1997年雅典第六届世界田径锦标赛生物力学研究报告

1997年雅典第六届世界田径锦标赛生物力学研究报告

布吕格曼 等 德国科隆体育大学

艾康伟 等译 国家体育总局体育科学研究所 (aikangwei@http://www.77cn.com.cn)

1 前言

国际田径联合会委托德国科隆体育大学田径研究所在1997雅典第六届世界田径锦标赛期间进行生物力学研究。这是在1987年罗马第二届世界锦标赛期间首次对于不同的田赛和径赛项目在比赛的条件下对世界优秀的运动员进行的运动技术数据分析的继续。 本项研究的目的是：

－ 充实优秀运动员生物力学参数的数据库

－ 为教练员和运动员提供不同技术动作的定量化参数 － 进一步增加对田径技术限制因素的理解 － 获得男女运动员运动技术差异的数据

－ 帮助国际新闻媒体具有吸引力和竞争力的田径转播报道和提供所获得的研究数据 此项研究有三部分组成：

·用三种语言（英语，法语，西班牙语）以插图宣传手册的形式为新闻媒体提供历史背景和重要生物力学概念等信息服务

·在决赛后的第二天提供生物力学的信息服务

· 对所采集的数据的进行进一步的分析并在1997年12月和所拍摄的录像资料以报告的形式发表。最后的研究报告将作为“新技术研究”的增刊在1998年初出版。

本项研究重点分析以下项目的男女决赛： ·100m, 200m, 400m, 4×100m · 100m 和 110m 跨栏 · 5000m, 10000m

· 跳远， 三级跳， 跳高和撑杆跳 · 铁饼

女运动员在跳跃，短跑和投掷项目中不同的技术特点是特别值得研究的。选择长距离径赛项目来研究疲劳对于跑技术的影响和机械效率。

使用高速录像技术，三维运动分析，速度和时间测量仪器来采集生物力学数据。一种新的名称为 LAVEG 的激光测量系统在本次研究中被广泛运用。

国际田联生物力学测试队每天在快速信息服务会议上发布初步的研究结果并加以解释。 在锦标赛期间，

提供了以下男女运动项目的生物力学信息： ·100m, 200m, 400m · 110m 跨栏

· 跳远，三级跳，跳高

在信息发布会上，参加者得到前一天决赛的结果，以及对比赛简要的评述和解释。

因为这是首次在重要的国际比赛上对男女三级跳进行研究，所以这项研究着重对由于性别不同男女运动员技术上的差异进行生物力学分析。

此外，也提供了锦标赛最后一天进行的100m 跨栏决赛的数据和撑杆跳分析的初步结果。

2 研究方法和步骤 2.1 电子测量 2.1.1 光电测量

为获得助跑的测量数据，一套光电测量系统被安装在离跳远和三级跳踏跳板11m，6m，和1m处。这被用来测量运动员通过光电测量装置之间距离的平均速度。 2.1.2 激光测量

使用一套激光测量系统（LAVEG SPORT）来测量跳远，三级跳，撑杆跳助跑以及短跑和跨栏项目运动员的瞬时速度。测量系统安放在助跑道和100米以及跨栏项目的后方。

在运动员整个助跑过程（跳远，三级跳，撑杆跳）,三级跳的单脚跳，跨步跳和跳跃，以及100米，100米和110米跨栏，200米最后的80米比赛中，系统操作人员使用一光学控制装置来跟踪运动员的背部。根据已知红外光的速度，可以每秒50次的采样频率测量出激光测量系统与反射物体之间的距离。根据位置和时间参数，通过对时间的一次微分可计算出运动物体的速度。所得到的原始数据和经计算得到的速度曲线储存到比赛现场的PC机中。 2.2 录像技术 2.2.1 50赫兹录像

使用多台同步S－VHS录像机，拍摄频率为每秒50场，来记录1997雅典第六届世界田径锦标赛的跳跃比赛。对于跳远和三级跳摄像机的主光轴垂直于运动平面。在三级跳比赛中使用了四台摄像机。第一台摄像机用来拍摄助跑的最后两步，第二，三，四台摄像机分别拍摄单脚跳，跨步跳和跳跃等技术动作。对于跳远比赛使用了三台摄像机，第一台用来拍摄助跑的倒数第三、四步，第二台拍摄助跑的最后两步，第三台拍摄运动员空中飞行动作。

