Summary
Bir protokol olarak alan yaya davranışları karakterizasyonu ve elde edilen yapısal tepkinin simülasyonu için sunulmuştur. Saha testleri kalp pili belirlenen yerinde katılımcılar arasında hızı ve senkronizasyon hızı insan kaynaklı yüklerin simülasyon ve doğrulama için gerekli bir girdi teşkil ettiğini göstermektedir.
Abstract
narin ve hafif yapılar için, titreşim serviceability genellikle kritik tasarım gereksinimi oluşturan, endişe büyüyen bir konudur. tasarımlar insan kaynaklı yükler altında dinamik performans tarafından yönetilir ile, güçlü bir talep mevcut yük modellerinin doğrulanması ve arıtma için var. Mevcut katkısı saha yaya davranışının karakterizasyonu için 3D atalet hareket izleme tekniğini kullanır. teknik ilk gelen yer tepkime kuvvetlerinin aynı anda kayıt laboratuvar deneylerinde test edilir. Deneyler yürüyen kişiler yanı sıra atlama ve sallanan olarak ritmik insan faaliyetleri içerir. Kayıtlı hareket etkinliğinin zamanla değişen pacing hızının belirlenmesi için izin verdiğini gösterilmiştir. Birlikte kişinin ağırlığı ve literatürde mevcut genelleştirilmiş kuvvet modellerinin uygulaması ile, belirlenen zaman varyant kalp pili oranı char veriyorİnsan kaynaklı yükleri acterize. Buna ek olarak, kablosuz hareket izci arasında zaman senkronizasyonu katılımcılar arasında senkronizasyon hızı belirlenmesini sağlar. Daha sonra, teknik kişi ve oluşturduğu yapısal titreşimlerin hem hareket kayıtlı gerçek bir yaya köprüsü üzerinde kullanılır. Özelliği, alan içinde yaya davranışı oluşturduğu yapısal tepkisini uygulanabilir kadar gösterilmiştir. Kalp pili belirlenen yerinde hızı ve senkronizasyon hızı insan kaynaklı yüklerin simülasyon ve doğrulama için gerekli bir girdi teşkil ettiği gösterilmiştir. Önerilen metodolojinin temel potansiyel uygulamalar, insan-yapı etkileşimi olayların tahmini ve gerçek trafik koşullarında yayaların korelasyon için uygun modellerin geliştirilmesi bulunmaktadır.
Introduction
verimlilik, ekonomik talep ve (yeni) malzemeler, mimar ve mühendisler hiç uzun, uzun boylu ve hafif yapılar inşa etmek sınırlarını zorlayan artan gücü ile tahrik. Tipik olarak, hafif ve ince yapılar çalışan veya atlama yürüyüş gibi ortak insan faaliyetleri, baskın yelpazenin içinde yer bir veya daha fazla doğal frekansları var. (Sıfıra yaklaşır) rezonans uyarma tabi olması muhtemeldir, bunlar rahatsız edici ve hatta zararlı titreşimlerin 1 sonuçlanan genellikle insan harekete haksız yere duyarlı. Bu ince ve hafif yapılar için, titreşim serviceability genellikle kritik tasarım gereksinimi oluşturan, endişe büyüyen bir konudur.
İnsan hareket ve elde edilen yer reaksiyon kuvvetleri (GRFs), genellikle deneysel laboratuvar koşullarında belirlenmiştir. 'Muhafazakar' olarak kabul edilir - ne - Şu anda, tasarımcılar güvenmek zorunda kalıyor eşdeğer lTek kişilik kuvvet ölçümleri yükseltilmiş OAD modelleri. tasarımlar, yüksek kalabalık yoğunlukları altında dinamik performans tarafından yönetilir ile, güçlü bir talep mevcut yük modellerinin doğrulanması ve arıtma için var.
Mevcut protokol yayaların doğal hareket karakterizasyonu için 3D atalet hareket izleme tekniğini kullanmaktadır. Bilginin yaya hem de karşılık gelen bağlı yükler arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılabilir kadar gösterilmiştir. Bir sonraki aşamada, özelliği yaya davranışı sayısal neden bunlara karşı simüle etmek için kullanılır. Kayıtlı yapısal tepki ile karşılaştırılması nedeniyle yayaların varlığı sönümleme eklendi, örneğin hesaplanamayan insan-yapı etkileşimi olayların, etkisini ölçmek için izin verir. metodoloji, gerçek bir yaya köprüsü üzerinde tam ölçekli deneyler için gösterilmiş olup, yapısal tepki ve par hareketcılar aynı anda kayıtlıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm işlemler KU Leuven üniversite hastanesinde etik komitesi tarafından onaylanmış ve her konu öncesi katılımı yazılı bilgilendirilmiş onam alındı.
1. 3D Hareket İzleme: Yapılandırma ve Veri Toplama
- Bireysel sensörler tamamen (Şekil 1A) ücret olduğundan emin olun. Bu adım, yaklaşık 1 saat sürer, ancak gerçek ölçümlere önceki gün gerçekleştirilebilir. Üreticinin şarj protokolünü izleyin.
- MT Yöneticisi - Veri toplama 2:
- (Tüm kablosuz ustaları etkinleştirin> Kablosuz Yapılandırma) sensörleri ile kablosuz bağlantı etkinleştirme ve istenen örnekleme oranı belirtin.
Not: Yaya davranışının doğru karakterizasyonu için izin vermek için, en az 60 Hz örnekleme hızı tavsiye edilir. Bireysel sensörler rekor 3D doğrusal hızlanma, açısal hız (toprak) manyetik alan ve atmosferik basınç verileri. - Operasyonel modunu etkinleştirin ve ölçüm modunu başlatmak: (tüm kablosuz ustaların üzerinde ölçüm Başlat> Kablosuz Yapılandırma) yaklaşık 1 dakika boyunca sensörler ile yavaş hareketler yapın.
