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足弓刚度对运动员单脚纵跳能力的生物力学分析

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足弓刚度对运动员单脚纵跳能力的生物力学分析

第十三届全国体育科学大会

作者：黄涛但林飞任家锐王维蕊吴佩琦刘鑫李建设

研究目的:足弓结构是人类在进化过程中区别于其他灵长类动物的重要特征之一。在人体运动过程中,足弓通过辘轳机制和主动肌肉收缩实现脚对地面的蹬离,也是足弓的主要刚性来源。足弓刚度表示为在外力作用下足弓协同抵抗形变能力,已有研究... 详细信息

研究目的:足弓结构是人类在进化过程中区别于其他灵长类动物的重要特征之一。在人体运动过程中,足弓通过辘轳机制和主动肌肉收缩实现脚对地面的蹬离,也是足弓的主要刚性来源。足弓刚度表示为在外力作用下足弓协同抵抗形变能力,已有研究表明与下肢蹬伸发力效果有关。通过对比跳高运动员不同足弓刚度对单脚纵跳成绩的影响,为跳高运动员选材及专项训练提供理论支撑。研究方法:共招募15名男性国家二级跳高运动员及擅长跳高运动者,基本信息为:年龄(22.2±0.5)岁,身高(174.0±3.3)cm,体重(67.3±1.6),BMI(21.7±2.4)kg/㎡。通过足型扫描仪将受试者分为2组:较高刚度足弓组(n=8)和较低足弓刚度组(n=7)。实验前24小时未做过剧烈运动。实验前,受试者精神状态良好,实验态度积极。静态足部测量:采用Easy-Foot-Scan (Ortho Baltic,Kaunas,Lithuania)对受试者足部形态进行红外光学扫描,分辨率为1.0毫米,平滑度为30毫米,孔洞填充为100毫米。所有受试者需要分别在静态,站立和坐着条件下完成脚部扫描,并保持两腿分开,与肩同宽。实验只记录受试者的右脚测量数据。足弓高度系数AHI的测量方法为:用脚背点到表面的垂直距离(脚背高度)除以第一跖骨关节突起到小腿骨最后方距离(脚球长度)足跟最远端的距离(截断长度)。动态单腿纵跳测量:在完成足部形态学扫描后,所有受试者都需要进行单腿纵跳实验,采用红外运动捕捉系统(Vicon Motion System Ltd.,Oxford,UK,200Hz)和测力台(AMTI,Watertown,MA,United States,1000HZ)采集受试者单腿纵跳动作的下肢运动学和动力学数据。单腿纵跳动作要求如下:(1)双手叉腰(避免手臂摆动影响运动效果);(2)右下肢支撑,左下肢屈膝于体侧;(3)身体快速下蹲,膝关节自然屈曲;(4)支撑脚全力迅速向前下方蹬伸,快速向上起跳,摆动腿顺势摆动;(5)自由落地,自然弯曲,无需动作保持。正式实验开始前,受试者进行5分钟慢跑热身随后进行试跳,待所有准备工作完成后进行正式实验,受试者需要提供3次有效测量数据,两次实验之间有2分钟的休息时间。数据采集:根据足部形态扫描得到的足部图像,用AutoCAD软件计算足部结构变量。基于Vicon Nexus软件创建的C3D格式文件,使用Visual 3D软件(C-Motion Inc.,Germantown,MD,USA)计算髋关节、膝关节、踝关节和跖趾关节在三维运动面内的关节运动学变量。基于Vicon三维运动捕捉系统采集的运动学参数对髋、膝、踝和跖趾关节在矢状面、冠状面和水平面内的的三维运动进行定义。并在Visual 3D软件中采用逆向运动学算法计算下肢四个关节的运动角度。足弓高度系数AHI的计算方法为:用脚背点到表面的垂直距离(脚背高度)除以第一跖骨关节突起到(小腿骨最后方距离(脚球长度)足跟最远端的距离(截断长度)。足弓刚度系数ASI的计算方法为:ASI=0.4×体重/[(AHI(坐姿)-AHI(站姿)],在之前有相关的研究表明,数值1524为ASI中位数。因此,基于上述标准,本次研究的参与者被分为两组:刚性足弓组(StiffArch,ASI> 1524)和柔性足弓组(Flexible Arch,ASI 0.05);髋关节起跳离地时刻较高刚度足弓组在最大髋屈角,峰值vGRF时刻髋屈角与较低足弓组均有显著性差异(p0.05)。动力学结果显示,在单腿纵跳动作中,有较高刚度足弓受试者和较低刚度足弓受试者在垂直向上的地面反作用力峰值及地面反作用力平均值指标均有显著性差异(p0.05)。较高刚度足弓受试者和较低刚度足弓受试者在髋,膝,踝关节缓冲峰值

