摘要：采用文獻資料、三維定點攝像法、影像解析法等研究方法對參加2009年國際田聯(lián)競走挑戰(zhàn)賽的優(yōu)秀20 km競走運動員的髖關節(jié)技術進行系統(tǒng)分析，研究發(fā)現：髖關節(jié)的運動特征是支撐腿髖關節(jié)向外前移，另一側髖關節(jié)由上向下的前旋運動，然后兩髖交換運動形式的周期性空間運動；髖關節(jié)在各方向的速度特征可以在一定程度上說明兩髖的協(xié)調性，中國運動員需要增大額狀面內的擺動幅度，提高支撐腿髖關節(jié)的水平速度；髖關節(jié)在支撐階段和擺動階段的位移距離存在一個最佳比例，部分中國運動員的比例存在問題。

關鍵詞：20 km；競走；髖關節(jié)；三維運動學分析

中圖分類號：G821.2文獻標識碼：A文章編號：1007-3612（2012）10-0122-06

3-Dimensional Kinematics Analysis of Hip Joint Motion Characteristics of 20 km Walking Race Athletes at Home and Abroad

JING Long-jun， WANG Peng

（International College， Qujing Normal University， Qujing 655011， Yunnan China）

Abstract：This article adopted the methods of literature， fixed photography of three dimensional， and video analyzing to conduct a systematic analysis on the hip joint techniques of the elite athletes of 20 km walking race in 2009 IAAF walking race. Research findings： Hip joint motion characteristics are the periodic space movement which the supporting hip moves to front outward and another hip swings to front rotary， then two hips change the movement； The velocity characteristic of the hip at each direction can explain the compatibility to a certain degree， and the Chinese athletes need to increase the swing extension， and improve the horizontal velocity of the hip joint of supporting leg； The displacement-distance of the hip joint in supporting and swing phases has a optimal proportion， but part of Chinese athletes has problem in the proportion.

Key words：20 km race walking； hip joint； 3D kinematics analysis

意大利金牌教練達米拉諾認為競走項目永遠都是以技術為基礎，在中國講學期間，達米拉諾反復強調髖關節(jié)協(xié)調性訓練的重要性，認為中國運動員的髖關節(jié)都存在一個通病，就是髖關節(jié)擺動不夠，擺動的軌跡不正確。因此分析中國和國外優(yōu)秀運動員的髖關節(jié)技術對提高中國運動員的競走技術有重要意義。

競走運動員髖部的技術分析必須通過三維影像解析才能完成，國內外對競走技術的三維運動學研究較少，而且這些分析并沒有涉及到髖關節(jié)的研究[1]，所以對髖關節(jié)運動特征的研究有助于完善競走技術的理論體系。本文主要通過三維影像解析法分析北京奧運會（2008年）、柏林世界田徑錦標賽（2009年）冠軍博爾欽、卡尼斯金娜以及其他國外優(yōu)秀運動員髖部的運動學特征，并同中國運動員的技術參數進行對比，以期找出我國運動員髖關節(jié)技術上所存在的問題，為中國競走的技術改進提供建議。

1研究對象與方法

1.1研究對象根據研究需要選取2009無錫國際競走挑戰(zhàn)賽男、女20 km競走項目各前六名運動員作為研究對象（表1）。

1.2研究方法

1.2.1數據采集通過三維定點攝像法采集數據，使用兩臺Sony-DCR-TRV75E攝像機和一臺Panasonic-AG-DVC180BMC拍攝比賽錄像。賽前按照錄像要求，提前1 h到達拍攝場地，測量機位，確定拍攝范圍[2]。三臺攝像機的拍攝頻率為50 Hz，快門速度為1/500 s，主光軸高度統(tǒng)一為1.3 m。兩臺Sony攝像機擺放在運動方向的兩側，使兩機的主光軸與運動方向均成45°夾角，兩機距離拍攝范圍坐標原點的距離均為20 m，主光軸夾角為90°。另一臺Panasonic攝像機置垂直于運動平面的16 m處（圖1）。賽前賽后分別標定愛捷（008-C）三

