Годик М.А. Спортивная метрология

Подождите немного. Документ загружается.

в лабораторных условиях; она соединяет блок преобразования и

предварительной обработки информации с блоком ее отображе-

ния. Высокая помехоустойчивость проводной телеметрии соче-

тается с существенным недостатком: провода, идущие от спорт-

смена, мешают его действиям.

Радиотелеметрия лишена этого недостатка, так как

результаты измерений передаются по радио. Делается это так: на

спортсмене укрепляются датчики, усилители и преобразователи

информации, радиопередатчик и антенна. Все эти устройства вы-

полняются в очень компактном виде, и спортсмены практически

их не ощущают. Посылаемые передающим устройством сигналы

принимаются блоком, состоящим из антенны и приемника. Здесь

же происходит отображение, хранение и автоматическая обработка

результатов измерений.

6.1.5. Представление измерительной информации

Различаются дискретные и аналоговые формы пред-

ставления результатов измерений.

Аналоговые приборы, используемые для непосредственного

отображения измерительной информации, называются самописца-

ми. С их помощью получают наглядные диаграммные записи, кото-

рые позволяют анализировать динамику регистрируемого процесса.

Наиболее употребительны регистраторы с непрерывной записью. В

них стрелка измерительного устройства жестко соединена с

регистрирующим механизмом. На конце стрелки есть перо с ка-

пиллярным устройством, через которое подаются специальные

чернила. Пример аналоговой записи приведен на рис. 15.

В некоторых случаях вместо пера используется сопло, через

которое струя чернил выбрасывается под значительным давлением.

Можно использовать и самописцы с фотозаписью. В них све-

товой луч проецируется на движущуюся фотопленку. Инерцион-

ность фотолуча невелика, и поэтому с его помощью можно запи-

сывать высокочастотные процессы, которые большей частью и встре-

чаются в спортивных измерениях.

На рис. 15 представлены аналоговые динамограммы, зареги-

стрированные при разгибании ног. Видно, что спортсмен А. силь-

нее спортсмена Б.: его максимальная сила — 3100 Н против 2600 Н

у спортсмена Б. Однако, как уже отмечалось выше, при анало-

говой форме представления измерений хорошо видна временная

развертка процесса достижения максимальной силы. Спортсмен

А. достигает максимума силы за 0,27 с; Б. — за 0,16 с. Отметим,

что за время, равное 0,16 с, А. способен лишь частично реализо-

вать свои силовые возможности. Поэтому если движения будут

выполняться быстрее 0,16 с, то в них более сильным может ока-

заться спортсмен Б.

Вторая форма представления измерительной информации — с

помощью цифровых приборов. В этом случае результаты измере-

ний высвечиваются на различного типа цифровых табло. Исполь-

зуются три типа цифровой индикации: 1) механические приборы

Рис. 15. Динамограммы двух спортсменов (Аи Б), зарегистрированные при раз-

гибании ног

цифровой индикации; 2) оптические цифровые приборы и 3) элек-

тронные цифровые приборы. Последний тип приборов получил

наибольшее распространение. В них индикация осуществляется

светодиодами или с помощью жидких кристаллов.

Цифровые приборы позволяют считывать измерительную ин-

формацию в привычной и удобной для использования форме.

В некоторых случаях могут использоваться электронно-луче-

вые визуальные приборы, в которых цифры отображаются на экране

электронно-лучевой трубки, или печатающие приборы.

В качестве печатающих применяют: 1) ленточные, в которых

измеренные данные печатаются на узкой бумажной ленте. Таким,

например, является кварцевый печатающий хронограф, на вход

которого поступают сигналы от предыдущих блоков измеритель-

ной системы; 2) электрические пишущие машинки, снабженные

блоком ввода данных.

Автоматизация процессов измерения повсеместно приводит к

тому, что для отображения и хранения информации используется

электронно-вычислительная техника. В таких случаях результаты

измерений: а) показываются (в виде графика или цифр) на экра-

не дисплея; б) печатаются на бланке; в) записываются на магнит-

ные диски для хранения.

6.2. РАЗНОВИДНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ

МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

В спортивной практике используют оптические, оптико-элек-

тронные и механоэлектрические методы контроля движений.