关键词：足弓跳高运动员生物力学地面反作用力

瑜伽垫材质对青年女性垫上运动的下肢生物力学影响研究

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瑜伽垫材质对青年女性垫上运动的下肢生物力学影响研究

第十三届全国体育科学大会

作者：刘鑫但林飞吴佩琦黄涛王维蕊任家锐李建设

研究目的:垫上运动是最受青年女性青睐的运动方式之一,瑜伽垫是一种多功能的便携式运动器械,不仅仅可以用来进行瑜伽、健身操练习,也适用于体能训练、伸展动作练习以及康复性训练等。目前我国国内市场上流行的瑜伽垫多种多样,差异主要... 详细信息

研究目的:垫上运动是最受青年女性青睐的运动方式之一,瑜伽垫是一种多功能的便携式运动器械,不仅仅可以用来进行瑜伽、健身操练习,也适用于体能训练、伸展动作练习以及康复性训练等。目前我国国内市场上流行的瑜伽垫多种多样,差异主要存在于材质、结构、厚度方面,缺少相应的科学理论作为产品分类的依据,普通健身青少年女性人群很难选择与运动功能相匹配的瑜伽垫。因此,本研究通过对青年女性在四种材质瑜伽垫上完成健身动作进行生物力学分析,探究瑜伽垫材质对青年女性垫上运动的下肢生物力学影响,并在此基础上探讨不同材质瑜伽垫的缓震性能、稳定性能及防滑性能,从而为垫上运动过程中预防运动损伤提供生物力学参考,为健身运动人群选择相应功能的瑜伽垫提供合理建议。研究方法:本研究共测试了26名青年女性在四种不同材质(EVA、NBR、PU及TPE)瑜伽垫上完成指定动作。实验共进行三项性能测试:(1)落地缓震性测试,受试者从30厘米跳箱上无初速度垂直地面落下,中间没有停顿及其它伴随动作,单腿落地支撑并保持平衡,使用Vicon三维运动捕捉系统、AMTI三维测力台测试系统对落地动作的下肢生物力学参数进行同步采集,并使用V3D软件进行逆向动力学运算;(2)单腿支撑稳定性测试,受试者赤足站立于Footscan平板式足底压力测试平台前,右腿作为支撑腿并保持与地面垂直,同时躯干向体前下压至与地面平行,左腿伸直并后举至与躯干呈180°,中间没有停顿及其它伴随动作,采集单腿支撑动作的足底各分区压力参数;(3)模拟干燥、湿润状态下人体皮肤与不同材质健身垫间的静态摩擦力,将健身垫平铺于实验室地面并固定地-垫间的接触面,同时固定重物Fz(10kg壶铃)与硅胶脚间的接触面。将固定重物的硅胶脚放置于瑜伽垫中间位置,用拉力测试仪连接硅胶脚,水平方向施加渐增式牵拉力,当重物发生位移时计表显牵拉力为Fx,所测得人体皮肤与瑜伽垫间的摩擦系数μ=Fx水平牵引力/Fz重物地面压力。同时模拟有汗液状态的皮肤与不同材质瑜伽垫间的静态摩擦力,使用0.9%浓度的生理盐水模拟人体汗液,通过喷壶均匀洒在硅胶脚底,复测上述实验过程。研究结果:(1)落地动作的着陆缓冲阶段,瑜伽垫材质对膝、踝关节的部分动力学、运动学及地面反作用力数据存在显著影响。NBR瑜伽垫的踝内翻角度(-10.72±6.93vs-6.76±5.74)、垂直地面反作用力(4.41±0.74vs3.97±0.84)及平均垂直加载率(76.39±16.19vs3.97±0.84)均显著大于PU瑜伽垫(PTPE(0.76±0.06)>NBR(0.72±0.05)>EVA(0.69±0.04),湿润状态下硅胶脚与瑜伽垫之间的摩擦系数大小为PU(0.89±0.07)>TPE(0.72±0.06)>EVA(0.52±0.05)>NBR(0.32±0.05)。研究结论与建议:(1)不同材质瑜伽垫的缓冲效果有明显差异,NBR瑜伽垫较大的踝内翻角度、膝外展力矩、垂直地面反作用力及平均垂直加载率均可能造成更大的下肢关节损伤风险,建议进行高冲击力及大强度健身运动时避免使用NBR瑜伽垫。(2)不