- tüm aktif sensörler (Görünüm> Ekran> Atalet Verileri) eylemsizlik ve manyetik verileri gösterir. sabit iken, sensörün oryantasyon şansı yok, emin olun.
Not: Sabit sensörü Değişen yönelimi dolayısıyla, yanlış yönlendirme bilgileri, manyetik rahatsız bir ortam gösterir ve olacaktır.
- (Tüm kablosuz ustaları etkinleştirin> Kablosuz Yapılandırma) sensörleri ile kablosuz bağlantı etkinleştirme ve istenen örnekleme oranı belirtin.
- Oryantasyon sıfırlama: deneylerde (Şekil 1B) 2 küresel referans çerçevesini tanımlamak için (oryantasyon Reset> Nesne / başlığı reset) bir nesne / başlığı reset uygulayın.
- Beşinci bel omurunun (Şekil 1C) seviyesinde yer alan kütle vücut merkezine (BK) mümkün olduğunca yakın sensörünü yerleştirin. s ile her bir katılımcı sıkıca ve sağlam tek bir sensör sabitleyinpecially tıklama tam vücut kayışları (Şekil 1C) tasarladı.
- Kayıt verileri gerektiği gibi.
- Çevrede (açık dosyası) kayıtlarını yükleyin, dışa aktarma ayarlarını (Araçlar> Tercihler> İhracatçıları) belirtmek ve sonraki analiz 2 (Dosya> Dışa) için veri hızlandırma (ve yönlendirme matrisi) ihracat.
2. Kuvvet Levha: Kurulum ve Yapılandırma
Not: Bu adım GRFs kaydetmek için bir kuvvet plaka uygulaması anlatılmaktadır. Bir yürüyüş / koşu kişi katılır durumunda, kuvvet plakaları bir dizi ya da bir aletli koşu bandı protokolü kendisi benzerdir, daha sonraki adımlarda 3 tarafından uyarılan yükleme kaydetmek için kullanılacak.
- Kuvvet plakası güvenli laboratuvar kat (Şekil 2) sabit olduğundan emin olun.
- Cihaz ve satın alma ayarlarını 4 (NDI Açık Yakalama> Veri> Aygıt Ayarları> Setti yapılandırmaNGS). Uygun "kazanç" ve "örnekleme oranı" seçeneğini seçin. Yapılandırma ve 4 gerekirse, dış tetik ayarlarını kontrol edin.
- İstenilen doğruluk ve ilgili yükleme türüne göre kazanç ve örnek oranı seçin. Bu uygulama için, 128 (maksimum kuvvet 4,879 N) ve bir numune oranı 200 Hz arasında bir kazanç kullanımı.
- Başlangıç ve boş kuvvet plaka ile her deneme sonunda: Kuvvet plakasını Dara boşken (NDI Açık Yakalama> Veri> Aygıt Ayarları> Ayarlar> Dara).
- doğrulama amacıyla: önce kuvvet plakasının üstüne ve her denemeden sonra bilinen bir ağırlık koyun.
Not: Bu uygulamada, 5 kg'lık bir kütle, ancak bir başka iyi bilinen katı kütle (> 2 kg) kullanımı eşit bu doğrulama testi hizmet edebilir, kullanılır. - gerektiği gibi kayıt ve GRF verileri kaydetmek. Sonraki analiz 4 GRFs aktarın.
Yapısal hızlanma 3. Ölçümerzak
Not: Bu adımlar yapısı üzerinde bir veya daha fazla ilgili yerlerde yapısal titreşimlere toplamak hedefliyoruz. Mevcut uygulama GeoSIG yapısal ivmeleri kaydetmek için kayıt (Şekil 3) GMS kullanır. dahil bir uygulama için uygun özellikleri olan başka sensör tipleri, aynı uygulanabilir.
- Bireysel sensörler tam olarak şarj olduğundan emin olun. Bu adım, birkaç saat sürebilir, ancak gerçek ölçümlere önceki gün gerçekleştirilebilir. Üreticinin şarj protokolünü izleyin.
- (Mıknatıs kullanarak, örneğin) birincil yapısına uygun fiksasyon sağlamak gerekirse, sensörler seviye ve Primer yapının istenen yerle ilgili sensörleri yükleyin.
Not: Bireyin yüksek kütle kaydediciler (> 6 kg) ve yer düşük frekans salınımları (<6 Hz) GMS verilen ek tespit, bu durumda gerekli oldu. - GeoDAS Veri toplama 5: yapılandırma ve sensörler 5 ile kablosuz GMS ağ ve bağlantı sağlar. saat ayarlarını ve senkronizasyon ayarlarını (gerekiyorsa) kontrol edin (sağ> sensör üzerinde daha fazla bilgi tıklayın).
- İstenilen yere sensörleri yerleştirin ve küresel referans çerçevesi ile anlaşarak onları seviyesi.
- GeoDAS Veri toplama 5 için: kaydedilen verileri dışa sonraki analiz için (sağ sensörün> Cihaz Kontrol> bir istek> Kullanıcı isteği> GETEVT gönder 5 üzerine tıklayın).
Kontrollü Laboratuvar Ortamında 4. Deneyler
- (Bölüm 1 tartışıldığı gibi) izleme yapılandırma / Kurulum 3D hareket.
- (2. bölümünde tartışıldığı gibi) / Kurulum kuvvet plaka yapılandırın.
- Çalışma sırasında: görsel kablosuz atalet sensörler ve kuvvet plakasının hem ölçümleri operasyonel modu doğrulamak için gerçek zamanlı kontrol edin.
- particip sorkuvvet plaka üzerine adım ve en az 30 saniye boyunca hareketsiz durmak karınca: Bu her bireyin ağırlığını belirlemek için izin verir.
