我国体育测试仪器的研究现状与未来发展趋势

我国体育测试仪器的研究现状与未来发展趋势

于岱峰(山东体育学院,山东济南250063)

摘要:采用文献资料检索、访谈等方法,对我国体育测试仪器研究现状进行了调查。体育测试仪器已成为现代体育科研的重要组成部分。但目前我国体育测试仪器的研究水平与世界发达国家相比有较大差距。同时展望了21世纪我国体育测试仪器的发展趋势。关键词:中国;体育测试仪器;现状;发展趋势中图分类号:G812.6 文献标识码:A 文章编号:1009-9840(2003)03-0069-04

StudyofthePresentSituationandFutureDevelopmentofSportsTestingInstrumentsinChinaYUDai-feng(ShandongInstituteofPhysicalEducation,Jinan250063)

Abstract:Byusingthemethodofdocumentaryresearchesandinterviews,theauthorconductedaninvestigationofthepresentsituationintheresearchofsportstestinginstrumentsinChina.Aconclusionwasdrawnthatsportstestinginstrumentshadbecomeaveryimportantpartofmodernsportsresearch;Butatpresentourcountry’sresearchlevelinthisaspectismuchlowercomparedwiththatofthedevel2opedcountriesintheworld.Thedevelopmenttrendforthe21stcenturywasforecast.Keywords:China;sportstestinginstruments;presentsituation;developmenttrend

体育测试仪器是体育研究领域获取运动人体参数的基本手段之一。体育仪器研究的对象为运动过程中的人体,并围绕如何精确采集人体的各种参数,如:血压、呼吸、脉搏、人体运动速度、加速度、人体惯性参数等数据而展开研究。近年来,随着现代计算机技术、电子技术、激光技术、生物学技术、材料技术的发展,促进了体育测量技术的提高。为了进一步探讨国内、外体育测试仪器的研究现状和未来发展趋势,以及我国加入世界贸易组织后,我国体育仪器发展所面临的问题和应对策略,有必要对我国体育测试仪器的现状与未来发展趋势进行分析研究,以尽快提高我国的体育测试仪器的研制水平和测试水平。

1　我国体育测试仪器的现状我国的体育测试仪器经历了几十年的发展,现已成为我国体育科研领域里的一个重要组成部分。具不完全统计,近20年以来,体育仪器学科为我国体育事业研究出近千项研究成果,曾获得100多项国家级、省部级的科技进步奖,为促进我国体育科技事业的发展发挥了巨大作用。目前,学科已经形成由教授、高级工程师、博士生、硕士研究生等为核心的高学历、高职称的专业研究队伍。研究人员具备电子学、计算机技术、材料力学、机械制造、运动生物力学、运动生理、生化学等多学科的综合知识,学科研究内容涉及运动生物力学、运动训练学、运动医学、运动生理、生化等所有体育学科领域。近年来,研究人员为了解决运动员和教练员训练中的困难和难题,积极深入训练场、馆,紧密围绕以提高体育训练科学化和运动技术水平为目的,研制出各种专项力量练习器、生理、生化分析仪器、技术动作解析仪器。其中部分仪器的研制水平已达到国际先进水平,如:上海体育科研所的“影片解析分析系统”、山东体育学院的“三维测力平台计算机数据采集系统”、山东省体育科研中心的“活动跑台”及“低压氧舱”、合肥科源公司的“SAFMS-TFE六维测力平台系统”、国家体育科研所的“乒乓球发球机”等仪器。各种测试仪器的研究成功,对提高我国运动员的训练效果和技术成绩,指导运动员进行科学化训练起到了积极的促进作用。同时,也弥补了我国体育科研测试、分析仪器的不足,缩小了我国体育科研测试仪器设备与国外先进国家科研机构之间的差距,提高了我国体育科研机构和体育院校仪器装备的水平。例如:北京体育大学研究的“爱捷运动图像图形测量分析仪”已被我国50余所体育院校、科研所购买和应用;山东省科学院研制的“SBA-30血乳酸分析仪”也已被我国近百家体育科研所、学校、运动队购买。

