戚雅茜，仰紅慧，龔銘新

自行車運(yùn)動(dòng)屬于體能主導(dǎo)類中的速度和耐力性項(xiàng)目[1]。已知的文獻(xiàn)中，關(guān)于自行車項(xiàng)目冬訓(xùn)進(jìn)行多方面監(jiān)測(cè)的研究及評(píng)價(jià)的文章仍然較少。從多方面對(duì)自行車冬訓(xùn)過程進(jìn)行監(jiān)控，為更全面地分析訓(xùn)練強(qiáng)度、訓(xùn)練種類等與運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)能力變化的內(nèi)在關(guān)系提供了良好的基礎(chǔ)。本文在對(duì)自行車運(yùn)動(dòng)員冬訓(xùn)過程進(jìn)行監(jiān)控的基礎(chǔ)上嘗試將新的數(shù)據(jù)分析方法應(yīng)用到自行車的訓(xùn)練監(jiān)控中，為教練提供科學(xué)的分析，作為更深入分析運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練情況、調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃的科學(xué)依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

上海自行車隊(duì)短組男子運(yùn)動(dòng)員9名，身體健康，詳細(xì)情況見表1。

表1 研究對(duì)象基本情況Table Ⅰ Basic Information of the Subjects

1.2 儀器與設(shè)備

1.2.1 功率車

采用英國產(chǎn)的Wattbike pro型號(hào)的功率車，功率車的制動(dòng)系統(tǒng)采用空氣和電磁雙重制動(dòng)，其測(cè)試的平均精度誤差小于2%。

1.2.2 SRM測(cè)試系統(tǒng)

SRM系統(tǒng)是自行車數(shù)據(jù)收集分析系統(tǒng)(Schoberer RadMesstechnik training system，簡(jiǎn)稱SRM系統(tǒng))，可以同步收集運(yùn)動(dòng)員在實(shí)際騎行狀態(tài)下的輸出功率、騎行速度和踏蹬頻率。SRM系統(tǒng)的采樣頻率設(shè)置為0.5 s。功率數(shù)據(jù)精度為1 W，速度測(cè)試精度為0.1 km/h。

1.2.3 血細(xì)胞分析儀

貝克曼庫爾特AC?T diff-2TM三分類血球分析儀，由美國Backman Coulter公司生產(chǎn)的三分群血細(xì)胞分析儀。

1.3 測(cè)試方法

跟隊(duì)采集日常訓(xùn)練數(shù)據(jù)，期間共包含13個(gè)周。記錄每天進(jìn)行場(chǎng)地訓(xùn)練或功率車訓(xùn)練的訓(xùn)練強(qiáng)度和訓(xùn)練類型，用SRM系統(tǒng)和Wattbike功率車采集訓(xùn)練過程中的功率、踏頻、速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，每周進(jìn)行一次血常規(guī)檢查。所得數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值與標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算。

1.4 建立B P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

數(shù)據(jù)來源為訓(xùn)練過程中使用的風(fēng)阻值、訓(xùn)練時(shí)間、血紅蛋白含量、白細(xì)胞、冬訓(xùn)經(jīng)歷的周數(shù)以及訓(xùn)練過程中達(dá)到的功率和踏頻的最大值及平均值，5類共550個(gè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)選取中間500個(gè)作為訓(xùn)練樣本，另外50個(gè)作為測(cè)試輸入。訓(xùn)練結(jié)果的功率和踏頻，功率與踏頻的平均值和最大值各220個(gè)數(shù)據(jù)，都各將其中200個(gè)作為訓(xùn)練時(shí)的目標(biāo)樣本，剩余的作為對(duì)比使用。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，采用公式 ：

χi與χmax是輸入樣本中第i個(gè)的值和樣本中的最大值，為樣本個(gè)數(shù)，歸一化處理使得數(shù)據(jù)的范圍處于[-1,1]，然后進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，誤差水平定為10-3。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的建模和預(yù)測(cè)工作在MATLAB 7.12軟件環(huán)境中完成。

