林 洪，陳一平，賈 渠，周 瑩，陳雪松，黃旭暉，李征艷，程 燕，楊紅春，韓照岐，何新中，陳映紅，趙 戈，李孟鐘，尹文舉，苑廷剛，胡水清

?

運(yùn)動(dòng)平衡能力陸上訓(xùn)練測試器材的研制

林 洪1，陳一平2，賈 渠2，周 瑩2，陳雪松2，黃旭暉1，李征艷1，程 燕1，楊紅春3，韓照岐3，何新中4，陳映紅5，趙 戈4，李孟鐘3，尹文舉6，苑廷剛1，胡水清1

運(yùn)用運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、視頻圖像分析以及計(jì)算機(jī)相關(guān)研究方法，結(jié)合目前國內(nèi)、外最新的體能訓(xùn)練研究成果，研制運(yùn)動(dòng)平衡能力陸上訓(xùn)練與測試融為一體的輔助訓(xùn)練器材。該訓(xùn)練測試器材研制了2個(gè)運(yùn)動(dòng)平衡能力的陸上訓(xùn)練測試平臺(tái)，自行編制系統(tǒng)測試軟件，采用傳感器與視頻圖像同步測量技術(shù)，將采集的測試數(shù)據(jù)(或曲線)與運(yùn)動(dòng)圖像實(shí)時(shí)再現(xiàn)。該產(chǎn)品可應(yīng)用于各種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的陸上運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練，同步完成相應(yīng)的測試，并提供直觀的訓(xùn)練全過程視頻圖像和測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員實(shí)時(shí)獲取訓(xùn)練信息的目標(biāo)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，產(chǎn)品效果良好，能夠滿足運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練的需要，解決了在量化環(huán)境下開展訓(xùn)練及評價(jià)的技術(shù)問題，達(dá)到了使用方便、性能可靠的目的。

運(yùn)動(dòng)；平衡；能力；訓(xùn)練；測試；器材

1 前言

在宏觀物體中，運(yùn)動(dòng)與平衡的關(guān)系是這樣的：平衡利于運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)尋求(需要)平衡，平衡就是在有規(guī)律的情況下運(yùn)動(dòng)。事物就是這樣在運(yùn)動(dòng)中不斷地產(chǎn)生并解決矛盾，事物的運(yùn)動(dòng)過程，即平衡→不平衡→新的平衡，這也是事物的發(fā)展過程。

人體運(yùn)動(dòng)同樣符合物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是有方向的。運(yùn)動(dòng)平衡就是指事物在發(fā)展方向上的不平衡性(即運(yùn)動(dòng))和在其他方向上的相對平衡性。運(yùn)動(dòng)平衡能力是運(yùn)動(dòng)員的基本能力之一，對運(yùn)動(dòng)員順利完成技術(shù)動(dòng)作起著不可或缺的作用。運(yùn)動(dòng)平衡能力越好的運(yùn)動(dòng)員，其技術(shù)動(dòng)作有效性就越高，反應(yīng)更快，運(yùn)動(dòng)成績也更好。

運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)平衡能力可以通過測量人體的質(zhì)心位置變化來體現(xiàn)，一般而言，運(yùn)動(dòng)員在非運(yùn)動(dòng)方向上質(zhì)心位置的變化越小，他的運(yùn)動(dòng)平衡能力越好。因此，運(yùn)動(dòng)員在重復(fù)相同動(dòng)作的時(shí)候，通過研究其質(zhì)心的變化規(guī)律可以評價(jià)出運(yùn)動(dòng)員的平衡能力。如果綜合質(zhì)心的變化方向和距離，加以同步的運(yùn)動(dòng)視頻，就可以分析出運(yùn)動(dòng)員哪些動(dòng)作的哪個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了動(dòng)作變形，進(jìn)而判斷出哪些動(dòng)作是需要改進(jìn)的。據(jù)此，本研究開發(fā)研制運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練測試器材，用于訓(xùn)練和測試。

2 研究內(nèi)容

本研究目的是運(yùn)用運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、視頻圖像分析以及計(jì)算機(jī)的相關(guān)研究方法，結(jié)合目前國內(nèi)、外最新的體能訓(xùn)練研究成果，采用傳感器與多維影像同步測試的方法，研制運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練與測試融為一體的輔助訓(xùn)練器材。

研究內(nèi)容包括：1)運(yùn)動(dòng)平衡能力輔助訓(xùn)練器材的研制。運(yùn)用體能訓(xùn)練的最新研究成果，結(jié)合文獻(xiàn)研究，研制運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)平衡能力的輔助訓(xùn)練器材。設(shè)計(jì)思路是從基本的訓(xùn)練原則及訓(xùn)練機(jī)理出發(fā)，在阻力源、支撐面、負(fù)荷類型等方面進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)；2)運(yùn)動(dòng)平衡能力測試儀器的研制。根據(jù)運(yùn)動(dòng)平衡能力的測試要求，設(shè)計(jì)相關(guān)的測試儀器和設(shè)備，組合到整個(gè)輔助訓(xùn)練器材中，編制相關(guān)測試軟件，建立運(yùn)動(dòng)平衡能力的輔助訓(xùn)練系統(tǒng)。