- Metronom sinyal yapılandırın: İstenen ritim, yani temel zorlama frekansı seçin.
Not: Metronom sinyal kolayca ücretsiz online ya da akıllı telefon uygulamalarını kullanarak yapılandırılabilir. - kuvvet plakası ve kablosuz atalet sensörlerin hem veri kaydetmeye başlayın.
- İstenen aktiviteyi başlatmak için katılımcıdan: atlama veya metronom sinyal ile belirtildiği gibi (hedeflenen kalp pili) hızında sallanan, yürüyüş (Şekil 4).
- Yükleme döngüleri, örneğin, adımlar, atlar ya da sallanan döngüsü seçilen numarasını kaydedin. kuvvet plaka kurtulmak için katılımcıdan.
Not: Doğrulama amacıyla yüksüz şartlarda bazı ek kayıt süresini dikkate tavsiye edilir. Literatürde, c için gerekli minimum sayı yükleme döngüleri hakkında net bir fikir birliği yokturdöngüsü için döngüsü 6 değişkenlikler haracterize. Deneyim ve sunulan çalışmasına dayalı [6], burada sunulan çalışmada, ilk ve son beş yükleme döngüleri duruşmanın başında ve sonunda yükleme şekli usulsüzlük dışlamak için daha fazla analiz dışında tutulmuştur sayede 60 ardışık döngüleri göz önünde bulundurur.
In Situ 5. Deneyler
- Yapılandırma / Kurulum katılımcıların hareketini izlemek 3D atalet sensör ağı (bölüm 2 ve Şekil 5).
- / Kurulumuna yapısal ivmeleri kayıt kablosuz ivme ölçer GMS ağı yapılandırmak (Bölüm 4'e bakınız).
- Çalışma sırasında: (görsel) operasyonel modu doğrulamak için kablosuz atalet sensörler gerçek zamanlı ölçümleri kontrol edin.
- Gerekirse, ilgili ölçüm sistemleri senkronize etmenizi sağlayan bir açık protokolü tanımlayın.
Not: tutulduğu zaman bu adım gereklidirveri toplama sistemleri bağlı bir tetikleyici ya da ortak bir kanal eksikliği doğrudan senkronizasyon için izin yoktur. Ikinci yerinde deney (5.1 ve 5.2) uygulanan kablosuz ölçüm sistemleri için de geçerlidir. Bu nedenle, açık bir protokol veri setleri çevrimdışı senkronize etmenize olanak verir sitede kabul edilmiştir. Mevcut uygulamada, ilgili ölçüm sistemleri dahil ölçüm sistemlerinin her birinin en az bir sensör tarafından tescil başında ve her deneme sonunda, yani aynı olayın kayıt, etkisinden dolayı eşitlenir. Düzgün hizalanmış zaman vektörleri sonradan bu olayların çevrimdışı uyum yoluyla elde edilir. - Metronom sinyal yapılandırın: in situ, bir megafon kullanımı hedeflenen yendi gereklidir yükseltmek için.
- Deney tekrarlanabilirlik kontrol etmek için çalışmaların yeterli sayıda toplayın. deneyimlere dayanarak yazarlar, tr, en az 3, tercihen 4, kayıt tavsiyeIALS.
6. Veri Analizi
- Ön-işlem gerektiği gibi dahil ekipman ham veriler: Böyle alakasız yüksek frekanslı katkıları ve ölçüm gürültü gibi istenmeyen etkileri ortadan kaldırmak için uygun filtreler uygulayın ve üreticinin protokolüne göre ilgili zaman penceresi saklayın.
Not: filtreleme özellikleri uygulama uyarınca seçilmelidir. Bu çalışmada, MATLAB Sinyal İşleme Araç 7 ilgili tüm sinyaller için 20 Hz'lik bir kesme frekansı ile filtreleme, düşük geçiş yapmak için uygulanır. - Her katılımcı için: Compute ayrık Fourier MATLAB Sinyal İşleme Toolbox 7 kullanarak COM kayıtlı ivmeler dönüşümü ve elde edilen spektrumda temel harmonik baskın zirve sıklığı ortalama yükleme frekansı tanımlar.
- yük döngüsünün herhangi iki nominal aynı olaylar arasındaki zaman içinde tespitPediVib MATLAB araç 8 [3] veya lc_timing aracında ayrıntılı yöntemiyle s
- veri vektörü (lc_timing> Load) yükleyin.
- örnekleme hızını belirtin ve ortalama yükleme sıklığını tahmin ediyoruz. Gerekirse, ilgili zaman penceresi belirtin. Tespit, yani sözde özdeş olayların zamanlaması, yük çevrimleri (lc_timing> Kaydet).
- (As 6.3'de tanımlanan) sonraki yük çevrimleri arasında ortalama süre tersi olarak ortalama yükleme frekansı hesaplayınız.
- Laboratuvarda deneyler için: Ortaya çıkan zemin reaksiyon kuvvetleri ve her bireyin com kayıtlı ivmeleri hem 6.3'de açıklanan prosedür uygulanır.
Not: GRFs doğrudan ölçülemez yerinde deney için uygulanan bu adım işlemi için doğrulama olarak hizmet vermektedir. Ayrıntılı yöntem [3] gösterir nasıl zaman varyant düzenleme hızınınyaya bireyin Com yakın kayıtlı ivmeleri ve buna bağlı olarak GRFs arasındaki ilişkiyi karakterize tarafından tespit edilebilir. - Yerinde deneyler için: her bireyin com kayıtlı ivmeleri için 6.3'de açıklanan prosedür uygulanır.