訓(xùn)練時(shí)網(wǎng)絡(luò)中間層的神經(jīng)元傳遞函數(shù)采用S型正切函數(shù)tansig，輸出層神經(jīng)元傳遞函數(shù)為線性函數(shù)purelin，利用newff函數(shù)生成網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定學(xué)習(xí)算法為traingdm。在采用相同的學(xué)習(xí)步驟情況下，經(jīng)過對(duì)選取不同隱含層數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算比較，發(fā)現(xiàn)具有一個(gè)隱含層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最為理想。隱含層神經(jīng)元數(shù)的確定根據(jù)Kolmogorov定理判斷（如式）：

式中，m為輸出神經(jīng)元數(shù)；n為輸入單元數(shù)；

α為[1，10]之間的常數(shù)。

2 研究結(jié)果

2.1 血常規(guī)測(cè)試結(jié)果

表2中的數(shù)據(jù)顯示，前4周白細(xì)胞系各項(xiàng)指標(biāo)的變化雖然有一定起伏，但變化不顯著。第6周時(shí)中性粒細(xì)胞突然下降，且與第5周相比下降顯著。第6周時(shí)是整個(gè)測(cè)試過程中值細(xì)胞數(shù)量最多的周且與第5周相比顯著升高，數(shù)值達(dá)到(1.02±0.31) ×109/L。第13周時(shí)與12周相比，中值細(xì)胞出現(xiàn)了一次明顯上升。由表2可以看出，紅細(xì)胞系的各項(xiàng)指標(biāo)除紅細(xì)胞總數(shù)和紅細(xì)胞體積分布寬的變化有顯著性差異外，其他各項(xiàng)指標(biāo)總數(shù)的變化都不顯著。紅細(xì)胞總數(shù)第9周的時(shí)候較第8周有明顯的下降，而第10周與第9周相比又有明顯的升高。紅細(xì)胞體積分布寬度為反映紅細(xì)胞體積大小異質(zhì)性的參數(shù)，第10、11周出現(xiàn)了顯著變化。

表2 血常規(guī)測(cè)試結(jié)果Table Ⅱ Result of Routine Blood Test

2.2 體重變化結(jié)果

自行車短組的體重變化數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)冬訓(xùn)期間男子的平均體重緩慢上升，但變化過程都不具有顯著性差異（見表3）。

表3 冬訓(xùn)13周體重測(cè)量結(jié)果Table Ⅲ Result of Weight Measurement in the 13th Week of the Winter Training

2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試結(jié)果

圖1為場(chǎng)地訓(xùn)練和wattbike功率車訓(xùn)練的總體情況，從最大功率、平均功率、最高踏頻和平均踏頻的變化趨勢(shì)線可以看出，從第1周開始最大功率有一定的上升，至第3周時(shí)最大功率開始有所下降，第10周的最大功率為最低值，從第11周開始最大功率出現(xiàn)較明顯的升高。平均功率的變化趨勢(shì)線顯示了整個(gè)訓(xùn)練過程平均功率整體有升高的趨勢(shì)，但每周的變化起伏較大，前4周呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而后又開始有小幅度的下降，冬訓(xùn)后期幾周的平均功率有升有降，但總體趨勢(shì)為平均功率不斷升高。踏頻的變化隨著前期訓(xùn)練的持續(xù)呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，第11周時(shí)最高踏頻為最低，第12周和13周從數(shù)值看有明顯的恢復(fù)。平均踏頻的變化也在第11周時(shí)呈現(xiàn)出低值，隨后兩周的訓(xùn)練中平均踏頻升高。

圖1 訓(xùn)練總體情況Figure 1 General Information of the Training

2.4 訓(xùn)練負(fù)荷量統(tǒng)計(jì)

表4為冬訓(xùn)期間每周負(fù)荷的總體統(tǒng)計(jì)表，可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)冬訓(xùn)期間，專項(xiàng)能力訓(xùn)練的總時(shí)間為85 h，占訓(xùn)練總時(shí)間的45%。一般力量的訓(xùn)練時(shí)間為77 h，占總訓(xùn)練時(shí)間的比例為40%，專項(xiàng)力量訓(xùn)練和一般力量訓(xùn)練占了總體85%的比例，而有氧耐力訓(xùn)練僅為15%，總用時(shí)28.5 h。

