Minor sporttechnologie
Het vergelijken van drie meetsystemen die de spronghoogte meten Afdeling Technology, Management and Design, Opleiding Bewegingstechnologie, Minor sporttechnologie, Haagse Hogeschool, Nederland
M.L.S Blokland L. M. Kruims K.J.M. Uijttewaal R.S. Zaalberg
20054087 20061585 20064583 20064360
Minor sporttechnologie
Het vergelijken van drie meetsystemen die de spronghoogte meten M.L.S Blokland, L. M. Kruims, K.J.M. Uijttewaal, R.S. Zaalberg Afdeling Technology, Management and Design, Opleiding Bewegingstechnologie, Minor sporttechnologie, Haagse Hogeschool, Nederland
Samenvatting Inleiding Jo de Ruiter ontwikkelde een methode om spronghoogte te meten bij volleyballers. Deze methode wordt door Sportproof gebruikt om de spronghoogte van voetballers te meten. De betrouwbaarheid van deze sprongmat en de door Bewegingstechnologie ontwikkelde sprongmat is niet bekend. In dit onderzoek wordt de betrouwbaarheid van de sprongmatten gemeten. Ze worden vergleken met de Forceplate. Er wordt verwacht dat elke sprongmat een andere spronghoogte meet, omdat ieder meetsysteem een andere definitie heeft voor spronghoogte. Ook wordt er verwacht dat er een relatie bestaat tussen de twee meetmethoden, maar met een bepaalde standaard afwijking en dat de Forceplate de meest betrouwbare methode is gevold door de BTsprongmat. Methode Voor het onderzoek werden 15 mannen en 15 vrouwen, allen student, tussen de 20 en 30 jaar getest. Tijdens de metingen werden de Forceplate, de BT sprongmat en de Sportproofmat tegelijk gebruikt. Er werd rekening mee gehouden dat ieder meetsysteem een andere spronghoogte definitie had. In het onderzoek werd de countermovementjump gebruikt. Resultaat Uit de ANOVA analyse is gebleken dat p=0.000. Er zijn dus voldoende metingen gedaan om de meetsystemen met elkaar te vergelijken. De constante coëfficiënt verschilt per meetsysteem. De test of normality is voor alle meetsystemen significant (p =0.200). De R-square waardes liggen allemaal dicht bij elkaar. Doormiddel van de ICC is aangetoond dat de betrouwbaarheid van de drie de meetsystemen hoog is. De uitkomsten liggen zo dicht bij elkaar dat alle meetsysteem even betrouwbaar zijn. Discussie Alle meetsystemen meten een andere spronghoogte, hierdoor is er geen gouden standaard in dit onderzoek. Per meetsysteem is de betrouwbaarheid bepaald. De R-square (zie tabel 1) zou eigenlijk één moeten zijn. Bij geen van de vergelijkingen is deze waarde echter één geworden. Voor het onderzoek is er op de Sportproof sprongmat, doormiddel van tape een landingsgebied gemarkeerd, om zo te controleren of de proefpersoon recht omhoog springt. Dit is echter niet de manier waarop Sportproof het meetsysteem gebruikt. Aangeraden wordt om dit in het ontwerp op te nemen. Conclusie Er bestaat tussen de drie meetsystemen een relatie. Ondanks de discussie punten kan er met zekerheid worden gezegd dat alle drie de meetsystemen even betrouwbaar zijn en dat voor het kiezen van het betrouwbaarste meetsysteem andere factoren doorslaggevend zullen moeten zijn. Inleiding Het meten van een sportprestatie lijkt makkelijker dan het is. Elk jaar ondergaan verschillende sporters tests om hun prestaties te meten. Bij een hoogspringer is het meten van de sportprestatie gemakkelijk. De manier waarop in deze sport de spronghoogte wordt bepaald is tevens de manier om de sportprestatie te meten. Dit wordt anders wanneer het gaat over voetbal. Verschillende factoren zorgen ervoor dat een voetballer goed presteert. Zo moet een voetballer bijvoorbeeld beschikken over explosiviteit. Deze explosiviteit kunnen ze goed gebruiken in bijvoorbeeld een kop duel. Om de sportprestatie van een voetballer te meten kan de spronghoogte worden bepaald. Naar springen zijn vele onderzoeken gedaan. Zo is er bijvoorbeeld gebleken dat springen met een armzwaai ervoor zorgt dat men hoger springt¹.
