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皮划艇运动生物力学信息获取与评价指标体系研究

作　者: 马祖长
导　师: 孙怡宁；梅涛
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 皮划艇运动生物力学力传感器桨力桨频船速竞速结构指标体系
分类号: U661.3
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 282次
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内容摘要

随着国际竞争的日趋激烈，科学技术对于竞技体育的促进作用越来越突出。国内外研究工作者运用运动生物力学和运动生物化学方法对皮划艇项目进行了大量的研究工作，并取得了丰硕的成果。但由于水上动力学研究工具的匮乏，目前皮划艇项目运动学研究主要在水上进行，而动力学研究主要在陆上进行，两者没有集成到统一的系统中，出现了脱节现象。因而对项目规律认识不够全面深入，尤其在与项目本质规律息息相关的运动生物力学特征方面，这个现象更为突出。针对上述问题，在国家体育总局水上运动管理中心的支持下，本论文以皮划艇项目为主要研究对象，从研究项目实时训练信息的获取方法入手，研制开发相关动力学、运动学和生物物理参数的感知与采集装置。在此基础上，结合训练学专家的知识和经验，对实时训练信息进行处理分析、解释应用，并建立了专项竞技能力评价指标体系。本文的主要研究工作概括如下：设计了一种偏置型皮划艇桨力传感器，解决了皮划艇桨力测量这一难题。这种传感器通过对桨杆变形的间接测量获得桨力信息，不破坏桨体结构，可快速安装和拆卸，实现了一个传感器在多个桨杆之间轮换使用。目前中国国家皮划艇队的实船动力学测试系统均配备这种结构的桨力传感器，经过多次批量测试，测力方法的正确性和可靠性得到了充分验汪。构建了运动学、动力学参数实船测试系统，为皮划艇项目运动生物力学研究提供了有力武器。在充分凝炼项目需求的基础上，确定了待测运动学、动力学指标。以此为指导，构建了皮划艇运动生物力学参数测试系统，在训练过程中实时在线获取运动员的力量、功率、桨频、拉桨节奏、船速、船体加速度、船体姿态等信息，并实现了精确的时域同步。该系统打破了以往运动学研究和动力学研究脱节的局面，成为国家皮划艇队奥运备战科技服务平台的重要组成部分。研究了桨频与拉桨节奏的内在关联性，以及它们对竞赛成绩的综合影响。分析认为：高桨频和良好的划船效果是优秀运动员必须具备的两个基本条件，缺一不可；通过对不同运动员进行横向比较发现，桨频与划桨节奏、桨频与桨力效率的相关性并不显著，证实了合理运用高桨频并不会降低划船效果；优秀运动员在高桨频下应尽可能压缩回桨时间，提高拉桨时间的比例。通过对我国及世界优秀运动员实船运动学、动力学信息的综合分析，就皮艇专项力量素质、拉桨技术、动力产生和动力保护等问题进行探讨和研究，并重点分析了当前我国优秀运动员技术动作存在的不足之处。综合竞速结构、桨频模式、体能分配等几个方面的信息，深入研究了单人皮划艇500米比赛的竞速规律。提出了一种基于桨频曲线转折点的竞速结构划分方法，在实际操作中易于界定。建议的分段命名方法，符合比赛过程中桨频和船速的实际变化趋势，可以更准确地反映皮划艇500米竞速规律。采用因子分析法对诸多运动生物力学指标进行分析，提取出综合性公共因子，并结合专项知识和经验进行解释。分析表明，这些公共因子具有明确的物理含义，据此对原始测试指标进行了分类。根据原始变量在公共因子上的载荷大小，从每个分类中抽取1-2项原始测试指标作为分类的代表性指标，形成专项评价体系，并就评价体系的各个组成部分的含义进行了阐述和总结。本文在皮划艇运动生物力学方面进行了有意义的探索，并取得了一定的成效，期望能够对专项的发展有所贡献。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-29
  1.1 本文研究工作目的及其科学意义  13-14
  1.2 皮划艇运动简介  14-15
  1.3 皮划艇项目科学研究现状  15-21
  1.4 皮划艇项目运动生物力学研究的不足  21-22
  1.5 本文的研究内容与章节安排  22-24
  参考文献  24-29
第2章皮划艇运动生物力学信息获取方法研究  29-51
  2.1 皮划艇运动生物力学特征分析  29-32
    2.1.1 运动学特征  29-30
    2.1.2 动力学特征  30-31
    2.1.3 皮划艇运动生物力学研究需要的基础信息  31-32
  2.2 皮划艇桨力传感器的设计  32-39
    2.2.1 皮艇桨体结构简介  32-33
    2.2.2 划桨过程中桨杆受力分析  33-34