表4 冬訓(xùn)期間總體負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表Table Ⅳ Statistics of the General Load of the Winter Training

2.5 專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練次數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)訓(xùn)練目的結(jié)合自行車項(xiàng)目的特點(diǎn)，將專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練進(jìn)行更細(xì)微的分類，主要分為爆發(fā)力、快速力量、力量耐力和速度耐力。其中爆發(fā)力訓(xùn)練次數(shù)最多為134次，占總訓(xùn)練次數(shù)的46.53%；其次為快速力量共訓(xùn)練75次，占比例為26.04%；力量耐力訓(xùn)練共67次，占比例為23.26%；速度耐力訓(xùn)練次數(shù)較少共12次，占訓(xùn)練次數(shù)的4.17%（見表5）。

表5 各類專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練次數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table Ⅴ Statistics of the Training Times of the Different Quality Training

將專項(xiàng)素質(zhì)按照每周的訓(xùn)練次數(shù)進(jìn)行劃分，圖2顯示每周都進(jìn)行了快速力量的訓(xùn)練，但每周的次數(shù)不相同，前4周快速力量訓(xùn)練次數(shù)較少，第5周、第6周時(shí)快速力量訓(xùn)練的次數(shù)明顯增加。從圖中的柱狀面積也能明顯的發(fā)現(xiàn)，爆發(fā)力訓(xùn)練次數(shù)最多?？焖倭α亢捅l(fā)力訓(xùn)練都在第7周時(shí)減少訓(xùn)練次數(shù)，而從第10周開始每周訓(xùn)練次數(shù)明顯增加。力量耐力的訓(xùn)練情況與快速力量訓(xùn)練的情況較相似，速度耐力的訓(xùn)練次數(shù)較少。

圖2 每周各類專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Figure 2 Statistics of the Training Times of the Different Quality Training Each Week

2.6 數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果

通過反復(fù)訓(xùn)練最終確定本次訓(xùn)練的最佳隱含神經(jīng)元數(shù)為5。

利用建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)第十四周的訓(xùn)練情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的比較如表6、7和圖3～6所示。

表6 最大功率和最高踏頻預(yù)測(cè)值與真實(shí)值對(duì)比結(jié)果Table Ⅵ Result of Comparing the Predictive Values of the Maximum Power & Highest Cadence and the Real Values

表7 平均功率和平均踏頻預(yù)測(cè)值與真實(shí)值對(duì)比結(jié)果Table Ⅶ Result of Comparing the Predictive Values of the Average Power & Highest Cadence and the Real Values

圖3 最大功率預(yù)測(cè)值與真實(shí)值對(duì)比曲線Figure 3 Curve Diagram of Comparing the Predictive Values of the Maximum Power with the Real Values

圖4 最高踏頻預(yù)測(cè)值與真實(shí)值對(duì)比曲線Figure 4 Curve Diagram of Comparing the Predictive Values of the Highest Cadence with the Real Values

圖5 平均踏頻預(yù)測(cè)值與真實(shí)值對(duì)比曲線Figure 5 Curve Diagram of Comparing the Predictive Values of the Average Cadence with the Real Values

從表中可以看出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較好的預(yù)測(cè)能力，無論是功率和踏頻的最大值與平均值都有較好的預(yù)測(cè)能力，最大的預(yù)測(cè)誤差為16.05%，最小誤差為0.07%。最大功率、平均功率、最高踏頻和平均踏頻的預(yù)測(cè)值和真實(shí)值較相似。由圖可以看出，預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的曲線變化趨勢(shì)一致，預(yù)測(cè)的數(shù)值點(diǎn)與真實(shí)值較好地重疊在一起。

3 分析與評(píng)價(jià)

3.1 冬訓(xùn)期間運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量的變化

圖6 平均功率預(yù)測(cè)值與真實(shí)值對(duì)比曲線Figure 6 Curve Diagram of Comparing the Predictive Values of the Average Power with the Real Values

