CC BY
116
ПРОГРЕСС ТЕХНОЛОГИЙ РЕГИСТРАЦИИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЛОДКИ В ГРЕБНОМ СПОРТЕ
Д.А. ПОТЕХИН, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК
Аннотация
Технические средства контроля параметров движения расширяют возможности получения спортсменом срочной информации. Применение специальных приборов в гребле на байдарках и каноэ в отличие от наземных видов спорта сопряжено с рядом специфических трудностей. Они связаны с требованиями влагозащищенности, отсутствием помех при вибрации, а при размещении в лодке -непотопляемостью в случае переворота. Тем не менее начиная с 70-х годов XX в. создано значительное количество подобных устройств, использование которых способствует повышению эффективности тренировки и техническому совершенствованию.
Ключевые слова: гребля на байдарках, кинематика,
регистрация, приборы.
Abstract
Engineering controls movement parameters for expanded athlete emergency information. The use of special devices in the canoeing in contrast to terrestrial sports associated with a number of specific challenges. They are related to the requirements of water-resistance, noiseless vibration, and when placed in the boat - flooding in the event of a coup. However since the 70-ies of XX century have created a significant number of these devices, the use of which contributes to the effectiveness of training and technical perfection.
Key words: canoeing, kinematics, registration, devices.
Введение
Современная система спортивной тренировки основывается на использовании эффективных средств и методов комплексного контроля. Гребля на байдарках и каноэ имеет свою специфику, связанную с тем, что соревновательная и тренировочная деятельность происходит на стыке воздушной и водной сред. Такая особенность существенно усложняет сбор информации для принятия правильного тренерского решения. Например, дополнительное исследовательское оборудование, размещенное в лодке, а тем более на днище, может существенно повлиять на биомеханические параметры движения лодки, что приведет к регистрации ошибочных данных. Датчики и приборы, требующие тщательной гидроизоляции, зачастую теряют свою точность. Анализ движения лопасти под водой затруднителен даже для качественной визуальной оценки.
Немногочисленные работы по изучению кинематических и динамических параметров биомеханической гребной системы (БГС) в связи со сложностью аппаратных средств не предполагают широкого практического внедрения в тренировочный процесс ввиду высокой стоимости оборудования и возникающих организационных сложностей.
Технические средства контроля параметров движения расширяют возможности получения спортсменом срочной информации. В настоящее время наблюдается стремительный прогресс микротехнологий, позволивший сделать высокотехнологичные приборы доступными для использования в спорте. Долгий опыт работы в составе комплексной научной группы при сборной команде России по гребле на байдарках и каноэ позволил сформировать перечень наиболее успешных приборов, применяемых в современном гребном спорте (табл. 1).
Таблица 1
Приборы и устройства срочной информации, используемые в гребле на байдарках и каноэ в настоящее время [3, 4, 6]
Название прибора Компания (организация) Страна Измерительное устройство Показатели
DigiTrainer POLARITÂS Венгрия трехкомпонентный микромеханический акселерометр, GPS t, S, N, V, d, R
SPEED COACH Nielsen-Kellerman США импеллер, магнитная система V, N, d, R,S
MinimaxX Catapult Innovations Австралия трехкомпонентный акселерометр, 3 гироскопа с частотой 100 Гц, 3 магнитометра с частотой 30 Гц и недифферциальн. GPS-модуль 5 Гц t, S, N, V, d, R
Окончание табл. 1
Название прибора Компания (организация) Страна Измерительное устройство Показатели
Микросистема ориентации и навигации (МСОН) МАИ Россия 3 гироскопа, 3 акселерометра, векторный магнитометр, GPS t, S, N, V, d, R+ крен, курс, дифферент.
Примечания: Ь - текущее время, V - скорость лодки, N - темп, d - дистанция, R - ЧСС, Б - количество гребков.
Как видно из табл. 1, в настоящее время широкое распространение получили приборы, основанные на использовании системы глобального позиционирования (GPS), а также всевозможные электронные акселерометры.