圖1現場三維拍攝機位圖示

圖2三維坐標示意圖

維DLT輻射框架，在拍攝范圍依據競走運動員的主要行進路線擺放三維框架和標尺。三維坐標的設定（圖2）：以2～3球為坐標原點，以1～3球同原點的連線為X軸，X軸指向運動方向，Y軸是2～3球射出X軸的垂線，水平面是由1～3球、2～3球、7～3球中心連線構成的平面，這三個球中心距離地面的高度相等，Z軸是由X軸、Y軸構成的平面的法線方向；以聲音和影像記錄框架的坐標，并書畫框架平面簡圖，以備解析時對照。

1.2.2數據處理采用美國的艾里爾運動生物力學分析系統(tǒng)APAS和Dartfish4.5圖像處理軟件對拍攝比賽錄像進行量化處理。在解析過程中使用日本的松井秀治人體慣性參數模型，并依據人體模型的標準和研究需要選取19個關節(jié)點，解析研究對象的一個復步，對3D數據通過低通數字濾波法進行平滑處理，截斷頻率為8Hz；用Dartfish軟件對比賽圖像進行必要的處理，獲取直觀圖像。

1.2.3數據統(tǒng)計運用Microsoft Excel 2003保存解析數據，使用SPSS12.0進行統(tǒng)計學處理數據。

1.2.4本文研究階段的說明比賽場地是2 km一圈，攝像機置于0.7 km左右的位置。由于三維解析需要用兩臺攝像機從不同角度拍攝比賽錄像，在選取可以進行三維解析的技術錄像時，選擇兩臺攝像機都可以清晰看到的技術錄像，不能出現遮擋，影響解析的準確度，因此本文選取的階段主要為比賽后程第七圈至第九圈，在這三圈運動員之間的距離都已經拉開，遮擋較少，而且這幾圈是決定最終成績的重要階段，運動員都會發(fā)揮自己最大的潛能，更能反映技術特征。

2結果與分析

2.1髖關節(jié)在競走項目中的運動特征大部分學者和教練員都是通過髖關節(jié)的水平位移來說明髖關節(jié)的轉動幅度，比如通過髖關節(jié)在X方向的運動幅度來說明中國運動員的步幅小[3]，通過盤旋角來說明中國運動員送髖的技術差[4]。我國研究人員、教練員和運動員對競走運動中髖關節(jié)轉動的認識僅僅停留在水平面，對髖關節(jié)在額狀面和矢狀面內的運動特征缺乏相應認識。

棍圖是將人體各主要關節(jié)點相連得到的人體運動線圖，三維棍圖可以從任何方向觀察運動員的技術，而且可以清楚的觀察各關節(jié)點運動特征，是分析旋轉類運動技術的重要手段。圖3是王浩、劉虹和俄羅斯運動員的三維側視棍圖，左右髖關節(jié)在一個復步中，都表現出明顯的旋轉軌跡，髖關節(jié)隨著競走技術動作的完成，在水平面內左右移動，在矢狀面內前后移動，在額狀面內上下移動?？梢钥闯鲶y關節(jié)運動特征是圍繞人體三個軸的轉動，髖關節(jié)運動時要向外旋轉打開，在前后、上下、左右三個平面都有擺動。但是評價髖關節(jié)運動特征是有難度的，因為髖關節(jié)在人體表面是看不到的，三維棍圖雖然可以把髖關節(jié)直觀的表現出來，但是在實際比賽圖像數字化過程中，髖關節(jié)是所有關節(jié)點最難數字化的，其準確度受到一定影響。從競走技術特征上看兩髖的協(xié)調運動是最重要的（由于競走規(guī)則的限定，膝關節(jié)的作用大部分被附加于髖關節(jié)），因為髖關節(jié)是在三個面內的運動，即使在水平面內繞垂直軸轉動幅度較大，其他兩個面內沒有相應的轉動，整體動作在協(xié)調性和技術有效性方面就達不到最優(yōu)化。從髖關節(jié)繞垂直軸轉動的技術效果分析，髖關節(jié)繞垂直軸的轉動有利于增加步長，有利于身體重心向前移動[5]；髖關節(jié)圍繞矢狀軸的轉動有利于擺動腿的前擺放腳著地的瞬間膝關節(jié)伸直，并一直保持到身體重心投影點上的伸直過程，使擺動腿快速前擺；髖關節(jié)圍繞額狀軸轉動，使髖關節(jié)從高點向下擺動，利用勢能，增加支撐腿的蹬地效果，當髖向上擺動可以減小對地面的壓力，使支撐腳可以盡快的脫離地面。髖關節(jié)在完成競走技術時，其運動形式是空間的，不只屬于某一個面，髖的運動形式是在三個面內通過協(xié)調運動完成的，以其中一側髖向外前移，另一側髖關節(jié)由上向下前旋，然后兩髖的運動形式互換，形成周期性運動，完成競走技術，推動運動員身體向前運動。