3 研究方法

3.1 文獻(xiàn)研究調(diào)研

運(yùn)用文獻(xiàn)研究的方法，收集和整理有關(guān)人體運(yùn)動(dòng)平衡能力以及人體平衡能力測試的最新研究成果，為本研究的方案設(shè)計(jì)提供參考。

3.2 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)與運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)理論分析

根據(jù)運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練遵循的基本原則和要求，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)與運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的理論知識，分析各種運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)特性，提出輔助訓(xùn)練測試儀器的設(shè)計(jì)思路。

3.3 傳感器與多維影像拍攝同步測量技術(shù)

運(yùn)用力傳感器和三維攝像，實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上身體質(zhì)心的投影運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)員支撐面的壓力分布以及壓力值Pi與時(shí)間t關(guān)系，同步拍攝運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)測試平臺(tái)上完成技術(shù)動(dòng)作的全過程，并提供實(shí)時(shí)播放和現(xiàn)場回放功能。

3.4 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)圖像采集以及分析軟件的研制

將重心軌跡以及動(dòng)作視頻圖像同步采集，研制專門的分析軟件，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平衡能力的實(shí)時(shí)測試功能，并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)逐步完善系統(tǒng)。

4 結(jié)果與分析討論

運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練和測試器材主要由測試平臺(tái)、力傳感器數(shù)據(jù)采集、多維影像采集、測試控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)處理和測試系統(tǒng)軟件組成。硬件部分包括基于傳感技術(shù)的生物力學(xué)測試平臺(tái)和多維影像拍攝，軟件部分包括計(jì)算機(jī)同步采集和運(yùn)動(dòng)平衡能力專用測試分析軟件。

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備組成

1.兩個(gè)訓(xùn)練測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：1)運(yùn)動(dòng)平衡綜合訓(xùn)練測試平臺(tái)(面積：1 500×1 000 mm)，內(nèi)置6個(gè)壓力傳感器；2)臥式運(yùn)動(dòng)平衡訓(xùn)練測試平臺(tái)(面積：370×370 mm)，內(nèi)置4個(gè)壓力傳感器。系統(tǒng)傳感器全部采用懸臂梁式力傳感器，傳感器連接多功能采集卡7360A，采集分辨率12位，最高采集速率單通道500 k，以滿足實(shí)時(shí)要求。內(nèi)置壓力傳感器測量運(yùn)動(dòng)員質(zhì)心投影軌跡。信號采集板采集傳感器信息，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和濾波，將數(shù)字信號傳遞給計(jì)算機(jī)。

2.采集和顯示反饋設(shè)備：三角架固定2臺(tái)攝像機(jī)，攝像機(jī)為2臺(tái)索尼JVCGZ-365，用于采集同步視頻圖像?？蚣苌习惭b1個(gè)42吋液晶顯示設(shè)備和1面大尺寸鏡子。顯示器為創(chuàng)維42L05HF液晶電視，顯示分辨率為1 920×1 080 P，以此顯示系統(tǒng)軟件界面，讓運(yùn)動(dòng)員看到自己的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)技術(shù)動(dòng)作視頻圖像、對比數(shù)據(jù)等訓(xùn)練數(shù)據(jù)，鏡子用于運(yùn)動(dòng)員自身觀察技術(shù)動(dòng)作。拍攝的影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)圖像采集卡上，將采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸給主控計(jì)算機(jī)，測力平臺(tái)傳感器采集數(shù)據(jù)，通過RS-232接口向主控計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。主控計(jì)算機(jī)使用IntelCore2處理器，1 TGB 7 200 r高速硬盤，ATI高性能顯示卡，可完全滿足測試需求。

3.系統(tǒng)分析軟件：主控計(jì)算機(jī)安裝采集卡采集存儲(chǔ)測試數(shù)據(jù)及圖像，設(shè)計(jì)軟件完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和結(jié)果計(jì)算，并實(shí)時(shí)顯示同步測試信息圖像、質(zhì)心坐標(biāo)曲線、壓力分布圖以及壓力值Pi與時(shí)間t關(guān)系，動(dòng)作圖像與傳感器測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。

4.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件編寫使用Visual Studio 2008，軟件主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：1)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)功能；2)數(shù)據(jù)和圖像的實(shí)時(shí)再現(xiàn)和回放功能，并建立參數(shù)設(shè)置、校準(zhǔn)、測試和數(shù)據(jù)回放功能(圖1)。

圖1 系統(tǒng)軟件流程圖

4.3 質(zhì)心的測量方法

臥式運(yùn)動(dòng)平衡訓(xùn)練測試平臺(tái)采用4傳感器布局，求解得到重量及質(zhì)心坐標(biāo)：

運(yùn)動(dòng)平衡綜合訓(xùn)練測試平臺(tái)采用6傳感器布局，求解得到重量及質(zhì)心坐標(biāo)：

其中：G為受試體的總重量，(X0,Y0)為受試體的質(zhì)心坐標(biāo)，N1～N6分別為各壓力傳感器顯示的壓力值，(X1,Y1)～(X6,Y6)分別對應(yīng)各個(gè)傳感器所處位置的坐標(biāo)。