关键词：下肢生物力学垫上运动瑜伽垫材质运动损伤

居家隔离/线上学习对青少年特发性脊柱侧弯发病率的调查研究

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居家隔离/线上学习对青少年特发性脊柱侧弯发病率的调查研究

第十三届全国体育科学大会

作者：王维蕊刘鑫吴佩琦黄涛任家锐曹蔚明但林飞李建设

研究目的:青少年特发性脊柱侧弯(AIS)被定义为脊柱外侧偏移,是儿童和青少年中最常见的脊柱疾病。体力活动缺乏、屏前时间增加、视力下降可能是中小学生发生脊柱侧弯的原因,居家隔离及线上学习对青少年生活方式造成一定程度的影响,研究... 详细信息

研究目的:青少年特发性脊柱侧弯(AIS)被定义为脊柱外侧偏移,是儿童和青少年中最常见的脊柱疾病。体力活动缺乏、屏前时间增加、视力下降可能是中小学生发生脊柱侧弯的原因,居家隔离及线上学习对青少年生活方式造成一定程度的影响,研究的目的是调查疫情居家隔离期间对青少年脊柱侧弯发生率的影响。研究方法:在疫情居家隔离前后,对宁波市8所小学和5所初中共4000余名青少年进行调查研究。测试共包括三个部分:(1)背部目视检查;(2) Adam’s脊柱侧弯尺的测试;(3)红外扫描及图像分析,两次测试完成后,受试者均参与体力活动问卷。研究结果:在居家隔离前后的调查中,前、后测分别检出阳性的青少年为642例、836例,后测阳性检出率上升了7.58%。调查数据显示,在颈椎组中(C1-C7),前测共254例(占比患者数39.56%),后测共292例(34.93%);在胸腰椎组中(T1-T12),前测共371例(57.79%),后测共516例(61.72%);在尾椎组中(L1-L5),前测共17例(2.65%),后测共28例(3.35%)。AIS阳性率与风险因子相关分析结果显示,前测AIS阳性与屏前时间(r=0.86,p家隔离对青少年的生活方式产生了很大的影响,两次数据显示,华东地区青少年AIS阳性检出率明显高于前测;(2)两次调查显示,颈椎和腰椎更容易发生脊柱侧弯,后侧的中等程度脊柱侧弯比例大幅上升;(3)在相关性分析中,青少年发生脊柱侧弯的主要原因是因为BMI增加、屏前时间增加和体力活动减少。

关键词：青少年健康脊柱侧弯居家隔离体力活动

跳绳垫对跳绳蹬伸动作下肢生物力学特征的影响

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跳绳垫对跳绳蹬伸动作下肢生物力学特征的影响

第十三届全国体育科学大会

作者：吴佩琦但林飞刘鑫黄涛王维蕊任家锐黎逢锋李建设宁波大学

研究目的:本研究的目的是通过采集受试者在地面及不同厚度（6mm、12mm）的两块跳绳垫上完成跳绳动作的下肢生物力学参数,对比分析下肢三维运动学、动力学等相关参数的基本规律特征,探究在不同界面及不同厚度跳绳垫跳绳时跳绳蹬伸及缓冲... 详细信息