我國現(xiàn)在的自行車場(chǎng)地比賽時(shí)間基本都安排在4～10月份，運(yùn)動(dòng)員全年應(yīng)付比賽導(dǎo)致身心疲憊，缺乏休息調(diào)整和體能的儲(chǔ)備時(shí)間[2]，所以冬訓(xùn)除了要恢復(fù)比賽期間損失的體能以外，主要目標(biāo)大多都是提高專項(xiàng)力量、速度耐力和耐乳酸能力，為下一個(gè)賽季做好充分準(zhǔn)備，故冬訓(xùn)時(shí)身體素質(zhì)的訓(xùn)練比重一般較大。高瑋[3]認(rèn)為大運(yùn)動(dòng)量是冬訓(xùn)的特點(diǎn)，并建議冬訓(xùn)后期的訓(xùn)練安排以機(jī)體在賽前得到最大的超量恢復(fù)為目標(biāo)，降低運(yùn)動(dòng)量，以少次大強(qiáng)度訓(xùn)練使運(yùn)動(dòng)員保持適宜的競(jìng)技狀態(tài)，但又不引起運(yùn)動(dòng)員機(jī)體疲勞的積累。

本研究連續(xù)跟蹤記錄了3個(gè)月的冬訓(xùn)情況，發(fā)現(xiàn)冬訓(xùn)的訓(xùn)練負(fù)荷強(qiáng)度呈現(xiàn)階梯式的增加，訓(xùn)練手段也隨著負(fù)荷的增加而多樣化。訓(xùn)練過程中采用多種供能方式間隔進(jìn)行的訓(xùn)練方法，不同供能系統(tǒng)間隔的供能，不但減少單一供能系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間，也使機(jī)體處于一種積極的恢復(fù)狀態(tài)。組合訓(xùn)練還可避免單一練習(xí)帶來的枯燥感，較長時(shí)間地保持訓(xùn)練的積極性。

3.2 冬訓(xùn)過程中血常規(guī)指標(biāo)的變化

每周一進(jìn)行血常規(guī)測(cè)試，因此血液測(cè)試指標(biāo)的變化可以反應(yīng)運(yùn)動(dòng)員對(duì)上周負(fù)荷的反應(yīng)。血常規(guī)測(cè)試指標(biāo)值隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的變化而變化。冬訓(xùn)期間白細(xì)胞數(shù)目隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量而變化，當(dāng)采用中小負(fù)荷訓(xùn)練時(shí)白細(xì)胞的變化隨運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練負(fù)荷量的升高而增多，隨著負(fù)荷的下降而減少；當(dāng)采用大負(fù)荷訓(xùn)練時(shí)，白細(xì)胞數(shù)隨負(fù)荷的升高反而減少，當(dāng)負(fù)荷恢復(fù)為中等負(fù)荷時(shí)白細(xì)胞值又開始恢復(fù)。馮連世等[4]研究認(rèn)為白細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)一過性增高，淋巴細(xì)胞在大強(qiáng)度短時(shí)間運(yùn)動(dòng)后增高，中等強(qiáng)度較長時(shí)間運(yùn)動(dòng)后粒細(xì)胞增高，中性粒細(xì)胞比率升高到90%。而淋巴細(xì)胞百分比下降為5%時(shí)顯現(xiàn)出精疲力竭。

在此次冬訓(xùn)過程中，全隊(duì)運(yùn)動(dòng)員的血紅蛋白量都處于正常水平。冬訓(xùn)的前期主要以中等強(qiáng)度進(jìn)行訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)員的血紅蛋白變化較平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，在冬訓(xùn)的后期，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的負(fù)荷明顯加大，特別是專項(xiàng)訓(xùn)練的次數(shù)和時(shí)間都與以往有明顯增加，增加了場(chǎng)地訓(xùn)練的次數(shù)，因此出現(xiàn)了較明顯的血紅蛋白含量下降的變化，但訓(xùn)練持續(xù)一段時(shí)間后，血紅蛋白含量開始有所恢復(fù)，提示雖然大負(fù)荷強(qiáng)度對(duì)運(yùn)動(dòng)員造成了較大的刺激，但訓(xùn)練持續(xù)的過程中，運(yùn)動(dòng)員對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷能適應(yīng)，身體可以得到較好的恢復(fù)。