運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)平衡能力可以通過測量人體的質(zhì)心位置變化來體現(xiàn)。例如：運(yùn)動(dòng)員完成上下運(yùn)動(dòng)(縱軸Z軸)，那么，在非運(yùn)動(dòng)方向(X、Y)上，質(zhì)心坐標(biāo)的偏移量及質(zhì)心軌跡移動(dòng)的包絡(luò)面積變化越小，說明運(yùn)動(dòng)平衡能力越好。非運(yùn)動(dòng)方向上質(zhì)心坐標(biāo)的偏移量及質(zhì)心軌跡移動(dòng)的包絡(luò)面積在評價(jià)運(yùn)動(dòng)平衡能力、訓(xùn)練效果及水平等方面起到重要作用。

4.4 系統(tǒng)的校準(zhǔn)

系統(tǒng)校準(zhǔn)界面用于對系統(tǒng)傳感器做校準(zhǔn)，校準(zhǔn)采用整體標(biāo)定算法，校準(zhǔn)過程中不需要拆卸傳感器，校準(zhǔn)使用的砝碼重量不低于50 kg。校準(zhǔn)前先拆下2、4、6號傳感器的地腳，將砝碼放在1號區(qū)域，并點(diǎn)擊1號傳感器的測試按鈕，測試完成后，1號傳感器對應(yīng)的6個(gè)數(shù)據(jù)框顯示測試數(shù)據(jù)。然后按照同樣的步驟，將砝碼放在3號和5號區(qū)域，1、3、5號傳感器數(shù)據(jù)采集完畢后，裝上2、4、6號傳感器的地腳，并拆下1、3、5號傳感器的地腳，使用同樣過程分別采集2、4、6號傳感器的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集完成并確認(rèn)測量過程無誤后，點(diǎn)擊計(jì)算校準(zhǔn)系數(shù)按鈕，系統(tǒng)將通過高斯方程解算出6個(gè)傳感器的修正系數(shù)，并把計(jì)算結(jié)果顯示在數(shù)據(jù)框中。點(diǎn)擊保存按鈕將新的傳感器系數(shù)存儲(chǔ)在注冊表中，并刷新系統(tǒng)參數(shù)。點(diǎn)擊恢復(fù)默認(rèn)值按鈕則使用系統(tǒng)原有參數(shù)。在俯臥式平臺(tái)中，只需要依次采集4個(gè)傳感器的數(shù)值便可計(jì)算校準(zhǔn)系數(shù)(圖2)。

5 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

5.1 運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練預(yù)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)研究要求，進(jìn)行了陸上運(yùn)動(dòng)平衡能力預(yù)實(shí)驗(yàn)，目的是在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練手段，以達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)平衡能力的目的。預(yù)實(shí)驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)好的運(yùn)動(dòng)平衡能力陸上訓(xùn)練手段，讓受試者按要求完成練習(xí)，同時(shí)，用攝像機(jī)和照相機(jī)拍攝受試者的視頻圖像和照片，以便系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員更好地理解訓(xùn)練測試平臺(tái)的用途，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5.2 運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練測試器材的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

圖2 綜合訓(xùn)練測試平臺(tái)軟件校準(zhǔn)界面

圖3 運(yùn)動(dòng)平衡能力預(yù)實(shí)驗(yàn)部分圖

5.2.1 靜態(tài)仰臥重心移動(dòng)情況測試

測試目的是獲取受試者在不同體位靜態(tài)時(shí)身體重心的移動(dòng)情況，結(jié)合受試者的身體形態(tài)數(shù)據(jù)，分析不同體位靜態(tài)下受試者的身體重心移動(dòng)狀況。受試者仰臥平臺(tái)，兩臂自然放置體側(cè)，兩腳并攏，分別完成單臂、雙臂上舉，單腿、雙腿上抬至垂直面，單腿向兩側(cè)平張開，測試受試者的身體重心移動(dòng)情況，每次持續(xù)30 s，重復(fù)3次。

表1 不同體位靜態(tài)身體重心位置的變化情況一覽表

Table 1 The Static Change of the Position of the Center of Gravity of Different Body Position(mm)

X(X)X(Y)X方向偏移距離Y方向偏移距離仰臥雙手體側(cè) 41.12-46.36雙手上舉水平位39.2018.51-1.9264.87雙腿上舉垂直位44.10107.442.98153.80右腿向右側(cè)打開-44.9727.94-86.0974.30左腿向左側(cè)打開96.3319.8455.2166.20

