中国优秀手枪射击运动员持枪臂表面肌电特征及其训练监测系统的应用研究

摘要

射击运动在项群理论的划分中是一项表现精准类的运动项目，对运动员的击发技术动作的稳定性、规律性以及一致性有很高的要求，同时运动员的自控能力和抗干扰能力也是很重要的制胜因素。射击运动与其它运动项目之间相比的特殊性在于比赛过程中时间较长、技术动作完成姿势单一、运动员注意力要高度集中等。这就要求射击运动员具有良好的精力和体力;同时，射击运动员比赛成绩与天气、枪械、子弹、场地环境、服装又有很大关系。因此，影响射击比赛制胜的内在和外在因素较多。为了确保运动员在比赛中正常稳定发挥竞技水平，取得理想的成绩，首先要从强化射击运动员击发技术动作的成功四要素，即稳定性、规律性、一致性和果断性四个要素出发，要求从整个比赛过程中击发动作枪支晃动幅度、瞄准时间、击发时机的选择和把握、保持击发瞬间的高度一致。
　　现代射击运动的发展，尤其是手枪项目，对射击过程中精确度的要求越来越高，竞争愈加激烈，比赛愈加残酷。射击项目是我国的传统优势项目，在每届奥运会上都取得了优异的成绩。众所周知1984年洛杉矶奥运会上射击运动员许海峰为中国取得奥运会首金，实现了我国奥运会金牌零的突破。2008年北京奥运会，我国男子射击运动员庞伟力压各国高手，在10米气手枪项目上一举获得金牌，从一个侧面反映出我国射击运动，尤其是气手枪项目的水平已处于巅峰。我国射击界对气手枪项目技术的认识比较统一，即“趋于稳定，达成自然击发”，强调击发过程的稳定性、一致性及稳、瞄、扣的协调配合等。气手枪项目是一项以静力性和耐力性运动为主要特点的技能类准确型的运动项目，本项目运动员要长时间单手持枪保持一种姿势，持枪臂局部肌肉会长期处于等长收缩状态，大负荷训练中还会有短时间的缺氧状态，非常容易造成局部肌肉产生疲劳，甚至过度疲劳，形成慢性劳损。目前对射击运动的科学研究已取得了巨大成就。就心理方面来说，对运动员比赛中存在的心理问题的发现、机制的探讨、解决问题的办法以及心理训练的方法都已经形成了完整的体系;应用生理生化的指标来反映运动员的训练的强度与训练量，以及运动员的机能状态和健康状态都取得了可喜的成效;生物力学专家对射击瞄准、扣扳机、身体平衡等做了大量研究，也取得了实质性的成果。但是从查阅的资料来看，运用表面肌电测试方法来研究射击项目特征的还不多，特别是对持枪臂用力特点的研究尚未见到。
　　以往，由于研究手段的限制，对于定量研究手枪运动员击发过程中，各肌群的用力关系以及其规律还很少。随着计算机科学与材料科学的发展，小型化肌电测试仪器越来越便携，这使得对运动员完成技术动作的肌群进行定量研究得以实现。大负荷训练阶段对气手枪运动员的身体机能、技术水平及其整体竞技实力的提高起着不容忽视的重要作用。而肌肉收缩产生的肌力是一切运动的基础，射击也不例外。射击运动的特点都是肌肉特定收缩方式的表现，射击运动员良好的肌肉用力稳定性和一致性是取得好成绩的关键因素之一。表面肌电(SEMG)信号能够反映肌肉纤维放电活动规律，其记录简单，且具有无损伤、可重复的特点，能够监测运动员在完成动作时特定肌群在运动过程中的状态。关于大负荷训练后气手枪运动员持枪臂肌电的变化情况，目前尚无详细报道。
　　本研究在广泛调查的基础上，主要采用表面肌电测试技术，平衡能力测试与激光瞄准测试技术为辅助方法，利用长期系统地跟踪部分省市备战全运会的集训队的机会，长期系统地跟踪部分省市备战全运会的集训队，进一步深化认识手枪射击项目的基本特征，为提高本项目科学化训练奠定了一定基础。开展了以下内容的研究:(1)优秀手枪慢射运动员击发技术表面肌电特征的研究;(2)优秀气手枪运动员持枪臂生物力学特征的研究;(3)优秀手枪速射运动员训练期间持枪臂肌群变化的研究;(4)基于数据挖掘的射击运动员技术训练监测系统的研制。
