肖 毅，李亦林，任曉玲

競技體育的飛速發(fā)展以及競爭的空前激烈，使得教練員和運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練和比賽受到越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時(shí)，伴隨信息技術(shù)的快速發(fā)展及信息技術(shù)在競技體育中的廣泛運(yùn)用，現(xiàn)代競技體育的競爭越來越表現(xiàn)為各國高科技水平的競爭[1]。

擊球力量是乒乓球技術(shù)五大要素之一，也是擊球的基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)員打法的威脅性、殺傷力都需要通過力量來體現(xiàn)[2]。男女乒乓球運(yùn)動(dòng)員之間打法的主要區(qū)別之一就是力量，女子打法男子化也是強(qiáng)調(diào)力量對制勝的重要性。因此，如何實(shí)時(shí)地獲取乒乓球運(yùn)動(dòng)員日常訓(xùn)練時(shí)揮拍的力量數(shù)據(jù)，為教練員制訂有針對性的技術(shù)和體能訓(xùn)練計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù)，從而提高乒乓球運(yùn)動(dòng)員的擊球效果和比賽成績，已成為當(dāng)前乒乓球教練員和運(yùn)動(dòng)員關(guān)注的熱點(diǎn)話題。

然而，現(xiàn)有的乒乓球訓(xùn)練監(jiān)控手段關(guān)注的重點(diǎn)主要還是技戰(zhàn)術(shù)統(tǒng)計(jì)分析，還不能實(shí)時(shí)并有效地采集、存儲(chǔ)、處理和顯示運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中揮拍的力量等數(shù)據(jù)[3]。

鑒于近年來傳感器技術(shù)和無線藍(lán)牙通訊技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為實(shí)時(shí)監(jiān)測乒乓球運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中揮拍的加速度、位移和力量等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員揮拍力量長期、科學(xué)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，本文通過在乒乓球球拍的拍把上加裝加速度傳感器，并開發(fā)相應(yīng)的乒乓球運(yùn)動(dòng)員擊球力量訓(xùn)練數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與診斷分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集乒乓球運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練時(shí)揮拍的加速度，同時(shí)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等理論計(jì)算出揮拍過程的速度、位移、力和功等其他派生數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、存儲(chǔ)和可視化顯示等功能，為測試和評價(jià)運(yùn)動(dòng)員擊球動(dòng)作的力量提供依據(jù)[4-6]。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)乒乓球運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的特點(diǎn)及技術(shù)動(dòng)作訓(xùn)練監(jiān)控的實(shí)際需求，在訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。

1.1.1 數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和完整性原則

根據(jù)乒乓球運(yùn)動(dòng)員擊球動(dòng)作的連續(xù)性，且兩次擊球動(dòng)作相隔時(shí)間較短的特征，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以每次擊球動(dòng)作為單位，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)捕捉運(yùn)動(dòng)員每次揮拍過程的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括揮拍過程產(chǎn)生的線加速度和球拍姿態(tài)角度變化的角加速度，通過計(jì)算得出的球拍揮動(dòng)的速度、角速度、位移以及揮拍過程的能耗等衍生數(shù)據(jù)，以確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和完整性。

1.1.2 數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性和可靠性原則

訓(xùn)練過程采集到的原始數(shù)據(jù)及各種派生數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)顯示給教練員和運(yùn)動(dòng)員，用于現(xiàn)場診斷分析與訓(xùn)練指導(dǎo)實(shí)踐，同時(shí)這些數(shù)據(jù)將永久存儲(chǔ)在后臺數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)的大數(shù)據(jù)分析及科學(xué)化長期訓(xùn)練監(jiān)控提供可靠的數(shù)據(jù)支撐平臺。因此，系統(tǒng)的設(shè)備選型和數(shù)據(jù)處理過程應(yīng)確保數(shù)據(jù)采集的精度和采樣頻率能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，以保證數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性和可靠性。

