王泽峰 孟琪 代强 何文捷 李建新
1国家体育总局体育科学研究所（北京 100061）
2北京体育大学（北京 100084）
3国家体育总局体育信息中心（北京 100061）
4河北省体育科学研究所（石家庄 050011）
奥运会等国际大赛中田径百米飞人大战令世人瞩目，2008年博尔特将世界纪录提高到9秒58，其三夺奥运百米冠军，震慑了世界体坛。国内外专家对博尔特进行了深入研究，认为其超乎常人的身体条件是其创造如此佳绩的主要原因之一[1]。2015年，我国百米选手苏炳添在国际田联钻石联赛美国尤金站中以9秒99的成绩豪取第3，成为第1个跑进10秒的亚洲本土选手。在随后数次比赛中，苏炳添与博尔特相比在前60米并不落后，甚至在前30米处领先于博尔特。2016年里约奥运会，谢震业又取得10秒08的好成。百米跑成绩由起跑、起跑后加速跑、途中跑和冲刺跑等因素决定。姚卫宇[2]认为良好的起跑将有助于后续技术的发挥，提高起跑速度是提高成绩的一个重要因素。徐茂典[3]认为，虽然起跑因素只占整个短跑比赛中的10%～15%，但是良好的预备姿势及起跑对接下来各个环节所产生的潜在力量是不可忽视的。在只有约10秒的顶级百米比赛中，起跑和加速前期的质量往往更加重要，在势均力敌的情况下，优质的起跑和加速前期所获得的微弱优势，往往能创造出制胜的运动成绩。国外已有学者从生物力学角度对运动员起跑时的各就位、预备、蹬离起跑器以及第1步、第2步技术动作进行了研究[4-7]。但我国学者对此领域的研究涉及较少，且所研究的选手水平不高。苏炳添看似身高较矮但四肢粗壮，爆发力强；而谢震业身材相对高大，动作富有弹性。二人技术动作孰高孰低，没有具体研究数据，更无从效仿。本研究以苏炳添和谢震业两人的起跑加速前3步技术动作为研究对象，对其预备姿势、起跑及加速进行技术对比分析，旨在揭示我国顶级选手起跑加速技术特点，为提高我国该项目的科学化训练水平提供理论依据。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
我国顶级男子百米运动员苏炳添和谢震业，具体信息见表1。
表1 苏炳添与谢震业一般资料
1.2 研究方法
1.2.1 二维录像解析法
高速拍摄比赛技术是研究高水平运动员技术特点的重要手段，而在百米比赛中，受规则、场地条件等限制，难以满足同场分道比赛中目标选手起跑加速技术的拍摄条件（选手间距离太近，容易相互遮挡）。又由于高水平选手训练与比赛中运动技术具有一致性与稳定性较高特点，故选择研究其赛前专项技术练习可较为真实、客观地反映运动员技术特点。2016年5月在国家体育总局训练局安排了赛前的起跑加速训练课，运动员本人练习全力以赴。本研究人员在苏炳添和谢震业进行起跑加速训练时，用一台高速摄像机（佳能EOS760D）进行平面定点定焦拍摄，频率50 Hz，拍摄距离15 m，拍摄范围5 m，摄像机高度1.2 m，摄像机主光轴与跑道垂直。采用Simi Motion9.1.1运动图像解析分析系统对拍摄所得的两名运动员的起跑加速视频进行二维解析，选用Hanavan人体模型[11]获取人体重心位置和关节角度等数据（模型选取的具体部位：头、左/右肩关节、左/右肘关节、左/右腕关节、左/右手、左/右髋关节、左/右膝关节、左/右踝关节、左/右足），使用低通滤波对获取的运动学指标数据进行平滑处理，平滑系数为8 Hz。苏炳添拍摄次数为10次，谢震业拍摄次数为8次。
1.2.2 相关概念界定
二人起跑加速技术指标的定义如下：膝关节角为髋-膝连线和膝-踝连线间的夹角；髋关节角为肩-髋连线和髋膝连线间的夹角；躯干前倾角为躯干纵轴与人体解剖学姿势站立时水平轴之间的夹角；重心（center of gravity，COG）距离为着地时着地脚拇指跖趾关节与身体重心间水平距离；步长指相邻两次着地时刻着地点之间距离。以上各角均为矢状面。
1.3 统计学方法
