一种评价路面自行车骑行舒适性的方法及装置与流程

本发明涉及交通运输工程领域，具体涉及一种评价路面自行车骑行舒适性的方法及装置。

背景技术：

在城市交通拥堵愈发严重的困境下，越来越多的人们选择自行车出行。据不完全统计，截止2016年底我国自行车及电动自行车的保有量分别为3.7亿辆及2.2亿辆，远超机动车保有量0.26亿辆。统计表明，我国部分城市自行车交通出行比例已经超过了30％。

截止目前，我国已有50余个城市建立了专门的公共自行车系统，并推出了相关的移动设备app；另一方面，以“摩拜单车”、“小鸣单车”、“ofo共享单车”为代表的社会资本也参与到城市公共自行车系统的建设中来，并以更为人性化的服务与更为新潮的理念受到了更多的关注，更在年轻人中引发了新的潮流。随着社会进步与科技发展，人们对于由身边环境所带来的感受将会愈发重视，自行车骑行者对于舒适性的要求也会随之提高。

遍查文献后发现，目前世界各国尚未建立评价自行车骑行舒适性的统一标准和测试方法，科学研究也未对这一问题展开研究。这对于提高城市自行车基础设施建设是不利的，同时也是对自行车骑行者主观感受的重大忽视。因此，本研究着力于开发一套自行车骑行者舒适性的评价方法和评价装置，以期为我国城市道路等基础设施的建设提供必要的参考。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种可以定量地、准确地评价某段路面的自行车骑行舒适性的测试、评价方法，同时为了实施该方法和装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种评价路面自行车骑行舒适性的装置，包括支撑平板，所述支撑平板两侧通过支撑架对称安装有连接件，所述支撑平板上安装有压电式单轴振动加速度传感器、gps定位模块、数据采集卡和可充电电源，所述支撑平板上罩设有一保护壳，所述保护壳上设有振动加速度数据输出端口、gps定位模块数据输出端口和开关，所述压电式单轴振动加速度传感器、gps定位模块、数据采集卡、可充电电源、振动加速度数据输出端口、gps定位模块数据输出端口和开关电连接。

优选地，所述连接件为金属材质(包括但不限于铝合金、钢铁)，内径为20mm-35mm，螺孔内径5mm-8mm，与自行车车把刚性连接。

优选地，所述支撑架为金属材质(包括但不限于铝合金、钢铁)，长度15cm-20cm，直径10mm-20mm，与支撑平板焊接。

优选地，所述支撑平板的材质不限于木质、金属、塑料，其厚度5mm-10mm，宽度为10-12cm，长度15cm-20cm。

优选地，所述保护壳的材质不限于木质、金属、塑料，其厚度3mm-5mm，宽度为10-12cm，长度15cm-20cm，高度5cm-8cm。

优选地，所述压电式单轴振动加速度传感器用于测量与路面垂直方向的振动加速度，其量程不小于±200m/s²，精度不得低于±5％，测试频率范围为1-1000hz。

优选地，所述振动加速度数据输出端口和gps定位模块数据输出端口均采用usb3.0作为数据输出端口；所述gps定位模块的定位误差小于10mcep50，速度测试误差小于3km/h；所述数据采集卡最大数据采集频率不应低于1khz，通道数不应少于2通道；所述可充电电源不限于铅酸电池、锂离子电池，其循环寿命不应低于600次，输出电压为稳压3v；所述开关11为按压式开关。

本发明实施例还提供了一种评价路面自行车骑行舒适性的方法，包括如下步骤：

s1、将如权利要求1所述的测试装置牢固地安装在自行车车把上；

s2、将振动加速度的采样频率设置为1-1000hz；gps采样频率设置为200hz，并设置舒适度阈值：

当drc或rc≤0.37，极为不舒适；

当0.37＜drc或rc≤0.5，不舒适；

当0.5＜drc或rc≤0.62，比较舒适；

当0.62＜drc或rc≤0.74，舒适；

当0.74＜drc或rc≤0.89，很舒适；

当0.89＜drc或rc≤1，非常舒适；

s3、打测试装置开关，测试者选择的骑行速度应介于10～25km/h之间，之后骑行者保持选定速度，平稳的(5～25)骑行过被测路段，通过测试装置获取一次骑行历程中的自行车骑行者在骑行过程中手把处的振动数据(m/s²)、一次骑行历程中的自行车车速的数据(km/h)、一次骑行历程中的行驶轨迹数据，骑行停止后，立即关闭测试装置开关；

s4、通过振动加速度数据输出端口和gps定位模块数据输出端口输出振动加速度数据、速度数据和行驶轨迹数据。

s5、预处理数据

采用savitzky-golay法对振动加速度数据进行平滑处理，去除由传感器误差所带来的干扰；该操作可借助商业软件originlab8.0及以上版本进行。

s6、通过下式计算某段路面的自行车骑行动态舒适性指数drc：

式中，drc为某段路面的自行车骑行动态舒适性指数，无量纲，drc值越高，舒适性越好；n为1秒内所采集的振动加速度数据的个数(个)；i为1秒内第i个振动加速度数据的编号(个)；acci为1秒内第i个振动加速度数据(m/s²)。kx为考虑速度的修正系数，其作用作于排除行驶速度对评价结果的干扰：当行驶速度x介于5-8km/h时，kx取0.9；当行驶速度x介于8-15km/h时，kx取1；当行驶速度x介于15-25km/h时，kx取1.1；

