СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ СПОСОБНОСТЕЙ

Брискин Ю. А.¹, Блавт О. З. ²

¹Профессор, доктор наук по физическому воспитанию и спорту, Львовский государственный университет физической культуры;  ²доцент, кандидат наук по физическому воспитанию и спорту,  Национальный университет «Львивска политэхника»

СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ СПОСОБНОСТЕЙ

Аннотация

В работе рассмотрены вопросы тестового контроля скоростно-силовых способностей в процессе физической подготовки. Впервые показана возможность применения емкостного сенсорного устройства мониторинга в физическом воспитании и спорте, позволяющего интенсифицировать процесс тестирования скоростно-силовых способностей и обеспечивать срочное получение достоверных результатов мониторинга тестовых испытаний.

Ключевые слова: контроль, тестирование, мониторинг, скоростно-силовыхе способности, сенсорное устройство.

Briskin Yu.A. ¹, Blavt O.Z. ²

¹Professor, Dr.Hab.Lvov state university of physical culture;  ²associate professor,Ph.D.L'viv Polytechnic National University

MONITORING SYSTEM SPEED POWER ABILITIES

Abstract

The paper deals with the test control of speed and power abilities during physical training. For the first time the possibility of application sensor monitoring hardware components in physical education and sport, allowing intensify the process of testing speed and power abilities and provide urgent to obtain reliable results of monitoring tests.

Кeywords: control, testing, monitoring, speed and power abilities sensor device.

Рационально качественный поход к процессу спортивной подготовки предусматривает постоянную оценку адекватности конкретной тренировочной программы и обеспечивание быстрой коррекции несоответствия. Текущий контроль динамики физической подготовленности рассматривается как главный компонент управления физической подготовкой в процессе занятий, который является основой дальнейшего планирования [2, 7].

Эффективное управление процессом физической подготовки предполагает владение объективной и достоверной информации о динамике показателей уровня физической подготовленности. Вопросы тестирования физической подготовленности – одни из наиболее актуальных теории и методике физического воспитания и спорта.

Многочисленные научные источники [1, 2, 5-8] посвящены вопросам управления тренировочным процессом в области физической культуры и спорта на основе контроля состояния и уровня специальной физической подготовленности. Тем не менее, эта проблема до сих пор является предметом дискуссий. Несомненным является факт, что в основе роста спортивных результатов лежит усовершенствование средств и методов развития физических качеств, а также текущего контроля этого процесса [1, 2, 5, 7]. Одной из проблем, стоящих перед исследователями области физического воспитания и спорта, является необходимость кардинальной перестройки системы тестового контроля в направлении ее модернизации, внедрения инновационных подходов, и современных технологий ее организации. Обеспечение высокого уровня физической подготовки, что является одним из важных предметов изучения многих исследований, обусловливает высокую актуальность поиска путей совершенствования методик тестирования. Учитывая вышеcказанное, разработка средств и методов тестового контроля является мощным средством повышения эффективности учебно-тренировочного процесса.

В системе физической подготовки силовые способности по своей структуре и измерением являются наиболее многокомпонентными по сравнению с другими физическими качествами. Их высокий уровень практически необходим для сохранения высокого уровня работоспособности в процессе занятий физической культурой и спортом [2, 7].

Скоростно-силовые способности, проявляются в действиях, где наряду с силой требуется высокая скорость движений (легкоатлетические прыжки и метания, спринт, бокс, рывок штанги и т. д.). Они характеризуются непредельными напряжениями мышц, проявляемыми с необходимой, часто максимальной мощностью в упражнениях, выполняемых со значительной скоростью, но не достигающей, как правило, предельной величины. Скоростно-силовые способности проявляются в способности выполнять движение в минимально короткий отрезок времени и в условиях, когда оказывается активное противодействие этому. К этим силовым противодействиям можно отнести: преодоление силы и тяжести массы тела [5].

Повышению уровня развития скоростно-силовых способностей в исследованиях авторитетных ученых уделяется большое внимание, поскольку они являются научной основой для понимания и практического решения определенных вопросов в физкультурно-спортивной тренировке [1, 2, 5, 7]. Среди необходимых условий, обеспечивающих их усовершенствование, важным является изучение динамики их развития, что требует создания оптимальной методики контроля.

Для определения уровня скоростно-силовых способностей применяются разнообразные контрольные упражнения. В настоящее время наиболее часто предлагается использовать «прыжковый» тест — выпрыгивание вверх (с измерительной лентой и без нее): перемещения туловища или его отдельных сегментов в пространстве в относительно короткий промежуток времени [6, 8] .

Для определения высоты выпрыгивания без измерительной ленты используется доска с делениями, которая крепится на стену. Субъект мониторинга стоя, касается доски как можно выше. Далее прыгает вертикально вверх и касается еще раз разметки. Расстояние между двумя точками касания - оценка высоты прыжка. Этим же тестом измеряется и скоростно-силовая выносливость: выполняются серии прыжков с интервалом в 3 сек. Количественная оценка теста осуществляется путем эргометрического анализа, позволяющий получить ряд показателей, характеризующих скоростно-силовую выносливость: максимальная высота выпрыгивания и количество прыжков, выполняемых с максимальной высотой.