    2.2.3 桨杆受力应变分析  34-35
    2.2.4 桨力传感器工作原理  35-39
    2.2.5 桨力传感器的标定和测力  39
  2.3 皮划艇运动生物力学参数检测系统研制  39-41
  2.4 桨力信号的小波去噪方法  41-43
    2.4.1 小波变换基本概念  41-42
    2.4.2 桨力信号的小波去噪  42-43
  2.5 运动生物力学指标定义  43-47
  2.6 桨力-时间曲线实例  47-48
    2.6.1 皮挺桨力-时间曲线  47
    2.6.2 划艇桨力-时间曲线  47-48
    2.6.3 测试报表  48
  2.7 本章小结  48-49
  参考文献  49-51
第3章静水皮艇桨频与划桨节奏研究  51-63
  3.1 桨频对竞赛成绩的影响  51-53
  3.2 桨频与划桨节奏、桨力效率相关性研究  53-54
  3.3 优秀运动员单人艇划桨节奏特征研究  54-56
  3.4 划桨节奏变化原因实例分析  56-57
  3.5 四人艇桨频和划桨节奏特征研究  57-59
  3.6 单人艇500米比赛过程中划桨节奏的变化规律  59-61
  3.7 本章小结  61-62
  参考文献  62-63
第4章静水皮艇技术分析与诊断  63-76
  4.1 拉桨技术动作解析  64-67
    4.1.1 抓水阶段  64-65
    4.1.2 动力阶段  65-66
    4.1.3 出水阶段  66-67
    4.1.4 我国皮艇运动员拉桨技术的主要问题  67
  4.2 桨力特征提取  67-68
  4.3 动力保护问题分析  68-71
    4.3.1 船速的波动  69-70
    4.3.2 船体的摇晃与颠簸  70-71
  4.4 动力保护与划船技术动作综合分析  71-73
  4.5 多人艇桨力特征研究  73-74
  4.6 皮艇技术动作评价指标汇总  74
  4.7 本章小结  74-75
  参考文献  75-76
第5章单人皮划艇500米竞速结构与竞赛策略研究  76-86
  5.1 研究对象与方法  76-77
  5.2 皮划艇500米竞速结构的阶段划分  77-79
  5.3 比赛过程中桨频、桨力与速度的关系  79-81
  5.4 竞赛策略  81-84
    5.4.1 半程领先者和最后冠军的战术  82
    5.4.2 皮划艇500米重要比赛的速度结构  82-83
    5.4.3 竞赛策略实例分析  83-84
  5.5 本章小结  84-85
  参考文献  85-86
第6章皮划艇专项竞技能力评价指标体系研究  86-106
  6.1 专项力量素质评价指标研究  86-89
    6.1.1 专项最大力量  86-87
    6.1.2 专项平均力量  87
    6.1.3 专项平均速度力量  87
    6.1.4 体力衰减因子  87-88
    6.1.5 我国优秀运动员力量素质讨论  88-89
  6.2 桨力效率(EFF)评估方法研究  89-90
  6.3 皮划艇专项竞技能力评价指标体系建立  90-98
    6.3.1 综合性评价指标选取方法  91-92
    6.3.2 综合性评价指标提取过程  92-94
    6.3.3 综合性评价指标的命名和解释  94-96
    6.3.4 原始指标的分类  96
    6.3.5 竞技能力评价代表性指标选取  96-97
    6.3.6 竞技能力评价指标体系结构  97-98
  6.4 专项竞技能力代表性指标内涵分析  98-101
    6.4.1 桨频  98-99
    6.4.2 船速差  99
    6.4.3 船体的颠簸和摇晃  99-100
    6.4.4 拉桨平均力量  100
    6.4.5 力量衰减  100
    6.4.6 拉桨节奏  100-101
  6.5 专项竞技能力评价体系的认识和理解  101-102
  6.6 竞技能力代表性评价指标参考值  102-103
  6.7 本章小结  103-104
  参考文献  104-106
第7章结论  106-109
  7.1 本论文创新性工作总结  106-107
  7.2 未来工作展望  107-108
  7.3 结束语  108-109
附录  109-111
致谢  111-112
在读期间发表的学术论文和取得的研究成果  112-113

皮划艇运动生物力学信息获取与评价指标体系研究

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