研究目的:本研究的目的是通过采集受试者在地面及不同厚度（6mm、12mm）的两块跳绳垫上完成跳绳动作的下肢生物力学参数,对比分析下肢三维运动学、动力学等相关参数的基本规律特征,探究在不同界面及不同厚度跳绳垫跳绳时跳绳蹬伸及缓冲落地阶段对下肢关节的生物力学特征的影响,为不同人群选择适宜的跳绳界质提供数据参考,对跳绳运动相关损伤的预防提供有意义的指导,为跳绳垫的设计与优化升级提供理论支撑。研究方法:本次测试共募集19名男性跳绳兴趣爱好者（年龄22.45±1.6岁;身高179.65±4.3cm;体重78.56±5.8kg;BMI22.58±1.7 kg/m）,受试者熟悉测试流程,实验设计在正式进行测试前,安排受试者进行5min慢跑和10min动态热身,包括相应的脚踝和膝盖的常规拉伸。测试开始时,由实验人员发令,受试者听到指令后在节拍器的引导下,分别在地面（a组）、6mm跳绳垫（b组）和12mm跳绳垫（c组）上完成3次10秒的并腿单摇跳绳,跳绳速度为120次/min（中速）,每完成一个界质的跳绳,受试者填写一份相应的主观舒适度量表。3次实验之间休息5-10分钟,确保疲劳得到恢复。采用Vicon红外运动捕捉系统和AMTI三维测力台测试系统同步采集跳绳蹬伸动作的下肢生物力学数据,从30s收集到的数据中分别选择一个完整的跳绳动作（蹬地起跳-腾空-落地缓冲）进行分析。将采集到的原始数据导入Visual 3D软件进行运动学和动力学指标的运算。使用SPSS.24.0软件对数据进行单因素方差分析,统计的显著性水平设定为p<0.05。研究结果:在地面及不同厚度跳绳垫完成跳绳蹬伸动作时,a组、b组和c组的踝关节角度（42.18±2.59;45.35±3.4;48.69±4.11）均存在显著性差异（p<0.01）,c组踝关节跖屈角度显著高于a组（p<0.001）,在踝关节力矩上,b组（-1.04±0.18）显著高于a组（-0.62±0.14）和c组（-0.71±0.18）,b组与a组之间存在显著性差异,c组与b组之间存在显著性差异（p<0.01）;在踝关节功率上,a组、b组和c组（-0.84±0.16;-1.14±0.36;-0.41±0.32）均表现出显著性差异（p<0.001）,踝关节矢状面跖屈峰值功率b组大于a组且大于c组;a组、b组和c组的髋关节角度（20.55±1.05;26.45±2.66;23.64±3.41）均存在显著性差异（p<0.005）,髋关节矢状面屈曲峰值角度b组大于c组且大于a组;在髋关节力矩上,a组（1.27±0.12）矢状面髋关节峰值力矩显著大于b组（0.78±0.24）,b组与a组存在显著性差异（p<0.05）;髋关节角速度上c组矢状面屈曲峰值角速度（101.09±6.12）和a组（95.82±3.54）存在显著性差异（p<0.05）;a组、b组和c组下肢膝关节的关节角度（-21.1±4.58;-24.75±3.23;-28.35±3.18）均存在显著性差异（p<0.05）,膝关节矢状面屈曲峰值角度c组大于b组大于a组;膝关节力矩上,a组、b组和c组（0.73±0.09;0.53±0.11;0.63±0.06）均表现出显著性差异,膝关节功率上,a组、b组和c组（1.14±0.15;0.87±0.14;1.04±0.14）中,b组与a组存在显著性差异（p<0.01）a组矢状面屈曲峰值功率大于b组,c组与b组存在显著性差异,b组矢状面屈曲峰值功率小于c组;关节角速度中,a组、b组与c组（363.55±39.61;373.73±31.82;419.36±30.58）中,b组与a组均存在显著性差异（p<0.001）,矢状面屈曲峰值角速度b组大于a组,c组与a组存在显著性差异（p<0.001）,c组大于b组。从地面反作用力的结果中,我们得出,在垂直地面反作用力中,a组、b组和c组（1.29±0.06;1.03±0.16;1.15±0.12）均呈现出显著性差异（p<0.001）a组明显大于b组和c组;在前后方向的作用力中,a组、b组和c组（-0.57±0.08;-0.43±0.07;-0.50±0.07）均存在显著性差异（p<0.001）;在左右方向的作用力中,a组、b组和c组（-0.58±0.09;-0.45±0.05;-0.51±0.04）均表现出显著性差异（p<0.005）。在主观舒适的结果中,a组、b组和c组的主观缓冲性（5.86±1.67;10.12±1.57;12.16±1.52）均存在显著性差异（p<0.01）,c组的主观缓冲性显著大于a组和b组,在主观稳定性中,c组（6.42±1.86）明显低于a组（8.83±2.08）(p<0.05),而b组的稳定性在主观舒适测试中不存在显著性差异;在主观舒适性中,a组、b组和c组（

关键词：跳绳地面跳绳垫蹬伸动作下肢生物力学

奥运冠军石智勇级别上调前后抓举关键技术特征的生物力学分析

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奥运冠军石智勇级别上调前后抓举关键技术特征的生物力学分析