1.1.3 數(shù)據(jù)顯示的直觀性原則

系統(tǒng)采集的訓(xùn)練數(shù)據(jù)除了為后續(xù)的綜合訓(xùn)練監(jiān)控指導(dǎo)提供數(shù)據(jù)支撐以外，更重要的是要服務(wù)于臨場教練員的訓(xùn)練指導(dǎo)，因此，要求系統(tǒng)可以將采集到的數(shù)據(jù)及診斷分析的結(jié)果實(shí)時(shí)、直觀地顯示給教練員和運(yùn)動(dòng)員。由于乒乓球運(yùn)動(dòng)員擊球動(dòng)作快，揮拍過程的各種數(shù)據(jù)變化迅速，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采取將這些數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)曲線圖的形式進(jìn)行顯示是比較好的選擇。

1.2 數(shù)據(jù)采集流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的總體流程分為3個(gè)階段：硬件設(shè)備連接，數(shù)據(jù)采集、傳輸、解碼與存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)處理與實(shí)時(shí)曲線顯示（圖1）。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程圖Figure 1 Process of Data Collection

1.2.1 通訊（硬件）設(shè)備連接

開啟固定在乒乓球球拍的加速度傳感器，選擇并設(shè)置串口通訊的波特率 （默認(rèn)設(shè)置為9600 b/s），通過藍(lán)牙適配器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行配對連接。

1.2.2 數(shù)據(jù)采集、傳輸、解碼與存儲(chǔ)

運(yùn)動(dòng)員揮拍時(shí)，固定在拍把上的加速度傳感器自動(dòng)進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集，然后數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)通過無線藍(lán)牙通訊模塊傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照通信協(xié)議對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，獲取運(yùn)動(dòng)員揮拍時(shí)的加速度等姿態(tài)數(shù)據(jù)信息。最后，將接收到的原始數(shù)據(jù)按照時(shí)間先后順序存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)后臺數(shù)據(jù)庫中，以備后續(xù)數(shù)據(jù)處理和顯示之用。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與實(shí)時(shí)曲線繪制

數(shù)據(jù)采集與診斷分析系統(tǒng)對接收到的揮拍原始數(shù)據(jù)，按設(shè)定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理，得出各種派生數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)以曲線圖的形式實(shí)時(shí)、直觀地顯示出來。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

系統(tǒng)功能模塊主要包括：系統(tǒng)管理模塊、訓(xùn)練數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊、訓(xùn)練數(shù)據(jù)分析與顯示模塊。

1.3.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊包括：系統(tǒng)設(shè)置模塊、運(yùn)動(dòng)員基本信息管理模塊和數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出模塊。其中，系統(tǒng)設(shè)置模塊主要包括通訊串口設(shè)置、串口波特率設(shè)置、測試動(dòng)作類型設(shè)置等；運(yùn)動(dòng)員基本信息管理模塊主要負(fù)責(zé)參與擊球力量測試的乒乓球運(yùn)動(dòng)員基本信息的增加、修改、刪除和查詢管理，包括運(yùn)動(dòng)員的編號、姓名、性別、身高、體重、運(yùn)動(dòng)員等級、訓(xùn)練年限、執(zhí)拍類型和打法類型等信息；數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出模塊用于對運(yùn)動(dòng)員采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并將查詢結(jié)果導(dǎo)出等。

1.3.2 訓(xùn)練數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖Figure 2 System Function Module

訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集模塊主要實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的采集、處理和實(shí)時(shí)顯示等功能。首先，采集運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中揮拍產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)（包括揮拍的加速度、乒乓球拍的空間角度變化等）；然后，根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等知識，進(jìn)行積分等計(jì)算，得到速度、力量和做功等派生數(shù)據(jù)；最后，將訓(xùn)練過程中這些動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)以曲線形式實(shí)時(shí)、直觀地顯示出來，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)保存至后臺數(shù)據(jù)庫中[7]。

