Quantifizierung sportlicher Bewegungsabläufe: Entwicklung und Evaluation eines Diagnosemoduls für die Sportart Schwimmen
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Hamburg
Kovač
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| adam_text | Titel: Quantifizierung sportlicher Bewegungsabläufe
Autor: Buchner, Markus
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Quantifizierung sportlicher Bewegungsabläufe 7
2.1 Leistungsdiagnostik 8
2.2 Technikdiagnostik 11
2.3 Bestimmung leistungsrelevanter Technikparameter 13
2.4 Techniktraining an Messplätzen 14
2.5 Rückmeldung von Informationen 16
2.6 Grundlagen biomechanischer Messverfahren 19
2.7 Biomechanische Messverfahren für kinetische Größen 25
2.8 Einsatz von Beschleunigungsmessverfahren im Sport 28
2.8.1 Systeme zur Aktivitätskontrolle 29
2.8.2 Systeme zur Belastungsmessung 31
2.8.3 Systeme zur Quantifizierung von Bewegungsabläufen . . 33
3 Biomechanik und Technik der Schwimmarten 37
3.1 Antriebsmodelle 37
3.2 Schwimmarten Brust und Schmetterling 42
3.3 Konventionelle Diagnoseverfahren im Schwimmen 50
3.3.1 Eindrucksanalyse 50
3.3.2 Videometrie 50
3.3.3 Seilzugverfahren 53
3.3.4 Methoden im Strömungskanal 54
3.3.5 Weitere Verfahren der Technikanalyse 55
3.4 Beschleunigungsmessverfahren im Schwimmen 57
3.5 Bewertung der Schwimmtechnik und deren Variation 61
3.5.1 Kriterien einer effektiven Schwimmtechnik 61
3.5.2 Technikdiagnostik im stehenden und strömenden Wasser 63
3.5.3 Individuelle Ausprägung der Schwimmtechnik und Lak¬
tatdiagnostik 65
4 Entwicklung des Diagnostikmessplatzes 71
4.1 Zielstellung der Arbeit 71
4.2 Entwicklung des Messverfahrens 72
4.2.1 Messprinzip 73
4.2.2 Entwicklungsschritte 74
4.2.3 Anforderungen 75
4.3 Grundlagen der Datenerfassung 77
4.3.1 Messkette 77
4.3.2 Abtasttheorem 79
4.4 Übersicht über den Messplatz 79
4.5 Hardwarekomponenten des Sensorsystems DlGlCoACH .... 80
4.5.1 Beschleunigungssensoren 82
4.5.2 Drehratensensoren 85
4.5.3 Sensoren der DlGlCoACH-Versionen 87
4.5.4 Orientierung der Messachsen 88
4.5.5 Mikroprozessor 90
4.5.6 Spannungsversorgung 91
4.5.7 Mechanik und Befestigung 91
4.5.8 Dockingstation 93
4.6 Hardwarekomponenten des Messplatzes 94