Сложность этого теста заключается в необходимости строгой стандартизации эталонного положения стоя - стойка лицом к доске с максимально поднятыми руками, а также положения присев: положение когда угол в коленном суставе – 90 градусов, которое возможно стандартизировать только используя електрогониометр.

Выпрыгивание с измерительной лентой заключается в использовании приспособления, которое представляет собой упругий зажим, наглухо прикрепленный к полу. Методическая особенность этого теста заключается в том, что испытуемый после выпрыгивания должен приземляться в квадрат размерами 40 × 40 см, что затрудняет выполнение теста [6, 8].

Соответственно, учитывая объективные трудности при проведении теста, существует определенная зависимость субъективной оценки восприятия соблюдения необходимого положения тела, которое устанавливают визуально при проведении мониторинга. Существует вероятность погрешности и в достоверной оценке результатов выполнения тестового упражнения. Соответственно они не могут свидетельствовать об эффективности использованных средств учебно-тренировочного процесса.

Анализ практических и теоретических исследований исследуемого вопроса [1, 2, 5-8], показывает существующие противоречия между необходимостью обеспечения объективности тестирования и невозможностью это сделать. Следует отметить, что в теории и практике физической культуры и спорта вопросы, связанные с информативностью процедуры тестирования динамики скоростно-силовых способностей, разработаны недостаточно, что признают многие ученые [2, 6, 8].

Необходимость поиска путей совершенствования методики тестирования скоростно-силовых способностей обусловила выбор темы и направления исследования. Считаем, что разработка новых средств, методов и технологий, основанных на современных достижениях электронной техники, является одним из важнейших и наиболее перспективных направлений совершенствования процесса тестирования.

Цель исследования – обоснование и реализация современных электронной автоматизированной системы мониторинга для совершенствования тестирования скоростно-силовых способностей.

Для создания автоматизированной системы тестирования параметров скоростно-силовых способностей нами разработано емкостное сенсорное устройство мониторинга (ЭСУМ), которое базируется на сочетание современных нанотехнологий и микропроцессорных систем, в частности, сматфонов, планшетных компьютеров и т.п. Основой ЭСУМ является электронные измерительные системы пространственного положения объектов на базе емкостных сенсорных устройств [3, 9, 10].

Сенсорные устройства - одни из наиболее динамично развивающихся классов современной электроники. Современная микросенсорика, как сформированное направление развития электронных средств измерения параметров физических величин, сочетает в себе традиционную измерительную технику, твердотельную электронику, схемотехнику и микропроцессорную технику. Одним из наиболее прогрессирующих классов сенсорных устройств является сенсоры емкостного типа. Информативным сигналом таких сенсоров является электрическая емкость между электродами, которая изменяется под действием внешних факторов. Таким фактором является расстояние между движущимся телом объекта мониторинга, и системой неподвижных электродов. Существенным преимуществом сенсоров емкостного типа является безконтактность процесса измерения, что обеспечивает высокую эргономичность ЭСУМ.

Для создания электродов в данных приборах используется «интеллектуальный текстиль», который изготавливают с использованием нановолокон. Последние изготавливают, наполняя традиционные волокнистые полимеры наночастицами токопроводящих материалов, что обеспечивает их высокие эластичные и электрические характеристики. Одним из наиболее перспективных материалов считаются углеродные нанотрубки. Электропроводность наполненных ими волокон сопоставимо с медью, а механическая устойчивость – со сталью. При этом удельный вес нанотрубок в сотни раз меньше, чем в традиционных материалах.

Изготовление токопроводящих тканей уже освоено промышленностью, в частности компания Hana Elecom производит широкий ряд гибких металлизированных тканей, адгезивных лент могут наноситься на традиционные ткани, а также разнообразные гибкие профили, прокладки и т.д. Некоторые из таких материалов представлены на рис. 1, а структура металлизированной ткани - на рис. 2.

Рис. 1 - Токопроводящий текстиль и гибкие профили фирмы Hana Elecom

Основой тканей является полиэстеровые волокна (Polyester), поверхность которых покрыта сверхтонкими слоями меди, никеля или золота (Copper, Nickel, Gold plating).

 

Рис. 2 - Стуктура ткани фирмы Hana Elecom на основе металлизированного полиэстера

Для обеспечения достоверности результатов тестирования и объективности мониторинга в прыжков в высоту сформировано ЭСУМ. В состав которой входят: емкостные электроды (активный и пассивный), сигнальная линия, сигнальный преобразователь, интерфейс, линия связи и мобильная коммуникационная система, в частности, смартфон или планшетный компьютер.

Одномерную матрицу активных полосковых емкостных электродов наклеивают на индикационную стенку (рис. 3). Активные электроды соединяются с сигнальным преобразователем сигнальной линией (жгутом кабелей). Пассивный электрод в виде маркера, размещается на субъекте мониторинга, является бесконтактным, что обеспечивает отсутствие кабелей между этим электродом и сигнальным преобразователем.