6.2.1. Оптические и оптико-электронные методы

регистрации движений

Оптические методы регистрации движений включают в себя

фотосъемку и киносъемку. Общим у них является то,

что изображение движущихся спортсменов (или любых других

объектов) отображается на светочувствительном материале. Есть

и отличия: при фотосъемке изображение фиксируется на неподвиж-

ной фотопластинке или фотобумаге, при киносъемке — на дви-

жущейся светочувствительной пленке.

Оптическая регистрация движений проводится с несколькими

целями. Чаще всего ее результаты (фотография или кинофильм)

применяются тренером для общей оценки правильности выполня-

емых движений, соответствия их заранее определенным эталонам.

Наиболее употребительны в этом случае кинограммы, покад-

ровый просмотр которых позволяет оценить согласованность по-

следовательных элементов движений. Здесь можно говорить пре-

имущественно о качественной оценке движений.

При этом, чтобы вычленить отдельные моменты движения,

возможен замедленный показ кинограмм. Особенно эффективен

такой метод показа при скоростной киносъемке (100—500 кадров

в секунду). В этом случае удается увидеть все особенности движе-

ния, оценить, что спортсмен делает хорошо, а что — плохо.

Количественная оценка проводится обычно более сложными

методами: с помощью циклографии или стробофото

графии.

Стробофотограмма представляет собой совмещенное на одном

фотоснимке изображение нескольких последовательных поз дви-

жения. Для этого съемка проводится с помощью обтюратора —

вращающегося непрозрачного диска с прорезями. Если же на

теле спортсмена (или спортивном снаряде) укрепить миниатюрные

лампочки, светодиоды или зеркальные отражатели (так называ-

емые маркеры), то в результате регистрации получим циклограм-

му. Она будет представлять собой прерывистую линию, отражаю-

щую траекторию перемещения сегмента тела, на котором укреп-

лен маркер.

Зная скорость вращения обтюратора, по расстоянию между

точками прерывистой линии можно рассчитать скорость переме-

щения сегментов. Естественно, что требования к точности опреде-

ления положения точки в пространстве очень высоки. Поэтому

смещение маркера во время движения и нестабильность вращений

обтюратора недопустимы. Именно они являются источниками си-

стематических и случайных ошибок измерения.

Точность расшифровки циклограмм повышается, если съемка

проводилась на фоне масштабной сетки на оптимальном съемоч-

ном расстоянии (так называется расстояние между объектом съем-

ки и объективом съемочной камеры). При использовании кино-

аппарата это расстояние определяется по следующей формуле:

(15)

где Е

— оптимальное съемочное расстояние, м;

V — скорость перемещения спортсмена (или спортивного сна-

ряда), м/с;

F — фокусное расстояние, см;

k — отношение времени экспонирования ко времени смены

кадров;

Рис. 16. Состав комплекта аппарату-

ры для видеозаписи: 1 — видеокамера;

2 — объектив; 3 — передающая

телевизионная трубка; 4 —

усилитель видеосигнала; 5 — микрофон;

6 — видеомагнитофон; 7 — устройство

для воспроизведения звука; 8 —

устройство для воспроизведения

изображения; ГВ, ГЗ, ГС —

магнитные головки: воспроизводя-

щая, записывающая, стирающая

Рис. 17. Исследование движений

спортсмена методом стереофотограм -

метрии:

А — момент исследования; Б — сте-

реофотограмметрическая камера с

механическим стробоскопом; у

— оптические оси, в — базис;

стрелками отмечены места крепления

маркеров

с — допустимая величина раз-

решающей способности аппарата,

см; f — частота съемки, к/с. Оптико-

электронная регистрация

движений преимущественно

осуществляется с помощью ви-

деозаписи. В этом случае

оптическое изображение движе-

ния преобразуется в электриче-

ский сигнал и записывается на

магнитной ленте. Сразу же после

записи движения могут быть

воспроизведены на экране дис-

плея (телевизора). Стандартный

комплект для видеозаписи и ее

воспроизведения изображен на

рис.. 16. С помощью такого

устройства можно записывать на

магнитную ленту все что угодно:

природу, движения и действия

спортсменов, производственные

процессы и т. п. Такая универ-

сальность стандартного видео-

комплекта ограничивает его при-

менение для регистрации и по-

следующего анализа быстрых

спортивных движений.