4.6.1 Kamerasystem 94
4.6.2 Seilzugverfahren 100
4.6.3 Mess- und Analyserechner 100
4.7 Softwareentwicklung 101
4.7.1 DlGlCOACH-Software MlSo 102
4.7.2 Aufnahmemodul der Messplatzsoftware TeDiS 103
4.7.3 Konstanz und Synchronisation von Bild- und Messwert¬
aufnahme 109
4.7.4 Datenbank und Datenstruktur der Messungen 113
4.7.5 Mathematische Methoden der Datenauswertung 115
4.7.6 Analysemodul der Messplatzsoftware TeDiS 122
4.7.7 Intra- und interindividuelle Technikvergleiche mit TeDiS 124
4.7.8 Analyseergebnisse für Trainer und Sportler 124
4.7.9 Messablauf aus der Perspektive des Schwimmers .... 126
5 Evaluation und Einsatz des Messplatzes 129
5.1 Stichproben und Datenerhebung 129
5.2 Datenauswertung 131
5.3 Untersuchung der Methode als biomechanisches Messverfahren . 132
5.3.1 Messfehlerbetrachtung 132
5.3.2 Grad der Rückwirkung 138
5.3.3 Verfügbarkeit der Rückmeldeinformation 139
5.3.4 Möglichkeit der Fernmessung 139
5.3.5 Personeller und materieller Aufwand 140
5.4 Untersuchung der Messwerte auf ihre Gütekriterien 140
5.4.1 Objektivität 143
5.4.2 Reliabilität 143
5.4.3 Validität 146
5.5 Anwendungsbezug des Messverfahrens 148
5.5.1 Einsatz des Diagnosemoduls zur Untersuchung von An¬
triebsmodellen 148
5.5.2 Einsatz des Diagnosemoduls zur Technikdiagnostik . . . 149
5.5.3 Einsatz des Diagnosemoduls in der Laktatdiagnostik . . 155
6 Diskussion 163
6.1 Untersuchung von Antriebsmodellen 165
6.2 Untersuchung der Schwimmfrequenz 166
6.3 Untersuchung der Schwimmtechnik 167
7 Ausblick 171
Anhang 174
A Digitale Butterworth-Filter 175
B Wertungskataloge der Technikdiagnostik 181
B.l Schwimmart Brust 181
B.2 Schwimmart Schmetterling 183
C Schaltpläne des DlGlCOACH-Diagnosemessmoduls 187
D DlGlCOACH-Software MlSo 189
E Statistik 197
Literaturverzeichnis 199
Danksagung 217
Abbildungsverzeichnis
1 Ägyptische Hieroglyphe für „Schwimmen vi
1.1 Schematische Gliederung der Arbeit 4
2.1 Gegenstandsbereich der Leistungsdiagnostik 9
2.2 Strukturpyramide der Schwimmleistung aus biomechanischer Sicht 11
2.3 Einsatzbereiche biomechanischer Messplätze 15
2.4 Zeitintervalle motorischer Lernprozesse 17
2.5 Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsprofile als Folge von Be¬