按照下式计算某段路面的自行车骑行舒适性指数rc：

式中，rc为某段路面的自行车骑行舒适性指数，无量纲，rc值越高，舒适性越好；m为一次骑行所耗费的时间(秒)；j为一次骑行中第j秒的振动加速度数据的编号(个)；drcj为j秒的自行车骑行动态舒适性指数，无量纲。kx为考虑速度的修正系数，其作用作于排除行驶速度对评价结果的干扰：当行驶速度x介于5-8km/h时，kx取0.9；当行驶速度x介于8-15km/h时，kx取1；当行驶速度x介于15-25km/h时，kx取1.1。

s7、将所计算得到的drc和rc分别与舒适度阈值进行对比，判断某段路面的骑行舒适性分类；同时参照自行车的行驶轨迹，获取在某段路面上每秒的骑行舒适性drc和该段路面的综合骑行舒适性。

优选地，所述路面包括但不限于沥青路面、水泥路面、人行道铺装、桥面铺装。

本发明具有以下有益效果：

评价路面自行车骑行舒适性的方法，还特别为该方法设计了相应的测试装置，这对于定量描述路面是否适合于自行车骑行具有重要意义，从而为城市自行车道的修建以及对城市自行车基础设施的评价提供了有效的方法和工具。

附图说明

图1为本发明实施例一种评价路面自行车骑行舒适性的方法流程图。

图2为振动加速度数据样例。

图3为速度数据样例。

图4为本发明实施例一种评价路面自行车骑行舒适性的装置的结构示意图。

图5为实施例1所获取的数据。

图6为实施例1的计算结果。

图7为实施例2所获取的数据。

图8为实施例2的计算结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图4所示，本发明实施例提供了一种评价路面自行车骑行舒适性的装置，包括支撑平板3，所述支撑平板3两侧通过支撑架2对称安装有连接件1，所述支撑平板3上安装有压电式单轴振动加速度传感器5、gps定位模块7、数据采集卡9和可充电电源10，所述支撑平板3上罩设有一保护壳4，所述保护壳4上设有振动加速度数据输出端口6、gps定位模块数据输出端口8和开关11，所述压电式单轴振动加速度传感器5、gps定位模块7、数据采集卡9、可充电电源10、振动加速度数据输出端口6、gps定位模块数据输出端口8和开关11电连接。

所述连接件1为金属材质(包括但不限于铝合金、钢铁)，内径为20mm-35mm，螺孔内径5mm-8mm，与自行车车把刚性连接。所述支撑架2为金属材质(包括但不限于铝合金、钢铁)，长度15cm-20cm，直径10mm-20mm，与支撑平板焊接。所述支撑平板3的材质不限于木质、金属、塑料，其厚度5mm-10mm，宽度为10-12cm，长度15cm-20cm。所述保护壳4的材质不限于木质、金属、塑料，其厚度3mm-5mm，宽度为10-12cm，长度15cm-20cm，高度5cm-8cm。所述压电式单轴振动加速度传感器5用于测量与路面垂直方向的振动加速度，其量程不小于±200m/s²，精度不得低于±5％，测试频率范围为1-1000hz。所述振动加速度数据输出端口6和gps定位模块数据输出端口8均采用usb3.0作为数据输出端口；所述gps定位模块7的定位误差小于10mcep50，速度测试误差小于3km/h；所述数据采集卡9最大数据采集频率不应低于1khz，通道数不应少于2通道；所述可充电电源10不限于铅酸电池、锂离子电池，其循环寿命不应低于600次，输出电压为稳压3v；所述开关11为按压式开关。

本发明实施例还提供了一种评价路面自行车骑行舒适性的方法，包括如下步骤：

s1、将上述的测试装置牢固地安装在自行车车把上；

s2、将振动加速度的采样频率设置为1-1000hz；gps采样频率设置为200hz，并设置舒适度阈值：

当drc或rc≤0.37，极为不舒适；

当0.37＜drc或rc≤0.5，不舒适；

当0.5＜drc或rc≤0.62，比较舒适；

当0.62＜drc或rc≤0.74，舒适；

当0.74＜drc或rc≤0.89，很舒适；

当0.89＜drc或rc≤1，非常舒适；

s3、打测试装置开关，测试者选择的骑行速度应介于10～25km/h之间，之后骑行者保持选定速度，平稳的(5～25)骑行过被测路段，通过测试装置获取一次骑行历程中的自行车骑行者在骑行过程中手把处的振动数据(m/s²)、一次骑行历程中的自行车车速的数据(km/h)、一次骑行历程中的行驶轨迹数据，骑行停止后，立即关闭测试装置开关；振动数据、车速数据和行驶轨迹数据的样例如图1～图3所示。

