Kistler（奇石樂）游泳出發測力臺使用與常見問題研究

孫甄

摘? 要? 競技游泳的技術環節主要包括出發、途中游、轉身和沖刺到邊。出發和轉身作為兩大基礎環節，對運動員的最終成績有著至關重要的影響。提倡科學訓練的當下，運用科技設備助力運動員日常訓練，通過多學科綜合分析，得出精確數據，為教練員提供改進方法，從而提高運動表現。奇石樂集團（Kistler）是來自瑞士的一家擁有獨特傳感器技術的企業，專攻動態測量技術領域，可測量壓力、力、扭矩和加速度。Kistler（奇石樂）游泳測力出發臺與配套分析系統，針對游泳項目的出發與轉身環節，可綜合分析、對比和提高游泳出發、轉身和接力交接技術，設備安裝在大多數標準的游泳池中，進行力學測量、高速視頻采集以及軟件分析和比較不同測試。在運動員正式測試前需進行設備調試及預實驗，以確保正式測試的準確性與流暢性。但在前期準備與實際操作部分常出現問題，及時調整與解決問題，這是保證運動員順利測試的關鍵。

關鍵詞? 游泳出發與轉身? 設備使用方法? 常見問題

中圖分類號：G861? ?文獻標識：A? ? ?文章編號：1009-9328（2022）02-256-02

天津市游泳科學研究中心成立于2017年4月，旨在互利共贏的基礎上與國家隊、省市隊發展合作關系，為專業游泳運動員提供更全面的科研服務與技術支撐。2019年購入奇石樂游泳測力出發臺與配套分析系統。奇石樂游泳技術分析系統型號9691A（kPass）是一個分析、對比和提高游泳出發、轉身和接力交接技術的綜合性系統，可進行力學測量、高速視頻采集以及軟件分析和比較不同測試。

一、出發、轉身是競技游泳的重要環節

出發是比賽中的第一個重要環節，一般指從出發信號發起到運動員頭部中心到達15米處所完成的動作。25米比賽距離中的出發時間約占總時間的25%，在50米比賽中約占10%，在100米比賽中約占5%。因此，比賽距離越短，出發環節所占的比重越大。優秀的出發技術在比賽中往往能夠先發制人，出色的出發是取得好成績的關鍵因素。

在游泳比賽中，除了50米（長池）項目外，其他距離項目均至少需要完成一次轉身動作，在短池比賽中，轉身技術的好壞對運動員的比賽成績起著關鍵性的作用。從總用時上看，100米項目的轉身15米時間約占總時間14%，200米項目約占21%，在50米至1500米的短池自由泳比賽中，轉身時間占全程用時的20%至38%。一個好的轉身動作，通常能領先差的技術0.3至0.5秒。轉身技術的優化可幫助運動員提高成績，在長距離項目中可幫助運動員節省體能。

馬格利索在《游得最快》中提到，經過多年的研究，提高出發技術可使成績至少提高0.1秒，提高轉身技術則最少可使每一趟成績提高0.2秒。想要成功運用出發技術，游泳運動員就必須熟練掌握出發的力學原理，合理運用運動生物力學方法分析運動技術，經過反復練習，才能提高運動成績。

二、Kistler（奇石樂）出發轉身測力臺介紹

固定出發臺頂部的兩塊多組零件測力板可以分別記錄游泳運動員在出發蹬離時每條腿的發力情況。仰泳出發握手器可分段可測量手在出發時施加力的大小。所有的組件都裝有壓電傳感器，轉身板可以精準測量出每一次運動員雙手觸板或雙腳蹬離時力的大小、方向與峰值等情況。

5臺高速攝像機分別以100幀的速度捕捉游泳運動員在水上和水下的畫面，并以高分辨率精確測量整個出發階段的位置和分段時間。配套的數據采集系統提供測力臺和視頻數據的逐幀同步，分析軟件顯示視頻，形成相關動力學、運動學、生物力學分析數據。