5.2.2 靜態(tài)單足站立睜眼和閉眼的重心穩(wěn)定性測試

測試的目的在于了解在睜眼和閉眼時(shí)，視覺對下肢非對稱負(fù)荷的影響狀況，每次單足站立30 s，重復(fù)3次。

由表2可知，受試者的習(xí)慣支撐(起跳)腳是右腳。因此，右腳支撐時(shí)，無論是睜眼還是閉眼，身體的穩(wěn)定性都要好于非支撐(起跳)腳的左腳。在閉眼狀態(tài)下，左右腳支撐身體晃動(dòng)的區(qū)別主要表現(xiàn)在前后(Y)方向上的晃動(dòng)；右腳支撐情況下，睜眼與閉眼的身體晃動(dòng)主要表現(xiàn)在左右(X)方向上的晃動(dòng)，前后(Y)方向上的晃動(dòng)基本一致。左腳支撐情況下，睜眼與閉眼的身體晃動(dòng)不僅表現(xiàn)在左右(X)方向上的晃動(dòng)，而且前后(Y)方向上的晃動(dòng)也相對較大。

5.2.3 仰臥穩(wěn)定和不穩(wěn)定支撐條件下不同技術(shù)動(dòng)作的身體重心移動(dòng)情況測試

受試者仰臥平臺(tái)，分別完成手腿兩頭起，對側(cè)手腿交替兩頭起，仰臥半球手腿兩頭起，仰坐平臺(tái)屈腿雙手抱實(shí)心球左右轉(zhuǎn)體等技術(shù)動(dòng)作，測試其重心移動(dòng)情況。在運(yùn)動(dòng)測試平臺(tái)完成各種設(shè)定的技術(shù)動(dòng)作，其技術(shù)要求也是受試者盡可能地保持身體重心的穩(wěn)定性，特別是減小非運(yùn)動(dòng)方向上的晃動(dòng)，以達(dá)到運(yùn)動(dòng)平衡能力的訓(xùn)練效果。增加不穩(wěn)定支撐后，加大了完成技術(shù)動(dòng)作的難度，其目的提高受試者在運(yùn)動(dòng)過程中身體的控制力，每組持續(xù)時(shí)間60 s，重復(fù)3次，動(dòng)作頻率要求在60次/min。

表2 睜眼和閉眼左、右腳單足站立身體重心的移動(dòng)情況一覽表

Table 2. The Movement of Center of Gravity of Left and Right Foots Standing on One Foot during Eyes Open and Close

X(X)(mm)X(Y)(mm)max(X)(mm)max(Y)(mm)包絡(luò)面積(mm2)睜眼左腳單足站立-6.15-0.1623.9228.19674.30閉眼左腳單足站立-14.24-6.4230.6842.961318.01睜眼右腳單足站立-18.66-6.7713.4230.44408.50閉眼右腳單足站立-6.94-30.5532.7430.17987.77

表3 仰臥穩(wěn)定支撐條件下兩種運(yùn)動(dòng) 動(dòng)作的身體重心移動(dòng)情況一覽表

Table 3 The Movement of Center of Gravity of the Two Kinds of Motion under the Condition of the Stability of the Back(mm)

X(X)X(Y)SD(X)SD(Y)仰臥手腿兩頭起 41.67201.717.1227.85仰臥對側(cè)手腿交替兩頭起54.72298.8816.1124.92

5.2.4 俯臥穩(wěn)定和不穩(wěn)定支撐條件下不同技術(shù)動(dòng)作的身體重心移動(dòng)情況測試

俯臥平臺(tái)，分別完成手腿兩頭起，對側(cè)手腿交替兩頭起，俯臥半球手腿兩頭起等技術(shù)動(dòng)作，測試受試者身體重心的變化。在運(yùn)動(dòng)測試平臺(tái)完成各種設(shè)定的技術(shù)動(dòng)作，其技術(shù)要求同樣是受試者盡可能地保持身體重心的穩(wěn)定性，特別是減小非運(yùn)動(dòng)方向上的晃動(dòng)，以達(dá)到運(yùn)動(dòng)平衡能力的訓(xùn)練效果。增加不穩(wěn)定支撐，加大完成技術(shù)動(dòng)作的難度，其目的是提高受試者在運(yùn)動(dòng)過程中身體的控制力。加大難度的前提是受試者能夠完成所要求的技術(shù)動(dòng)作，否則，這種難度的設(shè)定就沒有意義。每組持續(xù)時(shí)間60 s，重復(fù)3次，動(dòng)作頻率要求在60次/min。

表4 俯臥穩(wěn)定支撐條件下兩種運(yùn)動(dòng) 動(dòng)作的身體重心移動(dòng)情況一覽表

Table 4 The Movement of the Center of Gravity of Two Kinds of motion under the Condition of Stable Support Prone(mm)