1.3.3 訓(xùn)練數(shù)據(jù)分析與顯示模塊

訓(xùn)練數(shù)據(jù)分析與顯示模塊根據(jù)存儲(chǔ)在后臺數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)和派生數(shù)據(jù)，對運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中的揮拍情況進(jìn)行綜合的統(tǒng)計(jì)分析，并將計(jì)算的結(jié)果以圖表和曲線的形式顯示給教練員，為教練員科學(xué)評價(jià)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效果提供可靠依據(jù)[8]。

1.4 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

操作系統(tǒng)為Windows7，開發(fā)工具為Visual Studio 2012，程序設(shè)計(jì)語言為 ASP.Net（C#），數(shù)據(jù)庫平臺為MySQL。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件安裝示意圖

本系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括：9軸加速度傳感器，無線藍(lán)牙適配器和乒乓球拍。加速度傳感器安裝于乒乓球拍柄上（如圖3），運(yùn)動(dòng)員揮拍時(shí)可實(shí)時(shí)感知運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過無線藍(lán)牙傳輸至計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，并保存至后臺數(shù)據(jù)庫中。

圖3 設(shè)備硬件安裝示意圖Figure 3 Installation of Device Hardware

2.2 系統(tǒng)硬件基本原理圖

訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集的硬件系統(tǒng)分為：數(shù)據(jù)采集模塊、通信傳輸模塊以及人機(jī)交互模塊。通信管理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集模塊相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。數(shù)據(jù)采集模塊以9軸加速度傳感器為核心，它集成了高精度的陀螺儀和以MPU-9250芯片為核心的加速度計(jì)，采用高性能的微處理器和先進(jìn)的動(dòng)力學(xué)姿態(tài)解算器與卡爾曼動(dòng)態(tài)濾波算法，能夠快速求解出模塊當(dāng)前的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)加速度、角速度、角度、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等數(shù)據(jù)。傳感器感受到運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度后，以最高200 Hz數(shù)據(jù)輸出速率，通過通信傳輸模塊中的無線藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)中。人機(jī)交互模塊是安裝在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、處理、分析、顯示與存儲(chǔ)[9]。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到乒乓球運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，將通信傳輸模塊設(shè)計(jì)為通過無線藍(lán)牙進(jìn)行串口通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線、實(shí)時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)采集的硬件基本原理如圖4所示。

“三師共管”的組成是由三級醫(yī)院的?？漆t(yī)生、社區(qū)醫(yī)院的全科醫(yī)生和健康管理師組成。該模式中三師的職責(zé)分工不同，?？漆t(yī)生負(fù)責(zé)糖尿病患者個(gè)體化治療方案的制定，定期到社區(qū)巡診、帶教和指導(dǎo)全科醫(yī)師對糖尿病患者日常診療；全科醫(yī)師負(fù)責(zé)執(zhí)行?？漆t(yī)師制定的診療方案，及時(shí)了解患者病情變化，及時(shí)處理患者出現(xiàn)的健康問題，指導(dǎo)健康管理師開展日常工作；健康管理師是全科醫(yī)生和?？漆t(yī)生的助手，負(fù)責(zé)日常隨訪、生活方式的指導(dǎo)干預(yù)、個(gè)體化健康教育的宣教等。

圖4 數(shù)據(jù)采集硬件基本原理圖Figure 4 Basic Principle of Data Collection Hardware

2.3 硬件設(shè)備的選型及參數(shù)

2.3.1 設(shè)備選型

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備是9軸加速度傳感器。根據(jù)乒乓球運(yùn)動(dòng)員揮拍動(dòng)作的空間特征，其數(shù)據(jù)采集不僅包括揮拍動(dòng)作的加速度、速度和位移等參數(shù)，還包括揮拍過程球拍的空間姿態(tài)角度變化等其他信息，因此不能選用單軸加速度傳感器。結(jié)合實(shí)際訓(xùn)練監(jiān)控的需要，本文選用的是JY901型9軸加速度傳感器內(nèi)置的芯片為深圳維特智能科技有限公司的MPU-9250芯片，它是一個(gè)封裝的復(fù)合芯片，包含三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀及三軸磁力計(jì)。相比普通的三軸加速度計(jì)，本系統(tǒng)采用的9軸模塊精度較高，且可以同時(shí)采集運(yùn)動(dòng)方向的變化，采集的數(shù)據(jù)更加全面、可靠。

