広島体育学研究42：11 ～ 18，2016〔研究資料〕

レーザー速度測定器を用いたスプリント走におけるストライド長とピッチの推定
高磨橋井啓
祥悟*
夫*

The estimation of stride length and stride frequency in sprint with thelaser velocity measuring device
Keigo TAKAHASHI(Graduate School of Integrated Arts and Sciences, Hiroshima University)

Sachio USUI(Graduate School of Integrated Arts and Sciences, Hiroshima University)

Abstract
This study aimed to examine the accuracy of step length and frequency in sprint running obtainedusing a laser velocity measuring device. Ten male college sprinters participated in this study. Thesubjects performed 50-m sprint running. Estimated step length (ESL) and step frequency (ESF)calculated using the laser velocity measuring device were compared with the actual step length (ASL)
and step frequency (ASF) using two-dimensional motion analysis.
The mean error-ratio difference between ESL and ASL was 0.16±0.06, and that between ESF andASF was 0.18±0.14. The mean error-ratio difference between estimated stride (2 steps) length andactual stride length was 0.10±0.04, whereas that between estimated stride frequency and actual
stride frequency was 0.12±0.11.
These results indicate that the estimated stride length and frequency in sprint running obtainedusing the laser velocity measuring device can be used for measuring stride length and frequency.

* 広島大学大学院総合科学研究科― 11 ―

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第 42 巻

平成 28 年３月

研究の危険性，個人情報および研究データの取りⅠ．緒言扱いについて，書面にて説明し許可を得た上で実スプリント走におけるストライド長とピッチ測定には，ビデオカメラや光電管，近年ではレーザー施した。また，広島大学総合科学研究科研究倫理委員会の承認を得た。

速度測定器が使用されてきた。レーザー速度測定器は疾走する一人の選手の体幹部にレーザー光を３．試技真後ろから照射し，選手の位置を計測するもので被験者は全天候型トラックの直走路で 50m 全あ る。 測 定 誤 差 は，70m で ２cm 以 下 で あ る

力疾走を３試行行った。疲労を考慮して試技間に（Harrison et al., 2005）。また，Laveg 社製専用ソ10 分程度の休憩を挟んだ。１試技毎に距離－速フトにより測定後即座に距離－速度関係のグラフ度データを表示し，レーザー速度測定器の照射追を表示させることができる。

従ミスがないかを確認した。

スプリント走中の疾走速度，ストライド長及びピッチ測定における課題として，以下の３点があ４．実験設定

る。
（１）競技会での測定の制約，測定機器の有

レ ー ザ ー 速 度 測 定 器（LDM300C-SPORT：無（簡便性）。（２）選手や指導者への即時フィー

JENOPTIK 社製）は，スタートライン後方 10m にドバック（即時性）。（３）区間毎の評価（精密性）。

設置し，サンプリング周波数を 100Hz とした。

これまでスプリント走の疾走速度，ストライド疾走中の走者の背部にレーザー光が照射されるよ

長及びピッチ測定は，ビデオカメラや光電管を用うにパンニング操作を行った。

いたり，ビデオカメラとレーザー速度測定器を併

デ ジ タ ル ハ イ ス ピ ー ド カ メ ラ（EX-SC100：用することで測定可能であることが報告されていCASIO 社製，EX-FC160S：CASIO 社製）は，走る（阿江ら，1994；金高ら，2004；Kintaka et al.,

路側方に８台設置した。撮影速度は毎秒 240 コマ，2013）。しかし，簡便性，即時性及び精密性を備

露出時間は天候に合わせて 1/250-1/1000 秒としえたレーザー速度測定器のみで測定可能であるかた。１台は走者の接地および離地時を撮影するたについての報告はなされていない。

