Проблема унификации и стандартизации системы комплексного контроля.

Современный этап развития общества характеризуется появлением новых технологий, материалов и устройств. Особенно резкий скачок заметен в области электроники, кибернетической и компьютерной техники, создании точной высокоразрешающей аппаратуры, в том числе, в областях медицины и биологии. Это дает возможность более глубокого проникновения в тайны сложных взаимосвязанных и взаимозависимых биологических процессов и требует определенного уровня знаний и умений обращения со сложной многофункциональной техникой. В связи с широким предложением различной эргометрической и медико-биологической аппаратуры появились более высокие требования к выбору ее и, соответственно, к уровню квалификации персонала. Это же относится и к вопросам эксплуатации применяемых технических устройств. Поэтому, номенклатура оборудования должна быть сведена к тому минимуму, при котором не происходит снижения качества обследований. Вся аппаратура должна проходить специальную регулярную поверку, а при проведении исследований соблюдаться правила и требования к точности определения параметров, достоверности, информативности и надежности определения данных о различных уровнях подготовленности спортсменов. Кроме того, материалы обследований должны быть

124

сравнимы в течение продолжительного времени, так как спортивная подготовка планируется на четырехгодичный олимпийский цикл. При этом, дороговизна оборудования не позволяет при ее приобретении идти способом проб и ошибок. Отсюда возникает необходимость унификации исследовательских комплексов, параметров и стандартизации тестирующих процедур.

Унифицированный состав оборудования современного тренажерно-исследовательскогозала.

Исследования в области указанной проблемы позволили
добиться унификации по составу оборудования в тренажерно-
■сследовательском зале по всем пяти группам видов спорта.
Обследование       физической       подготовленности      и

морфофункционального состояния необходимо во всех пяти группах видов спорта. Физические качества (быстрота, сила, выносливость, ловкость и гибкость) хоть и в разной степени, но все шляются основой для дальнейшего повышения мастерства. Поэтому, оказалось возможным проведение унификации технических средств, составляющих основу любого современного •фенажерно-исследовательского зала. В состав таких унифицированных комплексов должны входит измерительные устройства физических (в том числе специальных) качеств и ■одсистем комплексного контроля.

Устройство для измерения физических качеств относится к ■мшьютеризированым системам с обратной связью с оценкой шраметров в реальном масштабе времени и представлением информации в цифровом, графическом видах на цветном мониторе ■ печатующем устройстве. Основан на методе электронной динамометрии. В настоящее время лучшей моделью такого прибора шляется «Биодекс» производства США.   _____-———

Комплекс "позволяет 1ша}шзйро^ат1Г~~1адстроту и силу двигательных действий во всех режимах физических упражнений: изометрическом, изокинетическом и изотоническом и в их ■юмбинациях; позволяет проводить диагностику нервно-мышечного аппарата при сгибании и разгибании суставов, отведении и приведении, а также ротации. Это дает возможность производить нжтроль, практически, во всех возможных форме и содержании двигательных навыков. В комплектацию входит набор приспособлений для диагностики тазобедренного, коленного,

125

голеностопного, плечевого, локтевого суставов и запястья. Комплекс позволяет проводить контроль уровней максимальных проявлений быстроты и силы, а также оценить выносливость тех или иных групп мышц в приближенных к специальным двигательным действиям, практически для любого вида спорта. Програмное обеспечение дает возможность оценить и представить не только параметры скорости и силы, но и величины импульса силы, градиента нарастания усилия, выполненной механической работы, мощности и т.п. При выявлении слабых звеньев подготовленности могут быть рекомендованы упражнения, проводимые на комплексе или в других условиях, для ликвидации этих пробелов.

Кроме того, в програмное обеспечение системы включены режимы консервативного лечения различных травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата человека. Например, диструкции плеча, остеоартритов, растяжений связок голеностопного сустава 1-ой и 2-ой стадий и др. Панель управления системы позволяет контролировать, а при необходимости, изменять в процессе работы такие параметры движений, как вращающий момент, скорость, диапазон (амплитуду) двигательных действий. Отличительной особенностью системы является простота и надежность принятия такой позы, при которой появляется возможность изолированной работы с каждым суставом и исключении напряжения других мышечных групп. Это, к тому же, способствует стандартизации тестирующих процедур. Наличие соответствующих цветных маркеров на кресле и динамометре упрощает процедуру и повышает возможность сравнения результатов диагностики в разное время. Данные, полученные в ходе исследований представлены в наглядном виде, могут быть легко интерпретированы учеными, тренерами и спортсменами.

Указанный комплекс прошел отбор среди таких известных тренажерно-исследовательских систем, как тренажеры ОуЬех и Апе1, США.

Следует обратить внимание на еще один унифицированный по всем группам и, наверное, по всем видам спорта комплекс. Речь идет о комплексе для анализа биомеханических характеристик. Такой комплекс необходим в любом виде спорта, где только спортсмен производит какие-либо движения. К разделу оценки

126

физической подготовленности для последующего определения модельных характеристик он также имеет прямое отношение. Дело в том, что биомеханический анализ двигательных действий позволяет не только оценить уровень технических параметров, но и сделать вывод об уровне физической подготовленности, а при наличии специального програмного обеспечения или дополнительных устройств, датчиков получить значения абсолютных величин различных физических качеств. Преимуществом этого метода является бесконтактность и, например, при обследовании соревновательной деятельности, является единственным средством анализа специальной подготовленности, особенно, когда речь идет о зарубежных соперниках.