（2）技術(shù)參數(shù)

基本技術(shù)參數(shù)：工作電壓為3～6 V，電流＜40 mA。測量維度：3維加速度、角速度和角度。量程：加速度為±16 g，角速度為±2000°/s，角度為 180°。 穩(wěn)定性：加速度為0.01 g，角速度0.05°/s。

2.4 無線藍(lán)牙串口通信

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信 （一般為10～100 m）的無線電技術(shù)，且有成本低、功耗小、傳輸速率較高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。串口是計(jì)算機(jī)上一種常用設(shè)備的通信協(xié)議。無線藍(lán)牙串口適配器正是兩者結(jié)合的產(chǎn)物，它保留了藍(lán)牙通信與串口通信的優(yōu)點(diǎn)，用藍(lán)牙代替?zhèn)鬏斁€纜，將復(fù)雜的藍(lán)牙協(xié)議轉(zhuǎn)換為簡單易用的串口通信協(xié)議[10]。無線藍(lán)牙模塊接收到串口數(shù)據(jù)后，將其打包進(jìn)藍(lán)牙數(shù)據(jù)包中，然后發(fā)給PC電腦，傳輸流程如圖5所示。本文選用的JY901型9軸加速度傳感器內(nèi)置了無線藍(lán)牙傳輸模塊。

圖5 數(shù)據(jù)傳輸流程圖Figure 5 Data Transmitting Process

3 數(shù)據(jù)處理算法

利用加速度傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)是球拍揮動(dòng)的加速度，經(jīng)過多次積分運(yùn)算，可以分別得出球拍揮動(dòng)的速度、位移，進(jìn)而可以求出揮動(dòng)球拍的力量及其所做的功。根據(jù)擊球過程所做功的大小可以找出運(yùn)動(dòng)員擊球過程能耗的高低。

本采集系統(tǒng)選用的加速度傳感器輸出頻率為10 Hz，由于其中每輸出兩個(gè)加速度之間的間隔時(shí)間較短，可視為手勢動(dòng)作做勻速運(yùn)動(dòng)。設(shè)初始速度V0=0，在時(shí)間間隔[Tn，Tn+1]內(nèi)速度為 Vn，則時(shí)間間隔[Tn+1，Tn+2]內(nèi)的速度為：

式中an為傳感器水平方向加速度輸出值。本文選用的加速度傳感器每經(jīng)過0.1 s輸出一個(gè)加速度值，即當(dāng)T=0.1 s時(shí)，T內(nèi)位移為 Sn=Vn×T，則根據(jù)下式可計(jì)算一個(gè)完整的揮拍動(dòng)作所產(chǎn)生的位移[11]：

依據(jù)牛頓第二定律：F=m×a可以得知，根據(jù)球拍的質(zhì)量（包括固定在球拍上的加速度傳感器）和球拍揮動(dòng)的加速度，可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員擊球過程中施加在球拍上的作用力。該作用力F跟球拍的質(zhì)量和球拍揮動(dòng)的加速度成正比；作用力的方向跟加速度的方向相同。在較短的T時(shí)間間隔內(nèi)，可以視加速度值不變，球拍和加速度傳感器的質(zhì)量m也是一定的，因此可以計(jì)算出擊球過程中的力量F：

式中ai為水平方向加速度輸出值，m為球拍和加速度傳感器的總質(zhì)量，n為時(shí)間間隔T的個(gè)數(shù)（由采樣頻率決定）同理可計(jì)算出其他兩個(gè)方向的擊球力量。