　　本研究从认识论的角度，根据各队备战奥运会、全运会的实际情况和肌电图技术特点，综合运用了文献研究法、访谈法及数理统计法等研究方法，在训练实践中不断探索、验证和深化对优秀手枪射击运动员技术训练中表面肌电图特征的认识，得出以下结论:
　　(1)在对手枪慢射运动员进行测试的过程中发现，三角肌前束、三角肌中束、斜方肌、桡侧腕伸肌是主要用力肌肉，肱二头肌、肱三头肌、指浅屈肌为辅助肌肉。二级运动员在射击击发过程中，三角肌前、中、后三束贡献率和振幅变化显著，这可能是影响二级运动员射击成绩的一个因素，也可能是二级运动员肌肉用力特点所在;一级运动员射击中桡侧腕伸肌的贡献率在击发前1秒和前3秒有显著性差异，而击发前2秒与击发前1秒没有显著性差异，说明击发前还是比较稳定的，不会影响射击动作的稳定性。从振幅变化看击发前3秒的比较都没有显著差异;国家健将级与国际健将级运动员参与射击的八块肌肉的贡献率和振幅比较稳定，没显著性差异。射击成绩的好坏可能与他们的心理状态或者与其他没测试的肌肉的不稳定性有关。从被试运动员射击时持枪臂的一致性分析来看，斜方肌和三角肌前束是影响枪与枪一致性的主要肌肉。利用肌肉振幅的变化更能反应肌肉用力的一致性情况。
　　(2)我国气手枪运动员射击过程中，身体重心左右晃动小于前后晃动，且两个方向晃动幅度均较小;优秀运动员射击时身体重心晃动轨迹较短。我国气手枪运动员击发技术动作的瞄扣阶段，持枪臂各组肌肉的协调工作能力还需进一步训练;在击发过程中持枪臂的各组肌肉用力大小依次为:三角肌前束、斜方肌、三角肌中束、桡侧腕伸肌、肱三头肌、三角肌后束、肱二头肌、指浅屈肌;击发时持枪臂各肌肉的积分肌电值会逐渐提高，且呈平缓上升趋势;肌肉的疲劳因素对射击成绩的影响不大;水平较低的运动员主要用力肌肉的积分肌电值变化较大。我国气手枪运动员都选择在“第一稳定期”击发，说明其瞄准时间较短;在瞄准阶段枪支左右方向晃动的幅度小于上下方向晃动;优秀运动员射击时枪支的瞄道速率较大，击发前3秒枪支晃动轨迹较长;优秀运动员击发过程中枪支晃动的包罗面积比一般运动员小，在击发瞬间弹着点的差异值较小。运动员身体平衡能力降低时，一般会通过加大持枪臂肌肉用力，从而获得枪支的稳定性，但这种用力方式会造成运动员肌肉协调工作能力降低，破坏运动员持枪状态自然晃动的规律以及在击发瞬间的技术动作保持，最终造成低环数远弹的出现。
　　(3)手枪速射训练中运动员各肌肉的quick analysis贡献率影响主要集中在斜方肌、三角肌前束和指浅屈肌三部分。手枪速射运动员举枪次数多，运动员的持枪臂与躯干的夹角偏小，导致斜方肌开始参与代偿用力。手枪速射训练中运动员持枪臂举枪次数较多，导致积分肌电有上升趋势，但肌电曲线趋势平缓一致性较强表明技术动作的稳定性较好。指浅屈肌起伏波动较大，可能对击发动作造成一点影响，从而妨碍命中10环的准确度。通过肌电技术测试分析手枪速射运动员在训练中的各项肌电指标的敏感范围，可以在以后的训练中判断负荷训练后技术动作情况，并提供客观和个性化的诊断依据。
　　(4)在山西、河北等省市射击队备战2009年全运会的过程中，为其开发了射击运动员技术训练监测系统，将各个训练阶段及比赛中各项训练指标进行数据标准化，建立了纵向数据库，并应用于全运会备战的最后冲刺阶段。