GPS - это эффективная система глобального позиционирования, которая позволяет определять местонахождения с точностью до сантиметра, когда используется кинематический дифференциальный режим [11]. Недифференциальный GPS-приемник является функциональным инструментом для исследователей благодаря низкой стоимости и легкой конструкции в сравнении с дифференциальными приемниками [9], а также обеспечивает высокую точность измерений скорости движения человека при равномерном перемещении по прямой [10].
Также важной тенденцией в изучаемом вопросе стало использование приборов, совмещающих в себе несколько технологий и таким образом снижающих инструментальные погрешности.
К вопросу о точности современных методов регистрации параметров движения лодки
Актуальную проблему для гребного спорта и спортивной науки в целом представляет вопрос определения точности и надежности подобных устройств.
В работе [6] анализируются достоверность и надежность данных о движении байдарки, полученных устройством М1шшахХ, созданным для обеспечения спортсменов, тренеров и спортивных ученых точнейшей информацией о прохождении тренировки и нагрузках. Прибор МттахХ достаточно маленький и легкий (67 г), благодаря чему его можно разместить на корпусе лодки без каких-либо неудобств для спортсмена [7]. В качестве референтных значений использовались данные, полученные с помощью оцифровки видеоряда, сделанного скоростной видеокамерой (см. рисунок).
4,4
видео
Типичный график сравнения мгновенной скорости байдарки в гребном цикле (2 гребка) с момента погружения правой лопасти, полученный с 4 GPS-акселерометров и по видеорегистрации [6]
Сравнение средних значений скорости и ускорений, полученных двумя различными методами, показывает, что внутрицикловая скорость, регистрируемая всеми GPS-акселерометрами, была занижена на 0,14-0,19 м/с, а ускорение занижено на 1,76 м/с2. Несмотря на то, что эти значения несущественны для большинства спортив-
ных задач, в спринтерской гребле такие погрешности являются слишком большими, чтобы использовать GPS-акселерометры с полной уверенностью.
Конфигурация спутников, зависящая от времени суток, привела к существенным отличиям данных видеоряда и GPS-акселерометров. В послеобеденное время
наблюдалось наибольшее отличие между двумя методами по скорости. Так как GPS-спутники проходят земную орбиту с периодом 12 ч, положение спутников с утра и вечером существенно отражается на точности измерений [10]. Также отличия в тестировании между утренним и вечерним тестированием можно объяснить различной температурой воздуха (отличие в 5-8°), которая может влиять на показания акселерометра и вызывать дрейф показателей [5]. Вдобавок внутренняя температура акселерометров может возрастать в процессе их использования [8]. Дальнейшие исследования требуют учета подобных погрешностей.
Сравнительный анализ контактных и бесконтактных методов регистрации кинематических параметров движения лодки
В работе [6] данные кинематических параметров движения лодки, полученные с помощью скоростной видеокамеры, рассматривались как абсолютно точные измерения, однако этот метод регистрации не следует рассматривать как универсальное средство контроля. Наряду с большими преимуществами оптико-электронного метода можно выделить его явные недостатки в сравнении с инструментальными методами (табл. 2).
Таблица 2
Сравнительный анализ измерительного потенциала двух комплексов регистрации кинематических параметров
движения лодки
Оптико-электронный метод Инструментальный метод
Организационно-методические аспекты
" - " низкая скорость обработки данных " + " высокая скорость обработки данных и возможность оперативной коррекции техники
" - " один видеоряд подразумевает анализ одного гребка " + " анализ всех гребков дистанции (автоматическое вычисление усредненных параметров)
" + " возможен кинематический анализ движения лодки, весла, а также сегментов тела спортсмена " - " возможен кинематический анализ только параметров движения лодки
" - " требует специально оборудованную акваторию " + " регистрация параметров может осуществляться на любой акватории
" + " анализ процесса выполнения гребка " - " анализ параметров, которые являются следствием выполнения гребка
" - " требуется специально обученный человек для проведения съемки и анализа данных " + " для применения комплекса в тренировочном процессе достаточно тренера
" - " последовательное изучение кинематических параметров движения лодки с последующим одновременным сравнением " + " возможность параллельного анализа нескольких гребцов
" = " необходим начальный уровень владения компьютером для применения компьютерного приложения " = " необходим начальный уровень владения компьютером для применения компьютерного приложения
" = " высокая достоверность регистрируемых параметров и низкая погрешность " = " высокая достоверность регистрируемых параметров и низкая погрешность
" = " сопоставимая цена оборудования " = " сопоставимая цена оборудования
Выводы
Актуальность исследования определяется необходимостью повышения эффективности средств и методов педагогического контроля за тренировочной и соревновательной деятельностью гребцов на байдарках.
