滕海坤 朱明 嚴(yán)力

摘 要：基于計算機(jī)視頻捕捉識別技術(shù)、多種傳感器集成化、無線傳輸技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在數(shù)字冰場的基礎(chǔ)上研發(fā)出具有我國知識產(chǎn)權(quán)的智能冰場，為國家速滑隊(duì)和國家短道速滑隊(duì)備戰(zhàn)2022年北京冬奧會提供科技支撐。通過開發(fā)、創(chuàng)建完善的智能化冰場應(yīng)用系統(tǒng)，利用建立起的速滑運(yùn)動員滑行參數(shù)數(shù)據(jù)庫、滑行速度特征分析系統(tǒng)和訓(xùn)練質(zhì)量控制體系，實(shí)時分析運(yùn)動員的滑行軌跡、瞬時速度、最大速度、即時動作、蹬冰力量、心率等參數(shù)，為教練員制定訓(xùn)練方案提供可靠的理論保證，使運(yùn)動員的訓(xùn)練質(zhì)量得到有效控制，并保障運(yùn)動員在北京冬奧會上取得優(yōu)異的比賽成績。智能化冰場及相關(guān)體系的建立使我國冰雪運(yùn)動的科研監(jiān)控和保障能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛越，為今后更深入地開展相關(guān)研究工作打下了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字冰場;智能冰場;滑行速度特征;訓(xùn)練質(zhì)量控制

中圖分類號：G811.212/G862.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1002-3488（2022）02-0001-06

Science and Technology Help the Winter Olympics： the Establishment and Development of my Country's Intelligent Ice Rink

TENG Hai-kun1， ZHU Ming1， YAN Li2

（1.Heilongjiang Research Institute of Sports Science， Harbin 150008， China; 2. Sports Science Research Institute of Harbin Sport University， Harbin 150008， China）

Abstract： Based on computer video capture and identification technology， integration of various sensors， wireless transmission technology and big data analysis technology， my country's intelligent ice rink with intellectual property rights has been developed on the basis of digital ice rink. The speed skating team will provide technological support in preparation for the 2022 Beijing Winter Olympics. By developing and creating a complete intelligent ice rink application system， using the establishment of a speed skater's sliding parameter database， a sliding speed characteristic analysis system and a training quality control system， real-time analysis of the athletes' sliding trajectory， real-time speed， maximum speed， real-time action， The parameters such as ice kicking force and heart rate provide a reliable theoretical guarantee for coaches to formulate training plans， so that the quality of athletes' training can be effectively controlled， and athletes can achieve excellent results in the Beijing Winter Olympics. The establishment of intelligent ice rinks and related systems has made a qualitative leap in the scientific research monitoring and support capabilities of ice and snow sports in my country， laying a good foundation for further in-depth related research work in the future.

Key words： digital ice rink; intelligent ice rink; sliding speed characteristics; training quality control

1 引言

速度滑冰是冬奧會的正式比賽項(xiàng)目，一直以來也是我國冬季運(yùn)動中的優(yōu)勢項(xiàng)目。近年來，國內(nèi)涌現(xiàn)出張虹、于靜、王北星、于鳳桐、高亭宇、寧忠?guī)r等多名世界級優(yōu)秀運(yùn)動員，其中張虹在索契冬奧會中獲得了我國第一枚速度滑冰項(xiàng)目金牌，高亭宇在平昌冬奧會500 m項(xiàng)目中獲得一枚銅牌，這也是我國男子選手在冬奧會速度滑冰項(xiàng)目中取得的第一枚獎牌。但是在速度滑冰項(xiàng)目總體發(fā)展水平上，我國與荷蘭、日本等速滑強(qiáng)國仍有較大差距。如何快速有效地提高我國速度滑冰運(yùn)動員訓(xùn)練質(zhì)量以及技戰(zhàn)術(shù)水平，使我國速度滑冰項(xiàng)目達(dá)到較高的水平，是困擾運(yùn)動員與教練員的首要難題[1]，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的、經(jīng)驗(yàn)式的訓(xùn)練方法很難在短時間內(nèi)達(dá)到很好的效果。