め足部が画角に映るようにパンニング撮影をしそこで，本研究の目的をレーザー速度測定器だた。７台のカメラは，ストライドを算出するためけを用いたスプリント走の１歩毎および２歩毎のに固定撮影した。DLT 法による２次元座標系をストライド長とピッチ測定の正確性を検討するこ構築するため，試技前にキャリブレーション撮影ととした。なお，正確性の検討には基準値としてを行った。キャリブレーションはスタートライン画像データを用いた。

後方１m からゴール方向に向かって 51m 地点まⅡでポールを６-８m 間隔で配置し，固定カメラに方法て撮影した。固定カメラの画角は８-10m に設定

１．ストライド長とピッチの定義

した（図１）。

本研究で用いるストライド長は１歩の歩幅と５．算出方法

し，ピッチは１歩に要した時間の逆数とした。

【レーザー速度測定器】
２．被験者

ストライド長とピッチの算出方法は以下の手順

被験者は陸上競技短距離選手男子大学生 10 名で行った。とした。被験者の 100m 走ベスト記録は 11.62 ±0.48 秒であった。

（1）レーザー速度測定器から得られた距離－速度

本研究は，被験者に対して研究目的，研究方法，― 12 ―

デ ー タ を Butterworth digital filter（Winterレーザー速度測定器を用いたスプリント走におけるストライド長とピッチの推定

図１．実験設定図1990）を用いて，遮断周波数１Hz で平滑化
６．分析方法する（図２）。*（2）レーザー速度測定器から得られた距離－速度

画像から得られたストライド長とピッチを真値データを遮断周波 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5Hz で平とし，レーザー速度測定器から得られたストライ滑化する（図３）。**

ド長とピッチとの１歩毎および２歩毎の誤差率を（3）（2）で得られたデータから（1）で得られたデー算出することで正確性を検討した。
誤差率は，レータを減じた距離－速度曲線における１周期毎ザー値と真値の差の絶対値を真値で除した値としの極小および極大値を検出する（図４）。

た。

（4）１周期毎の極小および極大値における位置と分析方法を画像あり条件と画像なし条件の２方時間から，１歩毎のストライド長とピッチを法とした。画像あり条件は，デジタルハイスピー算出する（図５）。

ドカメラから得られた画像データを参照し，レー* データに含まれる高周波ノイズを除去するために遮断周波数を１Hz とした（金高1999）。

ザー速度測定器から得られたストライド長とピッチの誤差率が最小となるように以下の（1），（2），** スプリント走のピッチを 3.5～5.5 歩/s と仮定（3）の処理を行い，誤差率を算出した。画像なし

し，遮断周波数を 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5Hz とした。

条件は，画像データを参照せず，外れ値の数が最小となるように以下の（1），（2），（3）の処理を【デジタルハイスピードカメラ】行い，誤差率を算出した。なお，分析対象は全被ストライド長はビデオ動作解析システム

験者のデータがある 27 歩までとした。

（ToMoCo-VM：東総システム社製）を用いて，また，画像あり条件と画像なし条件の誤差率の２次元 DLT 法によってつま先接地位置の座標を差を検討するために，対応のある t 検定を用いた。

算出し，接地脚のつま先から対側脚のつま先接地有意水準は５% 未満とした。

までの距離とした。
ピッチは１歩に要した時間の逆数とした。

（1）遮断周波数の選択（3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5Hz）― 13 ―

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図２．raw データと１Hz で平滑化された距離－速度曲線* スタート時のレーザーの照射位置は走者の臀部であり，約－１m 地点から測定されるので，０m 地点では速度が約３m/s となる。

図３．₄.₅Hz で平滑化された距離－速度曲線

図４．₄.₅Hz から１Hz を減じた距離－速度曲線― 14 ―

レーザー速度測定器を用いたスプリント走におけるストライド長とピッチの推定

２．１歩毎のストライド長とピッチの誤差率
画像データとレーザー速度測定器による画像あり条件および画像なし条件の１歩毎のストライド長とピッチの誤差率を図７に示した。画像あり条
件のストライド長とピッチの平均誤差率はそれぞ
図５．図４拡大図