X(X)X(Y)SD(X)SD(Y)俯臥手腿兩頭起 16.9225.894.5224.96俯臥對側(cè)手腿交替兩頭起28.6494.559.9187.22

5.2.5 穩(wěn)定和不穩(wěn)定支撐條件下拋接實(shí)心球身體重心移動(dòng)情況測試

受試者分別完成仰坐平臺(tái)屈腿雙手拋接實(shí)心球，俯臥平臺(tái)雙腳抬起拋接實(shí)心球，單足站立平臺(tái)雙手接實(shí)心球，單足站立同側(cè)手拋實(shí)心球等技術(shù)動(dòng)作，測試受試者的身體重心變化情況。在運(yùn)動(dòng)測試平臺(tái)完成不同要求的拋接實(shí)心球技術(shù)訓(xùn)練，其技術(shù)要求是受試者盡可能地保持非運(yùn)動(dòng)方向上身體重心的穩(wěn)定性，同時(shí)訓(xùn)練受試者的身體協(xié)調(diào)用力能力，以達(dá)到運(yùn)動(dòng)平衡能力的訓(xùn)練效果。每組持續(xù)時(shí)間60 s，重復(fù)3次，動(dòng)作頻率要求在60次/min。

表5 不穩(wěn)定支撐條件下三種 運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的身體重心移動(dòng)情況一覽表

Table 5 The Movement of the Center of Gravity of Three Kinds of Motion under the Condition of Stable Support Prone(mm)

X(X)X(Y)SD(X)SD(Y)坐姿屈腿拋接實(shí)心球 104.71481.4734.9133.48左腳單足站立拋接實(shí)心球55.2480.488.6327.53右腳單足站立拋接實(shí)心球49.5793.0010.1639.14

5.3 運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練測試器材的性能特點(diǎn)

運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練測試器材經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，效果良好，能夠滿足運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練的需要，達(dá)到了使用方便、性能可靠的目的。系統(tǒng)具有如下性能特點(diǎn)：

1.制作的兩種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練測試平臺(tái)，符合運(yùn)動(dòng)平衡能力陸上訓(xùn)練及測試要求，力傳感器數(shù)據(jù)和多維視頻圖像數(shù)據(jù)的采集實(shí)現(xiàn)了同步，提供了實(shí)時(shí)再現(xiàn)功能，并通過系統(tǒng)軟件同步將數(shù)據(jù)保存和處理。

運(yùn)動(dòng)平衡綜合訓(xùn)練測試平臺(tái)系統(tǒng)精度如下?？傊鼐龋合到y(tǒng)使用6個(gè)250 kg精度0.02%的力傳感器，總重量程250(四角邊緣)～1 500 kg(中心)，常用區(qū)域量程>600 kg；各位置重量測量誤差≤0.75 kg，0.05% F·S；質(zhì)心精度，質(zhì)心位置誤差≤3 mm。同步精度：質(zhì)心測量數(shù)據(jù)與視頻時(shí)間誤差<6 ms。

臥式運(yùn)動(dòng)平衡訓(xùn)練測試平臺(tái)系統(tǒng)精度?？傊鼐龋合到y(tǒng)使用4個(gè)100 kg精度0.02%的力傳感器，總重量程100(四角邊緣)～400 kg(中心)，常用區(qū)域量程>200 kg；各位置重量測量誤差≤0.3 kg，0.08% F·S。質(zhì)心精度：質(zhì)心位置誤差≤2 mm；同步精度：質(zhì)心測量數(shù)據(jù)與視頻時(shí)間誤差<4 ms。

平臺(tái)測試系統(tǒng)對地面的水平度要求較高，地面的水平度會(huì)影響測試結(jié)果，因此，每次測試時(shí)都要先調(diào)整臺(tái)面水平，且要保證6個(gè)傳感器都處于承力狀態(tài)。同時(shí)，地面?zhèn)鬟f的震動(dòng)波會(huì)影響傳感器數(shù)據(jù)，使總重和質(zhì)心產(chǎn)生較大波動(dòng)。由于運(yùn)動(dòng)員做動(dòng)作時(shí)，常常會(huì)有較大沖擊力和慣性力，因此，臺(tái)面必須設(shè)計(jì)較大的量程，而絕對精度是相對于滿量程的比例，相對小重量的測量精度相對偏低。如果采用針對測量需求，制作適應(yīng)不同力的測量平臺(tái)，則測試精度會(huì)大大提高。臥式測試平臺(tái)滿量程測試精度低于綜合測試平臺(tái)，而在訓(xùn)練測量時(shí)的精度卻高于綜合測試平臺(tái)。由于臥式訓(xùn)練平臺(tái)是對游泳運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的測試，針對性強(qiáng)，因此更適應(yīng)游泳運(yùn)動(dòng)員的測試條件。

2.連接顯示設(shè)備，為運(yùn)動(dòng)員提供了實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練觀察對比功能，不僅實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練技術(shù)動(dòng)作的再現(xiàn)，還實(shí)現(xiàn)了同步顯示測試信息及測試圖像(圖4)。

圖4 運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練測試器材以及畫面同步顯示實(shí)圖

3.系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練和測試信息的顯示、回放、存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)對比分析及事后分析等功能，保存了運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練全過程中的運(yùn)動(dòng)圖像和測試數(shù)據(jù)，專業(yè)分析人員可以根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的不同需求，進(jìn)行相關(guān)的特征分析，為拓展系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域提供了可能。