我國速滑冰場測速系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，為我國速滑運(yùn)動成績的提高提供了無限的可能，為教練員制定訓(xùn)練方案提供了可靠的理論保證，使運(yùn)動員的訓(xùn)練質(zhì)量得到有效控制。我國速滑冰場測速系統(tǒng)的研發(fā)從最初的購買、改進(jìn)、提升，到最后的自主創(chuàng)新、形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能化冰場測速系統(tǒng)，經(jīng)歷了一個漫長的過程，廣大體育工作者為此付出了艱辛的努力。速度滑冰類似于田徑比賽中的競速項(xiàng)目，運(yùn)動員在400 m的環(huán)形冰面跑道上滑行。比賽中，優(yōu)秀速滑運(yùn)動員之間的比拼主要是滑行速度的合理調(diào)配與技戰(zhàn)術(shù)的恰當(dāng)使用，運(yùn)動員要根據(jù)比賽中的具體情況，對體能進(jìn)行科學(xué)合理的安排，使滑行速度保持在一個合理的區(qū)間，充分利用好體能，從而在彼此能力相差不大的情況下戰(zhàn)勝對手、贏得比賽[2]。因此，針對速滑運(yùn)動員速度動態(tài)特征進(jìn)行研究，建立和完善訓(xùn)練質(zhì)量控制體系，可以很大程度地解決我國速度滑冰項(xiàng)目研究方法上的徘徊與停滯。通過創(chuàng)新思路，開辟新的科研理念[3]，為速度滑冰項(xiàng)目的研究與發(fā)展提供新的方向。

2 速滑測速冰場的設(shè)計思路

2.1 荷蘭“數(shù)字化冰場”借鑒

荷蘭將Heerenveen冰場建成了世界上第一個具有測速功能系統(tǒng)的冰場，也稱之為“數(shù)字化冰場”，即在設(shè)定的位置，于澆冰之前進(jìn)行感應(yīng)裝置的鋪設(shè)與固定。感應(yīng)裝置與跑道垂直并貫穿內(nèi)外道，稱為測速點(diǎn)，通過這些設(shè)定的測速點(diǎn)，可對速滑運(yùn)動員比賽、訓(xùn)練中實(shí)時的滑行速度等參數(shù)進(jìn)行采集，了解速滑運(yùn)動員在不同段落的滑行情況[4]。通過與荷蘭該冰場相關(guān)測速專家的交流，我們獲得了我國參賽隊(duì)員及主要對手的比賽部分段落的速度信息。該技術(shù)信息明確了我國運(yùn)動員在比賽中各段落速度的變化、存在的問題以及與對手的差異，對我國速度滑冰運(yùn)動員在今后的比賽中如何更好地運(yùn)用技戰(zhàn)術(shù)和對體能進(jìn)行更合理有效的分配都具有很大的幫助，值得我國體育工作者深入研究和探討。

在與荷蘭專家的交流中，我們對荷蘭Heerenveen冰場有了進(jìn)一步的了解。2006年都靈冬奧會后，速滑王國荷蘭Heerenveen測速冰場于2007年9月正式建成，它是世界上第一個根據(jù)AMB計時測速系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)而建立的、測量速度滑冰運(yùn)動員滑行速度的冰場，得到了國際滑聯(lián)的認(rèn)可，可以在比賽中使用，對參賽運(yùn)動員進(jìn)行滑行速度的測量。該冰場設(shè)定了12個測速點(diǎn)[5]（圖1），能夠采集運(yùn)動員在比賽全程中不同區(qū)段的滑行速度數(shù)據(jù)，可以用于分析評價運(yùn)動員的技戰(zhàn)術(shù)能力和對體能分配的運(yùn)用。