第十三届全国体育科学大会

作者：但林飞刘鑫吴佩琦黄涛任家锐石智勇顾耀东李建设

研究目的:石智勇(以下简称"石")是2016年里约和2020年东京两届奥运会冠军得主,级别由里约69kg级上调至东京73kg级,再次奥运夺冠并打破世界纪录,是我国举坛乃至世界举坛比较少见的成功案例。通过对石级别上调前后的关键技术变化进行生物... 详细信息

研究目的:石智勇(以下简称"石")是2016年里约和2020年东京两届奥运会冠军得主,级别由里约69kg级上调至东京73kg级,再次奥运夺冠并打破世界纪录,是我国举坛乃至世界举坛比较少见的成功案例。通过对石级别上调前后的关键技术变化进行生物力学跟踪诊断,为其备战及参赛东京奥运会提供了全程科技助力,并为备战2024年巴黎奥运会继续提供科技助力。研究结论为举重运动员体重上调所引起的抓举技术变化及青少年选材提供有益参考。研究方法:在石东京奥运周期内重大比赛现场,采用两台摄像机分别放置于举重台前方左右两侧约45°方向上,两台摄像机镜头距离举重台中心约15米,两主光轴与举重台中心在水平面所呈夹角约90°,拍摄频率为25帧/秒,同步采集石的完整抓举技术动作。视频采集前,预先采用PEAK三维标定框架对举重台进行三维空间坐标标定,标定后的拍摄过程中保持摄像机位置和焦距等拍摄条件不变。采用SIMI-Motion7.50三维运动解析系统,对石69kg/73kg级的抓举技术动作视频进行解析,解析的采样频率为50 Hz,运用截断频率为6 Hz的低通滤波方法,对原始数据进行平滑处理,使用DLT计算空间坐标。确立17个关键环节标定点,包括:头、左右肩、左右肘、左右腕、左右髋、左右膝、左右踝、左右脚尖和杠铃左右端点,以此建立石的抓举模型。研究结果:(1)准备姿势。相对站距增宽17.10%,站距增宽将增加左右方向的稳定区域,并有利于降低杠铃的最终高度。同时,两个级别均采用低臀位的准备姿位,低臀位减小了下肢主要关节角度,有利于发挥伸髋伸膝肌群力量。(2)杠铃时空参数。73kg级时的两次发力过程使杠铃垂直速度持续增加,杠铃上升的峰值速度较69kg级时增大了0.10m/s,这可能与其抓举技术和身体素质提升有关。根据杠铃最大垂直高度预测极限抓举重量,其级别上调后的成绩仍有进一步提升的可能。(3)下肢关节参数。两个级别的膝关节角度变化均呈现出"两峰一谷"的特征模型,73kg级时的引膝回屈角度较69kg级时小7.67°,小幅度快速的引膝是获得更优发力效果的关键。接铃过程中,73kg级时的下肢三大关节回屈角速度更大,身体重心下降速度也更快,反映出级别上调后具有更强的伸膝肌群抗离心收缩能力。(4)稳定性参数。两个级别的"两心"距离(杠铃重心与身体重心在矢状轴的距离)移动范围均超20.00cm,其中73kg级时的"两心"距离移动范围较69kg级时增大了0.90cm,反映出第一次发力时杠铃重心过度前移的问题。在杠铃横向偏移指标中,两个级别的偏移范围均在4cm以内,说明杠铃重心横向移动控制相对稳定。(5)协调性参数。级别上调前后髋-膝、膝-踝关节间相对相位角均值MARP不存在显著差异(P>0.05),髋-膝关节间呈现出同相协调,膝-踝关节间呈现出异相协调。髋-膝、膝-踝关节间相对相位角变异系数DP均存在显著差异(P<0.05),73kg级时的DP值更低,说明神经肌肉控制稳定性更强,动作技术质量有明显提升。结论与建议:结论(1)石在原级别中,过长的引膝过程明显对发力效果明显,导致两次发力过程之间杠铃垂直速度出现下降。协调性参数,原级别的髋-膝、膝-踝相对相位角变异系数均更大,说明神经肌肉控制稳定性较弱,动作技术质量有待提升。且接铃过程存在杠铃重心偏向身体重心后的问题,可能增加杠铃"后掉"的风险。(2)石在级别上调后,相对握距增宽,躯干前倾更多,"两心"距离更短,准备姿势更加合理。在杠铃上升过程中,级别上调后两次发力过程使杠铃垂直速度持续增加,杠铃上升峰值速度更大,更优的发力效果可能与其抓举技术和身体素质提升有关。根据杠铃最大垂直高度预测其极限抓举重量,上调级别后的抓举成绩仍有进一步提升空间。(3)石在两个级别中,均采用较低臀位的准备姿势,低臀位减小下肢主要关节角度,有利于发挥伸髋伸膝肌群力量。两个级别的髋-膝、膝-踝相对相位角均值不存在显著差异,髋-膝关节间呈现出同相协调,膝-踝关节间则呈现出异相协调。稳定性参数,两个级别杠铃横向偏移量均在理想范围内,但均存在"两心"距离过大的问题。建议(1)级别上调后的伸髋发力过程,膝关节角速度大于髋关节角速度,提示其髋关节可能存在发力不足,建议关注伸髋伸肌群力量训练。(2)惯性上升阶段,两个级别的"两心"距离均超理想范围,这可能与翻腕提肘的技术有关,建议进行小重量多次数的高抓、直立抓、悬垂抓等专项辅助练习。(3)下蹲接铃过程,原级别躯干前倾度不足使腰背大肌群紧张度不够,可能是导致杠铃重心在人体重心之后的重要原因。建议关注接铃不稳的问题,加强其腰背部大肌群力量,进行次最大重量的抓支撑的辅助练习。