系統(tǒng)軟件的參數(shù)設(shè)置功能用于設(shè)置存儲(chǔ)地址、視頻采集卡、圖像顯示等，增加了軟件操作的友好性，方便使用；校準(zhǔn)功能為提高測試精度提供保證；測試功能提供了數(shù)據(jù)清零、采集數(shù)據(jù)、停止采集和發(fā)令功能；數(shù)據(jù)回放提供運(yùn)動(dòng)軌跡、X和Y方向位移和速度曲線、2個(gè)運(yùn)動(dòng)視頻顯示窗口、同步播放、存儲(chǔ)記錄、打開記錄回放以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

系統(tǒng)軟件的參數(shù)設(shè)置界面可以設(shè)置視頻信號源、存儲(chǔ)位置、選擇通道數(shù)目以及存儲(chǔ)的視頻圖像分辨率?？梢詫?shí)時(shí)顯示界面進(jìn)行設(shè)置，繪圖點(diǎn)數(shù)用以設(shè)置質(zhì)心軌跡長度，像素大小用于設(shè)置對應(yīng)顯示窗口的圖像尺寸。新參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊設(shè)置按鈕應(yīng)用新設(shè)置。

系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)回放界面可顯示質(zhì)心數(shù)據(jù)、坐標(biāo)、位移和速度曲線、總重、測試時(shí)間、同步視頻圖像。用鼠標(biāo)在時(shí)間坐標(biāo)任意位置點(diǎn)擊可實(shí)現(xiàn)在時(shí)間點(diǎn)開始回放需要，用鼠標(biāo)在時(shí)間軸上拖動(dòng)可以放大對應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的曲線，并使相應(yīng)的視頻回放在這一時(shí)間段內(nèi)重復(fù)。選中自動(dòng)播放復(fù)選框后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)間軸時(shí)，則自動(dòng)從該時(shí)間點(diǎn)開始回放顯象，如不設(shè)置此項(xiàng)，則可以手動(dòng)點(diǎn)擊播放或停止。打開記錄按鈕可用于選擇需要回放的數(shù)據(jù)。

4.系統(tǒng)軟件編寫使用Visual Studio 2008，使訓(xùn)練測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編譯更加方便快捷，而且在系統(tǒng)成型之后還可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況進(jìn)行功能擴(kuò)展。

6 研究結(jié)論

1.運(yùn)動(dòng)平衡能力是指運(yùn)動(dòng)員保持運(yùn)動(dòng)方向上的不平衡與在其他方向上相對平衡的能力。運(yùn)動(dòng)平衡能力可以通過測量運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過程中質(zhì)心的位置變化來體現(xiàn)。一般而言，運(yùn)動(dòng)員非運(yùn)動(dòng)方向上質(zhì)心位置的變化越小，其運(yùn)動(dòng)平衡能力越好。特別是對于周期性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，通過研究其質(zhì)心的變化規(guī)律，可以有效地評價(jià)運(yùn)動(dòng)員的平衡能力。

2.本研究完成了運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練測試儀器的研制與開發(fā)，形成了產(chǎn)品。該產(chǎn)品提供了2個(gè)運(yùn)動(dòng)平衡能力的訓(xùn)練和測試平臺(tái)，采用傳感器與視頻圖像的同步測量技術(shù)，將采集的測試數(shù)據(jù)(或曲線)與運(yùn)動(dòng)圖像實(shí)時(shí)再現(xiàn)，并自行編制系統(tǒng)測試軟件。該產(chǎn)品可應(yīng)用于各種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員的陸上運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練，同步完成相應(yīng)的測試，并提供直觀的訓(xùn)練全過程的視頻圖像和測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員實(shí)時(shí)獲取訓(xùn)練信息的目標(biāo)。

3.運(yùn)動(dòng)平衡能力的專用訓(xùn)練測試儀器，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，效果良好，能夠滿足運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)平衡能力訓(xùn)練的需要，解決了在量化環(huán)境下開展訓(xùn)練及評價(jià)的技術(shù)問題，達(dá)到了使用方便、性能可靠的目的。

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·學(xué)會(huì)信息·

“體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展高層論壇”在寧波舉行

【本刊訊】2015年9月23—25日，由《體育科學(xué)》、《中國體育科技》編輯部主辦，寧波大學(xué)承辦的“體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展高層論壇”在寧波舉行。國家體育總局體育科學(xué)研究所所長張良出席本次論壇并致開幕辭，寧波大學(xué)副校長徐鐵峰致歡迎辭。會(huì)議由國家體育總局體育科學(xué)研究所科技書刊部主任邱劍榮主持。本次論壇的主題是“政府與體育產(chǎn)業(yè)的關(guān)系”，來自國家體育總局政策法規(guī)司、國家體育總局體育科學(xué)研究所、北京體育大學(xué)、首都體育學(xué)院、寧波大學(xué)、中國政法大學(xué)、浙江大學(xué)、上海體育學(xué)院、成都體育學(xué)院、哈爾濱體育學(xué)院、河南大學(xué)、華僑大學(xué)、暨南大學(xué)、山西財(cái)經(jīng)大學(xué)、上海師范大學(xué)、中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)和北京中體視訊文化傳媒有限公司等單位的專家、學(xué)者就相關(guān)議題展開了深度探討與交流。