れ 0.11 ± 0.03（n=19）, 0.10 ± 0.03（n=19）であり，最大誤差率は，0.18, 0.14 であった。画像なし条（2）極大極小値の選択

件のストライド長とピッチの平均誤差率はそれぞ（3）外れ値の除去 *れ 0.16 ± 0.06（n=19）, 0.18 ± 0.14（n=19）であり，最大誤差率は，0.31, 0.41 であった。ストライド* 外れ値は，ピッチ（歩/s）が３以下又は６以上の値とした。

長とピッチともに画像あり条件は有意な低値を示した（表１）。

Ⅲ．結果

３．２歩毎のストライド長およびピッチの誤差率

１．ストライド長とピッチの変化

画像データとレーザー速度測定器による画像あ画像データとレーザー速度測定器による画像あり条件および画像なし条件の２歩毎のストライドり条件および画像なし条件の１歩毎のストライド長とピッチの誤差率を図８に示した。画像あり条長とピッチの変化の代表例を図６に示した。

件のストライド長とピッチの平均誤差率はそれぞ

レーザー速度測定器によって得られたストライ

れ 0.06 ± 0.02（n=19）, 0.05 ± 0.02（n=19）であり，ド長とピッチの変化は画像データと類似した傾向

最大誤差率は，0.12, 0.08 であった。画像なし条であった。

件のストライド長とピッチの平均誤差率はそれぞ

図６．１歩毎のストライド長とピッチの連続変化例* Laser から算出したストライド長とピッチは外れ値を除いているのでデータが欠損している。

― 15 ―

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平成 28 年３月

れ 0.10 ± 0.04（n=19）,0.12 ± 0.11（n=19）であり，あった。遮断周波数，極大極小値および外れ値の最大誤差率は，0.20, 0.30 であった。ストライド選択は手動で行ったため，どのくらいの時間で算長とピッチともに画像あり条件は有意な低値を示出できるかは不明であるが，プログラムを用いてした（表２）。

自動で処理を行うと，これまでの画像データからⅣの算出法より短い時間で測定ができると考えられ考察る。

１．レーザー速度測定器におけるストライド長とピッチの正確性

２．誤差の原因

レーザー速度測定器から算出された画像あり条

１歩毎および２歩毎の誤差率の変化は，スター

件のストライド長とピッチの平均誤差率は１歩毎

ト付近とフィニッシュ付近で高値を示しているが 0.11 ± 0.03, 0.10 ± 0.03 であり，２歩毎が 0.06

（図７，８）。金高ら（2004）や Kintaka et al.（2013）± 0.02, 0.05 ± 0.02 であった。画像なし条件のスもスタート付近での誤差が大きい傾向があり，加トライド長とピッチの平均誤差率は１歩毎が 0.16

速に伴う前傾姿勢の変化やレーザー照射位置のず± 0.06, 0.18 ± 0.14 であり，２歩毎が 0.10 ± 0.04,れの問題を指摘している。また，加速局面，最大0.12 ± 0.11 であった。画像あり条件は画像なし

スピード局面，減速局面に分けて，平滑化処理を条件よりも正確性が高い。しかし，画像あり条件行わなかったため，特にピッチの急激な増加がみでは，画像データを参照しながら分析を行っておられるスタート付近（Mackala, 2007）においてり，簡便性，即時性が必要とされる競技現場では適切な平滑化処理がなされていないと考えられ

画像なし条件の分析方法での高い正確性が必要とる。

される。また，本研究ではレーザー速度測定器にKintaka et al.（2013）は，時間－距離データをよるストライド長とピッチの算出はプログラムをレーザー速度測定器で採取すると同時に足の接地用いて自動で処理を行い，要した時間は１分で時の映像をデジタルビデオカメラにて撮影し，接表１．１歩毎のストライド長とピッチの平均誤差率および最大誤差率