圖3王浩、劉虹和俄羅斯運動員博爾欽、卡尼斯金娜的左側連續(xù)棍圖

2.2髖關節(jié)垂直、前后和水平方向分速度特征的分析髖關節(jié)的分速度特征可以反映運動員髖部在各個方向上的運動特點，運動員兩髖的速度主要是由繞垂直軸轉動的水平分速度和繞矢狀軸轉動的垂直分速度合成，這兩個分速度的大小分別反映著運動員髖部轉動技術的特點，從技術錄像上可以看到有的運動員髖部注重向水平位移，有的運動員注重兩髖的上下位移。如圖3所示，先看研究對象Vx的變化，在左髖的擺動過程中，只有博爾欽左髖平均速度是升高的，其他運動員則是出現下降，這種現象的原因是同前擺階段左髖在垂直方向上的用力程度相匹配，因為博爾欽在前擺階段左髖的垂直平均速度最小，使其左髖的Vx得到了較好的保持。女子方面，卡尼斯金娜、姜靜和石陽的左髖Vx在前擺階段都得到了提升，不同的是卡尼斯金娜的左髖平均Vx在支撐階段保持較好，姜靜和石陽的水平速度雖然在擺動階段上升的很快，但是她們在支撐階段的損失要比卡尼斯金娜多。運動員的髖關節(jié)在運動中肯定會向運動方向的左右移動，由此會產生左右分速度Vy，圖3中顯示兩名俄羅斯運動員在左右移動的方向性上是一致的，他們隨著髖部的擺動和支撐，左髖呈向左側移動的趨勢，左髖的平均Vy速度是逐漸增加，在后擺、前擺和支撐三個階段，博爾欽的為0.001 m/s、0.09 m/s和0.16 m/s，卡尼斯金娜的為0.002 m/s、0.03 m/s和0.12 m/s，說明他們的髖在擺動和支撐時都自然的向外側扭動髖關節(jié)，這個動作有利于形成“反弓”[6]和保持髖的移動速度。當支撐腳離地時，擺動腿一側的髖關節(jié)先向下然后向上完成擺動，在支撐階段由于運動員支撐技術的不同，髖關節(jié)的移動也出現不同。