wegungsaktionen 26
2.6 Vergleich von Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsprofilen . 28
3.1 Antriebsimpuls beim Delphinbeinschlag 42
3.2 Phasen des Bewegungszyklusses beim Brustschwimmen 45
3.3 Geschwindigkeitsprofil beim Brustschwimmen 46
3.4 Phasen des Bewegungszyklusses beim Schmetterlingsschwimmen 48
3.5 Geschwindigkeitsprofil beim Schmetterlingsschwimmen 49
3.6 Seilzugverfahren nach Karpovich (1930) 53
3.7 Seilzugverfahren nach Costill (1992) 54
3.8 Beschleunigungsmessungen im Schwimmen von Holmer (1979) . 58
3.9 Beschleunigungsmessungen am Handgelenk von Ichikawa et al.
(1999) 59
4.1 Neigung des Sensorsystems beim Brustschwimmen 77
4.2 Messkette zur Aufnahme physikalischer Größen 78
4.3 Schmatische Messplatzübersicht 80
4.4 Einsatz des Messplatzes in der Technikdiagnostik 81
4.5 Beschleunigungsmessmodul DlGlCOACH mit Dockingstation . . 81
4.6 Mechanische Komponente des Drehratensensors ADXR.S .... 88
4.7 Orientierung der Messachsen des Diagnosemoduls 89
4.8 Unterwassergehäuse und Befestigung einer Messplatzkamera . . 99
4.9 Messplatzsoftware TeDiS 104
4.10 Bayer-Filter der Messplatzkameras 108
4.11 Überprüfung der Bildrate des Kamerasystems 111
4.12 Verzeichnisstruktur gespeicherter Messdaten 114
4.13 Dialogfenster der Messdatenbank 115
4.14 Verarbeitung analoger Signale 116
4.15 Wirkung digitaler Filter 117
4.16 Bestimmung der Eckfrequenz digitaler Filter 119
4.17 Amplituden- und Phasengang von Butterworth-Filtern 120
4.18 Auswertemodul der Messplatzsoftware TeDiS 123
4.19 Präsentation der Diagnostikergebnisse auf Datenträgern .... 125
5.1 Auswertungsschritte der Datenanalyse am Beispiel Brustschwim¬
men 133
5.2 Untersuchung zur Messfehlerabschätzung des Diagnosemoduls . 136
5.3 Fehlerbetrachtung zum Seilzugverfahren 137
5.4 Messpositionen in den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitspro¬
filen 142
5.5 Untersuchung der Delphinbeinaktion an der Wasseroberfläche I 150
5.6 Untersuchung der Delphinbeinaktion an der Wasseroberfläche II 150
5.7 Untersuchung der Delphinbeinaktion unter Wasser 151
5.8 Videometrische Untersuchung der Delphinbeinaktionen unter Was¬
ser 151
5.9 Schematischer Aufbau des Messplatzes bei der Technikdiagnos¬
tik 152
5.10 Beschleunigungsprofil beim Brustschwimmen 154
5.11 Variationen im Beschleunigungsprofil beim Brustschwimmen . . 155
5.12 Beschleunigungsprofil beim Schmetterlingsschwimmen 156
5.13 Variation im Beschleunigungsprofil beim Schmetterlingsschwim¬
men 157
5.14 Aufbau des Messplatzes bei der Laktatdiagnostik 158
5.15 Zyklusfrequenzverlauf innerhalb einer Laktatteststufe 159
5.16 Zyklusfrequenzverlauf über mehrere Laktatteststufen 160
5.17 Variation der Schwimmtechnik während eines Laktatstufentests 161
7.1 Untersuchung aktuellster Sensorikbausteine 172
A.l Butterworth-Residuenkurven für die Schwämmart Brust .... 179
A.2 Butterworth-Residuenkurven für die Schwimmart Schmetterling 180
C.l Schaltplan des Diagnosemoduls DlGlCOACH 187
C.2 Schaltplan der Dockingstation 188
D.l Flussdiagramm des DlGlCOACH-Hauptprogramms 190
D.2 Flussdiagramm des DlGlCOACH-Unterprogramms „messen . . 190
D.3 Flussdiagramm des DlGlCOACH-Unterprogramms „datasynch . 191
D.4 Quelltext des DlGlCOACH-Programms 192
Tabellenverzeichnis
3.1 Ablaufplan eines Laktatstufentests nach Pansold 67
4.1 Vorteile des Beschleunigungsmessverfahrens 73
4.2 Spezifikationen der Beschleunigungssensoren 84
4.3 Spezifikationen des Drehratensensoren 87
4.4 Sensorbestückung der DlGlCOACH-Module 87
4.5 Spezifikation des Mikroprozessors 90
4.6 Stromverbrauch des DlGlCOACH-Diagnosemoduls 92
4.7 Spezifikationen der Messplatzkameras 96
5.1 Personenstichprobe und Messdaten 130
5.2 Deskriptive Statistik für die Schwimmart Brust 144
5.3 Deskriptive Statistik für die Schwimmart Schmetterling .... 145
5.4 Retest-Reliabilitätskoeffizienten für die Schwimmarten Brust und
Schmetterling 146
5.5 Paralleltest-Reliabilität für die Schwimmart Brust 147
5.6 Korrelation zur Validität in der Schwimmart Brust 148
5.7 Datenerhebung während Laktatstufentests 157
6.1 Vergleich verschiedener Technikdiagnostiksysteme 164
B.l Wertungskatalog für die Schwimmart Brust nach Reischle et al.
(1997) 181
B.2 Wertungskatalog für die Schwimmart Schmetterling nach Reischle
et al. (1997) 183
E.l Beurteilung der Reliabilität nach Roth und Hörner (2002) ... 197
E.2 Beurteilung der Validität nach Bös et al. (2004) 197
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