中國優(yōu)秀女子鏈球運動員王崢備戰(zhàn)東京奧運會投擲技術的量化跟蹤研究

李利強 孫宇亮 郭 晨 萬炳軍，

(1.西藏民族大學 體育學院， 陜西 咸陽 712082;2.陜西師范大學 體育學院， 陜西 西安 710119;3.陜西師范大學 青少年體育研究中心，陜西 西安 710119)

2019年9月2日，國務院發(fā)布的《體育強國建設剛要》中明確提出持續(xù)推進競技體育發(fā)展，實施科技助力奧運工程[1]。鏈球項目和亞洲女子紀錄保持者王崢，近年來多次在世界大賽中為我國爭金奪銀，其一直以來都是國家田徑隊備戰(zhàn)東京奧運會的重點。2019年全國田徑錦標賽中，王崢依然以76.26米的優(yōu)異成績穩(wěn)定排名年度亞洲第一。但是，有不少研究指出，王崢目前仍存在大賽中發(fā)揮不穩(wěn)、競技能力表現(xiàn)不充分等現(xiàn)象[2-4]。因此，通過對系列比賽的跟蹤量化，研究王崢鏈球投擲技術表現(xiàn)及變化趨勢，對全面落實科技助力奧運方針，完善投擲項目在東京奧運會取得理想成績至關重要。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究以女子鏈球投擲運動員王崢備戰(zhàn)東京奧運會投擲技術的量化跟蹤為研究對象，通過對其2018年參加的全國田徑投擲項群賽1(下文簡稱(項群賽-1))、2018全國田徑投擲項群賽2(下文簡稱(項群賽-2))、2018全國田徑大獎賽2(下文簡稱(大獎賽-2))三場國內(nèi)大賽的投擲技術進行跟蹤研究，分析王崢投擲過程的技術劣勢。

表1 女子鏈球運動員王崢簡況表

注：體重記錄時間為2018年4月。

1.2 技術指標的選取

本研究選取指標主要依據(jù)已有研究文獻、采用研究方法和研究目的三方面確定。據(jù)此，研究選取了投擲過程時間參數(shù)、投擲過程速度參數(shù)、投擲過程角度參數(shù)、投擲過程距離與軌跡參數(shù)4個維度的12個二級指標作為研究技術的指標，具體指標明細羅列如下：

表2 技術研究選取分析指標羅列表

1.2 研究方法

1.2.1 跟蹤拍攝

利用兩臺高速攝像機(采集頻率設置為120Hz)對王崢2018年的三場次國內(nèi)大賽的投擲技術(最遠一次投擲)進行定點、定焦跟蹤拍攝。首先使用PEAK輻射式三維標定框架進行標定，分別于賽前和賽后將標定框架放置于投擲圈中央進行拍攝，拍攝前架設機器并進行同步設置。1號機放置于運動員站位正側面，2號機放置于運動員正后方，兩機主光軸對準運動員，夾角約為 90°。場地設計與拍攝現(xiàn)場實況如圖1所示：

圖1 比賽場地拍攝方案示意圖

1.2.2 三維錄像量化解析

采用前蘇聯(lián)扎齊奧爾斯基三維人體模型，將人體分為16個關節(jié)點，對兩臺高速攝像機采集的二維圖像進行DLT三維重構。通過視訊解析系統(tǒng)將運動員完成投擲時各關節(jié)點的空間三維錄像進行量化處理得到投擲過程原始數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行平滑處理，平滑系數(shù)為10Hz。后采用Qtools、Origin和Excel三種數(shù)據(jù)處理軟件進行三維空間數(shù)據(jù)量化后的指標計算與處理，得到運動員完成投擲技術時關鍵指標參數(shù)變化規(guī)律，繼而進行下一步的技術分析。

表3 跟蹤拍攝比賽及解析投擲信息一覽表

2 符號的說明

為方便研究過程中關鍵時節(jié)點的表述，同時準確掌握各技術階段，進而更加精確地進行技術量化分析，根據(jù)研究需要，同時結合已掌握的研究資料，本研究將運動員的投擲過程劃分為若干時項，并用相應符號表示了投擲過程中的各技術關鍵點，以求方便研究過程，提高研究效率。