Yapısal Tepki 7. Simülasyon ve Analiz
Not: Bundan sonraki adımlar MATLAB 7 kullanılarak yapılmaktadır. 9 (yürüyüş) Li ve arkadaşları tarafından tanımlanan insan kaynaklı güçler genelleştirilmiş yük modellerinin uygulanması yoluyla tespit edilir ve Bachmann:. Yapısal tepki PediVib araç kutusu, yazarlar 8 tarafından geliştirilen MATLAB araç kutusu (Şekil 6) kullanılarak hesaplanır ve ark., 1 (atlama, koşma ve vandal yükleme) ve modal formüle edilmiştir yapısal model 10 koordine eder. eşlik eden manuel açıkça göstermektedir dersler içeriradımları izleyerek.
- Yapısal yanıt Simülasyonu
- Test yapısının kalıcı parametreleri tanımlayın: Doğal frekanslar, modal sönüm oranları, kitlesel normalize modal deplasmanları, ilgili düğümleri (PediVib> Yapısal parametreler> Yeni) koordinatları. Görme modal giriş bilgilerini (PediVib> Yapısal parametreler> Görünüm) kontrol edin.
- yaya özelliklerini ve ilgili uyarılan yükleri tanımlayın: yük tipi, ağırlık, yol / konumu, ortalama pacing hızını, her yük döngüsünün başlamasını yürüyüş (PediVib> Tek yaya> Yeni). Çalıştırın ve yer katılımcılar için simüle yapısal yanıtı kaydedin. Görme sonuçları (PediVib> Tek yaya> Görünüm) kontrol edin.
- İlgili vektörlerin yani bireysel yanıtların süperpozisyon, toplamı ile toplam yapısal tepki hesaplayın ve ölçülen yapısal tepki ile karşılaştırmak,Örneğin, ölçülen ve simüle yapısal tepki gösteren bir rakam oluşturarak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
İlk olarak, bireylerin yakın com kayıtlı ivmeler sonucu GRFs karakterize etmek için nasıl kullanılabileceğini gösterilmiştir. Sonuçlar bir yürüyüş birey 3 burada tartışılır. Tamamen karşılaştırılabilir gözlemler yapıldığında ritmik insan faaliyetleri, yani atlama ve sallanan. Şekil 7A ve sürekli dikey ayak güçlerinin genlik spektrumu ve yaya Com yakın kayıtlı karşılık gelen ivme seviyeleri nitel son derece benzer olduğunu 7B kabul edilir örneğin, şekil ve sıklığı. aktivitesi ortalama düzenleme hızı, bu spektrumları ilk baskın pik sıklığı tespit edilebilir. Kayıtlı GRFs ve COM ivmeler analizi aynı ortalama düzenleme hızı% 0.1 ± kadar tespit bu şekilde olduğunu gösteriyor. Daha sonra, nominal benzer olaylar zamanlaması tanımlanır FRsırasıyla GRFs ve COM yakın ivmeleri, om. Bu prosedür, GRFs ve COM ivmeleri sırasıyla Earth (g = 9.81 m / sn²) kişi ve yerçekimi ağırlığına normalize, Şekil 8 'de gösterilmiştir. Farklı çalışmaların analizleri göstermektedir ki, bu şekilde, her bir döngü süresi ve böylece aktivite zamanla değişen düzenleme hızının, daha düşük olan bir% 95 güven aralığı ile kişinin COM ivmeler anlaşılabilir kayıtlı GRFs arasında tanımlanan bir birine göre% 3 3 (Tablo 1 e bakınız). İlk yükleme döngüsünün başlangıç zamanı için ek muhasebe, tüm yükleme döngüleri başlangıcını hesaplamak için izin verir.
Sonra, bu bilgiler PediVib araç kutusu 8 kullanarak GRFs simüle uygulanır. 9 ölçülen ve simüle arasındaki küçük niceliksel ve niteliksel farklılıklar görüntüler Şekildikey tek adımlı ayak kuvvetleri. Bu küçük farklılıkların literatürde 9'da tanımlanan ve karşılık gelen yürüme hızı kabul kişinin ortalama dikey tek adımlı ayak kuvveti uygulanarak minimize edilen bir genel, tek aşamalı yükleme modeli kullanan bir sonucudur. Ancak, doğrudan kuvvet ölçümleri genellikle yerinde deneylerde yer alan kişiler için geçerli değildir. Buna ek olarak, ilerleme hızı oranı küçük değişimlere nazaran, kuvvet genliği ve temas süresi küçük değişimlere neden olduğu yapısal yanıt duyarlılığı neglegible kabul edilebilir 3,11. Şekil 9 gösterir ayak zamanlaması, ve bu yüzden düzenleme hızının zamanla değişen, doğru yaya kayıtlı hareketinden tanımlanır. 10 simüle ve ölçülen GRFs genlik spektrumu sunar Şekil. sadece abone olan mükemmel periyodik kuvvetler aksineadım frekansının harmonikleri osed, pacing hızının küçük farklılıklar baskın harmonik 12,13 civarında güçlerin bir dağıtım haline neden olur. Hesaba belirlenen değişken pacing hızını alarak, bu dar bant kuvvetleri de simüle kuvvetler (Şekil 10) mevcuttur. İki skaler büyüklükler sonradan ölçülen genlik spektrumu arasındaki benzerliği temsil etmek için kullanılır 
ve simüle kuvvetler 
: (1) lineer sıra ya da korelasyon 
[-] 1, mükemmel bir ilişki yansıtır ve 0 ve 1 arasında olan ve için hangi değişir (2) normalize 2-norm [%] 
genlik spektrumları fr karşılaştırılırequency aralığı düşük frekanslı sivil yapılar (0-10 Hz) hakkında. fazla 0.96 yüksek bir korelasyon katsayısı bulunmuştur 10 gösterir Şekil. yürüme hareketleri varsayarak mükemmel periyodik olarak, en az 0.5 'lik bir lineer ilişki halinde elde edilir. normalize 2-norm kalan bu tutarsızlık öncelikle genelleştirilmiş tek adımlı yük modeli uygulanması sonucu yaklaşık% 20 vardır. Referans amaçlı olarak GRFs tespit edilen tek aşamalı yürüme yükü ile taklit edilmiş olur, korelasyon 0.99 kadar artar ve gerçek kayıt kuvvetlere göre karşılık gelen 2-norm 8'den az yüzde azalma kaydedilmiştir. Bu şekilde, farklı denemeler analizi genel yük modelleri ve belirlenen zaman varyantı düzenleme hızına göre simülasyon insan hareketi ile indüklenen kusurlu gerçek GRFs iyi bir yaklaşım için izin göstermektedir.
