选出影响运动员助滑速度的主要因素，并建立助滑距离与速度控制模型，向运动员提供主要助滑距离参考值。同时通过蹦床与蹦极训练优化空中动作的转体时机、转体界限和姿势控制能力，掌握运动员自身重心的实时速度、位移与各肢体关节数据，从而为每位运动员量身定制起跳方案和上肢摆臂技术。在空中动作质量方面，进行了视觉、前庭功能和本体等多种感觉系统对姿势控制的干扰程度研究[6－7]，得出该项目运动员姿势控制能力受多种感觉系统干扰的影响，其中受本体感觉影响程度最大，其次是影响半规管旋转的前庭功能，根据此结果在专项训练中设定本体感觉和半规管旋转的抗干扰训练。

落地的质量是衡量最终得分的重要部分。我国空中技巧项目起步较晚，落地技术落后于传统冰雪强国，运动员落地成功率普遍较低。成功落地需要运动员保持好适宜的姿态角，使合重力矩和反作用力矩相互消减，达到平稳着陆的效果。如果运动员落地时的体位角过大或过小，反作用力矩和合重力矩相互叠加，强大的冲击力会产生强烈的旋转效应，需要肌肉提供强大的力矩来克服，因此对下肢肌群提出了较大的挑战。通过视频反馈系统找出运动员落地时下肢各关节角度范围、人体重心垂直着陆坡（人体支撑面）的角度范围和人体重心在着地时的速度范围，以此来判断缓冲过程中姿势的合理性、双下肢的对称性和重心的稳定性，进而设计适合于不同运动员的落地模式和策略。在测量、分析地面反力时，通过便携式足底压力鞋垫中的压力传感器，可以获得不同的高度下人体冲击力的大小，进而在ISOMED 等速肌力测试系统采用下肢蹬踏训练模式进行相应技术参数的设定，使运动员在实验室条件下进行模拟落地技术的训练。备战期间依托整个团队的科学训练与视频反馈技术的应用，女子空中技巧国家队队员的落地稳定性均得到显著提高，成功率均达到75%以上（表2），女子主力队员徐梦桃和孔凡钰的落地成功率提升至95.6%和94.3%。

表2 2018—2022 赛季空中技巧国家队女子运动员落地成功率Table 2 Landing success rate of female athletes of freestyle skiing aerials national team in 2018 -2022 seasons

2.3 运动员身体机能科技优化手段的应用

2.3.1 科技助力体能训练 空中技巧对运动员爆发力、协调力、感知力和控制能力要求较高，机体的微小变化都将影响运动机能的发挥，使训练和比赛时的受伤风险加大[8]。良好的体能成为运动员提升专项运动能力和降低运动损伤的重要支持和保障。通过对上下肢、核心以及非稳态条件下的肌肉力量、机体灵敏度与协调性、大强度的无氧和有氧能力的训练以及结合牵伸等技术，有效地发展运动员定向、平衡、柔韧、节奏分辨和心肺能力，增强基础体能。另外，对核心区域的强化训练加强了对身体的加速、制动、旋转、平衡、稳定的控制，优化了空中、落地及转体技术，达到了增强专项体能的目的[9]。备战中借助高科技训练设备捕捉运动员蹬腿时的左右侧速度、爆发力、反应时间、活动度等数据，将其绘制成柱状图和曲线图，为运动员训练提供精确的数据支持，进而增强运动员的体能并打通专项技能提高的壁垒。2020年为期半年的体能强化训练将女队每天运动量提高1/3 以上，主力队员徐梦桃更是从每天12 跳增至26 跳，并增加更多的高难度跳次，这得益于基础体能强化使专项动作训练在数量与质量上得到飞速提升。另外，科研团队还从该项目的技术特点和供能特征出发，分析运动员较为敏感的监控指标，及时了解其身体状况，包括训练适应情况、体能状况以及营养状况等，进而科学调整训练方案，为提高成绩奠定了坚实基础。

2.3.2 科技助力心理训练 心理训练是备战周期科技助力的重要组成部分，在比赛双方身体、技术、战术等训练水平相当的情况下，心理因素往往对比赛胜负起着决定性作用[10]。空中技巧比赛往往是一跳定胜负，容错率低，如何保持良好的情绪，让运动员处于适当的兴奋状态，充分发挥其技术水平是一个关键性问题。在新冠肺炎疫情影响下，封闭式训练使运动员的心理压力、精神负担等负荷叠加，易产生思想疲惫或焦虑情绪。科研团队通过组织大集训、大调训，开展网络赛等竞赛活动，同时采用集体讲座、个人咨询和心理宣传等形式提高运动员心境管理能力[11]。北京冬奥会我国运动员虽占有主场优势，但为国争光的责任感让其承受了更多的焦虑和更大的心理压力。女子空中技巧决赛中，第5 个出场的徐梦桃顶住对手冲击的压力成功夺得冠军，拥有如此强大的心理调节能力，均得益于平日的心理调节训练。