采用SPSS23.0对所获得的运动学参数进行描述性统计和Mann-Whitney U检验，结果以平均数和标准差（±s）表示，P＜0.05为差异具有统计学意义。
2 结果与分析
2.1 预备姿势对比分析
从表2中可以看出，二人预备姿势的7个技术参数之间均存在显着性差异（P＜0.05）。说明两位选手起跑预备姿势各具特色。苏炳添预备姿势时前、后膝关节角分别为 97.6°± 2.9°和 119.6°± 5.4°，谢震业为82.4°± 3.5°和102.6°± 4.9°，苏炳添的前后膝角度均显着大于谢震业。Harland等[4]的研究发现，大部分世界优秀男子百米跑选手在预备时前膝角度范围在90°～110°，后膝角度范围在115°～135°。陈建国[8]认为，预备时后支撑腿膝关节角度在130°时，可使伸膝肌群以最大肌力参与伸膝工作。相较之下可发现，苏炳添前后膝角度较适中，而谢震业前后膝角度均较小，这与世界优秀男子百米选手相比有一定差距。
Mann[5]发现，短跑运动员在预备姿势时最佳躯干前倾角度为-17°，国际优秀百米选手躯干角范围在-22至-12°之间。由表2可知，苏炳添预备姿势躯干前倾角为-24.6°，前倾幅度比世界优秀选手最佳角度小7.6°，并且比-22°的最大范围还小2.6°；而谢震业只有-5.4°，比大多国际优秀选手的最大值-12°还要大6.4°，更比苏炳添大19.2°。在预备姿势时，躯干较大的前倾会有利于起跑加速动作的向前加速效果，苏炳添较大的前倾为其高效完成起跑加速做好了准备；而谢震业在躯干前倾角度方面存在较大可优化空间。
Slawinski等[6]发现，优秀运动员（well-trained）预备姿势时身体重心与起跑线间水平距离为0.278±0.028 m，实际距离除以选手身高后的标准化值约为0.159，而精英运动员（elite）的距离则为0.229±0.015 m，标准化值约为0.128。相比之下，运动员水平越高，预备姿势时身体重心距起跑线水平距离越近。苏炳添预备时身体重心与起跑线间水平距离为0.23±0.01 m，标准化值约为0.134，接近世界精英运动员的数值。而谢震业预备时身体重心与起跑线间水平距离为0.15±0.01 m，比世界精英运动员和苏炳添还近约0.08米，标准化值约为0.082，远小于世界精英运动员和苏炳添。在不影响起跑加速的情况下，此距离越小越有利于提高成绩，但相对个人能力而言此距离过小，可能会影响起跑加速效果，得不偿失。谢震业的起跑与世界顶尖运动员相比还有一些差距，通过调整此距离有可能提高其起跑加速效果。
处在预备姿势时，苏炳添的重心与前脚脚趾间水平距离为0.30±0.01 m，谢震业则为0.41±0.02 m，二者具有显着性差异（P＜0.05）。Mann认为[5]，运动员处在预备姿势时，身体重心与前脚拇指跖趾关节间水平距离达到最佳长度将有助于起跑后的加速效果，若过小则会导致后蹬力量垂直分力过大，相反则会导致后蹬力量水平分力过大。其通过对大量世界顶级短跑运动员的研究后发现，运动员处于预备姿势时，身体重心与前脚跖趾关节间水平距离在0.30 m时为最佳。苏炳添达到了这一指标，而谢震业的距离较长，应存在较大可缩短范围。
表2 苏炳添与谢震业预备姿势技术参数比较
2.2 后蹬技术对比分析
2.2.1 肢体姿态对比分析
由表3可知，苏炳添左脚蹬离起跑器瞬间、第1次蹬离地面瞬间和第2次蹬离地面瞬间的支撑腿膝关节角度分别为：161.3°± 2.6°、160.0°± 2.7°和150.9°±3.1°，谢震业则为：168.4°± 0.9°、157.1°± 4.5°和154.6°±2.5°，二者皆表现出随着速度的提高，支撑腿膝关节角度逐渐变小的趋势。苏炳添支撑腿膝角在蹬离起跑器瞬间和第2次蹬离地面（左脚）时显着小于谢震业。第1次蹬离地面瞬间（右脚）时，二者支撑腿膝角虽没有显着性差异，但苏炳添的平均值小于谢震业。世界顶级百米运动员前3步蹬离时支撑腿最佳膝角为160°、154°和151°[5]。以这个标准衡量，除第2步膝角较大以外，苏炳添整体优于谢震业，更接近世界顶级短跑运动员的标准。