По мнению Сучилина Н.Г., 1996, в настоящее время
применяются два основных метода биомеханического анализа
движений       спортсменов:        фотограмметрический        и

кинематографический.           Фотограмметрический           метод

(стереоциклосъемка, стробоскопическая циклосъемка, импульсная стерео-циклосъемка) обеспечивает наибольшую точность измерений: абсолютные погрешности определения трехмерных координат не превышают 1 мм. Однако этот метод имеет существенные недостатки: он очень дорогой, громоздкий, трудоемкий, требует специальной экипировки испытуемых и применяется в специально организованных лабораторных условиях.

С появлением прецизионных высокоскоростных кинокамер с точностью протяжки ±1 кадр при съемке со скоростью свыше 500 к/с и компьютеризированных анализаторов фильмов широкое распространение при анализе движений человека в спорте и клинике в 80-х годах получил кинематографический метод. Абсолютные погрешности измерений координат и перемещений с помощью данного метода составляют 4-5 мм, что достаточно для анализа спортивной техники.

В настоящее время распространение получили методы, основанные на видеосъемке. Примером является методика определения биомеханических показателей в беге, разработанная Санниковой Н.И. (2001). Видеокамера устанавливалась на высоте 140 см, отстояла от линии движения спортсмена на расстоянии 22 метров. Использовалось дополнительное освещение. На одной

127

половине тела в характерных точках спортсмена устанавливались маркеры размером 3x3 см. Всего 6 штук. Измерялось расстояние между маркерами: от нижнего края одного до нижнего края другого; определялись вес, рост спортсмена. Материалы видеосъемки были преобразованы в цифровой вид и полученные видеокадры введены в персональный компьютер. Координаты характерных точек атлета определяются с помощью программы РЬогозпор. Далее рассчитываются длины звеньев тела каждого спортсмена, средний масштаб для руки и ноги, и на их основе определяются линейные и угловые скорости звеньев тела. Временные характеристики таких показателей, как время опоры, время полета, время шага, темп движения, шаговый ритмический коэффициент, вычисляются по общепринятой в биомеханике методике. Длина шага определяется расчетным путем по координатам от момента постановки ноги на грунт (носок стопы) до момента постановки ноги на грунт после переноса (начало стопы). Описанная методика не требует сложного программного и аппаратного обеспечения и может применяться в условиях обычной тренировки.

Следует заметить, что такие комплексы представляют в, настоящее время достаточно сложные технические системы. Они относятся к средствам контроля за быстропротекающими процессами и нашли большое распространение в различных исследованиях в инженерно-промышленных и в военных областях знаний. К примеру, может быть оценена не только траектория полета пули или снаряда, но и проконтролированы скорость вращения, рыскание, изменение формы при ударе о твердую поверхность, параметры проникновения при попадании в мишень и т.п. Существуют системы со скоростью съемки до 100000 и более кадров в секунду. При этом система обеспечивает высокоскоростную съемку, управление режимами съемки, перевод видеоизображения в цифровой вид, запоминание и анализ полученной информации, представление изображения в различных режимах времени, расчет значительного ряда параметров и представление их в аналоговом и цифровом видах. Чем выше скорость съемки, тем дороже стоит система.

Исследование частотных характеристик (скоростей движений) двигательных действий в самых «быстрых» видах спорта показало,

128

что скорость отдельных частей тела при локомоциях не превышает 100 -120 км/час, что соответствует 28 - 33 м/с. Такие процессы составляют не более 1 % от общего диапазона двигательных действий во всех видах спорта. В основном, это относится к «бьющим» видам спорта (теннис, волейбол, бокс и т.п.), моментам старта, резком изменении направления движения. В основном, достаточно подробно зафиксировать процессы, проходящие в течение 0.1 - 0.5 с, чтобы получить необходимую информацию в большинстве видов спорта. Например, использую систему со скоростью 50 Гц (кадр/сек) получим при длительности процесса 0.1 с пять кадров, а при протяженности анализируемого движения в 0.5 сек уже двадцать пять кадров. Если учесть, что анализу в спорте подвергаются значительно более медленные процессы, составляющие техническое мастерство спортсменов, можно сделать вывод, что такие комплексы со скоростью 100 Гц (более скоростные системы, по-видимому, необходимы только для научных исследований, имеющих теоретическое значение, или изучения процессов, протекающих в технических видах спорта) необходимы в единичных случаях.