表4 投擲過程各時項關鍵點符號說明表

P→R↑1 R↓1→R↑2 R↓2→R↑3 R↓3→R↑4 R↓4→R↑5 D圖2 王崢投擲旋轉過程時項劃分圖

3 研究結果與分析

3.1 時間參數(shù)的分析

3.1.1 每圈旋轉時間分配與總時長分析

從投擲過程旋轉時間分配情況來看，王崢前三圈旋轉用時控制相對較好。但從第四圈用時情況來看存在問題較大。理論而言，在完成投擲動作時加速過程用時應逐圈縮短，且世界高水平運動員投擲時間縮短率要明顯好于普通運動員[5]。王崢三站次比賽T4分別為0.68s、0.44s和0.47s，較第三圈用時而言加速不明顯。三站比賽第三圈和第四圈用時變化趨勢分別為0.47s、0.68s，0.48s、0.44s，0.47s、0.47s，尤其在項群賽-1比賽中，第四圈用時比第三圈長0.21秒，明顯說明了加速過程第四圈用時過長，加速效果差的問題?？梢姡鯈樞D各圈用時存在的問題主要歸結為第四圈旋轉用時縮短不明顯且存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，沒能很好和前三圈加速形成由長到短的線性下降趨勢，影響了加速效果，反映出其主要加速節(jié)奏不連貫的問題出在第四圈旋轉階段。

表5 王崢每圈旋轉T分配情況 單位/s

從旋轉總用時方面來看，在本賽季的三場比賽中，王崢投擲總用時平均為2.29秒，較打破亞洲記錄同期2.17s投擲用時相比，表現(xiàn)出旋轉用時加長，且旋轉速度快的優(yōu)勢表現(xiàn)不再明顯的特征。項群賽-1和項群賽-2同樣投出71.39米的成績，但投擲旋轉用時起伏較大，相差0.19秒，加速用時不穩(wěn)定現(xiàn)象明顯。

3.1.2 單雙腳支撐時間分析

表6 王崢旋轉過程單雙腳支撐T分配情況 單位/s

投擲過程單支撐是過度階段，鏈球速度增長主要集中在雙支撐階段。從理論上分析，在一定范圍內(nèi)雙支撐時間占比越大，旋轉加速效果越好[6]。從上表可以看出，將旋轉過程分為單支撐、雙支撐兩個部分來看，王崢旋轉加速單雙支撐分配比較合理，從項群賽-1到大獎賽-2，三站比賽雙支撐分別占Tt比為46.3%、49.8%、52.1%，單支撐分別占Tt比為53.7%、50.2%、47.9%，單雙支撐分配處于穩(wěn)定并基本處于各占旋轉Tt50%左右的水平，單雙腳支撐分配合理。然而，在三站比賽旋轉過程中，王崢前兩圈雙支撐時間較為穩(wěn)定且略有增長，第三圈和第四圈雙支撐時間開始下降，除2018全國田徑投擲項群賽-2第四圈雙支撐時間下降幅度較大，達到0.05s，其余兩站比賽整體雙支撐時間相對穩(wěn)定。反映出王崢在投擲過程中，其雙支撐時間處于基本穩(wěn)定的水平，雖第三和第四圈略有下降，但整體處于平穩(wěn)水平，基本保證了鏈球投擲過程加速旋轉中持續(xù)加速的要求，為鏈球獲得持續(xù)加速提供了基礎和保障。

3.2 速度參數(shù)的分析

3.2.1 鏈球運行與出手速度

投擲項目的出手速度和出手高度、角度具有高度相關性，且出手角度與出手速度正相關，且器械在加速過程中速度增大的線性表現(xiàn)越好，且出手瞬間前后速度越接近整個投擲過程的器械運行速度最大值，則投擲效果越好[7,8]。