Jo de Ruiter ontwikkelde een methode om spronghoogte te meten bij volleyballers. Sportproof is een bedrijf die gespecialiseerd is in het testen van fysieke kwaliteiten bij teamspelers. Zij gebruiken deze methode om de spronghoogte van voetballers te meten. Ondanks dat deze methode door Sportproof al veelvuldig gebruikt wordt is deze nog niet getest op betrouwbaarheid. Ook van de sprongmat die gebruikt wordt door de opleiding Bewegingstechnologie (de BT-sprongmat) is de betrouwbaarheid niet bekent. In dit onderzoek wordt onderzocht wat de betrouwbaarheid van deze meetsystemen is. Voor het meten van spronghoogte kunnen verschillende meetsystemen worden gebruikt. Verschillende onderzoeken2,3,4 maken gebruik van het meten van de spronghoogte met de Forceplate,
video analyse of laser. Bij de Forceplate wordt met behulp van de zweeftijd, of de geleverde kracht in de tijd de sponghoogte bepaald. De verschillende meetmethoden zorgen ervoor dat er verschillen ontstaan in spronghoogte definities. In de methode zal de spronghoogte definitie per meetsysteem worden uitgelegd. De Sportproof sprongmat en de BT sprongmat zullen vergeleken worden met de Forceplate. Omdat er verschillende definities zijn voor spronghoogte wordt er verwacht dat elke sprongmat een andere spronghoogte meet. Verder wordt er verwacht dat er een relatie bestaat tussen de drie meetmethoden, maar met een bepaalde standaard afwijking. Daarnaast wordt er verwacht dat de Forceplate de meest betrouwbare methode is gevold door de BT-sprongmat.
De Forceplate heeft met een frequentie van 500Hz gemeten. In figuur 1 is de afzet te zien. Aan het eind van de afzet D was het zwaartepunt al gestegen er was dus potentiële energie bij gekomen, maar de versnelling van het zwaartepunt waarmee de kinetische energie werd berekend was pas bekend wanneer de proefpersoon geheel los was van de grond. Er was niet bekend op welk punt in het signaal het zwaartepunt ging stijgen. Met de Forceplate werd de verplaatsing van het lichaamszwaartepunt berekend. De verplaatsing minus een onbekende namelijk de potentiële energie die ontstond door de plantairflexie. Na de afzet maakte het niet uit welke bewegingen de proefpersoon maakte, deze hadden geen invloed op de berekende spronghoogte.
Methode Proefpersonen Voor het onderzoek zijn 15 mannen en 15 vrouwen, allen student, tussen de 20 en 30 jaar getest. De proefpersonen waren niet geblesseerd en hadden geen last van evenwicht stoornissen en of andere afwijkingen die invloed kunnen hebben op de meting. Materiaal Voor het onderzoek werd gebruik gemaakt van de Forceplate, de BT sprongmat, de Sportproof sprongmat en een videocamera ter controle om eventuele extreme meetwaarden te verklaren. Alle meetsystemen hebben een andere definitie van spronghoogte. Met de Forceplate is niet vals te spelen, een veranderde afzet heeft namelijk direct gevolg op de grondreactie kracht. De Forceplate meet krachten in de tijd. Door het signaal van de afzet te integreren ( grafiek 1) werd de snelheid van het lichaamszwaartepunt berekend.
Figuur 1: Afzet sprong en de verplaatsing (h) van het zwaartepunt.