・96・第25卷第3期2003年9月 山东体育科技ShandongSportsScience&Technology Vol.25,No.3Sep.,2003

收稿日期:2003-06-16作者简介:于岱峰(1955-),男,山东青岛人,硕士,副教授。目前,高、新测试技术和研究方法不断地在我国体育测试仪器领域里得到应用。三维同步测力、三维摄影(摄像)技术、多导肌电测量技术以及多机同步测量技术,在体育科学研究中得到广泛应用。这标志着我国体育测量技术已经开始关注运动人体的三维空间测量和有关计算的研究。计算机数据处理技术、图形、图像分析技术、数据采集技术的应用,远红外测量技术、激光技术在对运动人体的过程的监测与分析,采用传感器技术检测人体力量和器材压力的变化的应用,都对深入研究和分析运动员的训练过程,提高运动成绩,起到了积极的促进作用。但是,我们也清醒地认识到,目前我国的体育测试仪器与世界发达国家相比,在仪器的测试精度、外观设计、集成化程度、智能化等方面还有较大的差距。大量高、精、尖的测试仪器仍依赖进口,这些问题的存在应引起我们关注。

2　国外体育测试仪器的研究进展当今,世界竞技体育比赛竞争日趋激烈,运动成绩不断被刷新。如何最大限度挖掘人体运动潜能,促进运动水平和比赛成绩的不断提高,已成为各个国家竞技体育重点研究的内容。因此,世界各国不断将最先进的电子技术、生物技术、计算机技术、新材料技术、仿真技术等应用于体育研究领域,以提高训练效果和运动成绩。这为体育测试仪器的研究和设计提供了新技术、新材料和新方法。