圖3 投擲過程鏈球運行速度及出手速度變化趨勢圖

王崢創(chuàng)造亞洲記錄時，在出手角度為37°情況下，出手速度仍達到30m/s[2]。在本賽季三場次比賽中，王崢投擲過程中鏈球出手速度分別為33.39m/s、27.42m/s和26.33m/s，出手速度起伏變化較大且總體未能表現(xiàn)出高水平。從加速過程鏈球速度變化情況來看，項群賽-1加速狀態(tài)相對較好，表現(xiàn)出了加速過程中的曲線起伏，項群賽-2和大獎賽-2鏈球速度變化規(guī)律性較差，加速過程未變現(xiàn)出規(guī)律性線性起伏特點，投擲效果也不理想。

綜合王崢投擲過程鏈球速度變化情況可知，目前王崢在加速過程中對器械持續(xù)加速能力不穩(wěn)定，器械速度變化起伏較大，反映出現(xiàn)階段王崢對加速節(jié)奏的不穩(wěn)定。

3.2.2 身體重心速度

在本賽季三場比賽中，王錚投擲過程身體重心速度變化趨于規(guī)律，從第一圈旋轉到出手時刻，重心速度均呈動態(tài)變化，在第三圈末到第四圈轉動開始時達到最大值。出手時刻重心速度均呈低點狀態(tài)，符合出手時刻控制身體，穩(wěn)定重心的投擲客觀需要。但從三站次投擲身體重心速度曲線升降幅度來看，加速過程存在重心不穩(wěn)定現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為四圈加速速度變化為非等幅線性前進，而在第三圈出現(xiàn)身體重心速度的最大值。

圖4 王崢投擲過程身體重心變化速度圖

3.3 角度參數(shù)分析

3.3.1 鏈運行和出手角度

鏈球運行角是運動員持器械旋轉加速過程中器械飛行軌跡與運動員重心在地面上的投射點形成的連線與水平面形成的夾角。在旋轉加速過程中，隨著運動員旋轉幅度和速度的逐漸加快，器械運行的低點會逐漸降低，高點逐漸增高，鏈球運行角隨之呈現(xiàn)低點逐漸降低，高點逐漸升高的特點[9,10]。且出手角度與出手速度呈正相關關系，當出手速度和高度一定時，最佳的出手角度往往能幫助投擲者獲得最佳的出手效果[7]。

三站次比賽加速旋轉過程中，從第一圈到第四圈旋轉整體來看，器械運行角逐漸增大的波浪式推進模式，第四圈和最后用力階段達到最大值。但大獎賽-2投擲過程中出手時鏈球運行角處于低值，出手時刻稍早，可反推出王崢在大獎賽-2投擲過程中最后用力階段出手偏早，這可能是其此站比賽投擲成績不理想的原因之一。但整體分析投擲技術表現(xiàn)，研究王崢器械運行角度變化相對合理，符合鏈球運動加速過程運行角變化的基本特點。器械出手角度方面，目前投擲項目實踐中最佳出手角度被學界公認為在37°—43°之間[11,12]，從2018賽季國內(nèi)三場次投擲的出手角度來看，出手角度分別為28.21°、29.62°和29.98°。王崢目前出手角度偏小，未能達到出手角度的實踐公認最佳范圍，這可能是影響其投擲成績的最主要原因。

圖5 鏈球運行角及出手角度變化

3.3.2 肩髖扭轉角變化

鏈球投擲過程需要身體做旋轉運動帶動器械加速，此時人體會發(fā)生以身體軀干軸為中心軸的旋轉運動，上下肢旋轉先后次序使人體發(fā)生了以腰部肌肉群為牽拉點的扭轉，這種牽拉是影響人體對器械加速效果的重要因素[13]，基于此，本研究基于人體動力學規(guī)律定義了“肩髖角”，即：旋轉過程中人體上肢兩肩(肩鋒即A點和B點)的連線與兩髖(E點和F點)連線在地面形成的投影角。