De BT sprongmat meet de spronghoogte door de zweeftijd te meten. Dit meetsysteem werkt als een schakelaar en heeft slechts een aan en uit stand. Zodra de proefpersoon los kwam van de mat begon de mat met meten. Wanneer er weer contact werd gemaakt met de mat stopte de meting van de zweeftijd waarna de spronghoogte berekend werd. Zowel bij de afzet als bij het landen is het zwaartepunt (figuur 2 B & D) al iets gestegen, voordat de zweeftijd gemeten werd. De stijging van het zwaartepunt komt, doordat er werd geplantair flecteerd voor de afzet. Bij het landen kwam de proefpersoon in plantair flexie neer. Er mistte dus ten opzichte van de beginhouding twee keer een stukje zweeftijd (figuur 2 B & D). De hoogte die met dit meetsysteem werd gemeten is dus lager dan, de daadwerkelijke verplaatsing van het lichaamszwaartepunt.
Grafiek 1: Grondreactie krachten gemeten met de Force plate5
Het signaal werd geïntegreerd tot het moment dat deze nul werd. Dit is het punt dat de Forceplate niets meer kon meten en de proefpersoon los was van de grond. Met de gegevens van de Forceplate werd nu de verplaatsing van het zwaartepunt berekend. In Matlab was een programma geschreven die deze berekening heeft uitgevoerd.
Figuur 2 Sprong op sprongmat en de verplaatsing (h) van het zwaartepunt(B=aan, D= uit)
De Sportproof sprongmat meet de verplaatsing van een punt op het lichaam. Net boven de spina illiaca anterior superior werd een band bevestigd. Aan deze band zit een meetlint. Het aantal centimeters dat het meetlint aangaf aan het begin van de meting en aan het eind van de meting werd afgelezen. Deze waarden werden van elkaar afgetrokken, waardoor men de spronghoogte kon bepalen. Naast de meetsystemen werd er in dit onderzoek ook gebruik gemaakt van een camera. Op de Sportproof sprongmat moest verticaal worden gesprongen, ook mocht de heup niet omhoog gegooid worden anders ontstond er een andere meetwaarde dan de verplaatsing van het punt op het lichaam.
Figuur 3 De invloed van het kantelen van de heup op de spronghoogte.
In figuur 3 is het kantelen van de heup weergegeven in dit model is te zien dat wanneer de heup gedraaid wordt er een andere hoogte ten opzichte van de grond ontstaat. Ook met de BT-sprongmat is gemakkelijk vals te spelen. Het intrekken van de benen vlak voor de landing zorgt voor een langere zweeftijd, waardoor een grotere hoogte werd gemeten. Meetopstelling Tijdens de metingen werden de Forceplate, de BT sprongmat en de Sportproofmat tegelijk gebruikt (zie figuur 4). De camera registreerde het saggitale vlak. Om de Forceplate is een kast gemaakt van 100 bij 61 cm, zodat de matten recht lagen. De proefpersonen ondervonden zo geen hinder van het kleine spring oppervlak.
Figuur 4: Schematische weergave meetopstelling
Omgeving De test werd uitgevoerd in het Bewegingsanalyse lokaal op de Haagse Hogeschool. Om de metingen onder dezelfde omstandigheden uit te voeren werd de plaats van de opstelling op de grond gemarkeerd, zodat de meetinstrumenten apparatuur steeds op dezelfde plaats kon worden neergezet.