在起跑加速过程中，良好的伸髋有助于得到最佳的后蹬效果，以确保良好的向前性。从表3可见，除第2次蹬离地面瞬间二人支撑腿髋关节角度无显着性差异外，其余两次均存在显着性差异，苏炳添均大于谢震业。髋关节角度越大，膝关节角度越小，地面反作用力的水平分量可能将越大，获得向前的加速效果可能越好。综合考虑，苏炳添在起跑前3步蹬离时支撑腿髋关节角度和膝关节角度可能更佳。
由表3可知，苏炳添摆动腿膝关节角度在蹬离起跑器瞬间和第1次蹬离地面瞬间均显着小于谢震业（P＜0.05）。王志强[10]经研究发现，优秀短跑运动员在蹬摆过程中，摆动腿的膝关节角度均较小，较小的膝角可减少摆动腿的转动惯量，从而提高摆动腿屈髋前摆的角速度。因此，与谢震业相比，苏炳添有较小的摆动腿膝角，有利于向前加速。
Mann[5]通过对世界优秀百米运动员起跑前3步技术统计分析后发现，其前3步蹬离时躯干前倾角为28°、48°以及47°，根据这一标准，苏炳添与谢震业起跑前3步躯干前倾角均优于世界优秀短跑运动员，二人在前3步加速中躯干更加前倾低趴。在现代短跑起跑技术中，要求运动员在蹬离起跑器后躯干前倾，重心压低，并做到充分的后蹬，获得最佳的水平分力。由表3可知，二人的躯干前倾角除第1次蹬离地面瞬间外，均存在显着性差异，苏炳添3次蹬离躯干前倾角共增加11.7°，谢震业3次蹬离共增加16.4°。苏炳添蹬离起跑器至第1次蹬离地面增加9.9°，第1次蹬离地面至第2次蹬离地面增加1.8°；而谢震业分别增加13.2°和3.3°，均大于苏炳添。预备姿势较大的躯干前倾角和较强的身体姿态控制能力可能是苏炳添能够保持较大躯干前倾的原因。建议谢震业通过更好地控制躯干角度，优化向前加速效果。
表3 苏炳添与谢震业蹬离时刻肢体姿态指标比较
2.2.2 重心速度对比分析
由表4可见，二人3次蹬离时刻的重心水平速度皆具有显着性差异，且苏炳添每次蹬离时刻的重心水平速度均大于谢震业。苏炳添从预备姿势到左脚蹬离起跑器瞬间的重心水平速度增加至3.81±0.12 m/s，比谢震业快0.4 m/s，这可能与苏炳添的预备姿势有关。苏炳添蹬离起跑器至第1次蹬离地面重心水平速度增加0.94 m/s，第1次至第2次蹬离地面增加1.18 m/s；而谢震业蹬离起跑器至第1次蹬离地面重心水平速度增加1.13 m/s，第1次至第2次蹬离地面增加1.08 m/s，二人表现出不同加速特点。苏炳添从预备姿势到蹬离起跑器加速幅度大，而谢震业第2步加速慢于第1步，出现加速幅度减小现象。这可能因为苏炳添从预备姿势到左脚蹬离起跑器加速较大，后一步加速略慢，而后加速幅度变大。而谢震业的表现可能与从预备姿势到左脚蹬离起跑器加速相对较小，后一步加速略大，而后加速幅度较小有关。从预备姿势至第2次蹬离，苏炳添前两步加速快于谢震业。Ralph[4]对精英百米运动员（成绩为10.27±0.14 s）的研究发现，其起跑后前3步加速的重心水平速度约为3.44 m/s、4.68 m/s、5.49m/s，由此可见，苏炳添与谢震业起跑后前3步加速的重心水平速度已超越国际精英运动员，达到世界顶级水准。Slawinski等[6]在精英男子百米选手（6人，10.27±0.14 s）前3步加速技术中发现，6人重心垂直速度分别为0.52 ± 0.06 m/s、0.35 ± 0.03 m/s、0.35 ± 0.05m/s，以此为标准可判断苏炳添与谢震业二人在起跑加速时能保持较低的重心垂直速度，且苏炳添小于谢震业。
重心合速度能反映一名运动员起跑后的身体整体加速效果。二者重心合速度与重心水平速度情况相似。Ralph[4]对百米精英运动员（成绩为10.27±0.14 s）的研究发现，其3次蹬离时的重心合速度分别为：3.48 ± 0.05 m/s、4.69 ± 0.15 m/s、5.50 ± 0.26 m/s。与之相比，苏炳添3次均达到并超过这一水平，谢震业只有第2次蹬离地面时达到该水平。