圖6 肩髖扭轉角示意圖 圖7 王崢投擲過程肩髖扭轉角變化圖

理論而言，投擲技術表現(xiàn)較好時，四圈旋轉是有規(guī)律的持續(xù)加速過程，上肢軀干肌肉的緊繃發(fā)力是“緊—松—緊”的持續(xù)往復過程，肩髖角在鏈球旋轉加速過程中為規(guī)律性的變化曲線，且在每圈雙支撐結束時軀干扭轉達到最大時，肩髖角達到高值。由上圖看出，王崢在項群賽-1比賽投擲當中，第一圈雙支撐結束時達肩髖角到了整個投擲過程的最大值，第二和第三圈均在雙支撐結束時達到本圈旋轉的最大值，第四圈角度變化浮動不穩(wěn)定；在項群賽-2比賽投擲當中，肩髖角變化依然不規(guī)律；大獎賽-2比賽中的肩髖角表現(xiàn)更為不理想。分析可知，王崢在完成投擲時，軀干扭轉未能很好隨旋轉加速變化呈現(xiàn)出規(guī)律性繃緊狀態(tài)，旋轉加速的軀干發(fā)力存在不協(xié)調(diào)表現(xiàn)。

3.3.3 髖關節(jié)角度變化

髖關節(jié)是鏈接人體軀干和下肢部位的主要大關節(jié)，在鏈球投擲過程中，整個四圈旋轉過程都需要運動員在髖部屈曲狀態(tài)下進行，因此在旋轉加速過程中，投擲運動員需屈曲髖關節(jié)，持續(xù)做蓄力和發(fā)力的短時反復活動，從而起到對器械較好的持續(xù)加速。髖關節(jié)穩(wěn)定性表現(xiàn)是影響和決定運動員控制身體重心平穩(wěn)，持續(xù)給鏈球平穩(wěn)持續(xù)加速的重要前提[14]。

圖8 髖關節(jié)角示意圖 圖9 王崢投擲過程髖關節(jié)角變化圖

在三站次比賽中，王崢髖關節(jié)角度整體呈現(xiàn)左右交替的起伏式變化趨勢。項群賽-1與項群賽-2站次的比賽中，隨著旋轉幅度的加大和速度的逐漸加快，左右髖角交替變化并呈現(xiàn)緊密型線性縮小趨勢，符合鏈球投擲動作模式特點。然而在大獎賽-2的比賽中，王崢髖關節(jié)角度變化出現(xiàn)左右髖大幅變化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為髖角度浮動幅度增大，左右髖聯(lián)系性減弱，這可能是其大獎賽-2比賽投擲成績不佳的主要技術表現(xiàn)?？傮w而言，王崢投擲過程髖關節(jié)角度控制處于合理和穩(wěn)定范圍，角度變化規(guī)律性表現(xiàn)較好，尤其是技術發(fā)揮較好時，髖關節(jié)角度呈現(xiàn)出的變化狀態(tài)良好，角度變化趨勢相對穩(wěn)定。

3.3.4 膝關節(jié)角度變化

在鏈球運動中，旋轉過程膝關節(jié)角度變化可以很好反映人體在屈曲加速時的下肢穩(wěn)定性[15]。根據(jù)鏈球投擲的技術特點，膝關節(jié)角度變化在單支撐階段右膝角度變小，雙支撐階段左右膝角度同時處于小角度范圍加速，最后用力階段角度隨重心升高逐漸增大。

圖10 膝關節(jié)角度示意圖 圖11 王崢投擲過程膝關節(jié)角變化圖

整體而言，在三站比賽完成投擲過程中，王崢第一和第二圈膝關節(jié)角度變化穩(wěn)定，左膝和右膝交互變化合理，但第三、第四圈以及最后用力階段問題較大，主要變現(xiàn)為膝關節(jié)角度起伏落差變大、從雙支撐到單支撐過渡不足，以及最后用力階段膝關節(jié)角度未能完全伸展，這個技術問題在大獎賽-2旋轉后兩圈表現(xiàn)尤為明顯。反映出王崢在旋轉加速后期膝關節(jié)穩(wěn)定性控制不夠，器械出手時刻下肢未充分伸展。