2.2 多種測速系統(tǒng)的冰場建設(shè)方案的優(yōu)化

研究顯示國內(nèi)外現(xiàn)有多種測速系統(tǒng)的冰場建設(shè)方案，采用的技術(shù)也各有不同，但與AMB計時測速系統(tǒng)相比，均存在技術(shù)過于復(fù)雜、適用性差等問題。其中主要影響在于對運(yùn)動員的負(fù)擔(dān)較大，干擾運(yùn)動員在比賽中的正常發(fā)揮，并且受限于國際滑聯(lián)的規(guī)則和裁判要求，無法在高水平賽事中使用，通常僅用于學(xué)術(shù)理論研究。AMB計時測速系統(tǒng)的開發(fā)基于符合國際滑聯(lián)要求的計時裁判系統(tǒng)，完全符合國際和國內(nèi)賽事要求，參賽運(yùn)動員僅需在腳踝或附近區(qū)域佩戴2個質(zhì)量為50 g的發(fā)射器。該發(fā)射器具有重量輕、體積小的特點(diǎn)，對運(yùn)動員在比賽中的各種動作不會造成影響，也不會對其產(chǎn)生心理或生理上的干擾。在近幾年的國內(nèi)外重大賽事（例如世界杯、世錦賽、國內(nèi)聯(lián)賽）中，均得到了參賽運(yùn)動員、教練員、裁判員及技術(shù)官員的認(rèn)可。由于該套系統(tǒng)可以在國內(nèi)外最高水平比賽中使用，受測運(yùn)動員的能力、狀態(tài)及發(fā)揮均屬于較高水準(zhǔn)，從而使采集到的測試數(shù)據(jù)具有較高的分析和利用價值。

美國MJP訓(xùn)練中心主任Mark Pryer博士指出[6]：數(shù)據(jù)是計劃的依據(jù)，測試是訓(xùn)練的基礎(chǔ)。荷蘭之行，使我們對速滑運(yùn)動員科學(xué)研究的方法有了新的認(rèn)識，在對購買的相關(guān)速度數(shù)據(jù)資料進(jìn)行研究與分析之后，我們認(rèn)為通過對數(shù)字化冰場的引進(jìn)，可以使我們掌握速度滑冰比賽中運(yùn)動員滑行速度的精確數(shù)據(jù)，為我們通過速度特征分析指導(dǎo)速滑專項(xiàng)訓(xùn)練、比賽決策、戰(zhàn)術(shù)選擇、技術(shù)優(yōu)化等提供有力工具。

2.3 我國速滑測速冰場的設(shè)計方案

2.3.1 測速點(diǎn)的設(shè)置

在國家體育總局冬季項(xiàng)目管理中心和黑龍江省體育局的大力支持下，我國第一個數(shù)字化冰場于2009年在哈爾濱冰上基地速滑館正式建成并投入使用。數(shù)字化冰場項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃和技術(shù)要求由荷蘭Heerenveen冰場提供，在此基礎(chǔ)上根據(jù)我國速度滑冰項(xiàng)目發(fā)展的特點(diǎn)和要求，在冰場整體建設(shè)規(guī)劃以及運(yùn)動員滑行數(shù)據(jù)的采集、分析、利用等方面進(jìn)行了改進(jìn)和完善，只對其數(shù)據(jù)采集的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了引進(jìn)，而對相關(guān)的分析、利用等系統(tǒng)及器材則開展自主研發(fā)。通過對采集的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析后，結(jié)合我國速度滑冰項(xiàng)目發(fā)展的特點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)速滑運(yùn)動員滑行速度特征可作為判斷運(yùn)動員的直線、彎道及其銜接技術(shù)優(yōu)劣的科學(xué)依據(jù)。該冰場是世界上第二個測速冰場，也是我國唯一的數(shù)字化測速冰場，核心技術(shù)基于AMB計時測速系統(tǒng)。通過對荷蘭Heerenveen數(shù)字化冰場購買的我國運(yùn)動員滑行速度數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)合目前我國速度滑冰發(fā)展的現(xiàn)狀，我們對測速點(diǎn)的設(shè)置和分布進(jìn)行了改進(jìn)：共設(shè)置了14個測速點(diǎn)（圖2）。對直道測速點(diǎn)的位置、測速點(diǎn)之間的距離進(jìn)行了調(diào)整;在彎道上增加了2個測速點(diǎn)，由2個測速點(diǎn)增加到4個，每個測速點(diǎn)的位置都與原來不同，并重新進(jìn)行了設(shè)定。這樣的調(diào)整有利于發(fā)現(xiàn)我國速滑運(yùn)動員直道滑行、彎道加速、進(jìn)出彎道銜接、技戰(zhàn)術(shù)安排等方面存在的問題。