兩名俄羅斯運動員的平均Vz在后擺階段分別是男女運動員中最大的，這個技術比較重要，髖關節(jié)較大的向下分速度，不僅可以更好的利用髖關節(jié)的旋轉和擺動勢能獲得良好的擺動速度，還可以減小前擺階段髖關節(jié)向上的分速度對Vx的影響，從而保持運動員良好向前性，減小重心起伏（表2）。通過以上對髖關節(jié)各方向分速度的分析，可以在一定程度上看出兩名俄羅斯運動員的髖關節(jié)技術結構特征：當以右髖為相對固定軸時，左髖在后擺階段以較快的速度向下轉動，會獲得較好的勢能，這些勢能在前擺階段為擺動提供了更多的動能，而且又不會因為髖關節(jié)的向上擺動，增加重心向上的起伏，獲得了較好的前擺效果。左髖在左腿著地時，自然的順勢向左側移動，會使支撐髖關節(jié)順利向前移動，加快重心移動，形成支撐腿的“反弓”，減少水平速度的損失，與此同時右髖向右側擺動，左右兩髖向相反方向支撐和擺動的移動技術可以很好的維持身體重心平衡，使身體的重心軌跡保持較好的直線性。中國運動員在后擺階段髖關節(jié)的向下扭動不夠，導致髖關節(jié)向前擺動時垂直速度較大，影響重心的起伏；兩髖的協(xié)調配合不夠，由于支撐腿的髖關節(jié)向前移動的水平速度損失較多，髖向前性不好，使髖關節(jié)在左右方向的擺動不穩(wěn)定，影響髖關節(jié)擺動的直線性。

注：本文選取左髖關節(jié)的速度進行分析，因為攝像機的機位在運動方向的左側，選擇左腿可以減少誤差；Vx、Vy、Vz分別代表左髖水平方向、運動員左右方向和垂直方向的平均速度；速度的方向見圖2。

2.3兩髖在水平面和額狀面內的轉動幅度競走運動員兩髖組成的髖軸通過在立體空間內不停的旋轉，推動著身體向前移動。髖軸在雙支撐時，在水平面內的轉動幅度最大，左腳離地和右腳離地分別是左髖和右髖領先最大的時刻，這兩個髖軸可以在空間中形成水平面內的最大夾角，可以說明運動員在水平面內轉動幅度，一般來說這個角度越大，則步長也越大。在額狀面內髖軸與水平面形成一個角度，可以反映運動員在擺動過程中向下擺動幅度，由于人體解剖特點和競走規(guī)則的限定，人體的髖關節(jié)不可能只在一個水平面內運動，以支撐腿的髖為固定軸，擺動腿側的髖關節(jié)向下擺動，在一定范圍內這個角度越大，越有利于髖關節(jié)的擺動，獲得更好的擺動效果。表3是男子組兩個角度的具體值，可以看出王浩A1最大，博爾欽A2最大，王浩A2值要比博爾欽小很多。在步長方面博爾欽同王浩相比差異不大，但是在重心速度方面王浩同博爾欽有明顯差距，說明A1同步長有較大的相關性，A2同重心位移速度有相關性。表4中，卡尼斯金娜的A1和A2都是女子組中最大的，她最長的步長和最快的重心位移速度進一步說明A1和A2對步長和重心速度的重要性。從表3和表4中可以看出中國運動員在A1值方面同國外優(yōu)秀運動員的差異不是大，差異主要存在于A2，說明中國運動員需要改進只注重髖關節(jié)在水平面內的轉動，沒有認識到較大幅度的向下擺動髖關節(jié)，對加大擺動幅度提高擺動效果和提高兩髖的協(xié)調用力有很重要的作用。

運用Pearson相關系數對表3和表4中的數據進行相關性進行分析（表5），可以看出四個指標之間的關系。從整體上看，男女運動員的A1和步長都存在顯著性相關，同步速相關性較低，尤其是女子運動員的相關性更大。A2同步長的相關性，男女運動員不同，女子相關性更大，但是男子A2同步速的相關性較大，為中等正相關，說明男子運動員髖關節(jié)的轉動幅度要大于女子運動員。A1和A2的相關性都是中等以上，說明兩髖的轉動幅度成正相關。由此可見，加大