三、測試所需設備

測試需要準備以下設備。

1.奇石樂出發測力臺和轉身測力板：出發臺與測力板均安裝在游泳池的第三泳道，測力臺的采樣頻率為500赫茲。

2.惠普Z420電腦：Windows10 Pro 64位系統，16GB內存，3TB硬盤。

3.數據采集器：測力臺所測出的數據通過數據線傳入轉換盒，再經轉換盒傳入電腦，通過電腦安裝的kistler公司的kPass軟件進行圖像分析處理，得出數據。

4.2 x 4端口英特爾以太網卡。

5.科羅拉多無限啟動系統。

6.5臺 Prosilica Gig-e 電子視覺攝像機，并佩帶有防水外殼、固定裝備、一根以太網和一根包含12V電源和5V觸發電纜。配套的5臺Prosilica Mako G-223 GIGE 攝像機帶有2048×1024（像素）的CMOS采集器。kPass分析系統通常使用908×512（像素）的視圖，以獲得16：9長寬比的最佳效果。能夠允許攝像機用100赫茲頻率進行拍攝的最大視野為1024×512（像素）。

攝像機1，2，4，5的一般設置為：橫向偏移量570，縱向偏量高度512，寬度908。3號攝像機設置為：橫向偏移量834（拍攝時從左到右）或者570（拍攝時從右到左），縱向偏移量256，高度512，寬度644。

輔助工具有：卷尺、帶有標記的三角架，激光測距儀。

四、測試步驟與使用方法

1.連接所有設備，包括：電腦、數據采集器、外接顯示器、攝像頭、出發臺、發令器等。

2.打開電源，打開kPass分析軟件，輸入密碼。

3.在首頁檢查5臺攝像機是否接連，如順利連接，5臺攝像機的畫面會按序出現在屏幕。

4.在池邊用卷尺測量1.54米、5.04米、10.04米、15.04米后標記，將攝像機放在標記處，水上和水下攝像機高度均距水面1米。

5.每個機位均有原始機位圖，每幅圖含4個定標，對照原圖定標，微調攝像頭（左右方向用手微調，上下方向轉動旋鈕），使現機位與原始機位保持一致。

6.5臺攝像機安裝在4個支架上，1、2號機共用一個支架。每個支架上裝有4個吸盤，便于將攝像機固定在泳池壁上。

7.調整攝像機，完成畫面拼接。保持1、2號機不動，將三角架放入水中，移至畫面最右側，使三腳架垂直桿的左側一半出現在畫面，處于右側的一半消失。打開3號機，手動調整直至三腳架垂直桿出現在畫面最左側，使桿右側的一半出現在畫面中，左側一半消失。將2號機畫面和3號機畫面同比例拼接在同一畫面，使兩個畫面中的三腳架垂直桿重合，重點調整水下0.5米與水下1米的標記，使之對齊。

8.繼續移動三角架，使垂直桿出現在3號機畫面的最右側后，打開4號機，調整4號機，使畫面的最左側出現垂直桿，使桿的右側一半出現在畫面，左側一半消失。將3號機畫面和4號機畫面同比例拼接在同一畫面，兩個畫面中的三腳架垂直桿重合，重點調整水下0.5米與水下1米的標記，使之對齊。

9.繼續移動三角架，使垂直桿出現在4號機畫面的最右側后，打開5號機，調整5號機，使畫面的最左側出現垂直桿，使桿的右側一半出現在畫面中，左側一半消失。將4號機畫面和5號機畫面同比例拼接在同一畫面，使兩個畫面中的垂直桿重合，重點調整水面0米與水下0.5米的標記，使之對齊。