benBireysel kaynaklı yüklerin karakterizasyonu n Ayrıca, kablosuz hareket izci zaman senkronizasyonu katılımcıları arasında senkronizasyon oranını analiz etmeyi sağlar. senkronizasyon oranı 
[-] olarak tanımlanır: 
burada T s [sn] faaliyet dönemi ve DT s [sn], farklı katılımcıların döngüleri arasındaki zaman kayması olduğunu. karşılaştırılabilir yük çevrimleri söz konusu olduğunda Bu senkronizasyon oranı sadece geçerlidir. Zaman ¨t s nedenle sadece ilgili zaman penceresi içinde meydana gelen döngüleri için kabul edilir vardiya [t - ½T s <t <t + ½T s]. Bunun bir sonucu olarak, senkronizasyon oranı Sıfır ve bir arasındaki değişebilirbu sayede ikincisi mükemmel bir senkronizasyon göstermektedir. Bu prosedür, aynı aşama frekans metronomu kullanılarak empoze edilen altı yayaların karıştığı deneyleri için görüntülenmiştir (Şekil 5B bakınız). Şekil 11, tek bir dikey çizgi ile her katılımcının her yükleme döngüsünün tespit başlangıcını temsil etmektedir. ilk 40 saniye sırasında gözlenen aynı zamana denk hatları, senkronizasyon yüksek oranda göstermektedir. Dağınık hatları, 50 ve kabul davanın 60 saniye arasında gözlemlenen, katılımcılar arasında bir oranı düşük veya senkronizasyon kaybı gösterir. Benzer gözlemler belirlenen zaman-varyantı düzenleme hızının neden olduğu dikey yükleri simüle etmek için uygulanır gelen senkronizasyon hızı ve Şekil 11C ve 11D sunulması Şekil 11B yapılabilir.
Son olarak, iletişim kuralı ayrıntılı bir analiz gerçekleştirmek için uygulananEeklo yaya köprüsü üzerinde insan faaliyetlerinin neden olduğu titreşimlerin. (Şekil 5) 12 yapının ilk altı mod modal özelliklerini sunuyor Şekil. Deneyler insanlar atlama ve temel veya ikinci doğal frekansında bir metronom tarafından empoze edilen ve hedeflenen bir pil hızı ile sallanan, 3 yürüyüş içerir. Yapının tepkisi beş eksenli sensörler (Şekil 3 ve 5B bakınız) kullanılarak kaydedilebilir edilir. Daha sonra, ölçülen yapısal tepki yapısı, deneysel tespit modal sönüm oranları ve karakterize alan içinde yaya davranışları kalibre sayısal modeli için hesap sayısal simülasyonları ile karşılaştırılır.
İlk olarak, sonuçlar adım frekansı seçilir ilk (ön s maç için altı yayaların = f 1 içeren deneyler için tartışılır (f s = f 2/2 = 1.49 Hz). Yayalar asimetrik bir şekilde, sırasıyla, birinci ve ikinci mod uyarma en üst düzeye çıkarmak için yapının uzunlamasına eksenine göre simetrik ya da (iki adet) (bütün tek tek dizilmiş) (Şekil 12). Katılımcıların gerçek kusurlu yürüme davranışlarının etkisini göstermek için, yapısal tepki ilk kusursuz periyodik yürüyüş kuvvetlerini varsayarak tahmin edilmektedir. İkinci olarak, içi ve kurumlar arası kişi değişkenlikler de, böylece, yayaların gerçek senkronizasyonu belirlenen zaman varyant pacing hızını dikkate alarak dikkate alınır ve.
Şekil 13A f 2/2 hedefleyen bir pacing oranı ile ikişer ikişer yürüyen kişiler için orta mesafesinde ölçülen ve simüle ivmenin sunar. thbir şekil yürüme davranışı mükemmel periyodik olarak kabul edildiğinde, yapısal tepki daha dört kat daha fazla tahmin tarafından olduğunu göstermektedir. Gerçek kusurlu yürüme davranışı için muhasebe tahmin titreşim seviyeleri üç kat daha büyük olan belirgin olmasına rağmen ölçülen tepki ile anlaşma geliştirir.
Şekil 13B f s = f 1 hedefleyen bir pacing oranı ile, köprünün bir tarafında yürüyen kişiler için orta mesafesinde ölçülen ve simüle ivme sunar. Bu durumda, orta mesafesinde kayıtlı ve simüle yan yanıt, yani birinci moda baskın bileşeni. Şekil 13B hareket kuvvet modeli tatbik edildiği zaman mükemmel periyodik yürüme davranışı kabul edildiğini gösterir, hızlanma pik değeri sunulmuştur yanıtı iki faktör tarafından hesaplamış. mea bir azalmaölçülür ivme nedeniyle yayaların azaltılmış senkronizasyon yaklaşık 40 saniye sonra görülmektedir. belirlenen zaman varyant ilerleme hızı oranları için muhasebe Benzer bir eğilim de simüle tepki yansıtılır. ölçülen tepki ile çok daha iyi bir niteliksel anlaşmaya ikinci yol açar, ancak yine de biraz abartılmıştır.