2.1　数字化、智能化技术的应用当今,现代微电子技术的快速发展,国外的体育测试仪器正在将传感器技术、微型处理机技术和大规模集成电路技术相互融合,使测试仪器的数字化、智能化水平不断的提高。近年来,进口的各种体育测试仪器中,已广泛采用超大规模集成电路(VLSI)技术、表面贴装技术(SMT)、人机交互、模糊控制、网络技术以及多层线路板印刷技术,以及规模集成(WSI)和多层芯片模块(MCM)等工艺制造。仪器的设计中CAD、CAM、CAPP、CAT等计算机辅助设计手段都得到了普遍的应用。进口仪器大多数能够在运动场、训练基地实现原位、在体、实时、多元、多参数检测和快速反馈测试数据,为研究人员现场分析技术动作提供了科学依据。2.2　产品设计注重应用对象的需求体育测试仪器应用对象为运动员、教练员和体育科研人员,因此,对体育仪器的设计除了考虑到仪器性能的稳定性和质量要求比民用、商用仪器要高外,同时要充分考虑使用者和应用环境,并尽可能的加大仪器的自动化功能和测试性能。例如:意大利自行车运动员、世界记录保持者莫塞尔(FrancescoMoser)所使用的赛车的每一个零件都专门经过风洞设备的测试,然后再加工和生产。德国的运动器材研究所为奥运会运动员研究的比赛自行车的每一个零件都经过严格的测试,并及时将运动员在比赛和训练场上使用器材的情况反馈回来,然后进行修改、生产,再送回实践中去测试、应用,直至到每个运动员满意为止。美国的YSI-1500SPORT血乳酸分析仪,目前已被世界各国运动队、体育科研机构所采用,但是公司每年仍然投入上百万的研究资金改进YSI-1500SPORT血乳酸分析仪的性能和测试功能,以保持该产品在国际的领先水平。进口测试仪器,无论是在设计技术上及材料和制作工艺上,都可以说是精益求精。因此,国外的测试仪器在国内市场占有率较高。2.3　产品测试功能注重综合性体育测试仪器的研制已涉及众多学科,如:医学(包括:生理学、解剖学、生物化学等)、材料学、仿生学、运动生物力学、流体力学、机械制造等。学科研究在吸收其他学科研究理论和科研成果的基础上,使开发的产品不断保持设计产品的先进性和适用性。例如:鲨鱼皮泳装的设计,是在吸收了仿生学、流体力学、材料力学和人体解剖学等多学科的知识基础上,研究人员对鲨鱼能够快速在水中高速游进的原因进行了分析。结果发现:鲨鱼之所以能在水中高速行进,是由于其表皮具有极小的阻力。在经过大量的试验基础上,体育研究人员研制了与鲨鱼皮极为相似的泳衣面料,并结合人体力学设计出了“鲨鱼皮泳装”。该产品对提高运动员的游泳成绩,减少划水的阻力,起到了一定的作用。现代体育仪器的测试内容由以往单元、单项测试逐步发展多元、多项设计。由单一学科的应用检测,发展到对整个运动训练过程提供系统的检测。美国运动生物力学专家吉・艾里尔博士设计的运动生物分析系统,将生物力学测力平台、高速摄影机、多机同步记时器、计算机数据处理机等仪器组成一起,并应用1000格/秒的高速摄影机,拍摄出运动员的技术动作,并对记录影片图像逐个进行解析,然后求出身体的各个部位的位移、加速度、运动重心轨迹等多项数据。该系统已为美国多名田径运动员,如:麦克.威尔金斯、特里.奥尔布里顿等运动员进行技术动作的修正,并使他们分别获得1976年和1984年的奥运会田径金牌。国外体育仪器的产品,在数据处理方面已经广泛地采用微型计算机为监控处理器,并配有12位或8位以上的A/D和数据采集卡。数据的显示均已采用LED、LCE数字化显示。分析软件的功能也已向智能化、网络化发展。正是由于国外体育测试仪器设计的先进性、测试功能综合性和网络化,因此,深受各国运动员和教练员以及体育科研人员的欢迎。2.4　产品设计注重新技术新材料的应用体育测试仪器由于应用领域的局限,市场相对较小,因而产品的前期开发投入大,但产品的附加值高,利率大,市场的垄断性高。国外在设计产品仪器时,技术改进快,产品开发周期短,每年不断有新产品、新型号的仪器推出。产品的开发中,注重采用最新技术、新材料注重各种综合性新技术的应用,使仪器的测试数据齐全,性能可靠,再加上优质的跟踪服务,很快被市场所接受。例如:瑞士Kistler公司自1970年研制第一台多分量压电石英测力平台,由于采用了先进的压电晶体为测力器件,因此,该测力仪器具有测试频率高、向间干扰小、测试性能稳定、重复性好等优点,已被国际运动生物力学学会选定科研和教学测试仪器。我国也进口了Kistler公司的大量测力平台产品,并已经广泛应用于国内运动生物力学的测力研究。同时,Kistler公司对所生产的仪器的性能和制造工艺不断地・07・山东体育科技 第25卷 第3期 2003年9月改进和创新,各种系列便携式QuattroJump和GymmyJump产品,对快速测试运动员的弹跳力、耐力以及协调性,具有准确的分析功能。