表２．２歩毎のストライド長とピッチの平均誤差率および最大誤差率― 16 ―

レーザー速度測定器を用いたスプリント走におけるストライド長とピッチの推定

図７．１歩毎のストライド長とピッチの誤差率* 誤差率は 1 歩毎の平均値を示す。

図８．２歩毎のストライド長とピッチの誤差率* 誤差率は 2 歩毎の平均値を示す。
地時の距離データを読み取ることで体幹変位（スにレーザー照射位置が臀部から背中へとずれるこトライド長）を算出した。２次元動作解析によりとによる誤差が考えられる。

算出されたストライド長を真値とし，レーザーデータとの比較を行った。その結果，レーザーデー

３．今後の課題

タの１歩毎の誤差は 0.05-0.20m であると報告し今後の課題として，スタート付近とフィニッた。これは、本研究より誤差が小さい。その理由

シュ付近の遮断周波数を適宜選択することでさらとして，本研究ではストライド長を距離－速度曲に正確な推定が可能であると考えられる。また，

線における１周期毎の極大極小値から推定してい距離－速度曲線の極小および極大値における走るため，極小および極大値における走フォームのフォームのばらつきによるストライド長の誤差がばらつきによる誤差が考えられる。また、スターどの程度か検討する必要がある。

ティングブロックでのスタートのためスタート後― 17 ―

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第 42 巻

平成 28 年３月

走速度測定におけるデータ処理の検討．鹿屋体

Ⅴ．まとめ育大学研究紀要，22：99-108.

レーザー速度測定器だけを用いたスプリント走

金高宏文・松田三笠・瓜田吉久（2004）レーザーの１歩毎および２歩毎のストライド長とピッチ測速度測定器とビデオカメラを利用したスプリン定の正確性を画像データと比較した結果，以下のト走中のストライド変化の推定．スプリント研結果が得られた。

究，14：65-75.
Kintaka, H., Urita, Y., and Ae, M. (2013)

１．画像あり条件の１歩毎のストライド長，ピッDevelopment of software for analyzing step

チの誤差率は 0.11 ± 0.03，0.10 ± 0.03 であっlength courses in sprint dash with the use ofた。

the laser velocity measuring device and２．画像あり条件の２歩毎のストライド長，ピッdigital video camera. The 31st Conference ofチの誤差率は 0.06 ± 0.02，0.05 ± 0.02 であっthe International Society of Biomechanics in

た。

Sports., P 03-16.

３．画像なし条件の１歩毎のストライド長，ピッMackala, K. (2007) Optimisation of performanceチの誤差率は 0.16 ± 0.06，0.18 ± 0.14 であっthrough kinematic analysis of the different

た。

phases of the 100 metres. New Studies in

４．画像なし条件の２歩毎のストライド長，ピッチの誤差率は 0.10 ± 0.04，0.12 ± 0.11 であった。

Athletics., 22(2): 7-16.
Winter, D. A. (1990) Biomechanics and motor
control of human movement (2nd ed.). WileyInterscience: Canada, pp.33-45

以上の結果から，レーザー速度測定器を用いたスプリント走のストライド長とピッチの測定に関して，２歩毎では約 10% の誤差で推定できることが明らかになった。

文献
阿江通良・鈴木美佐緒・宮西智久・岡田英孝・平野敬靖（1994）世界一流スプリンターの 100m
レースパターン分析－男子を中心に－．世界一
流陸上競技者の技術．日本陸上競技連盟強化本部バイオメカニクス研究班編．ベースボールマ
ガジン社：東京，pp. 14-28.
Harrison, A. J., Jensen, R. L., and Donoghue, O.
(2005) A comparison of laser and video
techniques for determining displacement andvelocity during running. Measurement inPhysical Education and Exercise Science., 9(4):219-231.
金高宏文（1999）レーザー速度測定器を用いた疾― 18 ―