3.3 冬訓(xùn)過程專項(xiàng)能力的變化

李之俊[5]在對(duì)短距離自行車運(yùn)動(dòng)的專項(xiàng)能力進(jìn)行測(cè)試和評(píng)定時(shí)選用SRM系統(tǒng)作為評(píng)定工具，并將運(yùn)動(dòng)成績、最大功率、最高踏頻、平均功率和平均踏頻作為評(píng)定專項(xiàng)能力的指標(biāo)。因此本研究中，主要采用以上5個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)冬訓(xùn)期間專項(xiàng)素質(zhì)變化的主要指標(biāo)。本次冬訓(xùn)的主要目的為提高爭(zhēng)先賽和凱林賽比賽成績，因此提高快速力量、力量耐力和爆發(fā)力為本次冬訓(xùn)的重點(diǎn)。研究認(rèn)為自行車短距離多數(shù)項(xiàng)目對(duì)速度耐力的要求較高，而運(yùn)動(dòng)員的有氧能力與專項(xiàng)耐力也存在一定的關(guān)系，專項(xiàng)耐力是以有氧代謝能力為基礎(chǔ)的，自行車項(xiàng)目的有氧能力從專項(xiàng)耐力中表現(xiàn)出來，并且與運(yùn)動(dòng)成績有密切的聯(lián)系，所以在自行車訓(xùn)練中，不但要高度重視專項(xiàng)耐力訓(xùn)練，又要加強(qiáng)一般有氧能力的提高[6]。上海自行車短組運(yùn)動(dòng)員在冬訓(xùn)期間進(jìn)行的有氧能力訓(xùn)練較少，有氧供能能力差直接導(dǎo)致了速度力量耐力差，不利團(tuán)體競(jìng)速實(shí)力的發(fā)揮。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)訓(xùn)練效果的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)為具有模擬多個(gè)變量，且不需要對(duì)輸入變量做復(fù)雜的相關(guān)假定的能力。它不需要有專家經(jīng)驗(yàn)，利用客觀采集的數(shù)據(jù)，可以從訓(xùn)練過程中通過學(xué)習(xí)來抽取和逼近隱含的輸入和輸出非線性關(guān)系。從本文用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)得到的模型來看，可以比較精確地預(yù)測(cè)不同訓(xùn)練負(fù)荷、時(shí)間以及訓(xùn)練前運(yùn)動(dòng)員的血紅蛋白和白細(xì)胞數(shù)情況等狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練過程中的輸出功率和踏頻，也就可以較準(zhǔn)確地對(duì)運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練過程中的專項(xiàng)素質(zhì)和能力變化做預(yù)測(cè)。在自行車比賽中，踏頻決定了騎行速度，功率反應(yīng)了運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)能力，這兩項(xiàng)指標(biāo)在戰(zhàn)術(shù)使用上有較大的參考意義。對(duì)功率、踏頻以及其他更多指標(biāo)進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，建立運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的模型，對(duì)不同訓(xùn)練階段和訓(xùn)練目標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練效果的預(yù)測(cè)，有利于更加科學(xué)的制定運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃，同時(shí)還能對(duì)比賽成績進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前制定相應(yīng)的比賽戰(zhàn)術(shù)。

4 結(jié)論與展望

4.1 冬訓(xùn)期間，通過系統(tǒng)訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)快速力量和爆發(fā)力得到了較好的發(fā)展；速度耐力訓(xùn)練的持續(xù)時(shí)間和次數(shù)太少，力量耐力訓(xùn)練的負(fù)荷過大，導(dǎo)致速度耐力和力量耐力仍然較差，建議在后期訓(xùn)練安排中適當(dāng)調(diào)整不同專項(xiàng)能力的訓(xùn)練比例。

4.2 用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以模擬不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷和身體狀態(tài)下訓(xùn)練時(shí)達(dá)到的訓(xùn)練效果，后期將在訓(xùn)練時(shí)間中進(jìn)一步驗(yàn)證，期待為訓(xùn)練計(jì)劃制定和運(yùn)動(dòng)能力提供預(yù)測(cè)。

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