10.完成畫面拼接后，試游，檢查拼接情況，再次檢查攝像機支架上的吸盤是否穩固。

11.將三腳架推回起始位置，調整三腳架支撐腳與瓷磚對齊。每將三角架推進一米，用激光測距儀測量并標定一次，因三角架上裝有一塊厚度為0.05m的正方體裝置（便于精準測距），得出的結果須加上0.05m并輸入“校準文件”。“推桿—測距—輸入數值—標定”重復操作，至17米后停止，再根據標定時得到的圖像對三腳架的7個縱坐標（水上1米、水上0.5米、水面0米、水下0.5米、水下1米、水下1.5米）進行深度的標定。在整個測距取值過程應注意：（1）注意測距儀上的箭頭方向，確保測距儀的長度未計入，測距儀前端應與出發臺前端持平，保持與水面平行;（2）在點擊“取校準文件”前，確保水中人員遠離三腳架，避免在取值時因遮擋影響標定。

12.完成17米的測距標定后，點擊“使用校準文件”。

13.點擊“拍攝”圖標，新建運動員檔案，輸入運動員的姓名、性別、出生年月、測試泳姿、出發技術、踏板位置等基本信息。點擊上方“重置”，圖標變綠后，運動員站上出發臺，再次點擊“稱重”。稱重完成后，運動員撤離出發臺，點擊頁面下方“重置”后，點擊“測量”。

14.使用發令器對運動員發出指令，運動員出發完成15米后，出發測試結束。

15.如測量轉身，輸入泳姿、轉身方式，點擊“重置”與“測量”后，運動員在距離轉身板10米處游進，完成轉身測試。

16.點擊“播放”圖標，對測試錄像進行標點。標點內容包括：出發階段頭部中心點、離臺階段頭部中心點、離臺階段重心、入水范圍遠端、入水時頭頂點、入水范圍后緣、深度最大時頭部中心點、第一次大腿時頭部中心點、出水時頭頂點等。

17.通過軟件分析后得出以下數據：初始移動時刻（秒）、臺上階段時長（秒）、臺上階段峰值力（倍體重）、功率（瓦/公斤）、水平力（倍體重）、垂直力（倍體重）、后蹬板力（倍體重）、推力（倍體重）、離臺時的水平速度（米、秒）、角度（度）、身體傾斜角（度）、入水距離（米）、入水角度（度）、入水范圍（米）、入水速度（米/秒）最大深度（米）、出水時間（秒）、出水距離（米）、到達15米時間（秒）等各項參數指標。

五、常見問題與解決方法

在整個操作過程中會出現一些常見問題，具體如下。

1.攝像機連接不穩定，無信號。在連接設備與調試攝像機機位時常常出現攝像機無信號的現象，主要原因是攝像機接頭與主機連接不當或接觸不良，需要重新檢查攝像機連接頭或關機重啟。

2.吸盤脫落。攝像機支架上的吸盤開關松懈、脫離池壁，常常發在調試攝像機機位或是運動員測試后，由于水流沖擊或是人為觸碰攝像機導致，吸盤脫落會影響機位，影響測試結果。因此在調試和實驗過程中應時刻觀察吸盤情況，時常提醒實驗人員與測試運動員以緩慢輕柔的方式繞行攝像機，一旦發現吸盤脫落，應在固定后重新檢查拼接畫面，調整攝像機。

3.拍攝畫面拼接不暢。測試畫面拼接不流暢是由于前期攝像機機位的調整不夠精確，或是運動員在測試時未在泳道正中間直線游進。為避免出現類似問題，應在調整攝像機機位時更加精準，增加檢查吸盤固定情況的次數。在每次測試前，應提醒運動員在泳道正中間游進。

4.出發臺或轉身板測力傳感器異常。由于場館潮濕，轉身板長期浸泡在水中，容易因氧化腐蝕設備，影響傳感器正常工作。應在每次測試前檢查出發臺與轉身板受力情況是否正常。做好設備的日常維護，如若長期不用設備，應將轉身板撤離泳池并放置在干燥的環境中保存，以延長設備的使用壽命，確保測試的準確度。

參考文獻：

[1][美]馬格利索.游得最快[M].北京：北京體育大學出版社，2016.