2.3.3 科技助力运动康复 空中技巧运动员冬训期间日均训练负荷为15 ～20 跳，每跳的出台全身制动技术、空中姿态的稳定性以及落地站稳后的下肢蹬伸动作，都对其肌肉力量和关节承载能力提出较高要求[12]。鉴于该项目的老队员的身体都有陈旧损伤，新的损伤又可能随时发生，因此预防和治疗是备战的重中之重。以女子主力队员徐梦桃为例，她在前3 个奥运备战周期内分别遭遇左、右膝前交叉韧带断裂、右膝内侧韧带撕裂以及半月板切除手术[13]。北京冬奥备战周期，科研团队结合专项运动特点从预防和康复两方面重点保障其竞技能力。如运用等速肌力训练系统辅以HUR 气动力量康复设备监控肩、髋、膝、踝关节和腰背肌肉力量数据，并结合专项特点给出测定报告，找出训练短板，分阶段制定训练计划，根据恢复情况不断调整，促进其综合力量的提升。针对疲劳恢复，传统的中医和新兴的物理治疗方法可增强神经兴奋性，促进血液循环，加速炎症和水肿的消除等。通过各种技术手段助力（表3），2021年世界杯时徐梦桃在出台、空中翻转、落地成绩方面，较过去均有明显提高，且稳定性更好。以上这些都为她在北京冬奥会上的耀眼表现奠定了基础。

表3 提高空中技巧运动员竞技能力对科技支撑的内在需求Table 3 Internal demand for science and technology supported training for improving freestyle skiing aerials athletes’competitive capacity

3 徐梦桃北京冬奥会夺金竞技实力分析

3.1 动作难度的选择

北京冬奥会女子空中技巧决赛的竞争异常激烈，不仅需要运动员选取较高难度系数的动作，还要具备完成高质量的出台技术、标准的空中动作和落地等关键技术的能力。徐梦桃在决赛中选取女子最高难度bFFF（难度系数4.293），并高质量地完成了关键技术动作。北京冬奥会徐梦桃成功夺得金牌，完美的出台、空中动作以及稳定的落地为其夺冠奠定了基础，但更大程度上取决于其在备战过程中对高难度动作不断冲击所形成的熟练度和超强控制能力。近7 届冬奥会女子决赛中，三周台运动员获得6 届冠军，选择的动作难度系数在3.525 ～4.425 之间，金牌获得者的难度系数在3.800 ～4.175 之间。由此可知，该项目女子运动员冲击金牌的动作难度系数需高于3.800。索契和平昌冬奥会女子决赛中运动员均采取以难度为战术的主流，其中60%以上采用高难度战术[14]。因此，难度系数的增长是空中技巧项目的趋势，北京冬奥会三周台动作必然是争金的主战场。不断冲击高难度动作也是徐梦桃备战周期中的主要任务。因徐梦桃在平昌冬奥会比赛期间受伤，2018—2019 赛季的夏训主要以基础性动作为主。夏季水池训练的着陆是落在水平面的水池上，运动员可以安全大胆地完成空中技术动作，能够比雪上训练进行更多的跳次以及完成更高的难度，因此夏训的平均难度略高于冬训（表4）。但在2021—2022 赛季，冬训的平均难度超越夏训，因冬奥会临近，基础动作训练有所减少，难度动作训练增加以及多次参加竞技性比赛所致，无论是夏季跳台训练还是冬季跳台训练，连续3 个赛季平均训练难度系数均不断增加。难度的提升促进高分动作的产生，为北京冬奥取得佳绩奠定了难度基础。

表4 徐梦桃备战周期动作平均难度系数Table 4 Average degree of difficulty of Xu Mengtao’s preparation cycle

3.2 徐梦桃本届三周台动作的落地稳定性

高难度动作是制胜基础，而动作质量是制胜保障，该项目落地稳定性是运动员获得最终卓越成绩的保证[15]。因此，落地稳定性也成为科技助力的重中之重。通过备战期间现场反馈、关键技术的动作优化、模拟落地下肢蹬踏训练以及体能储备的科技应用，渗透相应的力学原理，总结动作的发展方向和变化规律，如转动形成的力学机制、增加转动速度的身体调控方法、落地时身体的姿态和稳定性之间的关系、转体动作的横轴与纵轴的不同匹配速度等，以此提升针对性动作。近3 个备战赛季中徐梦桃三周台动作的落地成功率均逐年上升（表5），并在北京冬奥会以100%的成功率落地，也为零失误夺金奠定了基础。