В связи с этим в последние

годы создаются специализирован-

ные видеомагнитофоны (так на-

зываемые Speed-Video), кото-

рые эффективно используются в

спортивной практике. Так, на-

пример, три видеокамеры, соеди-

ненные с ЭВМ, фиксируют спе-

реди, сбоку и сверху игру волей-

болистов, выявляя наиболее су-

щественные моменты соревнова-

тельной деятельности.

Углубленное изучение биоме-

ханики движений проводится с

помощью стереофотограм метри-

ческого метода. Он позволяет, во-

первых, осуществить точную

фотосъемку, во-вторых, столь же

точно обработать полученные

снимки. Стереофотограм метриче-

ская камера изображена на

рис. 17. Она состоит из двух вы-

сокочастотных фотокамер, укрепленных на одной подставке. При

съемке объект должен быть в поле зрения обоих объективов.

Точность стереофотограмметрической регистрации зависит от

синхронности съемки обеими камерами. Если этого удается до-

биться, то достоверность полученных данных оказывается высокой.

6.2.2. Механоэлектрические методы регистрации

движений

Чаще всего они применяются для регистрации биоэлектриче-

ских процессов, происходящих в организме спортсменов, а также

при измерении биомеханических характеристик движений.

Основные биоэлектрические процессы, информативно отражаю-

щие соревновательную и тренировочную деятельность, оценивают-

ся после регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) и

электромиограммы (ЭМГ). В первом случае оценивается

состояние сердца, а во втором —мышц (в покое или во время

выполнения упражнений). Содержательный анализ этих показа-

телей представлен в учебниках «Спортивная физиология» и «Спор-

тивная медицина».

С точки зрения спортивной метрологии измерение и оценка

показателей ЭКГ и ЭМГ должно проводиться в соответствии с пра-

вилами, изложенными в главах 2—4 настоящего учебника.

Некоторые методы регистрации биомеханических показателей

изложены в разделе 6.1.1 настоящей главы при описании датчи-

ков, воспринимающих изменения физических величин. Существует

две группы биомеханических показателей: динамические

(сила, момент, импульс и градиент силы) и кинематические

(положение тела и его сегментов во время движений, скорости и

ускорения). Их регистрация осуществляется с помощью нескольких

методов: динамометрии, спидометрии, акселе-

рометрии, гониометрии, стабилометрии.

Характеристика датчиков, лежащих в основе этих методов, из-

ложена в разделе 6.1.1 этой главы; практическое применение

измерительных устройств — в 11-й главе учебника.

Глава 7

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

УЧЕБНО ТРЕНИРОВОЧНОГО И СОРЕВНОВАТЕЛЬНОГО

ПРОЦЕССОВ

Научно-технический прогресс в физическом воспитании и спорте

стал в последнее время реальностью, с которой нельзя не считаться.

Наиболее заметно его влияние в информационно-техническом

обеспечении соревнований и тренировочного процесса.

7.1. ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА

В современном спорте оно осуществляется по следующим на-

правлениям:

1) автоматизированный контроль за подготовленностью спорт

сменов;

2) применение ЭВМ для планирования нагрузок, восстановле

ния и питания;

3) использование ЭВМ для организации подготовки спортсме

нов (ведение документации, контроль и нормирование материаль

но-технического обеспечения и т. п.);

4) применение тренажерных и обучающих устройств.

Применение достижений научно-технического прогресса осво-

бождает тренеров от рутинной, нетворческой работы и создает

условия, при которых они могут вплотную заниматься проблемами

воспитания спортсмена.

7.1.1. Автоматизированный контроль за

подготовленностью спортсменов

Автоматизированным называется контроль, в основе которого

лежит использование технических средств и математических ме-

тодов для сбора, анализа, хранения и применения информации о

спортсмене. Он позволяет частично или полностью освободить от

этого специалистов и сосредоточить их внимание на решении твор-

ческих задач. Автоматизированный контроль (АК) проводится на

соревнованиях, тренировочных занятиях и в лабораторных усло-

виях.