表4 苏炳添与谢震业蹬离时刻重心参数比较
2.2 着地技术对比分析
着地技术与后蹬技术同样重要，运动员支撑腿着地时与地面发生碰撞，产生制动冲量，良好的着地技术可减少人体运动速度的损失，有助于接下来的支撑与后蹬表现。谢慧松[9]认为，支撑腿着地时膝关节肌肉做退让性工作，较小的膝角可更高效地存储肌肉弹性势能，为转为后蹬时，肌肉由退让收缩转换为克制性收缩创造条件，进而缩小后蹬角，增加蹬伸时的水平分力值，提高重心水平向前速度。由表5可知，总体来看，苏炳添膝角整体小于谢震业，二人3次着地时刻支撑腿膝关节角度均表现出逐渐增大的趋势。王志强[10]认为，积极着地在短跑技术中非常重要，良好的着地技术可维持躯体较低的重心，进而增加支撑距离、缩短人体绕支撑点的转动半径，使支撑腿肌肉群处于有效发力状态，提高工作效率。
着地时，身体重心相对于着地点越往前，越有助于保持身体前倾，缩小后蹬角，增加水平分力值，获得更好的向前性。由表5可知，苏炳添三次着地瞬间COG距离值分别为：0.14±0.07 m、0.09±0.09 m和0.04± 0.03 m，相对值（COG距离/身高）分别为：0.08±0.04、0.05±0.03、0.03±0.02。谢震业3次着地瞬间COG距离分别为：0.16±0.09 m、0.17±0.06 m和0.05 ± 0.06 m，相对值（COG距离/身高）为：0.07 ±0.05、0.09 ± 0.03、0.02 ± 0.04。通过 Mann-Whitney U检验发现，苏炳添与谢震业第2步COG距离相对值存在显着性差异（P＜0.05）。百米精英运动员起跑加速前两步COG距离约为0.08 m和0.01 m[5]。以此为标准可知，苏炳添和谢震业前两步COG距离均大于此数值，达到百米精英运动员标准。
Rabita等[7]对国外优秀百米运动员（身高1.82±0.69 m，成绩9.95～10.29 s）研究后发现，其第1步步长为0.96±0.16 m，步长指数为0.53。将苏炳添和谢震业的第1步步长进行了同样的标准化计算后发现，两人的第1步步长指数（苏炳添：0.75、谢震业：0.76）接近且均大幅度超越国外优秀百米运动员。由于谢震业身高的优势，其起跑加速3次着地瞬间时刻的实际步长均大于苏炳添，据表5可知，其前3步加速比苏炳添共长0.31 m，其中第1步长0.11 m，第2步长0.07 m，第3步长0.13 m。世界优秀短跑选手在起跑后，步长应逐渐加长[5]。但苏炳添和谢震业在起跑后均表现出第1步最长，第2步最短，第3步居中的共同特点，这可能与他们长期一起训练有关，这是否为超越世界水平的先进技术特点，有待进一步研究。
表5 苏炳添与谢震业着地技术参数比较
注：＊P＜0.05，二者比较有显着性差异。
本文对我国两位顶尖百米选手起跑动作进行了二维技术分析，为研究更加深入，有待进行三维技术分析。同时，为更加深入地解读短跑加速技术，有待进行选手力量的相关研究。
3 总结
3.1 预备姿势方面，苏炳添与谢震业相比，躯干前倾角较大，前后支撑腿髋关节角度均较小，而前后支撑腿膝关节角度均较大。更加合理的预备姿势为苏炳添蹬离起跑器瞬间获得速度优势做好了准备。而谢震业通过增大躯干前倾角度、减小髋关节角度和增大膝关节角度等方法可能对提高其起跑速度起到一定效果。
3.2 在蹬伸时刻，苏炳添更为前倾的躯干、充分的后蹬形成极佳的向前性，是其起跑后加速技术的核心要素。谢震业在躯干前倾和后蹬方面有待提高。
3.3 在着地瞬间，苏炳添的膝关节角度较小，COG距离也较小，有利于随后的蹬伸。谢震业在此方面也有一定可提升空间。
3.4 步长方面，二人均表现出起跑加速第1步步长最长，第2步最短，第3步居中的共同特点。