Sprong In het onderzoek werd gebruik gemaakt van een countermovement jump. De proefpersoon sprong terwijl zijn handen in de zij zijn geplaatst. Een sprong werd afgekeurd, wanneer de proefpersoon landde met ingetrokken benen, niet verticaal sprong, wanneer de proefpersoon naar voren of naar achteren sprong of de heup naar voren of achter werd gegooid. Op de grond werd een landingsgebied gemarkeerd doormiddel van tape. Deze lijn werd voor de tenen op de mat werd geplakt. Er moest zo dicht mogelijk bij de lijn geland worden. Maximaal twee en een half centimeter er vanaf. Indien dit niet gebeurde werd de sprong afgekeurd. Procedure Voorafgaand aan de metingen werd de Forceplate geijkt. Dit gebeurde met behulp van een gewicht waarvan het aantal kilogrammen bekend was. Voor aanvang van de proef werd de proefpersoon gevraagd zijn schoenen uit te doen. Vervolgens werd met de proefpersoon de testprocedure doorgenomen. Er werd uitgelegd dat er verticaal maximaal gesprongen moest worden met de handen in de zij. De proefpersoon mocht vervolgens plaats nemen op de sprongmatten. De band van de Sportproof sprongmat werd bevestigd net boven de spina illiaca anterior superior. De meting werd vervolgens gestart. Allereerst werd de beginwaarde van het meetlint van de Sportproof sprongmat afgelezen. Hierbij werd het meetlint strak getrokken door steeds dezelfde onderzoeker. Deze waarde werd genoteerd. Hierna ging de proefpersoon op zijn tenen staan (plantair flexie) waarna opnieuw de waarde van het meetlint werd genoteerd. Vervolgens ging de proefpersoon weer op zijn gehele voet staan. Het meetlint werd weer strak getrokken naar de genoteerde begin waarde. De meting van de Forceplate werd vervolgens gestart. De proefpersoon stond eerst vijf seconden stil op de sprongmatten. Na deze vijf seconden werd er gesprongen. Het signaal van de Forceplate en de spronghoogte van de BT-sprongmat werden opgeslagen. Voor de meting van de Sportproof sprongmat werd het aantal centimeters dat het meetlint aan gaf afgelezen en opgeschreven. Deze werd afgetrokken van de centimeters aan het begin van de test en van de waarde wanneer de proefpersoon op zijn tenen stond. De proefpersoon maakt vijf keer een sprong. De procedure werd dus vijf keer herhaald. Data analyse De spronghoogte van de BT-sprongmat werd berekend door het programma Mat jumper. De data van de Forceplate werd verwerkt met een zelfgeschreven programma in Matlab. In het
programma SPSS 16.0 voor Microsoft Windows XP werden de spronghoogten verwerkt. Er werd een ICC, een regressie en correlatie analyse uitgevoerd. Resultaten Uit de ANOVA analyse (tabel 1) is gebleken dat er voldoende metingen zijn gedaan om de meetsystemen met elkaar te vergelijken (p =0.000).
Tabel 1. Waarden uit SPSS
De constante coëfficiënt verschilt per meetsysteem. De test of normality (tabel 1) is voor al de meetsystemen significant (p =0.200). De waardes van de R-square liggen allemaal dicht bij elkaar. (tabel 1)
Tabel 2. ICC waardes zonder uitbijters
Doormiddel van de ICC is aangetoond dat de betrouwbaarheid voor alle drie de meetsystemen hoog is (tabel 2). Er kan met 95% zekerheid worden gezegd dat als de metingen nog een keer herhaald zouden worden er dezelfde resultaten uit komen. De uitkomsten liggen zo dicht bij elkaar dat alle meetsysteem even betrouwbaar zijn. Discussie In de eerste hypothese wordt gesteld dat er bij elk meetsysteem een andere spronghoogte wordt gemeten. Uit de resultaten blijkt dat deze veronderstelling kan worden aangenomen. De tweede hypothese stelt dat er een relatie bestaat tussen de drie meetsystemen. De resultaten laten zien dat er inderdaad een relatie bestaat tussen de verschillende meetsystemen. Als laatste werd er verwacht dat de Forceplate het meest betrouwbare meetsysteem zou zijn gevolgd door de BT spongmat. Zoals al eerder genoemd hebben alle meetsystemen een andere spronghoogte definitie, hierdoor is er geen gouden standaard in dit onderzoek. Per meetsysteem is de betrouwbaarheid bepaald. Omdat de waardes van de betrouwbaarheid zo dicht bij elkaar liggen kan er