該項(xiàng)目的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)來源于AMB計時測速系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)設(shè)計合理、可靠、安全、實(shí)用，采用目前世界上最先進(jìn)的異頻雷達(dá)測速技術(shù)，即在滑冰館澆冰之前進(jìn)行感應(yīng)裝置的鋪設(shè)與固定。感應(yīng)裝置與跑道垂直并貫穿內(nèi)外道，以閉合狀態(tài)存在，整個安裝過程要在不違反比賽規(guī)則、綜合考慮多種因素后，再根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行。進(jìn)行測試時，被測運(yùn)動員要求在每條腿上各佩戴1個發(fā)射器，在冰上滑行通過感應(yīng)裝置時，感應(yīng)裝置就可收到發(fā)射器的信號。這些接收到的信號通過系統(tǒng)中的解碼程序轉(zhuǎn)變成運(yùn)動員滑行數(shù)據(jù)參數(shù)，再通過計算機(jī)控制的存儲分析軟件，對數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行存儲、整理、分析，最后將分析結(jié)果傳輸?shù)接嬎銠C(jī)終端并反饋給教練員和運(yùn)動員。

2.3.2? 速度數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能架構(gòu)

根據(jù)我國速度滑冰項(xiàng)目發(fā)展的特點(diǎn)和要求，冰場在整體建設(shè)規(guī)劃以及運(yùn)動員滑行數(shù)據(jù)的采集、分析、利用等方面進(jìn)行了改進(jìn)。在速度數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)設(shè)計的過程中，通過前期對國外引進(jìn)的速度數(shù)據(jù)的分析，科研人員基本掌握了AMB測速系統(tǒng)的原理及原始數(shù)據(jù)的手工化處理分析方法。在引進(jìn)了AMB測速系統(tǒng)平臺后，我們對該系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并通過在訓(xùn)練和比賽中的使用，基本摸清了該系統(tǒng)的工作方式、建設(shè)步驟、數(shù)據(jù)采集及處理方式，確立了速度數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能架構(gòu)（圖3）。

2.3.3 強(qiáng)化實(shí)效性功能

通過在比賽和訓(xùn)練中的測試與應(yīng)用，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題和教練員、運(yùn)動員的實(shí)際需求，科研人員對該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)。

2.3.3.1 增加實(shí)時數(shù)據(jù)采集處理功能

為了可以實(shí)時地對運(yùn)動員經(jīng)過測速點(diǎn)時傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行采集，科研人員對系統(tǒng)增加了實(shí)時數(shù)據(jù)采集處理功能。該功能根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的程序，結(jié)合比賽或訓(xùn)練現(xiàn)場的實(shí)際情況，自動生成相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)。并可根據(jù)用戶需要，通過文字、圖形、表格的方式，向操作人員顯示出受測對象的速度、位置、距離等情況，有效地解決了原有系統(tǒng)對海量數(shù)據(jù)處理能力不足的缺點(diǎn)。

2.3.3.2 改進(jìn)原始數(shù)據(jù)采集處理功能

通過對軟件代碼的優(yōu)化，科研人員對系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)采集處理功能進(jìn)行了改進(jìn)，使該系統(tǒng)可以在數(shù)字化冰場任一或若干測速點(diǎn)參數(shù)丟失等多種異常情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動計算和處理，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3.3.3 增加速度動態(tài)特征個體分析與群體比較功能