Более всего АК применяется в циклических видах спорта. При

этом автоматически регистрируются не только конечные результа-

ты выступлений спортсменов, ко и промежуточные. Например, время

прохождения 250-метровых отрезков в гребле, 400-метровых — в

легкоатлетическом беге и в конькобежном спорте и т. д. Такая

информация позволяет судить о тактике, избранной спортсменом,

об эффективности техники движений. На рис. 18 приведены ре-

зультаты такой регистрации в плавании. Видеозапись олимпий-

ских соревнований по плаванию была обработана с помощью

ЭВМ, в результате чего получили данные о частоте гребков и о

длине «шага» при проплывании различных дистанций. Сравнение

материалов Олимпиад 1976 и 1984 гг. позволило установить, что

повышение эффективности техники плавания вольным стилем в

течение 8 лет осуществлялось за счет уменьшения частоты греб-

ков и увеличения расстояния, проплываемого за один гребок.

Так, например, в плавании на 100 м частота гребков у мужчин

уменьшилась с 58 до 52 в минуту, а длина шага увеличилась

с 2 м до 2,25 м. В баттерфляе же тенденция иная: там возросли

значения обоих показателей — и частота гребков, и длина шага.

Возможности автоматизированного контроля ограничиваются

правилами соревнований. Но на тренировочных занятиях этих

ограничений нет, и поэтому здесь в последние годы автоматизация

контроля внедряется ускоренными темпами. Создаются специали-

зированные тренировочные центры, в которых непосредственно

на местах тренировок устанавливаются датчики, воспринимающие

информацию о движениях и состоянии спортсмена.

Например, на беговой дорожке устанавливаются тензометри-

ческие платформы длиной не менее 4 м (о том, что они вделаны

в дорожку, спортсмен может и не знать). Они регистрируют дли-

тельность опорных и полетных периодов в беге, вертикальную,

горизонтальную и продольную составляющие опорных реакций.

Одновременно фотокамеры, оптическая ось которых перпенди-

кулярна направлению движения спортсмена, регистрируют кине-

матику его движений (для этого на суставных точках тела спорт-

смена устанавливаются маркеры. Траектория движения этих

точек может служить для оценки техники движений). И тензоме-

трическая дорожка, и кинокамеры соединены с ЭВМ, которая

анализирует поступающую в нее информацию. Тренер получает

результаты анализа в удобной для него форме (цифровой, гра-

фической). На рис. 19 представлены кинематические и динамиче-

3* 67

Рис. 19. Кинематические и динамические характеристики удара по мячу: а —

кинематика бьющей ноги; б — скорость вылета мяча в зависимости от возраста

спортсмена; в — опорные реакции во время удара

ские характеристики, автоматически зарегистрированы в беге с

последующим ударом по мячу.

Аналогичные данные, но уже для гребли на байдарке, пред-

ставлены на рис. 20. Запись осуществлялась на тренировке, когда

по заданию тренера спортсмен международного класса должен

был развить максимальную скорость на отрезке в 40 м, 16-мил-

лиметровая кинокамера, работающая с частотой 70 кадров в се-

кунду, устанавливалась в 20 м от лодки; использовали также

экран со шкалой. Регистрировали кинематику кисти, локтя, плеча,

обеих рук, а также весла.

Полученные кинокадры обрабатывались на ЭВМ, которая вы-

дала графики скоростей и ускорений в различных фазах гребка.

Эта информация исключительно

полезна для анализа техники. Причем

такой анализ может проводиться

также и автоматически. Для этого в

память ЭВМ помещается эталон

гребка, с характеристиками

которого сравниваются характе-

ристики зарегистрированного дви-

жения.

Особенно перспективна автома-

тизация контроля нагрузок тре-

нировочных упражнений. Например,

спортсмен выполняет задание —

повторное плавание (бег, гребля и

т. п.) на отрезках. Автоматически

регистрируется: длительность про-

плывания каждого отрезка, дли-

тельность интервалов отдыха, скорость

плавания, количество повторений. В

памяти ЭВМ содержатся сведения о

срочном тренировочном эффекте (СТЭ)

различных вариантов тренировки. После окончания упражнения

пловец получает бланк, на котором есть количественный и

качественный анализ его работы. Все это хранится в памяти ЭВМ.