В нашем исследовании мы пришли к выбору следующей конфигурации указанного комплекса. Следует заметить, что подобные видеосистемы состоят из регистрирующей, запоминающей, воспроизводящей, синхронизирующей и анализирующей частей. В качестве регистрирующей нами была выбрана унифицированная видеосистема со скоростью съемки 60 жадр/с. Из множества фирм предпочтение было отдано цветной видеокамере «Ваз1ег», как наиболее надежной с достаточной разрешающей способностью и лучшим соотношением цены и качества. Максимальное разрешение составляет 656 х 491 пикселов, общее количество светочувствительных точек составляет 322096 пике, что вполне достаточно для получения четкого изображения.

В состав видеосистемы входят видеокамера с объективом, позволяющим увеличивать регистрируемые объекты до 40 раз, штатив, осветительная аппаратура, аналого-цифровой преобразователь, портативный компьютер, принтер, програмное обеспечение, кабели. Дополнительно такая комплектация системы может быть расширена обычной 25-и Гц камерой вместе с платой захвата кадров. Такое дополнение позволяет анализировать простой

129

телевизионный сигнал, полученный с любых соревнований. При использовании телевизионного сигнала предусмотрено применение программы, позволяющей перевести видеоряд из 25 кадр/сек в 50 Гц. Это позволяет анализировать двигательные действия при невозможности выезда на места соревнований. Програмное обеспечение позволяет

- оцифровать плоскую многозвенную биомеханическую
модель;

- построить линейные и угловые кинематические профили и их
производные;

комментировать записями любые интересующие исследователя участки полученных характеристик, вводить любые дополнительные данные;

- вывести на экран и принтер палочковую диаграмму
двигательных действий спортсмена;

- построить графики углов, угловых скоростей и ускорений,
фазовых траекторий различных зависимостей, линейных
перемещений, скоростей и ускорений;

- произвести расчет статистических параметров, сравнить
полученную информацию между двумя спортсменами и с моделью.

Основой любого тренажерно-исследавательского комплекса являются нагрузочные устройства, с помощью которых может быть инициирована та или иная двигательная деятельность. Современной тенденцией таких средств является их специализация и многофункциональность, т.е., во-первых, структура задаваемой нагрузки должна в наибольшей степени совпадать с соревновательной и во-вторых, в их комплектность входят различное контролирующее оборудование. Поэтому их называют эргометрами. Их можно разделить на две группы: стационарные и передвижные. Первые устанавливаются в тренажерно-исследовательских залах и, в принципе, отличаются от вторых только своими габаритами и весом. К ним относятся тредбаны, велоэргометры, гребные эргометры (последние два иногда превращаются в передвижные, поэтому, это деление достаточно условно). Вторые, как правило, более компактны (ручной эргометр). Все они призваны для задания физической нагрузки с целью определения различных сторон подготовленности спортсменов.

Для обеспечения эргометрическими устройствами всех групп

130

видов спорта и соблюдения требований унификации были отобраны тредбаны, велоэргометры, гребной и ручной эргометр, многофункциональный эргометр «Вюйех», см.выше).

В циклических видах спорта спектр эргометров наиболее широк. Современное развитие технических устройств позволяет использовать тредбан почти для всех циклических видов спорта. Исключение (это связано с возможностью задания более специализированной нагрузки) составляет гребля - здесь целесообразно пользоваться гребным эргометром - «СопсерЪ). Тредбан немецкой фирмы «Ь-р-созтоз» обладает высокими характеристиками обеспечения большого диапазона скоростей и углов подъема, причем, его мощность и конструктивные особенности исключают изменение скорости движения ленты в опорных и полетных фазах. Комплектация этого тредбана спецальными дополнительными устройствами позволяет в достаточной степени имитировать специальную структуру движений не только в беге, но и в лыжных гонках (лыжегоночной части подготовки биатлонистов, двоеборцев), конькобежцев, велосипедистов, инвалидов-колясичников

Для игровых видов спорта возможно применение двух видов эргометров. Это тредбан и велоэргометр. Причем, в футболе, баскетболе, ручном мяче и т.п., где беговая подготовка имеет существенное значение, разумно использование тредбанов со скоростью движения ленты до 22 км/час и углом подъема до 15%. Обычно это тредбаны длиной не более 2 метров и шириной не более 50 см. Таких характеристик вполне достаточно, чтобы «довести» спортсмена до проявления им максимальных параметров подготовленности. В тех же игровых видах, где значительную роль играет силовая подготовленность, а влияние беговой снижено (например, водное поло) целесообразно взятие проб на велоэргометре.

Скоростно-силовые, сложно-координационные виды спорта и единоборства в разделе диагностик физической подготовленности с точки зрения применения эргометров могут быть объеденены в один блок. Традиционно нагрузочные пробы для этих видов спорта проводились на велоэргометрах. Современные велоэргометры обладают высокими характеристиками точности задания нагрузки, надежностью и повторяемости. Кроме того, в них

131

возможно выполнения теста «\У1п§а1е», позволяющий наиболее точно выявить скоростно-силовой компонент подготовленности спортсмена. В качестве такого велоэргометра, унифицированного, практически, для каждой группы видов спорта может быть предложен велоэргометр фирмы «Мопагк». В этих же видах спорта дополнительно следует проводить тестирования для контроля развития плечевого пояса. Здесь целесообразно использовать ручной эргометр, позволяющий создать нагрузку на верхнюю часть туловища.