通過長時間以來基于速度信息的對比賽速度動態(tài)特征的研究與分析方法的逐步完善，科研人員開發(fā)了速度動態(tài)特征分析功能。該功能可自動生成受測運(yùn)動員的速度動態(tài)特征分析報告，并且可以在不同運(yùn)動員或主要對手中進(jìn)行群體比較，報告主要采用圖表的形式顯示。通過對系統(tǒng)生成的報告進(jìn)行綜合分析，可以對運(yùn)動員改進(jìn)訓(xùn)練方法和個性化比賽模式提供全面準(zhǔn)確的依據(jù)。

速滑數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)依照軟件工程的開發(fā)原則，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法[7]，是一套具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析及結(jié)果輸出等功能的集成化軟件系統(tǒng)[8]。其中，數(shù)據(jù)采集功能是參考AMB計時測速系統(tǒng)，來對運(yùn)動員經(jīng)過測速點(diǎn)時信號的發(fā)送與傳輸進(jìn)行研究和設(shè)計;數(shù)據(jù)處理功能是按照國際滑聯(lián)的要求，根據(jù)冰場建設(shè)方案以及運(yùn)動員的原始數(shù)據(jù)信息格式進(jìn)行研究和開發(fā);數(shù)據(jù)分析及結(jié)果輸出功能是對已有自主研發(fā)的速滑運(yùn)動員速度分析軟件進(jìn)行升級，形成具有個體分析和群體對比功能的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，并通過文字、圖標(biāo)、表格等方式對結(jié)果進(jìn)行輸出[9]，實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動員滑行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步開發(fā)和利用。

3 數(shù)字化冰場在訓(xùn)練和比賽中的應(yīng)用與改進(jìn)

3.1 早期的應(yīng)用

我國數(shù)字化冰場建成后，先后在2011～2013年的全國速滑聯(lián)賽、黑龍江省測驗(yàn)賽以及日常訓(xùn)練中進(jìn)行過應(yīng)用，對包括于靜、于鳳桐、王霏、張虹、張忠奇等在內(nèi)的國家隊(duì)及國內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動員進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集及速度特征分析，并將分析成果反饋給教練員和運(yùn)動員，為其改進(jìn)訓(xùn)練方法和技戰(zhàn)術(shù)決策提供科學(xué)依據(jù)。在第22屆索契冬奧會上，張虹在1 000 m速度滑冰比賽中滑出了她個人平原冰場的最好成績，以1 min 14 s 02的成績創(chuàng)造了索契冰場場地紀(jì)錄，并獲得了冬奧會速度滑冰女子1 000 m項(xiàng)目的冠軍，為中國速滑實(shí)現(xiàn)等待了34年的夢想，取得了中國在冬奧會速滑歷史上的首枚金牌。

3.2 技術(shù)改進(jìn)

隨著數(shù)字化冰場在訓(xùn)練和比賽中的廣泛使用，來數(shù)字冰場進(jìn)行運(yùn)動員滑行速度數(shù)據(jù)采集及對滑行速度數(shù)據(jù)特征進(jìn)行個體分析和群體對比成為一種界內(nèi)時尚。廣大教練員和運(yùn)動員認(rèn)為這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果對于制定訓(xùn)練計劃、指導(dǎo)訓(xùn)練、保證訓(xùn)練的質(zhì)量具有重要的價值，同時根據(jù)訓(xùn)練中遇到的一些實(shí)際問題，也想要了解更多的運(yùn)動員在比賽和訓(xùn)練中的各種參數(shù)（如實(shí)時速度、最大速度、峰值速度持續(xù)時間、即時動作等）。對2022年北京冬奧會的備戰(zhàn)緊鑼密鼓，如何使所獲數(shù)據(jù)更加全面、客觀、精準(zhǔn)地反映出運(yùn)動員在比賽中的狀況，如何快速有效地提高我國速滑運(yùn)動員訓(xùn)練質(zhì)量以及技戰(zhàn)術(shù)水平，使我國速滑項(xiàng)目達(dá)到較高的水平，是困擾運(yùn)動員、教練員和科研人員的首要任務(wù)。根據(jù)國家體育總局局長茍仲文同志提出的“實(shí)施科技助力冬奧，尤其是重視大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用”要求[10]，隨著計算機(jī)視頻捕捉識別技術(shù)、多種傳感器集成化、無線傳輸技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的成熟，使建設(shè)一個全新的、智能化的測速冰場成為可能。