同理，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識，可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員在擊球過程中作用于球拍的力量所做的功W=F×S，以水平方向做功為例，其計(jì)算公式如下[12]：

式中Fi為水平方向的作用力，Si為T間隔內(nèi)水平方向位移，n為時(shí)間間隔T的個(gè)數(shù)。同理可計(jì)算出其他兩個(gè)方向的揮拍力量所做的功。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)完成后已應(yīng)用于中國乒乓球?qū)W院少年班運(yùn)動(dòng)員的日常訓(xùn)練監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了乒乓球運(yùn)動(dòng)員擊球力量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)和診斷分析，得到了教練員和運(yùn)動(dòng)員的一致認(rèn)可。

本文選取同年齡的一男一女兩名青少年乒乓球運(yùn)動(dòng)員，運(yùn)用該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并顯示他們正手拉球和反手搓球兩種技術(shù)動(dòng)作的揮拍參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行對比分析。

在實(shí)際使用過程中，運(yùn)動(dòng)員每次擊球動(dòng)作的數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)保存到后臺數(shù)據(jù)庫中，因此，隨著擊球力量數(shù)據(jù)的不斷積累，系統(tǒng)可以從后臺數(shù)據(jù)庫中對不同運(yùn)動(dòng)員各種擊球動(dòng)作的力量等參數(shù)進(jìn)行對比。

4.1 正手拉球加速度與速度曲線圖

兩名青少年乒乓球運(yùn)動(dòng)員（男女各1名）3次連續(xù)正手拉球產(chǎn)生的加速度與速度曲線如圖6和圖7所示。系統(tǒng)也可以顯示擊球過程中的力量和功等參數(shù)的變化曲線。

圖6 男運(yùn)動(dòng)員正手拉球加速度和速度曲線圖Figure 6 Male Player's Forehand Pull-ball Acceleration and Speed Curve

圖7 女運(yùn)動(dòng)員正手拉球加速度和速度曲線圖Figure 7 Female Player's Forehand Pull-ball Acceleration and Speed Curve

圖6 、圖7每一個(gè)波谷到波峰再到波谷都是一次完整的揮拍擊球動(dòng)作。通過對比發(fā)現(xiàn)，男女乒乓球運(yùn)動(dòng)員單個(gè)揮拍擊球動(dòng)作過程中，女子運(yùn)動(dòng)員正手拉球的加速度a和速度v的實(shí)時(shí)數(shù)值（包括最大值）都低于男子運(yùn)動(dòng)員。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，物體加速度的大小與作用力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，當(dāng)球拍質(zhì)量一定時(shí) （實(shí)驗(yàn)過程中男女運(yùn)動(dòng)員使用同一塊球拍擊球），球拍的加速度值越大說明運(yùn)動(dòng)員手臂帶動(dòng)球拍揮拍的作用力越大，更有利于球拍觸碰到球時(shí)產(chǎn)生摩擦力或碰撞力。在揮拍位移相同的情況下，加速度值越大則說明運(yùn)動(dòng)員可以在相同揮拍距離中產(chǎn)生更大的作用力。由于女子運(yùn)動(dòng)員的絕對力量不如男子運(yùn)動(dòng)員，導(dǎo)致在使用同樣重量的球拍擊球時(shí)，揮拍進(jìn)行正手拉球的力量有明顯差異，男子運(yùn)動(dòng)員的擊球加速度a和力量均要大于女運(yùn)動(dòng)員。

4.2 反手搓球

兩名青少年乒乓球運(yùn)動(dòng)員（男女各1名）3次連續(xù)反手搓球產(chǎn)生的加速度與速度曲線如圖8和圖9所示。

圖8 男運(yùn)動(dòng)員反手搓球加速度和速度曲線圖Figure 8 Male Player's Backhand Chop Acceleration and Speed Curve