張良所長在開幕辭中指出，我國體育產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，從20世紀(jì)80年代中后期的萌芽狀態(tài)，逐漸發(fā)展形成一定的行業(yè)規(guī)模和體系，隨著近年來商界大資本的進(jìn)入和新興業(yè)態(tài)的出現(xiàn)，體育產(chǎn)業(yè)在我國文化娛樂業(yè)和大健康產(chǎn)業(yè)中的比重迅速增長，行業(yè)融合度越來越高，其經(jīng)濟(jì)地位與社會(huì)地位也不斷提升，已成為國民經(jīng)濟(jì)中穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、促改革、惠民生的重要力量。由此，體育產(chǎn)業(yè)的管理方式也將從過去的行業(yè)管理、部門管理走向以國家戰(zhàn)略高度的跨行業(yè)、跨部門的集約化、協(xié)同化管理?！秶鴦?wù)院關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進(jìn)體育消費(fèi)的若干意見》(國發(fā)[2014]46號)的頒布在我國體育產(chǎn)業(yè)乃至體育事業(yè)和社會(huì)發(fā)展中都具有里程碑的意義，充分體現(xiàn)了黨中央、國務(wù)院對體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高度重視，凸顯了將體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主基調(diào)定位為國家戰(zhàn)略的高度。在“新常態(tài)”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征下，政府發(fā)揮怎樣的作用，將深刻地影響著我國未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方向與成效，也必定影響著體育產(chǎn)業(yè)未來的改革與發(fā)展方式。如何在新形勢下，以全局的戰(zhàn)略高度，轉(zhuǎn)變政府職能和管理理念，進(jìn)一步加強(qiáng)對體育產(chǎn)業(yè)的宏觀指導(dǎo)、加強(qiáng)體育文化建設(shè)、建立公平有序能激發(fā)活力的市場秩序、挖掘大眾體育消費(fèi)潛能、協(xié)調(diào)各方利益促進(jìn)行業(yè)有機(jī)融合、加大人才培養(yǎng)力度；如何以創(chuàng)新的思維，整合行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)體育產(chǎn)業(yè)自身的轉(zhuǎn)型升級，都需要我們的專家學(xué)者充分發(fā)揮智庫作用，結(jié)合中國社會(huì)實(shí)踐，深入研究。

鐘秉樞作了題為《京津冀一體化背景下的體育健身休閑產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)》的報(bào)告，提出了探索與建立京津冀體育健身休閑人才培養(yǎng)與健身休閑業(yè)發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新體制機(jī)制的總體目標(biāo)。通過體育健身休閑活動(dòng)研究、體育健身休閑人才培養(yǎng)、體育健身休閑節(jié)事研究和體育健身休閑數(shù)據(jù)平臺(tái)等重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，搭建政府、科研院校和企業(yè)的協(xié)同發(fā)展模式。

任海作了題為《體育產(chǎn)業(yè)對中國體育發(fā)展的影響》的報(bào)告，從體育產(chǎn)業(yè)對中國體育發(fā)展進(jìn)程的促進(jìn)作用和體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展所引發(fā)的問題及挑戰(zhàn)兩方面展開論述。他認(rèn)為，體育產(chǎn)業(yè)對中國體育的發(fā)展進(jìn)程有促進(jìn)作用，表現(xiàn)在為中國體育的發(fā)展提供新的認(rèn)知視角、催生新的體育形態(tài)和相關(guān)業(yè)態(tài)、擴(kuò)大體育資源并提高資源利用率、推動(dòng)體育體制和機(jī)制改革、改變體育傳播方式和推動(dòng)中國體育生態(tài)環(huán)境形成等方面。同時(shí)，體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶來了對體育人文精神、市場運(yùn)作與體育發(fā)展結(jié)合以及體育治理等方面的挑戰(zhàn)。

李輝作了題為《淺議國家體育總局的體育產(chǎn)業(yè)職能》的報(bào)告，他認(rèn)為，從國家體委到國家體育總局，對體育產(chǎn)業(yè)及自身體育產(chǎn)業(yè)管理職能的認(rèn)識有一個(gè)漸進(jìn)的過程；以2005年體育產(chǎn)業(yè)工作會(huì)為標(biāo)志，體育部門在認(rèn)識上有質(zhì)的提高。認(rèn)識到體育產(chǎn)業(yè)是國家而不是部門的事，體育事業(yè)與體育產(chǎn)業(yè)相輔相成不能互相取代；體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢與體育改革呈正相關(guān)。

馬宏俊作了題為《法律如何為體育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航》的報(bào)告，從體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中體育行業(yè)協(xié)會(huì)與體育俱樂部、運(yùn)動(dòng)員間的法律關(guān)系，體育產(chǎn)業(yè)無形資產(chǎn)的法律保護(hù)，體育產(chǎn)業(yè)與全民健身等方面進(jìn)行論述。他認(rèn)為體育賽事的組織、舉辦和營銷最核心的是理清并處理好體育行業(yè)協(xié)會(huì)、體育俱樂部、運(yùn)動(dòng)員三者之間的法律關(guān)系。

