Способ коррекции состава экипажа морского яла с позиции биомеханической совместимости
METHOD OF CORRECTION OF SEA ROWING BOAT CREW COMPLEMENT FROM THE POSITION OF BIOMECHANICAL COMPATIBILITY

Изобретение относится к области спорта, а именно к спортивной гребле на морских ялах и может быть использовано для тренировки спортсменов-гребцов слаженной, синхронной работе в составе экипажа морского яла на суше, в условиях, максимально приближенных к тренировочному процессу, проводимому на воде, с возможностью рационального распределения гребцов по номерам в экипаже морского яла с позиции биомеханической совместимости.
Известен тренажер для тренировки гребцов, описанный в патенте РФ №2512792 МПК А63В 69/06, опубл. 10.04.2014 г.
Тренажер состоит из рамы, на которую установлена каретка с подвижным сиденьем для спортсмена, упорами для ног, рукояток условных весел, нагрузочного модуля, включающего аэродинамическую турбину, а также содержащий датчики усилий и перемещений. Нагрузочный модуль тренажера дополнительно содержит электромагнитное тормозное устройство, при этом датчики устанавливают на каретке с ножными упорами, на рукоятках условных весел, подвижном сиденье и нагрузочном устройстве, и подключают к компьютеру, который считывает поступающую на них информацию и, в зависимости от правильности техники выполнения гребка, формирует управляющий сигнал, поступающий на электромагнитное тормозное устройство, создавая дополнительное торможение аэродинамической турбины.
Недостатком данного тренажера является отсутствие возможности тренировки гребцов в составе экипажа.
Известен также способ тренировки гребцов и тренажер-эргометр для академической гребли, описанный в патенте РФ №2162003 МПК А63В 69/06, опубл. 20.01.2001 г.
Способ заключается в том, что с помощью программно-управляющего устройства создают дополнительные внешние нагрузки, имитирующие сопротивление водной среды. Исходные параметры внешних силовых добавок по силе, частоте, амплитуде и их изменениям во времени определяют по заранее рассчитанному алгоритму движений тренирующегося для рекордных показателей на реальной дистанции. При проведении тренировки учитывают раздельно энергию, затрачиваемую тренирующимся и производимую внешними силовыми добавками. Параметры внешних силовых добавок корректируют адекватно физическому состоянию тренирующегося.
Недостатком указанного способа является отсутствие возможности объединения тренажеров в локальную вычислительную сеть и тренировки гребцов в составе экипажа. К тому же, представленный способ не предусматривает измерение индивидуальных биомеханических параметров гребной локомоции спортсменов.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ коррекции биомеханических параметров командной техники гребли, описанный в патенте РФ №2630436 МПК A63B 69/06, опубл. 07.09.2017 г.
Способ-прототип заключается в том, что гребные тренажеры объединяют в локальную вычислительную сеть и подключают к компьютеру, устанавливают датчики на рукоятках условных весел, подвижном сиденье, раме тренажера, ножных упорах, нагрузочном устройстве, корпусе и голенях спортсменов. После чего, измеряют и запоминают индивидуальные биомеханические параметры гребной локомоции каждого спортсмена, вычисляют по полученным значениям обобщенные групповые параметры биомеханических параметров, которые определяют верхнюю и нижнюю границу, а так же среднее значение идеальной модели командной техники гребли экипажа. В процессе заезда для каждого из т переменных условий измеряют и запоминают в массиве памяти текущие индивидуальные биомеханические параметры гребцов, вычисляют групповые текущие биомеханические параметры и сравнивают со средним значением идеальной модели командной техники гребли экипажа. В случае их отклонения от среднего значения идеальной модели проводят корректировку биомеханических параметров командной техники гребли выбором одного из (ƒ±j), j∈F предварительно определенных уровней внешних силовых добавок. При соответствии текущих групповых биомеханических параметров среднему значению идеальной модели командной техники гребли, коррекцию не осуществляют.