s4、通过振动加速度数据输出端口6和gps定位模块数据输出端口8输出振动加速度数据、速度数据和行驶轨迹数据。

s5、预处理数据

采用savitzky-golay法对振动加速度数据进行平滑处理，去除由传感器误差所带来的干扰；该操作可借助商业软件originlab8.0及以上版本进行。

s6、通过下式计算某段路面的自行车骑行动态舒适性指数drc：

式中，drc为某段路面的自行车骑行动态舒适性指数，无量纲，drc值越高，舒适性越好；n为1秒内所采集的振动加速度数据的个数(个)；i为1秒内第i个振动加速度数据的编号(个)；acci为1秒内第i个振动加速度数据(m/s²)。kx为考虑速度的修正系数，其作用作于排除行驶速度对评价结果的干扰：当行驶速度x介于5-8km/h时，kx取0.9；当行驶速度x介于8-15km/h时，kx取1；当行驶速度x介于15-25km/h时，kx取1.1；

按照下式计算某段路面的自行车骑行舒适性指数rc：

式中，rc为某段路面的自行车骑行舒适性指数，无量纲，rc值越高，舒适性越好；m为一次骑行所耗费的时间(秒)；j为一次骑行中第j秒的振动加速度数据的编号(个)；drcj为j秒的自行车骑行动态舒适性指数，无量纲。kx为考虑速度的修正系数，其作用作于排除行驶速度对评价结果的干扰：当行驶速度x介于5-8km/h时，kx取0.9；当行驶速度x介于8-15km/h时，kx取1；当行驶速度x介于15-25km/h时，kx取1.1。

s7、将所计算得到的drc和rc分别与舒适度阈值进行对比，判断某段路面的骑行舒适性分类；同时参照自行车的行驶轨迹，获取在某段路面上每秒的骑行舒适性drc和该段路面的综合骑行舒适性。

实施例1

该实施例选择一条老旧的沥青路面，该路面含有较多的裂缝和坑槽，路段长为300m。连接件材质为铝合金，内径为20mm，螺孔内径5mm。支撑架材质为铝合金，长度15cm，直径10mm，与支撑平板以焊接方式连接。支撑平板材质为木质，其厚度为5mm，宽度为10，长度20cm。保护壳材质为塑料，其厚度5mm，宽度为12cm，长度20cm，高度8cm。采用压电式单轴振动加速度传感器，其量程为±220m/s²，精度为±2％，测试频率范围为1～1000hz。gps模块采样频率为200hz，定位误差为7mcep50，速度测试误为1km/h。振动加速度数据输出端口和gps定位模块数据输出端口均为usb3.0端口。数据采集卡具有两个通道，采样频率为10hz。电源采用可充电的锂离子电池，输出电压3v。

测试前，将以上装置牢固安装在自行车把上。待骑行者准备好后，打开电源开关。测试开始后，骑行者匀速骑行通过该路段，骑行距离为150m，测试时间为36s。测试结束后，通过数据输出端口将数据导入电脑，并进行分析。

数据预处理时，删除了前3秒和最后3秒的振动加速度数据及速度数据，所获得的数据如图5所示。采用originlab8.0版本对振动加速度做平滑处理。

通过速度数据求出骑行过程中的平均速度为13km/h。因此kx取1。按照本发明提供的计算方法分别计算drc和rc，结果如图6所示，对比本发明提供的骑行舒适度阈值，可判定该路段为不舒适。

实施例2

该实施例与实施例1的不同之处在于，实施例2选取的路面为一条完好、光滑的新建沥青路面。路段长为270m。连接件材质为铝合金，内径为20mm，螺孔内径5mm。支撑架材质为铝合金，长度15cm，直径10mm，与支撑平板以焊接方式连接。支撑平板材质为木质，其厚度为5mm，宽度为10，长度20cm。保护壳材质为塑料，其厚度5mm，宽度为12cm，长度20cm，高度8cm。采用压电式单轴振动加速度传感器，其量程为±220m/s²，精度为±2％，测试频率范围为1～1000hz。gps模块采样频率为200hz，定位误差为7mcep50，速度测试误为1km/h。振动加速度数据输出端口和gps定位模块数据输出端口均为usb3.0端口。数据采集卡具有两个通道，采样频率为10hz。电源采用可充电的锂离子电池，输出电压3v。

测试前，将以上装置牢固安装在自行车把上。待骑行者准备好后，打开电源开关。测试开始后，骑行者匀速骑行通过该路段，骑行距离为490m，测试时间为26s。测试结束后，通过数据输出端口将数据导入电脑，并进行分析。

数据预处理时，删除了前3秒和最后3秒的振动加速度数据及速度数据，所获得的数据如图8所示。采用originlab8.0版本对振动加速度做平滑处理。

通过速度数据求出骑行过程中的平均速度为19km/h。因此kx取1.1。按照本发明提供的计算方法分别计算drc和rc，计算结果如图8所示。对比本发明提供的骑行舒适度阈值，可判定该路段为很舒适。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。