使用DASYLab®优化游泳运动员的体能

简介
Counsilman游泳科学中心创立于1995年,属于印第安纳大学人类行为实验室。该中心为纪念十大联盟教练中的James “Doc” Counsilman而命名,他曾获得23次十大联盟游泳队冠军以及四次世界冠军。该中心在游泳科学的学术研究中处于领先地位。根据中心网站的数据,该机构利用视频及电子技术来评估比赛游泳选手的表现,提供训练上的独到见解,测试运动员生理、心理及生物力学上的状态。

挑战
在一项分秒必争的运动比赛中,复杂的训练计划(如Counsilman中心开发的训练计划),决定了现今游泳比赛的结果。教练和训练员寻找可靠的方法来训练水上运动员的各项指标,其中许多训练在水下受阻或仅凭肉眼无法观察。对于那些研究并定义训练计划的人,评估并获取客观测量的速度、力量、冲刺长度、桨频以及阻力是很有必要的。除了每位游泳选手的独一无二性,游泳池本身的动态力学特性也要纳入考量。

解决方案
为支持Councilman中心的前沿科学研究,该中心联手Hector Engineering --- 一家专业为生物、生理、运动学与人类行为学实验室设计和定制传感器、测量与控制仪器的公司。基于MCC的 DASYLab®,Hector Engineering开发了Torrent E-Rack™。DASYLab是一款基于图标的数据采集、图形、控制和分析,无需编程即可开发复杂应用的软件。Torrent E-Rack可以测量、绘制、显示游泳者的实时数据。例如距离、时间、速度、功率、力以及最高的推力。为了获取数据,设备使用MCC紧凑且坚固的USB-1408FS,基于PC的模拟、数字I/O数据采集模块。USB-1408FS嵌入在不锈钢防水外壳中,可以保护它和其它电子设备免受泳池环境中刺激性化学物质的侵害。USB-1408FS接收来自转速计测量速度,光学计数器测量距离和控制开关的输入。该设备向电源接口板输出电压来控制电机、电子离合器、用于视频同步的电子闪光灯、信号灯和喇叭的电源。

在游泳者的训练期间,Torrent E-Rack在速度与功率的测试中可实现自控,在屏幕上显示数据并导出至Excel文件。设备也可以在重复的训练过程中为游泳选手设置、保持一个合适的阻力或辅助训练力。

Torrent E-Rack
Torrent E-Rack 由不锈钢外壳和防水配件构成,包含一条连接游泳者的线轴。该设备由动力生产系统、电动机和电子电源接口驱动。连接至数据采集和信号调理硬件的速度传感器为 DASYLab 提供数据输入,其中的数据被显示或记录到电子表格以供进一步分析和记录保存。

程序包含六项测试与训练模块。在速度与功率测量中,仪器允许使用者测量并记录时间、距离、最快速度、最大功率和失速力(最大推力可达43磅)。这些数据被用来估算游泳者的速度与功率,决定了合适的训练阻力,并可结合训练计划周期性评估游泳者的进步。在阻力训练计划中,训练阻力的期望值、重复次数与重复间隔都已被设定。当游泳者游到泳池的末端时,E-Rack感知到游泳者停止并将其送回开始位置。预设间隔时间结束后,游泳者会收到信号以进行下一轮训练。当预设的重复次数完成后,设备会关闭。所有被采集到的数据都会被存储以用于后续的分析。辅助训练计划允许用户为个体游泳者设置辅助力的期望值、训练间隔及重复次数。游泳者以无阻力的速度前进;而在转向后自动施加设定的辅助力,帮助游泳者以更快速度游回到原始位置。声音信号被用来指导游泳者的训练队列

另一个计划在每次重复过程中都结合了阻力训练与辅助力训练。牵引计划能以较快的速度牵引游泳者以研究在出发时的流线型姿势。

在可选阻力的10米定时冲刺计划中,重复测量游泳者10米冲刺的平均速度。系统显示实时距离、时间、速度、功率、力、最大速度与最大功率。使用DASYLab的接口与模块可轻易在屏幕上实时记录冲刺总数、每米的冲刺数、一次冲刺的距离,每次冲刺的功率(单位:瓦特)。当绘制功率与冲刺,最大功率与最大速度的关系图时,可以将游泳者的体能与速度最快的游泳者进行比较,并确定用于提高强度或速度的最佳训练方案。所有模块记录了训练规定距离内的瞬时与平均速度,以便在需要时实现逐冲刺的分析。

使用 DASYLab,Hector博士能轻松地为六个方案自定义显示。图表记录器显示距离,速度与功率。一组垂直仪表计可以记录并显示每次重复过程的训练时间、重复次数、阻力和辅助力(单位:牛顿与磅)。这些数值会保持直至下次重复过程开始。另一组仪表计可以捕捉并保存平均速度与平均功率。当每个测量周期有最多30个重复过程时,15个重复过程的数值可以被保存。使用DASYLab的拖放图标建立界面时,Hector博士结合下拉滚动条,使屏幕上的任何测量值都可以在图表记录器上显示。在任意操作模式下,可以获得任意情况下的数值,包括:每次冲刺的最大最小值,任意点的加速度,每个间隔的平均值,冲刺率,冲刺长度等。且对每个数值,DASYLab都提供图像缩放功能以便更好地分析图表记录数据。

结果
在Torrent E-Rack解决方案与 DASYLab 的帮助下,研究的学生们有更多的时间可以去钻研自己的领域。拥有图像界面的实时调整能力后,研究人员就无需进行复杂的软件编程。Hector Engineering利用DASYLab直观的图形化编程以及模块库,节省了大量开发E-Rack界面的时间。他们可以将更多精力集中于自己的研究领域,而不是学习复杂的编程语言。此外,Hector Engineering意识到,与昂贵的硬件设备测试相比,使用DASYLab模块进行软件计算要节省更多成本。

Torrent 与E-Rack 都是Hector Engineering公司的注册商标。


Author Information
Dwight H. Hector, Ph. D. President
Hector Engineering Co., Inc.
Phone: 812-876-5274
www.torrentswimtrainer.com
www.hectorengineering.com
dhector@bluemarble.net

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