niet gezegd worden wel meetsysteem betrouwbaarder is. De hypothese wordt dus verworpen. Ondanks dat er tijdens het meten sprongen zijn afgekeurd waren er toch nog duidelijke uitbijters in de metingen die verwijderd moesten worden. Er waren dan dus te grote verschillen tussen de meetsystemen. Dit waren echter zo weinig waardes dat de uitkomst betrouwbaar blijft. Voor iedere sprong geeft ieder meetsysteem een andere waarde. Het is mogelijk om een formule op te stellen per meetsysteem om van de een naar de ander om te rekenen. De R-square (zie tabel 1) zou eigenlijk één moeten zijn omdat de waardes dan evenwijdig aan elkaar zijn. Bij geen van de vergelijkingen is deze waarde echter één geworden. Voor het onderzoek is er op de Sportproof sprongmat, doormiddel van tape een landingsgebied gemarkeerd. Dit landingsgebied laat zien of iemand recht om hoog heeft gesprongen. Dit is echter niet de manier waarop Sportproof het meetsysteem normaal gesproken gebruikt. Aangeraden wordt om in het ontwerp van het meetsysteem een landingsgebied op te nemen, zodat er geen discussie kan ontstaan over het wel of niet afkeuren van een sprong. Ook is het belangrijk dat de Sportproofmat altijd door dezelfde onderzoeken word afgelezen, zodat er altijd ongeveer even hard aan het meetlint word getrokken. Natuurlijk moet het tuigje ook altijd zo bevestigd worden dat het niet kan verschuiven tijdens de sprong. Conclusie Dit onderzoek is opgezet met als doel te onderzoeken welk meetsysteem het betrouwbaarst is. De resultaten laten zien dat er voldoende metingen zijn gedaan om een conclusie te mogen trekken uit de data. Ieder meetsysteem meet een andere spronghoogte, doordat ieder systeem een andere definitie heeft voor spronghoogte. Wel bestaat er tussen de drie meetsystemen een relatie. Geconcludeerd kan worden dat alle drie de meetsystemen valide zijn dankzij het meetprotocol. De meetsystemen zijn even betrouwbaar, dit blijkt uit de ICC. Ondanks de discussie punten kan er met zekerheid worden gezegd dat alle drie de meetsystemen even betrouwbaar zijn en dat voor het kiezen van het betrouwbaarste meetsysteem andere factoren doorslaggevend zullen moeten zijn. Referenties 1.
Mikiko Hara, Akira Shibayama, Daisuke Takeshita, Dean C. Hay and Senshi Fukashiro. A comparison of the mechanical effect of arm swing and countermovement on the lower extremities in vertical jumping. Department of Sports
2.
3.
4.
5.
Sciences, Japan Institute of Sports Sciences, 3-15-1 Nishigaoka, Kita-ku, Tokyo 115-0056, Japan 5-28-3 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, Japan Center for Neurodynamics and Department of Physics and Astronomy, University of Missouri-St. Louis, USA Graduate School of Interdisciplinary Information Studies, The University of Tokyo, Japan Department of Life Sciences, Graduate School of Arts and Sciences, The University of Tokyo, Japan Tomas Stølen, Karim Chamari, Carlo Castagna3 and Ulrik Wisløff. Physiology of Soccer An Update1 Human Movement Science Section, Faculty of Social Sciences and Technology Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway Unit´e de Recherche ‘Evaluation, Sport, Sant´e’ – National Center of Medicine Sport (CNMSS), El Menzah, Tunis, Tunisia School of Sport and Exercise Sciences, Faculty of Medicine and Surgery, Tor Vergata, Rome, Italy Department of Circulation and Medical Imaging, Norwegian University Technology, Trondheim, Norway Department of Cardiology, St. Olavs Hospital, Trondheim, Norway Eldar Musayev Optoelectronic vertical jump height measuring method and device Electronics Engineering Department of Engineering and Architecture Faculty, Uludag University, 16059 Bursa, Turkey 2005 Elsevier John H. Challis An investigation of the influence of bi-lateral deficit on human jumping Biomechanics Laboratory, The Pennsylvania State University, University Park, PA 16802-3408, USA 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved Jorine Koopman, Reader Biodynamica III, Haagse Hogeschool, Bewegingstechnologie 2009