目录

摘要

1 前言

1．1 射击运动的发展概述

1．1．1 射击运动项目发展趋势

1．1．2 中国射击运动在国际射坛的地位分析和主要问题

1．1．3 我国射击运动的发展概况

1．1．4 我国射击运动面临的机遇和挑战

1．2 对射击运动项目特征和训练规律的认识

1．2．1 射击运动项目特征的认识

1．2．2 手枪射击的技术动作特点

1．3 射击运动研究的现状

1．3．1 研究的热点问题

1．3．2 射击运动员的心理研究

1．3．3 生理生化指标的研究

1．3．4 射击运动的伤病研究

1．3．5 生物力学在射击中研究

1．4 射击运动员技术训练监测的方法选择

1．4．1 表面肌电研究的概况(神经-肌肉活动)

1．4．2 射击运动员动作技术特征研究的手段

1．4．3 表面肌电图的历史及其独特的价值

1．4．4 肌电图的应用领域

1．4．5 表面肌电处理方法及实时监测研究

1．4．6 肌电图技术在射击运动中的价值

1．5 肌电在运动训练中的研究现状

1．5．1 研究概况

1．5．2 研究现状

1．5．3 运动领域中肌电技术的研究特征与趋势

1．6 研究目的与意义、研究假设与研究内容

1．6．1 研究目的与意义

1．6．2 研究假设

1．6．3 研究内容

1．6．4 研究路线

1．7 预期结果与创新点

2 研究方法

2．1 文献资料法

2．2 测量法

2．2．1 测试对象

2．2．2 测试仪器

2．2．3 测试方案

2．2．4 受试肌肉选取及名称

2．2．5 指标选取

2．2．6 肌电图处理过程

2．2．7 测试步骤

2．2．8 测试质量保障措施

2．2．9 平衡能力测试步骤

2．2．10 激光瞄准测试步骤

2．3 专家访谈法

2．4 数理统计法

2．5 现场观察法

2．6 跟踪调查法

2．7 逻辑分析法

3 优秀手枪慢射运动员持枪臂表面肌电特征的研究

3．1 前言

3．2 方法

3．2．1 研究对象

3．2．2 研究方法

3．3 实验结果与分析

3．3．1 击发前3秒肌肉贡献率变化

3．3．2 击发前3秒的振幅变化

3．3．3 射击枪与枪一致性结果比较

3．4 结论与建议

4 优秀气手枪运动员持枪臂肌群表面肌电特征的研究

4．1 前言

4．2 方法

4．2．1 研究对象

4．2．2．研究方法

4．3 结果与分析

4．4．分析与讨论

4．4．1 优秀气手枪运动员平衡能力特征的分析

4．4．2 优秀气手枪运动员持枪臂肌电特征分析

4．4．3 激光瞄准数据分析

4．5 结论与建议

4．5．1 结论

4．5．2 建议

5 优秀手枪速射运动员持枪臂肌群表面肌电图变化的研究

5．1 前言

5．2 方法

5．2．1 测量对象

5．2．2 研究方法

5．3 研究结果

5．4 分析与讨论

5．4．1 积分肌电在运动训练的应用

5．4．2 持枪臂主要肌群的力学分析

5．4．3 手枪速射训练中运动员持枪臂击发技术肌肉贡献率的变化

5．4．4 手枪速射训练中运动员持枪臂击发技术积分肌电的变化

5．5 小结

6 基于数据挖掘的射击运动员技术训练监测系统的研制

6．1 引言

6．2 研究方法

6．2．1 文献资料法

6．2．2 调查访问法

6．2．3 系统分析法

6．2．4 程序设计环境

6．2．5 数据收集

6．2．6 监测仪器

6．2．7 监测对象

6．3 基于数据挖掘技术的技术训练监测系统的设计和建立

6．3．1 射击运动员技术训练监测系统运行环境要求

6．3．2 数据挖掘技术在本系统的应用

6．3．3 研制软件系统所采用的关键技术

6．3．4 系统结构设计

6．4 系统的实际应用

6．5 小结

7 结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

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