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基于多张力采集法数据处理的游泳主动阻力剖面确定新方法

中文游泳文献 2025-7-3 11:05 4人浏览 0人回复

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摘要

研究背景研究问题：本文提出了一种新的方法来评估游泳中的主动阻力（Active Drag），旨在通过数据处理和多种张力力收集方法来确定游泳过程中的主动阻力分布。主动阻力是游泳者在水中游泳时所经历的阻力，它随着游泳 ...

研究背景

研究问题：本文提出了一种新的方法来评估游泳中的主动阻力（Active Drag），旨在通过数据处理和多种张力力收集方法来确定游泳过程中的主动阻力分布。主动阻力是游泳者在水中游泳时所经历的阻力，它随着游泳者的技术和游泳速度的变化而变化。
研究难点：传统的主动阻力测量方法存在局限性，如测量系统的复杂性、对游泳者技术的干扰以及无法提供全泳程的主动阻力分布。因此，开发一种能够准确测量并展示全泳程主动阻力分布的新方法具有挑战性。
关键论点：

本文提出的方法通过结合固定负荷细胞设置和商用阻力训练器来记录游泳者产生的绳索张力力，从而计算主动阻力。
通过将时间依赖性数据重新采样为位置依赖性数据，并从固定负荷细胞力数据中减去阻力训练器力数据，可以计算出主动阻力。
该方法能够在全泳程中展示主动阻力的变化，为优化游泳技术提供重要信息。

相关工作：

传统的主动阻力测量方法，如Measurement of Active Drag (MAD)系统和Velocity Perturbation Method (VPM)，提供了主动阻力的估计，但存在技术和实验设计上的局限性。
本文的方法在比较结果与现有主动阻力方法时，显示了在平均主动阻力力值上的相似性，但在提供全泳程主动阻力分布方面具有创新性。

研究方法

本文提出了一种新的方法来评估游泳中的主动阻力分布，具体方法如下：

模型架构：该方法使用固定负荷细胞设置和商用阻力训练器来记录游泳者产生的绳索张力力。固定负荷细胞设置通过潜水负荷细胞（DDEN-1000N-003-000）连接到竞赛跳水块，而商用阻力训练器（1080 Sprint）用于记录游泳者的速度和施加的外力。
数据收集：游泳者在全固定和半固定设置下进行前爬游泳，产生的绳索张力力被记录下来。全固定设置下，游泳者保持静止，而半固定设置下，游泳者可以向前游泳。
主动阻力计算：通过将全固定设置下的张力力数据与半固定设置下的张力力数据相减，可以计算出主动阻力。具体公式如下：$$ F_{DA}(t) = T_{HFT}(t) - T_{HST}(t) $$ 其中，$F_{DA}(t)$ 是主动阻力，$T_{HFT}(t)$ 和 $T_{HST}(t)$ 分别是全固定和半固定设置下的水平绳索张力力。
数据处理：通过识别适当的泳程周期进行分析，将时间依赖性数据重新采样为位置依赖性数据，以展示全泳程中的主动阻力分布。

实验设计

为了验证所提出的方法，本文进行了实验，具体设计如下：

参与者：六名男性游泳者参与了实验，他们都达到了爱尔兰国家级别比赛的资格标准。
实验设置：实验在50米×25米的游泳池中进行，使用固定负荷细胞设置和1080 Sprint阻力训练器来记录张力力。
实验过程：游泳者在全固定和半固定设置下进行前爬游泳，每次实验重复两次，中间休息5分钟。实验过程中使用SmartPaddles来帮助识别泳程周期。
数据收集：通过固定负荷细胞和1080 Sprint记录游泳者产生的绳索张力力，同时使用GoPro和Canon摄像机记录实验过程。

结果与分析

本文在实验中测量了游泳者的主动阻力分布，并进行了分析：

主动阻力分布：实验结果显示，游泳者的主动阻力在泳程周期中变化，最大主动阻力力值在200到300 N之间，最小值接近0 N。
平均主动阻力：对于全泳程，平均主动阻力的范围从76到140 N，取决于实验。
重复性分析：通过重复实验，发现单个游泳者的张力力结果可能变化高达88 N，这表明结果的变异性可能受到游泳者技术和功率输出的影响。

总体结论

本文提出的方法成功地评估了游泳中的主动阻力分布，并通过实验验证了其有效性。该方法能够提供全泳程的主动阻力分布，为优化游泳技术提供了重要信息。实验结果表明，所提出的方法在测量主动阻力方面与现有的方法具有相似性，但在提供全泳程主动阻力分布方面具有创新性。未来的工作可以进一步探索该方法的可靠性和对不同游泳者技术的适用性。