鮑明曉作了題為《五萬億的投資機(jī)會(huì)》的報(bào)告，認(rèn)為“體育是我們每一個(gè)人都想要的活躍健康的生活方式。體育產(chǎn)業(yè)是運(yùn)營和構(gòu)建活躍健康生活方式的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)”。通過對《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進(jìn)體育消費(fèi)的若干意見》的解讀，認(rèn)為“新常態(tài)”讓體育產(chǎn)業(yè)站在風(fēng)口，并指出當(dāng)下體育用品業(yè)和體育服務(wù)業(yè)兩大業(yè)態(tài)各子行業(yè)的增長機(jī)會(huì)。同時(shí)，認(rèn)為體育媒體、賽事運(yùn)營、體育平臺(tái)社區(qū)、體育智能硬件和各類健身APP是未來融資成功率較高的方向。

楊越作了題為《中國體育產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)與目標(biāo)分析》的報(bào)告，認(rèn)為我國體育產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步完成了由“用品為主”向“服務(wù)為主”的方向性轉(zhuǎn)變；最大的亮點(diǎn)在于新型體育服務(wù)業(yè)的迅猛發(fā)展，逐漸形成了以體育賽事服務(wù)業(yè)為核心的發(fā)展模式；最大的短板是體育健身休閑活動(dòng)。

叢湖平作了題為《我國體育產(chǎn)業(yè)的階段發(fā)展特征及趨勢》的報(bào)告，認(rèn)為體育產(chǎn)業(yè)是在我國計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)逐步轉(zhuǎn)型中生成并發(fā)展的。隨著經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域改革的不斷深入，呈現(xiàn)出自身的階段性特征：醞釀階段(1978年-1991年)、起步階段(1992年-2002年)、快速發(fā)展階段(2003年-2012年)和新常態(tài)發(fā)展階段(2013年-)。

論壇還邀請了國內(nèi)體育產(chǎn)業(yè)研究領(lǐng)域的優(yōu)秀中青年學(xué)者就體育產(chǎn)業(yè)國家治理、長三角地區(qū)體育產(chǎn)業(yè)政策、體育場館運(yùn)營政策、地方政府體育產(chǎn)業(yè)政策行為模式、體育產(chǎn)業(yè)與信息化、職業(yè)聯(lián)賽治理、民間足球運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、職業(yè)體育賽事轉(zhuǎn)播制度、滑雪旅游產(chǎn)業(yè)、體育彩票銷售等問題進(jìn)行了探討。

Development of Land-based Training and Testing Equipment on Movement Balance Ability

LIN Hong1,CHEN Yi-ping2,JIA Qu2,ZHOU Ying2,CHEN Xue-song2,HUANG Xu-hui1,LI Zheng-yan1,CHENG Yan1,YANG Hong-chun3,HAN Zhao-qi3,HE Xin-zhong4,CHEN Ying-hong5,ZHAO Ge4,LI Meng-zhong3,YIN Wen-ju6,YUAN Ting-gang1,HU Shui-qing1

This study uses related research methods of sports training,sports biomechanics,mechanical design,sensor,video image analysis and computer technology,to develop a set of land-based supplementary training equipment on movement balance ability integrating with the testing on the basis of updated research results of physical fitness training at home and abroad.The equipment develops two platforms for movement balance ability training and test.It adopts synchronized measurement technique of sensors and video images on homemade systematic testing software to realize a reproduction of all collected test data (or curves) and moving images in real time.The product can be applied to land-based movement balance ability training for all kinds of sports.While training,the appropriate tests are completed simultaneously.All information of training including videos and test data in the whole process are synchronously recorded and provided to the users in real time.The experimental testing of the equipment shows that this design meets the needs of users’ well on training their movement balance abilities.It is convenient and reliable.It realizes the combination of training and evaluation by way of quantitative analysis,instead of the qualitative used before.

movement;balance;ability;training;testing;equipment

2014-10-15；

2015-11-02

國家體育總局體育科學(xué)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目課題(基本15-31)。

林洪(1966-)，男，福建龍巖人，研究員，碩士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)技術(shù)分析，Tel：(010)87182518，E-mail：linhong@ciss.cn。

1.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100061；2.中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院，北京 100074；3.浙江體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231；4.廣東體育職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510663；5.北京市木樨園體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)學(xué)校，北京 100075；6.云南海埂體育訓(xùn)練基地，云南 昆明 650034 1.China Institute of Sport Science,Beijing 100061,China;2.China Academy of Aerospace Aerodynamics,Beijing,100074 China;3.Zhejiang College of Sports,Hangzhou 311231,China;4.Guangdong Vocational Institute of Sports,Guangzhou 510663，China;5.Muxiyuan School of Sports，Beijing 100075，China;6.Yunnan Haigeng Sports Training Base，Kunming 650034，China.

1000-677X(2015)11-0061-06

10.16469/j.css.201511009

G818.3

A