3.4 距離與軌跡參數(shù)趨勢分析

3.4.1 鏈球運行及出手高度

鏈球投擲過程中，從預擺開始，鏈球始終在懸空狀態(tài)下持續(xù)加速，出手高度、出手角度及出手速度三者交互影響投擲成績。然而，出手角度受出手高度和出手速度的影響，一般與出手高度呈負相關，與出手速度呈正相關關系[8]。

項群賽-1 項群賽-2 大獎賽-2圖12 投擲過程鏈球運行及出手高度情況圖

從理論角度而言，投擲過程中從預擺結束第一圈開始時運動員身位處于最低，此時鏈球也基本處于整個旋轉過程的最低位置，此后開始呈現(xiàn)高低漸變并幅度逐漸加大，出手時刻處于整個旋轉過程的高位，這基本是鏈球投擲過程的理想高度變化趨勢。在王崢在三站次比上中從第一圈開始至鏈球出手，器械運行高度呈現(xiàn)規(guī)律線性變化趨勢，并隨著旋轉的加快高度落差幅度逐漸增大，符合鏈球投擲器械運行規(guī)律。在出手時刻，項群賽-1出手時鏈球重心高度是2.507m，項群賽-2出手時鏈球重心高度是1.984m，均處于器械運行全過程的高位，故而成績達到71.39m，而大獎賽-2出手時刻鏈球高度未處于較好狀態(tài)，故此戰(zhàn)成績也出現(xiàn)大幅度下降，可知出手時刻鏈球重心高度過低是王崢大獎賽-2成績下降的主要原因之一。

3.4.2 身體重心高度變化

在投擲過程中，身體重心高度是反映運動員完成技術動作過程中身體垂直幅度變化的最直觀參數(shù)之一，同時，身體穩(wěn)定性也可由身體重心變化幅度反映[10]。鏈球投擲中運動員要持球進行單雙腳的交互旋轉加速，投擲者身體重心隨旋轉的起伏發(fā)生規(guī)律性高低變化。

項群賽-1 項群賽-2 大獎賽-2圖13 投擲過程身體重心高度變化圖

在三站次投擲過程中，王崢從第一圈到第三圈旋轉過程中，身體重心高度變化呈有規(guī)律的曲線型變化，且隨著旋轉幅度增大重心高低變化幅度也增大。但在第四圈旋轉加速過程中，大獎賽-2在進入最后用力階段的單支撐階段重心出現(xiàn)抖動且呈現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。從最后用力及出手時刻重心身體高度來看，王崢出手時刻身體重心偏低，下肢處于未完全伸展狀態(tài)，伸展度不夠，從而影響了器械出手高度及投擲成績。

4 結論與建議

1)在完成投擲過程中，較2017年創(chuàng)造亞洲記錄同期旋轉時長2.18s相比，王崢此三場比賽旋轉均時長2.29s，旋轉用時有增長趨勢，旋轉階段加速快的優(yōu)勢特點體現(xiàn)不明顯；建議在后期訓練中著重優(yōu)勢技術的鞏固。

2)投擲過程中王崢單雙腳總體分配時間相對合理，但單圈分配時間中的第三、第四圈單支撐時間偏長，影響了旋轉加速最終效果；建議后期訓練中重點改進第三、第四圈的單雙腳支撐時間。

3)王崢旋轉加速過程中肩髖角變化不穩(wěn)定，上體扭轉繃緊程度不夠，尤其在最后用力階段表現(xiàn)尤為明顯，影響了最后出手效果；建議后期訓中加強核心力量的訓練，并進行核心力量的專項轉化練習。

4)完成投擲時，王崢鏈球運行角變化范圍穩(wěn)定合理，但加速過程中鏈球運行軌跡有不穩(wěn)定的大幅起伏現(xiàn)象，出手時刻鏈球未處于高點；建議后期訓練使用完整投擲模式持棍練習法著重加強持器械加速和出手高度的矯正。