新的測速冰場的設(shè)計理念是基于非接觸與接觸式數(shù)據(jù)采集相結(jié)合，且以非接觸式數(shù)據(jù)采集為主，采用目前最先進(jìn)的計算機(jī)視頻捕捉識別、傳感器集成化、無線數(shù)據(jù)傳輸以及大數(shù)據(jù)處理分析等技術(shù)來建設(shè)，同時賦予其自我學(xué)習(xí)和完善的功能，我們將其稱為“智能速滑冰場”。智能速滑冰場項(xiàng)目依托于黑龍江省冰上訓(xùn)練基地速滑館和短道速滑館進(jìn)行建設(shè)，系統(tǒng)主要由非接觸式運(yùn)動員定位測速系統(tǒng)和技術(shù)動作捕捉系統(tǒng)、接觸式動力學(xué)與運(yùn)動生理采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心以及大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等組成，可以對速滑場地中每名運(yùn)動員的各種運(yùn)動數(shù)據(jù)（如滑行速度、實(shí)時位置、滑行軌跡、滑行姿勢、蹬冰力量、頻率、心率等）進(jìn)行實(shí)時同步的采集、處理與存儲。同時，利用內(nèi)置的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對所監(jiān)測的多維全息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后通過可移動智能終端將監(jiān)控數(shù)據(jù)與綜合分析結(jié)果進(jìn)行反饋，使教練員和運(yùn)動員能夠通過量化的反饋結(jié)果掌握自身以及對手訓(xùn)練或比賽的實(shí)際狀態(tài)，輔助他們對訓(xùn)練的質(zhì)量進(jìn)行精確控制，為冬奧選手及時、準(zhǔn)確地把握訓(xùn)練的方向與比賽的策略提供科學(xué)依據(jù)。

國際標(biāo)準(zhǔn)速滑賽道長400 m，分為外道、內(nèi)道和訓(xùn)練道，每2人為1組進(jìn)行比賽。每滑1圈到達(dá)換道區(qū)時，內(nèi)道起跑的運(yùn)動員須換到外道滑行，而外道運(yùn)動員則須換到內(nèi)道滑行[11]。根據(jù)速滑項(xiàng)目實(shí)際場地特點(diǎn)與項(xiàng)目規(guī)則，智能速滑冰場進(jìn)行了以下主要功能的改進(jìn)：

1. 基于非接觸式傳感器系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控場地中進(jìn)行比賽的每名運(yùn)動員的運(yùn)動學(xué)參數(shù)，包括運(yùn)動員的滑行速度、加速度、位置、軌跡、區(qū)段滑行時間等信息，主要通過基于圖像的多運(yùn)動目標(biāo)跟蹤、模式識別等技術(shù)方法來實(shí)現(xiàn)。

2. 基于非接觸式傳感器系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控場地中進(jìn)行比賽的每名運(yùn)動員的滑行技術(shù)參數(shù)，包括基于運(yùn)動生物力學(xué)研究的三維空間位置、線速度、角速度、位移等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及蹬冰步幅、步頻、步長、蹬伸角度、蹲屈角度等專項(xiàng)技術(shù)信息，并通過AR技術(shù)模擬還原運(yùn)動員任意時刻的動作姿態(tài)[12]。

3. 基于接觸式傳感器系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控進(jìn)行比賽的每名運(yùn)動員的動力學(xué)參數(shù)，主要為運(yùn)動員的蹬冰力量、足底動態(tài)壓力分布等信息。