关键词：奥运冠军举重抓举生物力学运动学

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足弓刚度对纵跳动作的下肢生物力学影响

浙江体育科学 2023年第6期45卷 89-95页

作者：黄涛但林飞吴佩琦刘鑫王维蕊任家锐李建设宁波大学体育学院浙江宁波315211

目的:通过对比跳高运动员足弓刚度对单腿纵跳成绩的影响,为跳高运动员选材及专项训练提供理论依据。方法:招募15名男性国家二级跳高运动员,对受试者足部形态进行红外光学扫描,采用红外运动捕捉系统和测力台同步采集受试者纵跳动作的下... 详细信息

目的:通过对比跳高运动员足弓刚度对单腿纵跳成绩的影响,为跳高运动员选材及专项训练提供理论依据。方法:招募15名男性国家二级跳高运动员,对受试者足部形态进行红外光学扫描,采用红外运动捕捉系统和测力台同步采集受试者纵跳动作的下肢运动学和动力学数据。结果:在纵跳表现中,足弓刚度与地面反作用力峰值间存在线性关系,高刚度足弓受试者的峰值vGRF显著大于低刚度足弓的受试者(P<0.05),高刚度足弓组冲击加载率为15.2BW/s±1.8BW/s,低刚度足弓组地面反作用力加载率为12.3BW/s±0.9BW/s,且存在显著差异(P<0.05)。同时,高刚度足弓组的峰值vGRF时刻踝屈角度(21.24°±4.4°)显著性高于低刚度足弓组的峰值vGRF时刻踝屈角度(24.43°±3.6°),P<0.05。结论:在优秀跳高运动员中,足弓刚度与纵跳过程中的踝膝关节屈伸角度、地面反作用力及加载率有显著影响,且与地面反作用力峰值间存在显著正向线性关系。因此,在跳跃类项目我们应该关注运动员足底肌肉力量训练。在描述跳跃过程中的足部及其生物力学特征时,使用静态足部分类值得纳入考量。

关键词：足弓跳高运动员生物力学地面反作用力

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基于多尺度融合金字塔焦点网络的接触网零部件检测

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工程科学学报 2025年第2期47卷 315-327页

作者：朱新宇崔浩锐宋洋中国民用航空飞行学院航空电子电气学院西南交通大学利兹学院

作为高铁牵引供电系统的重要组成部分，接触网系统承担着向动车组传输电能的重要功能.实际工程运营表明，受弓网交互产生的持续冲击以及外部环境的影响，接触网支撑部件可能会出现“松、脱、断、裂”等缺陷，导致接触网结构可靠性下降... 详细信息