Известный способ-прототип устраняет некоторые недостатки аналогов за счет возможности повысить качество тренировки путем измерения и своевременной коррекции биомеханических параметров командной техники гребли.
Недостатком указанного способа-прототипа является относительно низкая достоверность диагностики биомеханической совместимости гребцов. Это связано с тем, что прототипом не предусмотрена процедура попарного сравнения спортсменов по индивидуальным биомеханическим параметрам гребной локомоции, вычисления коэффициента сходства и выработки решения на рациональное распределение гребцов по номерам в экипаже морского яла, с позиции биомеханической совместимости.
Кроме этого, способ-прототип имеет узкую область применения, так как предназначен для симультанной тренировки только одного экипажа морского яла.
Целью заявленного технического решения является разработка способа коррекции состава экипажа морского яла с позиции биомеханической совместимости, обеспечивающего повышение эффективности тренировки путем рационального распределения спортсменов-гребцов по номерам в экипаже морского яла за счет своевременной диагностики биомеханической совместимости.
Заявленное техническое решение расширяет арсенал средств данного назначения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе коррекции биомеханических параметров командной техники гребли, заключающемся в том, что гребные тренажеры объединяют в локальную вычислительную сеть и подключают к компьютеру, устанавливают датчики на рукоятках условных весел, подвижном сиденье, раме тренажера, ножных упорах, нагрузочном устройстве, корпусе и голенях спортсменов. Измеряют и запоминают индивидуальные биомеханические параметры гребной локомоции каждого спортсмена, вычисляют по полученным значениям обобщенные групповые параметры биомеханических параметров, которые определяют верхнюю и нижнюю границу, а так же среднее значение идеальной модели командной техники гребли экипажа. В процессе заезда для каждого из m переменных условий измеряют и запоминают в массиве памяти текущие индивидуальные биомеханические параметры гребцов, вычисляют групповые текущие биомеханические параметры и сравнивают со средним значением идеальной модели командной техники гребли экипажа. В случае отклонения от среднего значения идеальной модели дополнительно выполняют попарное сравнение спортсменов по текущим индивидуальным биомеханическим параметрам, вычисляют коэффициент сходства для каждой пары гребцов, запоминают результаты в массиве памяти. Далее, по окончанию заезда m, классифицируют гребцов в соответствии с усредненными по количеству контрольных точек значениями коэффициента сходства, вычисляют степень биомеханической совместимости гребцов, после чего разделяют исходное множество спортсменов по номерам в экипаже морского яла с позиции биомеханической совместимости.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе достигается рациональное распределение спортсменов-гребцов по номерам в экипаже морского яла с позиции биомеханической совместимости, что обеспечивает достижение сформулированного технического результата - повышение эффективности тренировки путем рационального распределения спортсменов-гребцов по номерам в экипаже морского яла за счет своевременной диагностики биомеханической совместимости.
Заявленные объекты изобретения поясняются чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - пример объединения гребных тренажеров в единую сеть;
фиг. 2 - структурная схема заявленного способа коррекции состава экипажа морского яла с позиции биомеханической совместимости;
фиг. 3 - блок-схема последовательности действий, реализующих заявленный способ коррекции состава экипажа морского яла с позиции биомеханической совместимости;
фиг. 4 - пример результатов вычисления коэффициента сходства между всеми парами гребцов в одном замкнутом цикле гребка;
фиг. 5 - блок-схема алгоритма иерархической классификации гребцов;
фиг. 6 - вариант результатов исследований групповых и индивидуальных текущих биомеханических параметров спортсменов при экспериментальном заезде m на интервале времени Т;
фиг. 7 - иллюстрация результатов распределения гребцов по номерам в экипаже морского яла с позиции биомеханической совместимости.