В лабораторных условиях автоматически регистрируются по-

казатели стандартных и» преимущественно неспецифических те-

стов: таких, как частота сердечных сокращений, потребление О

молочная кислота крови и т. п. Одновременно регистрируется

механическая работа и мощность нагрузки, что позволяет рассчи-

тать соотношение между механической (физической) и физиоло-

гической нагрузками.

7.1.2. Применение ЭВМ для планирования нагрузок,

питания и восстановления

Возможности ЭВМ, в планировании нагрузок неисчерпаемы,

и действительная их оценка будет сделана позднее, после накоп-

ления опыта такой работы. Для помощи тренеру в планировании

нагрузки в памяти ЭВМ должны храниться:

1) перечень тренировочных упражнений, используемых спорт

сменом определенной квалификации в конкретном виде спорта;

2) полная характеристика каждого из этих упражнений (спе

циализированность, сложность);

3) направленность упражнений в зависимости от метода их вы

полнения и уровня физической работоспособности спортсмена;

4) основные правила планирования, основанные на принципах

подготовки спортсменов (в них указываются минимальная и мак

симальная длительности различных типов занятий; оптимальный

Рис. 20. Горизонтальная скорость

кисти, предплечья и плеча тяну-

щей и толкающей рук в гребле

на байдарке:

1 — вход весла в воду; 2 — весло

вертикально; 3 — выход весла из

воды

набор упражнений для каждого из них; приемлемая последова-

тельность выполнения, методы выполнения и т. п.).

Работая с ЭВМ, тренер вводит в нее запрос, в котором ука-

зывает работоспособность спортсмена, длительность занятия, его

тип, желательный состав упражнений по специализированности,

сложности, направленности и т. д. ЭВМ на основе анализа уже

хранящейся в ней и вновь вводимой информации выдает несколько

возможных вариантов нагрузки тренировочного занятия. Точно

так же можно планировать динамику нагрузок в микроциклах,

этапах, периодах, предварительно введя в ЭВМ правила этой

работы.

Информация о нагрузках занятий используется для планиро-

вания рациона питания и средств восстановления. В памяти ЭВМ

должны храниться энергетические характеристики упражнений,

калорийность и микроэлементный состав пищевых продуктов и т. п.

Введя в ЭВМ данные о спортсмене (масса тела, его плотность и

процент жира), показатели нагрузки занятий и требования к пи-

танию, можно получить несколько рационов меню.

Из перечня средств и методов восстановления, хранящихся в

памяти ЭВМ, выбираются адекватные тренировочным нагрузкам

и рекомендуются спортсмену.

7.1.3. Применение ЭВМ в организации

подготовки спортсменов

Эффективность подготовки спортсменов зависит от слаженной

работы многих людей и организаций. Координировать ее можно с

помощью ЭВМ, используя для этого управленческие програм-

мы. Одной из таких программ может быть программа

подготовки, в которой указываются количество тренировочных

сборов, длительность каждого из них; состав руководителей,

специалистов и спортсменов, приглашаемых на сбор; материально-

техническое обеспечение и т. п.

ЭВМ в нужное время выдает информацию о том, кому, что

и когда нужно делать, контролирует исполнение заданий и т. п.

Она используется в системе повышения квалификации трене-

ров и спортсменов. Для этого в нее вводится научно-методическая

информация (книги, статьи, отчеты научных учреждений о резуль-

татах исследовательских работ и т. п.). Порядок ввода такой

информации в ЭВМ следующий: автор, страна, название работы,

ее выходные данные, аннотация, ключевые слова, содержание.

Тренер, работая с компьютером, может отыскать любую статью

(книгу и т. п.), задавая ключевые слова. Например, он может

запросить работы, в которых основными являются следующие

ключевые слова: плавание, тренировочный микроцикл, специали-

зированные упражнения. Будут извлечены из памяти и напечатаны

оттиски всех работ, в которых рассматривается планирование

специализированных упражнений в микроциклах тренировки

пловцов.