4. 基于接觸式傳感器系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控進(jìn)行訓(xùn)練或比賽的每名運(yùn)動員滑行過程中的生理學(xué)信息，主要為運(yùn)動員的心率、最大心率等信息。

5. 系統(tǒng)中全部接觸式傳感器均采用無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行通訊，通訊距離滿足標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)速滑場任意兩點(diǎn)間的傳輸，同時采用低功耗網(wǎng)絡(luò)來滿足系統(tǒng)整體安全、穩(wěn)定的傳輸需要。

6. 提供時間戳功能，使系統(tǒng)具備多模態(tài)實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)同步功能。

7. 提供綜合化管理軟件系統(tǒng)，可以實(shí)時監(jiān)測智能速滑冰場的全息信息，同時提供數(shù)據(jù)管理與分析功能，確保系統(tǒng)具有清晰簡潔的界面和良好的人機(jī)交互體驗(yàn)。

8. 提供可移動終端實(shí)時反饋功能，使系統(tǒng)終端用戶通過智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等設(shè)備隨時對系統(tǒng)進(jìn)行訪問，系統(tǒng)整體反饋延時不超過1 s。

9. 提供大數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)，可以對智能速滑冰場全息運(yùn)動參數(shù)（多模態(tài)數(shù)據(jù)信息）進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，提供高水平運(yùn)動員理想滑行效果的必要條件，為教練員和運(yùn)動員優(yōu)化技術(shù)、調(diào)整訓(xùn)練方向提供科學(xué)依據(jù)。

智能速滑冰場系統(tǒng)的構(gòu)成包括成像設(shè)備安裝機(jī)構(gòu)及控制器、成像設(shè)備陣列、動作捕捉成像裝置、成像設(shè)備控制裝置、多通道圖像采集裝置、數(shù)據(jù)處理分析設(shè)備以及在其上運(yùn)行的軟件系統(tǒng)。智能速滑冰場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見圖4。

3.3 改進(jìn)后的應(yīng)用

速度滑冰項(xiàng)目中，速度的快慢是勝負(fù)的決定性因素[13]，在比賽中主要涉及運(yùn)動員的技術(shù)、體能及戰(zhàn)術(shù)三方面素質(zhì)，運(yùn)動員在比賽時的滑行速度特征是其個人能力的體現(xiàn)。通過科技手段的介入進(jìn)行訓(xùn)練質(zhì)量控制，是體育強(qiáng)國普遍采用的有效方式，智能速滑冰場是實(shí)現(xiàn)冰上運(yùn)動訓(xùn)練質(zhì)量控制的重要手段。只有借助精準(zhǔn)量化的訓(xùn)練質(zhì)量控制，才能制定科學(xué)的訓(xùn)練方法、進(jìn)行有針對性的強(qiáng)化訓(xùn)練，從而提高速度滑冰項(xiàng)目的訓(xùn)練和比賽成績[14]。2017～2018年黑龍江省體育科學(xué)研究所在黑龍江省體育局的大力支持下，對黑龍江省速滑館和短道速滑館進(jìn)行了升級改造。在共建單位的協(xié)助支持下，于2年的時間內(nèi)，完成了速度滑冰智能冰場、短道速滑智能冰場的建設(shè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了從“數(shù)字冰場”向“智能冰場”的轉(zhuǎn)型。智能冰場不需要運(yùn)動員穿戴任何的設(shè)備和裝置，只要運(yùn)動員在冰場進(jìn)行訓(xùn)練和比賽，就能采集到其相關(guān)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)和滑行技術(shù)動作參數(shù)。智能冰場的數(shù)據(jù)參數(shù)較數(shù)字冰場的數(shù)據(jù)參數(shù)更加全面和準(zhǔn)確，更能客觀、全面、準(zhǔn)確地反映運(yùn)動員速度滑行特征和訓(xùn)練質(zhì)量，使速滑速度特征分析體系更加完善。智能冰場實(shí)時動態(tài)圖像和相關(guān)分析數(shù)據(jù)可在終端顯示屏呈現(xiàn)，教練員通過顯示屏可以清楚地看到運(yùn)動員實(shí)時的比賽和訓(xùn)練情況，同時我們所關(guān)注的運(yùn)動員的滑行速度、加速度、滑行距離、運(yùn)動軌跡、實(shí)時位置、單圈時間等參數(shù)也可以同步顯示（圖5）。