Еще в 1987 г. В.В. Бойко настаивал на том, что необходимо полностью отказаться от тренировок «на глазок» по оценке длины тренировочных отрезков, их энергетики, силовых и кинематических характеристик [1].
В современном гребном спорте подход к управлению тренировочным процессом на основе визуального анализа и с применением секундомера является явно устарев-
шим, требующим существенной модернизации за счет новых средств и методов контроля. При этом увеличение числа регистрируемых показателей не должно являться ценностным ориентиром, так как более сложный анализ увеличивает время принятия тренерского решения. Тренерская работа должна строиться на анализе оптимального числа информативных показателей.
На лодках у всех высококлассных гребцов (спереди на кокпите) должен быть укреплен дисплей с показателями приборов контроля кинематических параметров движения лодки, позволяющий делать тренировочный процесс по-настоящему управляемым.
Литература
1. Бойко В.В. Целенаправленное развитие двигательных способностей человека. - М.: ФиС, 1987. - 144 с.
2. Иссурин В.Б. Биомеханика гребли на байдарках и каноэ / В.Б. Иссурин; под ред. В.М. Зациорского. - М.: Физкультура и спорт, 1986. - 112 с.
3. Официальный сайт компании Nielsen-Kellerman [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. nkhome.com/
4. Официальный сайт компании Polaritas [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.polaritas.com/
5. El-Diasty M, El-Rabbany A. andPagiatakis S. (2007). Temperature variation effects on stochastic characteristics for low-cost MEMS-based inertial sensor error // Measurement Science and Technology, 18, 3321-3328.
6. Ina Janssen & Alexi Sachlikidis (2010). Validity and reliability of intra-stroke rayak velocity and acceleration using a GPS-based accelerometer // Sports Biomechanics, 9 : 1, 47-56.
7. MinimaxX specification (2008). Retrieved July 22, 2008, Kellerman [electronic resource]. - Access: http:// www.microtechnologycrc.com/maxx_tech.html.
8. Pang G. and Liu H. (2001). Evaluation of a low-cost MEMS accelerometer for distance measurement // Journal of Intelligent and Robotic Systems, 30, 219-265.
9. Townshend A., Worringham C. and Stewart I. (2008). Assessment of speed and position during human locomotion using nondifferential GPS // Medicine & Science in Sports & Exercise, 40 (1), 124-132.
10. Witte T. and Wilson A. (2004). Accuracy of nondifferential GPS for the determination of speed over ground // Journal of Biomechanics, 37, 1891-1898.
11. Zhang K., Deakin R., Grenfell R, Li Y, Zhang J., Cameron W. andSilcock D. (2004). GNSS for sports - sailing and rowing perspectives // Journal of Global Positioning Systems, 3 (1), 280-289.
References
1. Boyko V.V. Purposeful development of human locomotor abilities. - M.: FiS, 1987 - 144 p.
2. Issurin V.B. Biomechanic of kayak and canoe rowing / ed. by V.M. Zatziorsky. - M.: Fizkultura i sport, 1986. -112 p.
3. Nielsen-Kellerman official site [electronic resource]. -Access: http://www.nkhome.com/
4. Polaritas official site [electronic resource]. - Access: http://www.polaritas.com/
