透過觸地時間就能推算你的跑速

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作者:楊珮渝、相子元

當走路或跑步時,腳跟觸地到腳尖離地所經過的時間被稱為觸地時間(contact time, CT)。早期有研究指出,不同動物雙腳的觸地時間,與跑步速度有著密切的關聯,近年有研究人員把此概念應用於時下最流行的路跑運動。

對於職業級跑者或是業餘跑者而言,跑步速度是一個用來直接衡量運動表現的指標,此外,大多數跑者在設計訓練菜單時,也會以跑速做為主要依據。

當跑者在戶外進行跑步時,手機中的跑步軟體或是穿戴式手錶、手環皆是透過全球定位系統(GPS)來偵測我們移動的距離以及所持續的時間,進而推算跑速;但不免會面臨跑速偵測失真的情況,特別是在道路轉彎處或是當跑者突然變換跑速的時候。而當我們在室內進行跑步時,GPS 的訊號也會因為建築物的遮蔽而變得不穩定,許多跑者會使用市售的步頻感測器來獲取跑速,在經過實驗的驗證下,步頻感測器似乎能夠大約估算跑速,但已發表的驗證研究數量有限;再者,感測器中使用的演算法及參數會依感測器規格及擺放位置而不同,因此我們無從得知這類產品是如何進行速度的推算。根據先前實驗室的研究,跑速的秘密也許就藏在觸地時間當中。

IMU+GPS 讓你隨時掌握精準跑速!

在荷蘭有學者為了驗證在室外跑步觸地時間與跑速的關係而做了一項研究,每名受試者皆會配戴運動手錶、心率帶以及在鞋帶繫上小型的三軸慣性測量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)。在正式實驗開始之前,會先進行 1.5 公里的校正跑,每名受試者會用自身最大速度的百分之 40、50、20、80、50、40的次序,每 125 公尺變換速度,休息 1 分鐘後,再依照同樣的速度順序折返,並透過 IMU 收取每名受試者的觸地時間,再使用數學公式推算該名受試者的跑速,進而推演至後續正式的 4 公里跑步測試,以人工計時的方式作為校標(如下圖)。

實驗流程示意圖
實驗流程示意圖

研究結果顯示以 GPS 和 CT 所預測的速度平均誤差為 1.6 % 和 2.5 %,但若只分析起點、折返點、終點(如下圖紅色方框所示),GPS 預測的跑速誤差值會增加至 5.0 %,而 CT 預測的跑速誤差值僅些微上升至 2.7 %。

這樣的結果顯示,在 GPS 使用受限的情況下,運用 IMU 測得的觸地時間可以幫助跑者們掌握更精確的跑步速度,未來可結合兩者的優勢相輔相成,應用於產品的開發,讓跑者們更加精準的控制跑步速度!

參考文獻 : de Ruiter, C. J., van Oeveren, B., Francke, A., Zijlstra, P., & van Dieen, J. H. (2016). Running speed can be predicted from foot contact time during outdoor over ground running. PLOS ONE, 11(9), e0163023.

內容來源:運動科學網

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