根據(jù)智能冰場對運(yùn)動員日常訓(xùn)練情況的監(jiān)控及對所采集的運(yùn)動員數(shù)據(jù)參數(shù)的整理和分析，科研人員將整理和分析的結(jié)果反饋給教練員，使其及時了解運(yùn)動員每日訓(xùn)練計劃的完成情況，并對運(yùn)動員的訓(xùn)練強(qiáng)度、訓(xùn)練量及訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行合理的、個性化的調(diào)整，從而保證訓(xùn)練質(zhì)量[15]。通過智能冰場升級改造的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，能對每名運(yùn)動員訓(xùn)練比賽中的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行個性化分析，并進(jìn)行縱向?qū)Ρ?。再結(jié)合運(yùn)動員自身的技術(shù)特點(diǎn)，有針對性地制定訓(xùn)練計劃，以智能冰場測試分析數(shù)據(jù)為依據(jù)，設(shè)定運(yùn)動員訓(xùn)練應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。使我國速滑運(yùn)動隊(duì)科學(xué)化訓(xùn)練成為常態(tài)是智能冰場的主要功能。智能冰場曾在2020～2021年全國速滑冠軍賽、2019年上海短道速滑世界杯、2021年首都體育館短道速滑世界杯等國內(nèi)外重要賽事上大顯身手，為我國備戰(zhàn)2022年冬奧會的高亭宇、寧忠?guī)r、李奇石、武大靖、任子威、范可欣等運(yùn)動員進(jìn)行過數(shù)據(jù)采集和分析。通過滑行速度特征分析系統(tǒng)的分析并與國外對手進(jìn)行比較，提出了相對應(yīng)的訓(xùn)練方法和策略，為我國運(yùn)動員有針對性地進(jìn)行訓(xùn)練、彌補(bǔ)不足、調(diào)整技戰(zhàn)術(shù)、盡快提高運(yùn)動成績提供了科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)語

自2009年從荷蘭購進(jìn)相關(guān)技術(shù)，建成我國第一個高科技速滑測速冰場——數(shù)字冰場以來，到2018年速度滑冰、短道速滑智能冰場的建成，科研人員付出了艱辛的努力。速滑智能測速冰場的建立，使運(yùn)動員滑行速度特征更加鮮明，滑行速度特征分析系統(tǒng)更加完善，通過對滑行速度特征的分析研究，可以發(fā)現(xiàn)每名運(yùn)動員的優(yōu)勢與不足。由于每名運(yùn)動員的自身情況不同，其訓(xùn)練方法和技戰(zhàn)術(shù)策略就需要因人而異，而個性化的速度特征分析恰好可以為解決上述問題提供量化依據(jù)。個性化速度特征分析體系的建立，為各項(xiàng)目競技比賽與體能戰(zhàn)術(shù)決策提供了參考依據(jù)，并為訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控體系的研究提供了理論基礎(chǔ)。結(jié)合我國優(yōu)秀運(yùn)動員實(shí)際情況建立的智能化冰場研究與應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)一步完善了速滑運(yùn)動員滑行速度數(shù)據(jù)庫。通過速滑運(yùn)動員滑行速度特征分析系統(tǒng)和訓(xùn)練質(zhì)量控制體系，能夠完善速度調(diào)控能力訓(xùn)練的手段和方法，為我國速度滑冰比賽技戰(zhàn)術(shù)決策提供科學(xué)依據(jù)，為今后更深入地開展相關(guān)研究打下良好基礎(chǔ)。

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