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом. Известно, что гребля на морских ялах представляет собой технически сложный вид спорта, требующий от спортсменов точной координации в работе почти всех мышечных групп, к тому же этот вид спорта является командным, что предъявляет дополнительные требования к технической подготовленности гребцов, согласованности и синхронности их действий. Опытным путем достоверно установлено, что неодновременное приложение сил со стороны экипажа вызывает увеличение рыскания лодки по курсу и потерю баланса, ведет к уменьшению мощности команды, создает неудобства для гребцов, что в конечном итоге приводит к снижению скорости лодки, см. Иванов Л.Н. и др. «Шлюпка. Устройство и управление» Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Воениздат, 1976. - 231 с. стр. 48-54. Т.е. чем выше степень слаженных и синхронных действий в команде, тем правильнее распределяется нагрузка на ее членов, что придает шлюпке равномерное движение, оптимальную среднюю скорость и обеспечивает лучшие результаты при прохождении соревновательной дистанции. Однако в процессе заезда в результате различной физической и технической подготовки гребцов, их биомеханические параметры могут изменяться, что в целом негативно влияет на командную греблю. Для повышения слаженной синхронной работы в составе экипажа морского яла осуществляют совокупность действий направленных на совершенствование командной техники гребли. Совершенствование техники гребли в способе-прототипе осуществляют путем своевременной коррекции биомеханических параметров командной техники гребли, не учитывая при этом совместимости гребцов по биомеханическим параметрам. Низкая эффективность известных способов тренировки гребцов, в том числе и способа-прототипа, обусловлена тем, что отсутствует возможность, позволяющая заблаговременно, осуществлять качественный подбор перспективных пар гребцов, оптимизировать рассадку этих пар по номерам в экипажах с позиции биомеханической совместимости. В том числе и при тренировках в осенне-зимний период, когда тренировочные заезды проводят на гребных тренажерах в спортивных залах. На устранение указанного недостатка направлен заявленный способ.
Для этого в заявленном способе, также как и в прототипе, предварительно, в тренажерном зале, где будет проходить тренировка спортсменов-гребцов занимающихся спортивной греблей на морских ялах, устанавливают гребные тренажеры Concept 2 или им эквивалентные, по числу членов экипажа таким образом, чтобы имитировалась рассадка гребцов по номерам в реальном яле. Объединяют их в локальную вычислительную сеть, используя беспроводные технологии или витую пару и подключают к компьютеру (фиг. 1). На каждом тренажере устанавливают датчики на рукоятках условных весел, подвижном сиденье, раме тренажера, ножных упорах, нагрузочном устройстве. Далее формируют идеальную модель командной техники гребли следующим образом. Измеряют индивидуальные биомеханические параметры гребной локомоции каждого спортсмена, в качестве основных параметров используют характеристики замкнутого цикла гребка. Цикл гребка делят на четыре фазы: захват - переходная фаза, проводка - рабочая фаза цикла и конец проводки - вторая переходная фаза, подъезд - фаза подготовки. То, как все эти фазы сочетаются друг с другом, определяет ритм гребка, см. Стив Редгрейв «Энциклопедия гребли» М.: Издательство Достоинство, 2014. - 327 с. стр. 123-135. В фазе захвата измеряют расстояние от подвижного сиденья до ножных упоров и полезную высоту ручек условных весел относительно рамы тренажера. В фазе проводки измеряют максимальные усилия, прикладываемые на ножные упоры и рукоятки условных весел, фиксируют время подъезда подвижного сиденья от точки максимально близкой к ножным упорам, к точке наиболее удаленной от них. В фазе конца проводки измеряют угол отклонения корпуса гребца от вертикали, измеряют расстояние максимального отъезда подвижного сиденья от ножных упоров, измеряют полезную высоту ручек условных весел относительно рамы тренажера и расстояние ручек условных весел до корпуса гребца, измеряют максимальное усилие, прикладываемое на подвижное сиденье. В фазе подъезда фиксируют время подъезда подвижного сиденья от точки максимально удаленной от ножных упоров, к точке наиболее близкой к ним, измеряют максимальные усилия, прикладываемые на ножные упоры, измеряют вертикальное положение корпуса и голеней гребца.