使用四台摄像机来拍摄撑杆跳的技术动作。摄像机1和3用来拍摄助跑的倒数最后两步到撑杆达到最大弯曲这一动作范围；摄像机2和4用来记录撑杆达到最大弯曲到运动员过杆的技术动作。因为对撑杆跳要进行三维分析，所以摄像机1和3的主光轴分别与摄像机2和4的主光轴成直角。为对拍摄的录像资料进行数据分析，通过视频采集卡将数据储存到MOTUS运动录像分析系统视频数据磁盘上。 2.2.2 高速录像

为拍摄三级跳，一台拍摄频率为每秒250帧来拍摄跨步跳的起跳步，另一台高速录像机（Peak Performance）以每秒200帧的频率拍摄单脚跳的起跳。定点的高速摄像机拍摄跳远的起跳，100米和跨栏比赛60米处的技术动作。 2.2.3 扫描录像

在跳远，跳高，三级跳，撑杆跳，100米，200米（弯道）和跨栏比赛中，使用扫描录像技术来采集数据。对于女子跳高和撑杆跳使用50赫兹的录像系统。对于其它的比赛项目，在使用高速录像的同时，运用了录像扫描技术。

使用了可解算扫描旋转和倾斜角度的三角架。使用标定杆作为参考系统，可计算出摄像机拍摄每一幅画面的摄像机的位置，扫描旋转和倾斜角度以及摄像机镜头的聚焦。输入这些参数可运用2D－DLT技术对摄像机进行标定和计算坐标参数。 2.2.4 数据分析和坐标系统

对于跳远和三级跳项目，坐标系统的X轴指向助跑和跳跃的方向，Y轴垂直于地面并与X轴垂直。坐标原点为起跳板前沿的中心。跳高项目坐标系统的X轴平行于横杆，Y轴在地平面上并垂直于X轴，Z轴垂直向上并垂直于X和Y轴。坐标原点在横杆中心点垂直下方的地面上。

撑杆跳坐标系统的X轴指向助跑和跳跃的方向，Y轴垂直于地面并与X轴垂直。

3 100M

3.1 研究方法和步骤

使用两种不同的测量仪器来记录100M决赛运动员的参数：在运动员的后方使用LAVEG激光测量仪器和在运动平面的正侧面运用录像分析。

由于激光分析可以计算出运动员比赛时的瞬时速度，所以运用录像分析可得到每十米的分段时间。因为只有六台激光测速仪器，所以只能获得参加100米决赛男女各六名运动员的参数。 3.2 结果和评述 3.2.1 男子100M决赛 时间参数

表1 给出了每10米的分段时间。

雅典世锦赛100米决赛的数据证明了一些众所周知的趋势。世界级的短跑选手在50米到70米处达到最大速度，并在最后20米中或多或少有所减速。在一10米段用时最短是卡尔.刘易斯（1991东京世锦赛）和多诺万.贝利（1996亚特兰大奥运会），他们所用的时间是0.83秒，并创造了新的世界记录。雅典100米决赛的运动员没有人达到了这一速度。

图1说明：贝利输掉100米决赛主要是因为他前10米比格林慢0.06秒。从10米到50米，贝利比格林要快0.05秒。从60米到90米，两运动员的用时一样，但格林在最后的10米比贝利快0.02秒。

表1： 男子100米决赛运动员的分段时间 （秒）

姓名 格林 贝利 蒙哥马利 博尔顿 伊辛瓦

成绩

反应时 0-10m10-2020-3030-4040-5050-6060-7070-8080-90（毫秒） 9.86 134 1.719.91 145 1.779.94 134 1.7310.02 123 1.7210.10 135 1.77

m 1.041.031.031.041.051.05

m 0.920.910.930.930.930.94

m 0.880.870.880.890.890.89

m 0.870.850.860.870.870.87

m

m

m

m

0.85 0.85 0.86 0.870.85 0.85 0.86 0.870.86 0.86 0.87 0.880.86 0.86 0.87 0.880.87 0.87 0.88 0.900.87 0.87 0.88 0.89

90-100m 0.88 0.90 0.90 0.89 0.92 0.93

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