14 Şekiller ve 15 sırasıyla atlama ve inip içeren ölçülmüş ve simüle yapısal tepki benzer bir karşılaştırmasını sunduk. Yine, insan kaynaklı yükler mükemmel periyodik olarak kabul edilir zaman yapısal tepki çok abartılmıştır olduğu görülmektedir. belirlenen zaman varyant pacing hızının için muhasebe ölçülen tepki ile çok daha iyi bir niteliksel anlaşmaya yol açar.
ölçülen ve simüle birleşik yapılarda arasında kalan tutarsızlıkral yanıt (a) yapısal davranış ve (b) yaya kaynaklı yük ilişkin modelinde hataları nedeniyle olabilir. yapısal model katılımı, ana belirsizlik modal sönüm oranları ile ilgilidir. Ancak, SGK-CoV 14 elde olarak modal parametrelerin kovaryans ek olarak, ücretsiz çürüme modal sönümleme oranları neredeyse titreşim genlikleri 3 bağlı olduğunu göstermektedir analizler, düşük ve. yaya uyarma ile ilgili olarak, belirlenen zaman varyant düzenleme hızının küçük farklılıklar genelleştirilmiş kuvvet modelinin uygulaması nedeniyle ortaya çıkabilecek sayede gerçek kusurlu yürüme davranışının bir tahmindir. Tahmin ve 13-15 dikkat çekicidir Şekiller ölçülen tepki arasındaki genlik farkı sadece bu kalan belirsizlikler sonucu olamaz. Bununla beraber, açıklanabilir bir nedeniyle bağlanmış insan yapısı sy dinamik özellikleri değişikliklere, örneğin, süspansiyon artmışBoş yapının kişilerce karşılaştırıldığında kaynaklanıyor. Ancak, yer zaman varyant ilerleme hızı oranları için muhasebe bu insan-yapı etkileşimi (SBE) etkileri 10,15-17 nedeniyle kalan tutarsızlık ölçmek için izin verir. Bu şekilde, burada sunulan yöntem HSI etkilerinin insan kaynaklı yüklerin doğrulanması ve miktar tayini için gerekli giriş sağlar.
Şekil 1. (A) Xsens - birden fazla kablosuz atalet birimlerden oluşan Mtw Development Kit (MTW en) 2, (B) platformu oryantasyon referans çerçevesi ve (C) tanımlamak için tasarlanmış özel olarak tasarlanmış tıklama tam vücut bantları 2. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2. plakalı 4 atlama sırasında GRFs kayıt için uygulanan kuvvet / bobbing. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3. Kablosuz üç eksenli Geosig sensörleri 5 yapısal ivmeleri kaydetmek için başvurmuştur. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4. < İnsan ritmik deneyleri içeren laboratuvar deneyleri için strong> Yapılandırma ayarları. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 5. (A) Eeklo yaya ve (B) altı katılımcı senkronize yürüme (bu rakam modifiye edilmiş [3]). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 6. PediVib Toolbox 8 insan kaynaklı titreşimleri simüle etmek için başvurmuştur.= "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53668/53668fig6large.jpg" target = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 7. (A) dikey GRFs (sol ve sağ ayak toplamı) ve (B) com yakın gelen ivme seviyeleri doğrusal spektrumu (bu rakam modifiye edilmiş [3]). Bir görmek için buraya tıklayınız Bu rakamın daha büyük bir versiyonu.
Şekil 8. RAM'dan yakın normalize (AC) dikey tek adımlı (kesikli) ve sürekli (katı) GRFs (BD) normalize ivmelerve (AB) GRFs (katı) ve COM (kesik). (bu rakam [3] modifiye edilmiş) yakın ivmeler gelen sözde özdeş olaylar (dikey çizgi) tespit zamanlama tıklayınız daha büyük bir versiyonunu görmek için bu rakamın.
Şekil 9. normalize ölçülen (katı) ve yürüme sırasında simüle (kesikli) dikey GRFs karşılık gelen (bu rakam modifiye edilmiş [3]). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 10.