A1的角度可以有效提高步長，A1和A2兩髖的轉動幅度緊密相連，增加髖關節(jié)的轉動幅度可以有效提高競走技術的有效性和協(xié)調性。

2.4髖關節(jié)在擺動階段和支撐階段的位移距離髖關節(jié)技術是競走項目的核心，這種地位是由競走的項目特點和髖關節(jié)的作用所決定的，它是人體六大關節(jié)中最靠近身體重心的關節(jié)，其運動形式決定著整個身體的運動和競走技術的正確完成。競走的一個單步周期由擺動階段和支撐階段組成的，髖的位移在兩個階段的任務是不同的，在擺動階段髖的位移主要是帶動身體向前移動，在支撐階段主要是配合擺動腿向前擺動和形成 “反弓”支撐技術。從總體上說這兩個階段的位移距離越長越好：擺動階段髖關節(jié)的位移距離長，說明運動員身體重心向前移動的位移也長，髖擺動的協(xié)調性較好；在支撐階段，髖關節(jié)較長的位移說明運動員有良好的直腿支撐技術，可以更好的減少支撐階段身體重心速度的損失（表6）。

博爾欽髖關節(jié)在支撐和擺動階段的位移都是最長的（表6），在單步位移總距離上比中國運動員要長10 cm以上，其次就是墨西哥運動員桑切斯。中國運動員在這個指標上差異較大，王浩總體比較平穩(wěn)，相對而說重心位移距離也較長。李建波在兩髖的位移距離上不均衡，表現出在位移總距離上右髖的位移距離長于左髖，說明他的技術存在不均衡現象。禇亞飛在擺動階段位移距離短，在支持階段位移距離僅次于博爾欽，說明他的擺動技術存在問題。女子組中卡尼斯金娜髖的位移距離也長于中國運動員，劉虹的位移距離最短，位移總距離比卡尼斯金娜的要短40多 cm，這是由于劉虹的競走技術是典型的“小步高頻”，步長短，髖的位移肯定也會短，這種技術在髖位移距離上吃虧很大，好成績得益于較快的步頻。楊亞偉髖的位移距離在擺動階段較長，但是在支撐階段位移距離較短，支撐技術和擺動技術不平衡，需要改進支撐技術，來提高髖關節(jié)的整體位移效果，石陽的技術同楊亞偉相反，她需要改進擺動階段的髖部移動技術。從擺動和支撐兩個階段髖關節(jié)位移占總位移距離的比例上看，兩名俄羅斯運動員較為相似，擺動階段和支撐階段的比例分別占60%和40%左右，可以稱之為“黃金比例”，如果這兩個比例值偏差較大說明髖關節(jié)的技術存在問題。中國男子運動員中禇亞飛的擺動階段位移比例較小，女子運動員中劉虹和石陽擺動階段比例較小，楊亞偉則是支撐階段比例較小，根據這兩個階段的比例關系，可以來判定運動員的髖關節(jié)技術在哪個階段存在問題，這是改進髖關節(jié)協(xié)調運動的重要環(huán)節(jié)。

3結論

1）髖關節(jié)技術的運動特征是周期性的空間運動，特點是支撐腿髖關節(jié)向外自然前移，另一側髖關節(jié)由上向下的弧形前旋運動，然后兩髖交換運動形式推動身體不斷前進，這種特征同中國競走界普遍認同的水平面運動特征有著明顯的區(qū)別。

2）髖關節(jié)在各方向的運動速度反映著競走運動員的髖關節(jié)運動特征，中國運動員的髖關節(jié)在后擺階段向下的擺動速度小于俄羅斯運動員，不利于獲得較好的擺動勢能及重心的穩(wěn)定性。髖關節(jié)在左右方向上的分速度反映出中國運動員在髖關節(jié)的協(xié)調性存在問題，沒有合理利用髖部運動的慣性，影響水平速度的保持。

3）中國運動員的競走技術過于注重髖關節(jié)在水平面內運動幅度，對于髖關節(jié)繞矢狀軸在額狀面內的轉動認識不夠，導致擺動腿擺動幅度不夠，不利于兩髖的協(xié)調運動。

4）中國運動員同俄羅斯運動員髖關節(jié)總的位移距離存在差距，髖關節(jié)的位移距離在支撐和擺動階段的比例是不同的，合適的比例可以反映運動員髖關節(jié)移動技術是否平衡，部分中國運動員的比例不合理，需要通過提高較差階段髖關節(jié)位移的距離來提高髖關節(jié)總的位移距離。

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