j
j
Регистрируют индивидуальные биомеханические параметры в массиве памяти и определяют по полученным значениям обобщенные групповые показатели биомеханических параметров, которые определяют верхнюю и нижнюю границу идеальной модели командной техники гребли экипажа. Метками времени t разбивают весь временной интервал Т заезда m на контрольные точки измерения групповых текущих биомеханических параметров. В процессе заезда, информация с датчиков через устройство сопряжения поступает в компьютер и регистрируется в массиве памяти, на метке t формируется текущее групповое значение биомеханических параметров.
Предлагаемая структурная схема способа иллюстрируется на фиг. 2. Работа способа, представленного на фиг. 2, осуществляется в соответствии с алгоритмом, изображенным на фиг. 3.
j
j
Измеряют текущие индивидуальные биомеханические параметры для условия заезда m в интервале времени Т, записывают полученную информацию в массив памяти. Определяют текущие групповые биомеханические параметры на первой метке t. Сравнивают значение текущих групповых биомеханических параметров с предварительно заданным значением идеальной модели командной техники гребли. Если текущее групповое значение биомеханических параметров не отклоняется от среднего значения идеальной модели командной техники гребли, то продолжают заезд. Если на интервале t текущие групповые биомеханические параметры отклоняются от среднего значения идеальной модели, то осуществляют попарное сравнение спортсменов по текущим индивидуальным биомеханическим параметрам и вычисляют коэффициент сходства между всеми парами гребцов.
j
Для вычисления коэффициента сходства между всеми парами гребцов, осуществляют операцию их попарного сравнения по некоторым признакам биомеханических параметров E следующим образом.
а
1
i
j
ij
Для анализа биомеханической совместимости гребцов, в компьютер заложен полный перечень как самих спортсменов  так и их биомеханических параметров  (фиг. 4). На основании этих данных строят матрицу М столбцами которой являются градации биомеханических параметров, а строками сравниваемые спортсмены (фиг. 4б). При этом у каждого спортсмена A∈A значения некоторых измеренных биомеханических параметров E∈E могут соответствовать или не соответствовать заданным значениям, в этом случае факт наличия или отсутствия номинального параметра у спортсмена представляют числом х множества {0.1}:
ij
Экспериментальные исследования и опыт практической гребли показали, что значение х задают по тому же принципу, по которому обычно оценивают технику гребли, т.е. по факту исполнения: выполнил - не выполнил, умеет - не умеет.
пр
При попарном сравнении спортсменов по биомеханическим параметрам замкнутого цикла гребка, по конечной совокупности признаков получают ряд значений весовых коэффициентов. В качестве коэффициента сходства сравниваемых спортсменов по конечной совокупности признаков (n) принимают некоторый средний вес, см. Смирнов Е.С. Таксономический анализ. М: Издательство Московского университета, 1969. - 187 с. стр. 19-38:
сх
2
сх
Значения (K) образуют квадратную матрицу, М=||K|| (фиг. 4в) которая имеет следующие свойства:
i,n
сх
сх
i,i
i,n
2
Отрицательные значения K указывают на то, что различий между сравниваемыми гребцами больше, чем сходства. Поэтому при отрицательном значении (K) можно однозначно сделать вывод о принадлежности гребцов к различным классам. Положительное значение (K) свидетельствует о сходстве, причем сходство не полное, так как K>K. Таким образом, диагональные значения матрицы М характеризуют наличие полных эталонов ("сравнение самого с собой"), а остальные значения характеризуют, только степень сходства. Значения коэффициента сходства для каждой пары гребцов запоминают в выделенных для этого массивах памяти.
j
Продолжают заезд. Перечисленные действия по вычислению коэффициента сходства между всеми парами гребцов выполняют на каждой последующей метке t аналогично, до тех пор, пока время заезда не закончится.