Şekil 11. Altı yayaların tespit yürüyüş davranışı: (gri) sağ ve sol (siyah tarafından uyarılan (A) tek bir dikey çizgi (B) senkronizasyon hızı ve (CD) ile gösterilen her kişinin her adımda simüle karşılık gelen dikey kuvvetler ) ayak (bu rakam modifiye edilmiş [3]). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
together.within-page = "1"> 
Oranı (ξ j) ve mod şekli sönümleme modal, doğal frekans (f j): Şekil 12. deneysel Eeklo yaya ilk altı mod modal parametreleri tespit (A) modu 1 (= 1.71 Hz 1 f ξ 1 =% 2.3); (B) modu 2 (2 f = 2.99 Hz, ξ 2 =% 0.2); (C) mod 3 (3 f = 3.25 Hz, ξ 3 =% 1.5); (D) mod 4 (4 f = 3.46 Hz, ξ 4 =% 3,0); (E) modu 5 (5 f = 5.77 Hz, ξ 5 =% 0.2); ve (F) modu 6 (6 f = 5.82 Hz, ξ 6 =% 0,2). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bir pacing hızında iki tarafından (A) iki yürüyüş kişiler için orta mesafesine Şekil 13. ivmeler pacing oranı f s = f 1 de f s = f 2/2 ve (B) tek bir dosya içinde hedef: ölçülmüştür (siyah) ve ve (mavi) oranı kalp pili belirlenen in situ ile (gri) olmadan yanıtı tahmin (bu rakam modifiye edilmiş [3]). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 14. (A) hedefleyen bir pacing hızında atlama kişiler için orta mesafesine ivmeler f s = f 2/2 ve (
Şekil 15. hedefleyen bir pacing hızında sallanan kişiler için orta mesafesine ivmeler (A) f s = f 2/2 ve (B) f s = f 1: Ölçülen (siyah) ve olmayan tahmin yanıt (gri) ve ( mavi) oranı kalp pili tespit yerinde. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| yürüyüş hızı | adım frekansı | # adımlar | BK |
| [Km / sa] | [Hz] | [-] | 2σ [%] |
| 3.0 | 1.55 | 166 | 2.8 |
| 3.5 | 1.68 | 178 | 2.3 |
| 4.0 | 1.75 | 1.82 | 2.1 |
| 4,5 | 1.85 | 182 | 2.0 |
| 5.0 | 1.92 | 193 | 2.1 |
| 5.5 | 2.00 | 215 | 2.0 |
| 6 | 2.06 | 217 | 2.1 |
Her deneme için Tablo: 1. yönünYürüme hızları, ortalama adım frekansı kira, kayıtlı adımların sayısı ve COM yakın kayıtlı hareket dayalı her adımda tanımlanmış başlangıç% 95 güven aralığı (bu tablo modifiye edilmiş [3]).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Insan hareket ve elde edilen GRFs genellikle kuvvet plakalarının uygulama tarafından tanımlanan bu Vicon 18 ve koda 19 olarak koşu bandı yanı sıra optik hareket yakalama tekniği Enstrümante edilir. Bu tekniklerin uygulanması, ancak, laboratuvar ortamında sınırlıdır. Bu dezavantajı cevap, birçok tekrarlanan ve kesintisiz döngüleri üzerinde 'doğal' kişi davranışının ölçümü izin yenilikçi tekniklerin potansiyel şu anda 20 incelenmiştir. Alternatif teknikler, basınca duyarlı taban sistemleri 21 ya da aletli ayakkabı 22 kullanımını içerir. Bu sistemler yapılara temas kuvvetlerinin doğrudan ölçümü için izin ancak genellikle sadece dikey bileşeni verim ve örneğin küresel gövde davranışı, gövde hareketini 20 yakalamak değil. Başka ayakta teknik, yani 20,23 İvme kombine manyetik atalet sensörler, istihdam (örneğin, yumuşak doku 24, bağlantı, vb eserler) karşılaşmak olmasına rağmen, bireysel, grup ve kalabalık davranış analizi yanı sıra insan kaynaklı yükleme dolaylı karakterizasyonu için büyük bir potansiyel sunuyor 23,24. Bu çalışmada, hareket bilim ve eğlence endüstrisi için geliştirilmiş bir 3D atalet hareket izleme tekniği incelenmiş ve bir metodoloji, insan hareketinin alan içinde karakterizasyonu ve elde edilen GRFs için geliştirilmiştir.
Burada sunulan yöntemde bir ilk önemli bir adım insan hareket ve GRFs aynı anda kayıtlı olduğu laboratuvar koşullarında kapsamlı bir deneysel çalışma oluşur. Bu veri kümesi odak insan faaliyetlerinin her biri için fiyat ve bireylere pacing ilgili bir dizi oluşmalıdır. Daha sonra, bu veri kümesi de kayıt arasındaki ilişkiyi tespit etmek uygulanabilirKatılımcıların ve elde edilen GRFs kırmızı hareketi. Daha sonra, bir işlem kayıt hareket ve karşılık gelen GRFs hem her yükleme döngüsünde nominal benzer olaylar zamanlamasının belirlenmesi için geliştirilebilir. Bu şekilde, bu veri setleri sadece, aynı zamanda ilgili doğruluğunu ölçmek için izin verir, insan kaynaklı yükleri karakterize amaçlayan prosedürü için doğrulama olarak hizmet ama.
İkincisi, ilgili ölçüm sistemleri arasındaki senkronizasyon yüksek önem taşımaktadır. Ikinci tercihen tek bir veri toplama sistemi kullanılarak veya paylaşılan bir tetikleme kanal 2 ile gerçekleştirilir. (Daha önce açıklandığı gibi) bir iyi tasarlanmış ve sürekli olarak yürütülen bir protokol, özellikle in situ uygulaması için yararlı bir alternatif olarak kullanılabilir.
Bu çalışmada tartışılan prosedür mükemmel 10 veya 12 katılımcıya kadar çalışır. Ancak, katılımcı sayısı olarak daha fazla yükseltileceğiSES ve bu nedenle, kablosuz hareket izleme birimleri sayısı arttıkça, ilgili veri toplama sistemi önemli ölçüde azaltmak için örnekleme hızı gerektirir. hantal olmasına rağmen, ölçme sistemi da, veriler ortak tetikleme kanalının uygulanmasıyla senkronize edilir, birden fazla Xsens veri toplama istasyonlarına uzatılabilir. Amaç daha büyük gruplar ve kalabalık davranışlarını izlemek için olduğunda, video / görüntü işleme gibi alternatif tekniklerin uygulanması araştırılabilir.