圖9 女運(yùn)動(dòng)員反手搓球加速度和速度曲線圖Figure 9 Female Player's Backhand Chop Acceleration and Speed Curve

圖8 、圖9每一個(gè)波谷到波峰再到波谷都是一次完整的揮拍擊球動(dòng)作。通過對比發(fā)現(xiàn)，男女乒乓球運(yùn)動(dòng)員單個(gè)揮拍擊球動(dòng)作過程中，女子運(yùn)動(dòng)員反手搓球的加速度a與速度v的實(shí)時(shí)數(shù)值和最大值都高于男子運(yùn)動(dòng)員，但在拍與拍之間的銜接速率上男子運(yùn)動(dòng)員要高于女子運(yùn)動(dòng)員。此外，對比發(fā)現(xiàn)男運(yùn)動(dòng)員的波形較女運(yùn)動(dòng)員的波形更加密集，說明男運(yùn)動(dòng)員可以在較短時(shí)間內(nèi)完成更多動(dòng)作，揮拍節(jié)奏比女運(yùn)動(dòng)員快。

由于女子運(yùn)動(dòng)員多以有質(zhì)量的搓長為主，其實(shí)時(shí)速度更快，足以對對手下一板的進(jìn)攻造成威脅；由于男子運(yùn)動(dòng)員反手搓球，多以控制擺短為主，其實(shí)時(shí)速度較為緩慢，但拍與拍之間的銜接速率更快，更容易達(dá)到控制對手搶攻上手的技戰(zhàn)術(shù)效果，為自己的主動(dòng)進(jìn)攻制造機(jī)會(huì)，且由于需要達(dá)到控制的效果，所以動(dòng)作幅度小，動(dòng)作中無謂的晃動(dòng)也更少。

4.3 派生數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除了可以實(shí)時(shí)采集并處理訓(xùn)練過程中運(yùn)動(dòng)員擊球的原始加速度數(shù)據(jù)外，還可以根據(jù)加速度原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等知識，進(jìn)行積分等計(jì)算得到速度、位移和做功等派生數(shù)據(jù)，并以報(bào)表的形式直觀地呈現(xiàn)出來，以更全面地評估乒乓球運(yùn)動(dòng)員擊球訓(xùn)練的效果與能力。

以某一乒乓球運(yùn)動(dòng)員3次連續(xù)正手拉球動(dòng)作的數(shù)據(jù)采集為例，其x、y、z3個(gè)方向的原始加速度和派生出的力量、速度、位移和功的計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

圖1 0運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)結(jié)果Figure 10 Collection and Statistics Results of Player's Training Data

5 結(jié)論

為彌補(bǔ)乒乓球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及監(jiān)控過程中運(yùn)動(dòng)員擊球力量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與診斷分析方面的不足，本文基于無線藍(lán)牙串口通信接口，采用高精度加速度傳感器模塊實(shí)時(shí)采集乒乓球運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中擊球力量等數(shù)據(jù)，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等相關(guān)知識計(jì)算出相關(guān)派生數(shù)據(jù)，并以曲線形式實(shí)時(shí)顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)乒乓球運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過程中擊球力量等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)與顯示。

本文設(shè)計(jì)的擊球力量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與診斷分析系統(tǒng)，適用于快節(jié)奏、爆發(fā)力強(qiáng)的乒乓球項(xiàng)目。選用9軸加速度傳感器采集模塊在尺寸、重量、性能和成本上都比其他類型傳感器占有優(yōu)勢，使數(shù)據(jù)采集過程更加便捷、可靠和高效。除此之外，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可以直觀地為教練員和運(yùn)動(dòng)員提供揮拍過程的相關(guān)數(shù)據(jù)變化情況，以便對運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控與指導(dǎo)。經(jīng)過測試與使用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過程及時(shí)、穩(wěn)定、可靠，能較好地滿足乒乓球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中擊球力量相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理與顯示等需求，對指導(dǎo)訓(xùn)練實(shí)踐具有一定的借鑒意義。