Далее, по окончанию заезда m осуществляют распределение гребцов по номерам в экипаже морского яла. Для этого в заявленном способе классифицируют спортсменов в соответствии с усредненными по количеству контрольных точек значениями коэффициента сходства и выделяют множество наиболее схожих вариантов из всех предлагаемых. То есть разбивают рассматриваемые варианты на два множества схожих и различных вариантов. Для выполнения такой классификации используют математический аппарат кластерного анализа, а именно иерархический алгоритм классификации см. Мандель И.Д. Кластерный анализ. - М.: Финансы и статистика. 1988. - 176 с.
i
3
3
3(
а
-p)×
а
-p
греб
греб
греб
греб
a
Иерархический алгоритм классификации выполняют по следующей схеме (фиг. 5). Первоначально каждого спортсмена из множества гребцов {A} считают отдельным кластером (бл. 2 и 3 на фиг. 5). Строят матрицу расстояний М размера n×n (n - количество классифицируемых спортсменов) (фиг. 7) каждый элемент которой вычисляют как усредненный по количеству контрольных точек коэффициент сходства всех пар гребцов с помощью формулы  для каждого i∈[1,n] (бл. 5 на фиг. 5). На следующем шаге объединяют два кластера, которые образуют новый класс (бл. 6 на фиг. 5). Далее определяют расстояния от этого класса до всех остальных кластеров, и размерность матрицы расстояний М сокращается на единицу. На p-ом шаге повторяют ту же процедуру на матрице М(), до тех пор, пока все спортсмены не объединятся в один класс. В результате классификации строят дендрограмму биомеханической совместимости (фиг. 7б), отражающую последовательность включения исходных гребцов в кластеры и расстояния между классами. Слева указаны условные номера гребцов. Вертикальная связь обозначает объединение кластеров. Снизу расположена шкала расстояний между кластерами. Вычисленные расстояния между классами характеризуют степень биомеханической совместимости гребцов. При этом чем меньше значение расстояния между спортсменами r, тем степень биомеханической совместимости выше: r→min. Т.е. чем ниже указанный показатель, тем больше сходство между гребцами. Показатель совместимости не имеет единицы измерения и нижнего (минимального) значения, что требует его нормировки к нулю r→0. Экспериментальные исследования и опыт тренерской работы показывают, что значение показателя совместимости должно находиться в пределах 0≤r≤1.
Далее тренеру на дисплей выводится информация, позволяющая рационально распределить гребцов по номерам в экипаже с позиции биомеханической совместимости.
В экспериментах с привлечением 10 экипажей морских ялов было достоверно установлено, что слаженные, синхронные действия всех членов экипажа зависят от биомеханической совместимости гребцов.
а
Пусть, для примера, проводим тренировку с шестью гребцами экипажа морского яла, в тренажерном зале, оборудованном шестью гребными тренажерами Concept 2. Гребные тренажеры объединены в локальную вычислительную сеть и подключены к компьютеру с установленным на нем специальным программным обеспечением, на каждом тренажере установлены измерительные датчики. На фиг. 6, показаны результаты измерений групповых текущих биомеханических параметров спортсменов при проведении m заезда с выводом текущего группового показателя биомеханических параметров.