3　我国体育测试仪器目前所面临的问题在新世纪里,我国的体育测试仪器与其他学科同样面临着激烈的竞争和挑战,特别是随着我国加入世界贸易组织后,各种进口仪器对我国测试仪器的冲击,研究队伍的老化及研究经费的缺乏等问题正在严重阻碍学科发展。3.1　研究设备落后体育测试仪器的研究和设计,需要大量精密的、先进的测试仪器和配套测试设备以及各种集成电路、生物芯片等专用半导体器件。但是,目前我国在国家级的体育专业研究所所配备各种的测试仪器仍为70-80年的电子产品,有的甚至是50年代出厂的电子管式仪器。国内的许多专业研究机构中,测试仪器设计、开发、数据处理所应用的计算机仅为普通的PC机,连一般小型服务器也未配置。国内至今仍无建立一所体育专业仪器测试实验室,甚至连一般的风洞试验室、仿真试验室也未建立。由于我国研究设备的差距,使国内研究仪器和开发产品一直低水平徘徊。3.2　研究经费缺乏体育科研经费的不足,是困绕我国体育测试仪器的研究的一大难题。具不完全统计,我国为备战27届奥运会,国家体育总局投入的科技经费仅为1200万元,应用课题的研究经费为300多万元。而韩国的体育学院1994年的研究经费为7200万元〔4〕我国研究经费的投入与国外相比差的太远,结果造成了体育测试仪器的一些研究课题无法立项。3.3　科学研究力量分散,低水平、重复研究现象严重目前,国内的体育测试仪器的研究规模小,研究力量分散,立项课题普遍存在“单一学科、单一方向”现象,缺少多学科、综合性、大规模研究课题。学科信息相互交流缓慢,国内仍无一家专业体育仪器器材网站。低水平、重复研究现象依然存在。例如:运动生物力学解析分析软件,国内已有多家在重复研究了许多年,但是,至今国内没有一家推出成功产品。而每年我国还要花费大量资金进口德国的SIME、美国PEAE、AILYER等产品。如何集中国内体育科技力量,包括其他学科的科研人员联合起来,形成集团攻关优势,集中有限科研资金,突破重点难题,是学科急待解决的问题。3.4　入世后对我国体育测试仪器的影响目前,我国已成为世界贸易组织的成员,我国将遵守WTO的规则,逐步开放国内的市场。随着进口关税的降低,大量国外的产品将源源不断地涌入我国,这对我国体育测试仪器市场研究、开发的影响是巨大的。面对大型跨国公司的新产品、高科技术的冲击,我们应当尽快调整自己研究机构的方向,尽快熟悉国际经济、法律规则,如商标注册、专利等,利用世界贸易组织的规则,在引进国外先进技术和设备的同时,注意保护自己的利益。在不断吸收国外先进技术的同时,不断提高国内自己产品的研究水平,参与国际的竞争。4　我国体育测试仪器未来发展趋势21世纪里,现代科学技术将迅猛发展,必将推动我国的体育科技事业的进步。同时,对体育测试仪器学科的发展,将产生重大影响。4.1　体育测试仪器未来研究趋势现代科学技术的发展和在体育研究领域里的应用,为体育研究人员提供了更先进的研究手段和方法。当今,随着世界竞技体育比赛竞争日趋激烈,如何尽快提高运动技术水平和成绩,已成为各国体育科研部门重点研究的内容。因此,未来体育测试仪器研究的重点在于,如何利用先进的科学技术和材料技术,最大限度的挖掘人体运动潜能,促进运动成绩不断提高。同时,研究和监测运动员的运动过程,并提出科学的测试方法和手段,为科学地组织训练提供精确测试数据也是学科研究的内容之一。4.2　多学科、综合性研究将提高体育测试仪器的研究水平现代计算机技术、激光技术、纳米技术、生物工程以及电子技术等对体育研究的渗透,多学科、综合研究人体运动过程,对提高运动技术和训练水平,提供了更有效的、整体解决问题的方法。如;多机同步测试分析技术,计算机图形、图像处理技术、CT扫描技术的应用、三维摄影技术的应用,以多角度、同步跟踪、三维空间分析人体运动的全过程,提供了更有效的技术。4.3　先进的计算机技术,将加速体育测试仪器的测试功能发展21世纪里,计算机信息技术的发展、Internet的出现为体育科研人员开发体育测试仪器提供了新的信息化技术。因此,我们在设计、开发体育测试仪器时,应多关注仪器的智能化、多媒体技术、计算方法等技术的应用。未来,以计算机应用技术为中心的高新技术,将不断地在体育研究中得到广泛应用,必将推动体育测试仪器的研究产生极大变化,同时,将拓宽体育测试仪器的测试功能和研究内容。主要集中在以下几个方面:———体育系统的仿真(Sportssystemsimulation:3S)技术应用运动人体的研究。———应用计算机图形、图像处理技术,图像重叠识别技术,对运动员技术动作的图像处理研究。———利用计算机仿真技术、对优秀运动员技术动作的研究。———通过计算机转换信号和采集信号的技术,对运动人体的血压、速度、转动惯量、肌电、呼吸等信号的数据采集,模数转换,以及数字化显示、处理的研究。———采用卫星、GPS、雷达技术与计算机分析系统结合,跟踪自行车、水上运动项目的运动的全过程,并进行技、战术研究。4.4　体育健身器材的研究随着我国人民的生活水平的不断提高,以及“全民健身计划纲要”的普及,特别是最近“SARS”疾病给我国人民生活带来严重的影响,使人们充分认识到增强体质,加强体育锻炼,预防疾病的重要性。因此,各种体育健身器材、(下转79页)