Сигнальный преобразователь обеспечивает коммутацию матрицы емкостных электродов на один аналоговый информационный вход и преобразования типа «емкость электрода – цифровой код». Далее цифровой сигнал через интерфейс (в данном варианте - USB интерфейс) и линию связи, в частности, инфракрасного или радиочастотного диапазонов, передается на мобильную коммуникационную систему, где он записывается и графически визуализируется [4].

 

Рис. 3 - Структурная схема ЭСУМ прыжка в высоту

В системе измерении параметров прыжка матрица емкостных электродов формирует набор сигналов, по которым можно провести мониторинг самой высокой и самой низкой точек тела субъекта мониторинга, положения частей тела и динамики движения (с временной разрешающей способностью 0,01 с). Электроды в виде гибких токопроводящих лент наклеиваются на индикационную стенку, высотой до 3 м. Ширина лент и расстояние между ними составляет 5 мм, что и определяет разрешение измерения пространственного положения, в частности над уровнем пола, субъекта мониторинга.

Сигнальный преобразователь реализован на интегральной схеме PSoC - программируемой системе на кристалле компании Cypress. Схема соединения сигнального преобразователя PSoC приведена на рис. 4, где показано Capacitance Sensor Lines (ленточные линии емкостных сенсоров), LED indicators (индикаторы высоты или расстояния на свет диодах или светодиодном мониторе), Molile PC (персональный компьютер - мобильная коммуникационная система).

Рис. 4 - Схема соединения сигнального преобразователя

Внешний вид и структура системы на кристалле PSoC приведена на рис. 5, а программная среда системы на кристалле PSoC - на рис. 6.

 

Рис. 5 - Внешний вид и структура системы на кристалле PSoC

Рис. 6 - Программная среда системы на кристалле PSoC

Пример формы сигнала и его границы приведены на рис. 7 и 8, где показано: 1 - нижняя граница сигнала, 2 - сигнал, 3 - верхняя граница сигнала 4 - порог срабатывания подтверждение правильно выполненного упражнения.

Рис. 7 - Пример формы сигнала и его границы

 

Рис. 8 - Пример формы сигнала при выполнении тестового упражнения

Разработанный способ оценивания скоростно-силовых способностей заключается в том, что матрица активных электродов с цифровым выходом регистрирует поступающие сигнала с маркера, размещенного на субъекте мониторинга и положение которого изменяется во время выполнения упражнения. Матрица регистрирует момент начала выполнения упражнения, процесс выполнения и момент окончания. Далее цифровой сигнал через интерфейс и линию связи, поступает на сигнальный преобразователь, где он обрабатывается. Далее беспроводными устройствами передачи информации сигнал подается на электронно-вычислительное устройство, которым и реализуют мониторинг выполнения упражнения и по значению которого делают заключение о состоянии скоростно-силовых способностей.

К достоинствам разработанного способа следует отнести сочетание таких свойств, как:

1. комфортность обследования, исключающую специальную подготовку субъекта мониторинга для крепление на нем электродов или датчиков при его обследовании;
2. краткое время обследования, которое складывается из времени съема информации (обычно в пределах 20-60 секунд) и времени просмотра полученных данных и анализа результатов обработки, которое при массовых обследованиях не превышает 1-2 минуты; но может быть реализован и мониторинг, то есть длительное наблюдение с обновлением результатов обработки через заданный интервал времени;
3. информативность обследования;
4. высокий уровень достоверности;
5. многофункциональность, позволяющую использовать методику как диагностическое средство широкого контроля и тренировки скоростно-силовых способностей;
6. простоту реализации.

Внедрение и использование современных электронных технологий в тестовый процесс в области физической культуры и спорта является мощной методологической основой для непрерывной научно обоснованной целенаправленной его коррекции на основе интегрального подхода к развитию физических качеств, что позволяет достичь качественного улучшения тренировочного процесса.

Выводы

Совершенствование качества тренировочного процесса возможно путем разработки и внедрения специальных электронно-технических устройств для осуществления автоматизированного мониторинга специальной физической подготовленности. Предлагаемый разработанный способ оценивания скоростно-силовых способностей базируется на новейших достижениях электронной техники, что обеспечивает получение достоверных данных при незначительных потерях времени. Научный потенциал технического оснащения процесса тестирования в процессе физической подготовки позволяет на достаточно высоком уровне проводить контроль и оценку этих показателей.

Объективная оценка динамики развития скоростно-силовых параметров физической подготовленности позволяет комплексно решать вопросы текущего контроля, своевременно вносить коррективы в ходе занятий согласно полученным результатам и, таким образом обеспечить выбор оптимальной стратегии тренировочного процесса за счет целенаправленной его коррекции.

Дальнейшие исследования планируются в направлении разработки автоматизированных технологий реорганизации других тестовых проб для организации четкого контроля в области физической культуры спорта.