i
1
1
2
1
2
3
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6а
Анализируют результаты измеренных значений текущих групповых показателей биомеханических параметров на интервале времени Т. Тренер проводит заезд m и контролирует по монитору результаты измерений групповых текущих биомеханических параметров спортсменов в соответствии с временными метками t. Компьютер анализирует данные текущих групповых значений биомеханических параметров экипажа морского яла на метке t. Текущее групповое значение биомеханических параметров экипажа на метке t (фиг. ) соответствует уровню 0, что является средним значением идеальной модели командной техники гребли. Компьютер продолжает обрабатывать поступающую информацию о текущих групповых значениях биомеханических параметров, на метке времени t, текущее групповое значение биомеханических параметров соответствует уровню 0,1, что является отклонением от среднего значения идеальной модели. Компьютер сравнивает значения текущих индивидуальных биомеханических параметров с номинальными значениями, по результатам сравнения строит матрицу М (фиг. 6б). После чего осуществляет попарное сравнение спортсменов по текущим индивидуальным биомеханическим параметрам и вычисляет коэффициент сходства между всеми парами гребцов, полученные значения прописывает в матрице М. (фиг. 6в). Значения коэффициента сходства для каждой пары гребцов запоминает в выделенных для этого массивах памяти. Компьютер анализирует данные текущих групповых значений биомеханических параметров экипажа морского яла на метке t. Текущее групповое значение биомеханических параметров экипажа на метке t соответствует уровню 0, что является средним значением идеальной модели командной техники гребли. Компьютер действия по вычислению коэффициента сходства не осуществляет. Компьютер продолжает обрабатывать поступающую информацию о текущих групповых значениях биомеханических параметров, на метках времени t, t, t, t, t, t, t, t, t, сохраняя в массивах памяти значения коэффициента сходства для каждой пары гребцов. По окончанию времени заезда T, компьютер вычисляет усредненные по количеству меток времени, значения коэффициента сходства для всех пар гребцов с помощью формулы  для каждого i∈[1,n]. Из расчетов исключаются метки времени, на которых групповые значения биомеханических показателей соответствовали среднему значению идеальной модели командной техники гребли.
По результатам вычислений компьютер строит дендрограмму биомеханической совместимости гребцов (фиг. 7б) и выводит данные дендограммы тренеру на монитор. Дендрограмма, представленная на фиг. 7б иллюстрирует степень биомеханической совместимости гребцов в экипаже морского яла. Например, гребцы под номерами 1 и 5 были первыми объединены в кластер и вычисленная степень биомеханической совместимости между ними равна 0,38. Гребцы под номерами 3 и 6 объединены в кластер вторыми и вычисленная степень биомеханической совместимости между ними равна 0,6. Гребцы под номерами 2 и 4 были объединены в кластер последними и вычисленная степень биомеханической совместимости между ними равна 1. Таким образом сформировалось три пары гребцов с допустимыми значениями биомеханической совместимости. При этом степень биомеханической совместимости сложившихся пар гребцов составляет: между первой и второй парой - 0,6, между первой и третьей парой - 2,38, между второй и третье парой - 2,38. Следовательно, рассаживать гребцов по номерам в экипаже морского яла следует следующим образом (фиг. 7в). Гребцов под номерами 1 и 5 на загреб, гребцов под номерами 3 и 6 на середину, а гребцов под номерами 2 и 4 на бак. Но при наличии большей выборки третью пару гребцов, в виду низкой биомеханической совместимости с экспериментальным экипажем, рационально перераспределить в другой экипаж, в котором находятся спортсмены с более близкими значениями биомеханической совместимости.
Перечисленные действия по коррекции состава экипажа морского яла с позиции биомеханической совместимости выполняют для каждого из m переменных условий тренировочного заезда на гребных тренажерах с привлечением одного или множества n экипажей морских ялов. Так как своевременное выявление совместимых по биомеханическим параметрам пар гребцов позволяет оптимизировать рассадку этих пар по номерам в экипажах морских ялов и, следовательно, в сжатые сроки добиться слаженных и синхронных действий гребцов в составе всего экипажа, что позволит значительно повысить результативность тренировочного процесса.
Таким образом достигается повышение эффективности тренировки путем рационального распределения спортсменов-гребцов по номерам в экипаже морского яла за счет своевременной диагностики биомеханической совместимости, что и обеспечивает достижение сформулированного технического результата. Кроме того, заявленный способ расширяет возможности тренерского состава, по контролю технической подготовленности спортсменов и облегчает процедуру принятия решения на рациональное распределение гребцов по номерам в экипаже с позиции биомеханической совместимости.