科研辅助训练:竞技体育也要实施信息化互联网周刊 2004-7-11 宋妍
竞技体育的不断发展使运动员的训练和成绩已接近人类的生理极限,科学研究以及信息技术的适时介入,不但帮助运动员更快地达到训练水平,更成为了他们获得成功的一种捷径。很多人都不知道,尽管中国的跳水成绩一直处于世界先进水平,但其科研水平却与世界领先的地位不相符。当美国、加拿大、英国、德国纷纷开展跳水方面的科学研究时,中国对跳水的科学研究依然非常不足,以至于造成了跳水训练中科技含量较低的现象。有人认为,这甚至已经开始危及中国跳水在世界的领先地位。伏明霞就是一个很好的例子,在她获得世界冠军后,关于她的成长历程却很难做出系统的、数据化的总结,教练无法从培养她的过程中获得准确的经验。连跳水都如此,中国其他的竞技体育项目也同样缺乏科研。
在体育教育家马约翰的倡导下,清华大学非常关注体育教学,加大了对竞技体育的投入,组建了6支高水平运动队。这些运动员与专业选手的最大不同在于他们不能放弃文化课的学习,所以如何在训练时间偏少的情况下保证“学生队”的训练效果,让他们能够与专业队相抗衡,甚至能参与奥运会比赛,这些都成为了清华运动队需要解决的问题。
清华大学体育教研部的陈小平副教授给出了他的解答:“只有通过增加训练中的科技含量,才能提高训练的效益。”从2000年引入体育科研之后,仅清华跳水队就产生了5名健将选手。这一成绩的诞生与优秀的教练队伍密不可分,同时也有科研辅助训练的一份功劳。
不再只凭感觉
1997年,在书记陈希的倡导下,清华大学引进了8名体育科研方面的博士,并在2000年年底组织起了多学科竞技体育研究小组,集结了包括体育、电子、自动化、精密仪器和力学等院系中的12名教师以及20多名硕士和博士研究生。在这里,几个专业的师生分工合作:力学系主要从事建模方面的理论分析,从基础上为课题提供技术支持;自动化和电子系则负责图像处理和智能控制;精仪系实现数据的传输和处理。
现在,清华体育科研部以跳板项目入手,希望日后将科研成果推广到更多的运动项目中去。在跳板这一研究课题中,有3个系统已经取得了阶段性的成果,即信息检测与快速反馈系统、运动信息管理系统以及跳板模拟仿真系统。
过去,检测这些环节需要两套独立的系统:信息检测系统与反馈系统,但是传统的信息检测系统不能在训练中给教练员提供信息。所以,这种反馈只能表现出一段时期内的状况,可以作为训练的定期检验,而不足以作为运动训练的辅助和支持系统。
为了得到快速的反馈,在训练中产生了另一套方法,即在运动员身上贴标记(Mark),这样,计算机就能利用这些标记对运动员的动作进行实时的反馈。但是这套系统也有它的缺点,其一、不能在比赛过程中应用;其二、只能给我方队员使用,而不能给对方队员使用;其三、在监测跳水动作时,标记在入水后即被损坏,不能再次利用,耗费较大。
“跳水这类技巧类项目,需要在运动员动作结束后立即给出语言的刺激和评价。过去,教练员仅凭肉眼和感觉就给出判断,这在运动实践中是有缺陷的。”认识到过去两套系统的不足,从2002年11月开始,在陈小平的指导下,体育科研部的研究生着手进行信息检测与快速反馈系统的研发工作。
这套系统分为跳板动力学参数识别和空中姿态的图像分析两部分。精仪系的硕士研究生曹春梅一个人承担了前者的研发。据她介绍,这套系统已经应用在陆上板,其下安装了加速度传感器,在运动员离开跳板的瞬间即计算出其垂直起跳速度和将要达到的最大高度,从而对运动的质量进行分析。
其实这些分析有着已被广泛接受的理论基础。自20世纪90年代初期开始,德国莱比锡大学体育研究所以科特、弗瑞克和科瑙尔为首的研究小组,就运用生物力学和计算机仿真技术对1995年以来世界跳水大赛前6名选手进行技术分析,提出起跳后身体进入旋转的初速度是决定跳水动作质量的最关键指标。
关于这套系统的分工,曹春梅有着形象的解释:“我负责走板过程的数据采集和分析,一旦运动员离开跳板,那就是图像处理模块的事情了。”现在,包括自动化系的博士研究生李天庆在内的几名研究生正在进行动态图像分析课题的攻关,他们的目标是在没有标记的情况下,也能给跳水运动员的动作做出评价。之前,他们刚刚完成了信息管理系统的开发工作。
数据的学问
在过去的训练中,教练员将各项数据都记录到本子上,这样的纸面数据很难进行技术统计和分析。现在,信息管理系统已经实现了让数据和视频直接进入计算机,而不需要事后录入,并且可以根据数据提供直观的图表显示。
参与开发信息管理系统的李天庆认为,这套系统需要解决两个问题。首先,数据采集的终端应当方便易用,所以采用手写识别设备进行数据的输入和存储。其次,系统应用的平台多样性,以保证这套系统可以同时应用在PDA和平板电脑等手写输入设备上。
这样,零散的数据就可以被信息管理系统组织起来,方便教练员随时调出查看。“更重要的是,信息管理系统可以为教练员提供纵向的比较数据。”陈小平以伏明霞的训练过程为例,说明了信息记录的必要性。“跳水运动员从6、7岁入队开始,到15、16岁获得世界冠军,这一训练过程非常有价值,需要总结。但是在获得世界冠军之后,却很难对伏明霞的成长历程做出系统的总结,她的教练于芬只能根据经验给出模糊的、不定量的说明——她没有伏明霞身高、体重、运动技术和身体素质等指标变化的系统记录。如果伏明霞的这套数据能够保存下来,对于芬和其他年轻教练都有重要的参考价值。现在,每个进入跳水队的孩子都已经在系统中保存了自己的数据。”
事实上,科研辅助训练在应用到跳水项目的同时,也在速度滑冰项目的训练中发挥了积极的作用,特别是力量方面的训练。利用足底压力传感器,教练员可以诊断运动员的平衡能力,发现他们的不足从而为改进提供参考依据。据中国速滑队教练刘仁辉介绍,在荷兰等一些国家,足底压力传感系统也被应用到速滑冰鞋的制作上。通过该系统的测试就可以得出运动员平衡能力的准确参数,以后为该选手制作冰鞋时就能够对鞋底进行包括材料、位置、硬度和受力分布等方面的科学调整。这样在训练和比赛中,选手的平衡能力将会得到最大的提高。2004年速滑世界单项锦标赛女子500米冠军王曼利和男子500米全国记录保持者于凤桐等10多名国家队选手都是这一系统的受益者。
陈小平认为,跨学科研究已经成为世界范围内的趋势,清华的“科研辅助体育训练”发展成熟之后,不仅可以在校园内营造良好的体育氛围,还将对整个国家的体育发展起到巨大的推动作用。
(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2004-07-11] [阅读:1845人次]
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