作为高铁牵引供电系统的重要组成部分，接触网系统承担着向动车组传输电能的重要功能.实际工程运营表明，受弓网交互产生的持续冲击以及外部环境的影响，接触网支撑部件可能会出现“松、脱、断、裂”等缺陷，导致接触网结构可靠性下降，严重影响接触网系统稳定运行.因此，及时精确定位接触网支撑部件（CSCs），对保障高铁安全运行和完善接触网检修维护策略具有重大意义.然而，CSCs的检测通常面临着零部件种类多、尺度差异大、部分零部件微小的问题.针对以上问题，本文提出一种基于多尺度融合金字塔焦点网络的接触网零部件检测算法，将平衡模块和特征金字塔模块相结合，提高对小目标的检测性能.首先，设计了可分离残差金字塔聚合模块（SRPAM），用于优化模型多尺度特征提取能力、扩大感受野，缓解CSCs检测的多尺度问题；其次，设计了一种基于平衡特征金字塔的路径聚合网络（PA-BFPN）,用于提升跨层特征融合效率和小目标检测性能.最后，通过对比试验、可视化实验和消融实验证明了所提方法的有效性和优越性.其中，所提的MFPFCOS在CSCs数据集上的检测精度（mAP）能够在达到48.6%的同时，实现30的FLOPs (Floating point operations per second)，表明所提方法能够在检测精度和检测速度之间保持良好的平衡.

关键词：深度学习目标检测接触网支撑组件(CSCs) 路径聚合特征金字塔(PA-FPN) 空洞空间卷积池化金字塔(ASPP)

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面向物联网设备的SM4-CCM算法软硬件协同架构设计

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物联网技术 2025年第01期 85-90+94页

作者：尹恒何乐生余圣涛廖伟权家锐云南大学信息学院云南省高校物联网技术及应用重点实验室

为了保证物联网设备数据安全，面向资源受限的物联网设备，提出了一种基于SM4-CCM算法的软硬件协同实现架构。首先，提出了内部流水线型SM4架构，相比现有轻量级SM4架构，大幅降低了逻辑资源的消耗；在此基础上，设计了CCM模式软硬件协... 详细信息

为了保证物联网设备数据安全，面向资源受限的物联网设备，提出了一种基于SM4-CCM算法的软硬件协同实现架构。首先，提出了内部流水线型SM4架构，相比现有轻量级SM4架构，大幅降低了逻辑资源的消耗；在此基础上，设计了CCM模式软硬件协同架构，软件部分完成了密钥扩展和数据预处理，硬件部分完成了加密的实际运算；最后，基于ZYNQ平台实现了软硬件协同架构。实验结果表明，与硬件架构相比，所提出的架构硬件部分的逻辑资源消耗减少了约43%，具备接收可变长度的数据输入的数据预处理功能，并可单独应用于ECB和CTR模式，具有更高的灵活性和可扩展性。与ARM处理器上以软件方式实现的SM4-CCM算法相比，在100 MHz的工作频率下该架构的吞吐率达到了17.64 Mb/s，性能提高了约93.8%，满足了主流物联网通信协议的速率要求。

关键词：物联网数据安全 SM4-CCM 软硬件协同 ARM ZYNQ

融合知识图谱和大模型的高校科研管理问答系统设计

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计算机科学与探索 2025年第01期 107-117页

作者：王永秦嘉俊黄有锐邓江洲重庆邮电大学电子商务与现代物流重点实验室

科研管理是高校管理中的重要组成部分，但现有的科研管理系统难以满足用户的个性化需求。以高校科研管理向智能化转型为需求导向，将知识图谱、传统模型和大语言模型相结合，共同构建新一代高校科研管理问答系统。采集科研知识用于构建... 详细信息

科研管理是高校管理中的重要组成部分，但现有的科研管理系统难以满足用户的个性化需求。以高校科研管理向智能化转型为需求导向，将知识图谱、传统模型和大语言模型相结合，共同构建新一代高校科研管理问答系统。采集科研知识用于构建科研知识图谱。利用同时进行意图分类和实体提取的多任务模型进行语义解析。借助解析结果来生成查询语句，并从知识图谱中检索信息来回复常规问题。将大语言模型与知识图谱相结合，以辅助处理开放性问题。在意图和实体具有关联的数据集上的实验结果表明，采用的多任务模型在意图分类和实体识别任务上的F1值分别为0.958和0.937，优于其他对比模型和单任务模型。Cypher生成测试表明了自定义Prompt在激发大语言模型涌现能力方面的成效，利用大语言模型实现文本生成Cypher的准确率达到85.8%，有效处理了基于知识图谱的开放性问题。采用知识图谱、传统模型和大语言模型搭建的问答系统的准确性为0.935，很好地满足了智能问答的需求。

关键词：知识图谱多任务模型意图分类命名实体识别大语言模型