表5 徐梦桃备战周期和北京冬奥会三周台不同难度动作的落地成功率Table 5 Xu Mengtao’s landing success rate of different actions on triple platform in preparation cycle and Beijing Winter Olympics

4 科技助力空中技巧项目的主要功效

4.1 实现多学科一体化科技助力模式

北京冬奥会备战中空中技巧项目科研团队利用数据模型、先进设备、科学治疗与康复技术等手段搭桥，对运动员姿势控制、动作诊断、效果评价以及关键运动技术特征及演变规律等问题进行了系列研究。通过加深理论与实践两方面的研究和探索，进行了由传统的“师徒传技”到当代的“科学化训练”的转型，将大量以往被忽视的学科，例如生物力学、生理学、生物化学、心理学、运动医学以及管理学等纳入训练，重塑运动训练的生物学和教育学基础。通过整合和集成现有的科技成果，形成训练、科研和保障“三位一体”的模式，该模式将当下迅猛发展的大数据、云计算和智能化融入其中，在数据库和各类模型的支持下，将传统的经验式训练变为可设计、可预期和可控制的训练，“剂量负荷”“精准优化”和“智能诊断”已经从概念成为现实，实现运动员训练监控可视化并挖掘隐藏的短板，短时间内寻求最优解。通过实施“科技冬奥”重点专项，多学科一体化助力模式使运动员能够及时发现技术动作中存在的问题，并加以纠正；根据对技术动作的解析和视频反馈分析，提出针对不同运动员、不同技术动作的训练建议和技术动作方案，对改进技术动作、提高训练效果发挥了良好作用。面向未来，“跨领域”和“跨学科”将成为竞技体育科技发展的主要方向[16]。在“训练－科研－保障”一体化训练模式下应积极构建复合型多学科的训练团队，建立大数据智能化的训练平台，提升竞技运动训练的效果[17]。

4.2 创新冬季项目转训技术融合方案

北京冬奥会科技攻关周期内，研究团队基于科技助力创新夏－冬转训融合理论，并形成具有操作性的管理方案，有效解决了空中技巧夏训效果差、缺乏科学指导等实践问题。课题组以冬季雪上关键技术训练为准则，探索夏训关键技术（助滑、起跳、空中、落地）与冬季不同场景下运动员技术规律的差异性，提升和改进夏训方法和手段，建立夏－冬转训技术融合方案。同时基于空中技巧运动员在夏季和冬季多源场景技术训练转换下技术、体能、心理差异性评价与趋同性训练的关键技术，研制出大时空尺度下运动员转换适应性训练最优模式。通过获得空中技巧国家队重点运动员的出台技术、落地阶段之间的差异性方案，进一步为其制定转训融合方案，及时与教练员沟通，并在冬奥会训练及比赛中进行有效应用和实施。科技助力的应用全面总结了我国雪上项目优势团队在运动员培养中的夏－冬转训经验和方案，成功梳理出具有中国情境特点的转训理论以及项目迁移方式，针对高山滑雪、越野滑雪、跳台滑雪、自由式滑雪雪上技巧和大跳台等技巧类项目也可进行推广运用，为运动员提供“精准到肌肉”的理论和数据支撑，帮助其实现突破。

4.3 深化我国空中技巧人才培养体系

冬季体育运动人才培养是全方位的，不仅体现在运动员人才培养，教练员、裁判员、技术官员和管理人员的专业知识和专业技能培养也不可或缺[18]。本备战周期科研团队围绕雪上项目进行的科技攻关服务成果创新了竞技体育训练相关理论，加强了现代科技手段在运动员科学选材中的应用，将经验选材和科学选材相结合，逐步形成一套科学化的青少年后备人才评价体系。依靠先进设施、设备在空中技巧重点运动员训练中的应用，提高了训练的信息化和智能化水平，实现体育科技服务各层级运动员全覆盖。同时，进一步深化与体操、蹦床、跳水等技巧类项目的合作，进行跨界选材与培养；在此基础上不断丰富我国体育高等教育的教学理论和实践，保证人才不断档，有利于空中技巧项目的可持续发展。

5 结语

以科技为助力，中国竞技体育在北京冬奥会周期走出一条强劲上扬的曲线，同时也抓住北京冬奥会的机遇迅速对科技备战完成了一次科普。北京冬奥会赛场上我国运动员频创佳绩，从幕后科研支持团队到科研型教练再到台前的运动员，中国竞技体育的高质量发展对各个环节上的科技参与、支持、理解和执行能力提出更高要求。在接下来的米兰冬奥会备战周期以及建设体育强国的伟大征程上，更加需要科技助力尤其是科技提升的能力进而持续发挥出更强的支撑和引领作用。