Yerinde gözlemler temsili operasyonel veri yükleme hakkında ayrıntılı ve doğru bilgi elde etmek için tek bilgi kaynağıdır. Daha fazla araştırma, bu nedenle büyük gruplar ve kalabalık tutan gerçek footbridges tam ölçekli ölçümleri içerecektir. Bu teknik, katılımcıların doğal yürüme davranışını tespit etmek ve böylece, uygun bir m geliştirilmesi için gerekli giriş sağlamak için uygulanabilirgerçek trafik koşullarında yayaların korelasyon MODELLERİ. Buna ek olarak, tespit yürüme davranışı, şu anda mevcut yük modelleri ile bir arada, oluşturduğu yapısal tepkisini uygulanabilir. İlgili ölçülen yapısal titreşimler ile karşılaştırma gibi katma sönümleme gibi ilgili insan-yapı etkileşimi olayları tahmin ederek, örneğin, doğrulamak ve uygulanan yük modellerini kalibre sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Yürüyüş bireyleri kapsayan deneyler Hareket ve duruş Analiz Laboratuvarı Leuven (AVM) 25 ile işbirliği içinde yapılmaktadır. Onların işbirliği ve destek minnettarlıkla.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MTw Development Kit + MT Manager Software | Xsens | MTW-38A70G20-1 | Development kit with wireless, highly accurate, small and lightweight 3D human motion trackers and accompanying click-in full body straps. |
| True Impulse Kinetic Measurement System + NDI Open Capture Data Acquisition and Visualization System | NDI Northern Digital Inc. | 791028 | TrueImpulse measures reaction forces exerted by humans during a wide variety of activities. |
| GMS-24 | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | (Wireless) accelerometers to register the structural vibrations. |
| GeoDAS GeoSIG Data Acquisition System | GeoSIG Ltd | Rev. 03.08.2010 | Graphical MS Windows application running under Windows 9x/NT/2000, providing a software interface between users and GeoSIG recorders GSR/GCR/GBV/GT. |
| PediVib toolbox | KU Leuven | Software interface/toolbox to simulate the structural vibrations induced by pedestrians. | |
| Metronome | A device to indicate the targetted pacing rate of the activity (free applications are available online for pc/laptop/smartphone). |
References
- Bachmann, H., Ammann, W. Bachmann vibrations in structures : induced by man and machines. , IABSE-AIPC-IVBH. (1987).
- Xsens Technologies B. V.. MTw User Manual. , Available from: https://www.xsens.com/download/usermanual/MTw_usermanual.pdf (2013).
- Van Nimmen, K., Lombaert, G., Jonkers, I., De Roeck, G., Vanden Broeck, P. Characterisation of walking loads by 3D inertial motion tracking. J. Sound Vib. 333 (20), 1-15 (2013).
- Northern Digital Inc. TrueImpulse Kinetic Measurement System User Guide. , (2013).
- Geosig Ltd. GeoSIG GMS 18-24 User Manual. , Available from: http://www.geosig.com/productfile2.html?productid=10319 (2012).
- Racic, V., Pavic, A. Mathematical model to generate near-periodic human jumping force signals. Mech. Syst. Signal Process. 24 (1), 138-152 (2010).
- The MathWorks Inc. MATLAB and Signal Processing Toolbox Release. , (2014).
- Van Nimmen, K., Van den Broeck, P. PediVib 1.0 - A MATLAB toolbox for the simulation of human-induced vibrations. , KU Leuven. (2015).
- Li, Q., Fan, J., Nie, J., Li, Q., Chen, Y. Crowd-induced random vibration of footbridge and vibration control using multiple tuned mass dampers. J. Sound Vib. 329 (19), 4068-4092 (2010).
- Van Nimmen, K. Numerical and experimental study of human-induced vibrations of footbridges [dissertation]. , KU Leuven. (2015).
- Middleton, C. Dynamic performance of high frequency floors [dissertation]. , University of Sheffield. (2009).
- Ingòlfsson, E. T., Georgakis, C. T., Ricciardelli, F., Jönsson, J. Experimental identification of pedestrian-induced lateral forces on footbridges. J. Sound Vib. 330 (6), 1265-1284 (2011).
- Racic, V., Brownjohn, J. M. W. Mathematical modelling of random narrow band lateral excitation of footbridges due to pedestrians walking. Comput. Struct. 90-91 (1), 116-130 (2012).
- Reynders, E., Roeck, G. De Reference-based combined deterministic-stochastic subspace identification for experimental and operational modal analysis. Mech. Syst. Signal Process. 22 (3), 617-637 (2008).
- Bocian, M., Macdonald, J. H. G., Burn, J. F. Biomechanically inspired modeling of pedestrian-induced vertical self-excited forces. J. Bridg. Eng. 18 (12), 1336-1346 (2013).
- Živanović, S., Pavić, A., Ingòlfsson, E. T. Modeling spatially unrestricted pedestrian traffic on footbridges. Journal of Structural Engineering. 136 (10), 1296-1308 (2010).
- Agu, E., Kasperski, M. Influence of the random dynamic parameters of the human body on the dynamic characteristics of the coupled system of structurecrowd. J. Sound Vib. 330 (3), 431-444 (2011).
- Vicon Motion Systems Product Manuals. , (2012).
- CODAmotion Technical data sheet. , (2012).
- Meichtry, A., Romkes, J., Gobelet, C., Brunner, R., Müller, R. Criterion validity of 3D trunk accelerations to assess external work and power in able-bodied gait. Gait Posture. 25 (1), 25-32 (2007).
- Jung, Y., Jung, M., Lee, K., Koo, S. Ground reaction force estimation using an insole-type pressure mat and joint kinematics during walking. J. Biomech. 47 (11), 2693-2699 (2014).
- Liedtke, C., Fokkenrood, S. A., Menger, J. T., van der Kooij, H., Veltink, P. H. Evaluation of instrumented shoes for ambulatory assessment of ground reaction forces. Gait Posture. 26 (1), 39-47 (2007).
- Boutaayamou, M., Schwartz, C., et al. Validated extraction of gait events from 3D accelerometer recordings. 3D Imaging (IC3D), 2012 International Conference on, , 6-9 (2012).
- Kavanagh, J. J., Menz, H. B. Accelerometry: A technique for quantifying movement patterns during walking. Gait Posture. 28 (1), 1-15 (2008).
- Duysens, J. L., Jonkers, I., Verschueren, S. L. MALL: Movement and posture Analysis Laboratory Leuven (Interdepartemental research laboratory at the Faculty of Kinisiology and Rehabilitation Sciences). , KU Leuven. Available from: https://faber.kuleuven.be/MALL/mall.php (2015).
