相机和 GNSS 数据采集在山地车上同步

相机和 GNSS 数据采集在山地车上同步

Application Note
By Nina Kovač, application engineer, Dewesoft, Slovenia

山地自行车运动在过去几年中发展得相当快。也许你已经开过29英尺27英寸的车了，或者... ？所有这些山地自行车骑行都需要通过一系列不同的测试和测量对自行车进行仔细的分析。所有这些都是为了优化耐用性和性能，使它们反应更灵敏，更容易驾驶，当然，最终，更快。

我们使用 Dewesoft DS-IMU1 GNSS 惯性测量装置和 GoPro 相机对山地车的性能进行动态测量。动态，这就是山地自行车运动。

正在测试的全悬挂山地自行车在小道上

直立在自行车-全速通过艰难的地形！山地和越野全悬挂自行车是为越野速度骑。它们比普通的公路自行车更重、更难骑，但是它们几乎可以在任何路面上行驶。框架必须耐用、坚固、坚硬，但也要轻便。这是通过结合不同的材料-碳纤维，钛，铝，或钢-和框架形状。

为了设计出最好的自行车车架，或者结合合适的自行车部件，达到最佳的骑行经验测试和测量是必要的——这需要基于一系列完全同步的高质量数据的分析。

我们已经测试了三种不同的方法，将 GNSS 测量和高清视频记录结合起来进行这种测量。

我们使用有 GPS 接收功能的 GoPro Hero 相机制作了一些不错的视频剪辑——但首先要检查它与 DewesoftX 的兼容性，以便进行测量。由于视频稳定性和全方位的性能(良好的电池寿命，4k 视频，视频稳定性，不同的拍摄模式) ，市场对使用 GoPro 相机进行测量有很大的需求。所以我们用三种不同的设置配置测试了相机。

9动作摄像机

GoPro 相机提供高质量的稳定的视频，在测试和测量过程中非常有用。价格与特征的比率是真正有利的-为什么不使用他们的动态测量的目的以及？

图1. DS-IMU1装置安装在越野车上。

▶  视频和数据的后同步

在我们的测试中，使用当前的 DewesoftX 软件对所有这三种集成方法进行了评估，在这里将介绍不同的可能解决方案。

尽管 DS-IMU1设备相对容易安装在汽车上，但是在山地车上安装却是一个更大的挑战，因为山地车骑手需要运动和灵活性的空间。

配有附件的 Dewesoft DS-IMU1惯性导航系统

因此，该设备被安装在自行车的框架顶部管，而连接的个人电脑必须放在骑手的背包内。由于在骑行过程中巨大的力量对自行车的冲击，加速度传感器很快就会超过16g的范围，因此建议在车架和 GNSS 设备之间使用橡胶或泡沫介质。

图2. 山地自行车 GNSS 测量设置。

使用的数据采集设备

数据采集系统:

▶  GoPro Hero 9动作相机
▶  DS-IMU1惯性导航系统和 GNSS 接收机，支持 GPS/GLonASS 和 RTK，3轴加速度计，陀螺仪和磁强计
▶  计算机

软件

▶  Dewesoft X 数据采集软件

设置原理图

这个系统有两种配置方式，取决于 GoPro 的设置 -- GoPro 独立无线连接和 GoPro 有线连接。从 DS-IMU1设备中提取 GPS 同步信息。GoPro 相机有一个选项，使 GPS 后同步。

测试了三种不同配置的 GoPro 相机记录:

▶  流媒体 - GoPro 视频只能通过 GoPro 网络摄像头软件流到个人电脑上，然后 GoPro 流作为一个 DirectX 摄像头被 DewesoftX 接收。
▶  电缆连接 - GoPro 相机通过电缆连接到 PC 上，通过 GoPro 网络摄像头软件被计算机识别，并与 DewesoftX 集成为 DirectX 解决方案。
▶  视频和数据后同步 - GoPro 相机记录的数据是作为一个独立的设备，与测量数据的采集无关。所有的视频数据都被压缩并存储在 GoPro 的 Micro SD 卡上。在分析阶段，视频和 GoPro 测量数据被后同步并导入 DewesoftX 软件。

图3. 一切准备就绪。

数据分析

下面的测量屏幕显示了用速度着色绘制的骑行轨迹，以及提取的我们感兴趣的 IMU 数据:

▶  卷(度) ,

▶  音调(度)、,
▶  航向(度) ，
▶  总速度(公里/小时)

不同的参数组合显示的确切运动的自行车在特定的轨道区域。然后，测量的自行车行为可以进行比较和性能的轨道优化例如不同的自行车设置，轨道线选择，或部件选择。

全球定位系统跟踪也可以分段触发，这样可以提供一个预览，或者只能对感兴趣的专门领域进行详细分析，例如，可以比较某一特定区域多次运行的情况，例如一个关键转弯。

我们从相机 SD 中提取了 GoPro 的视频，并在 DewesoftX 中对它进行了后同步。一个 DewesoftX 地图小部件被添加到显示器上(在屏幕的右侧) ，代表骑行者的骑行路径。速度颜色标度是应用作为一个代表的骑乘动态。

没有显示的 DS-IMU1设备的任何其他测量参数和数据都保存在 DewesoftX 数据文件中，随时可用于进一步分析、计算甚至模拟。

总结

使用所有来自 DS-IMU1设备的 GPS、 IMU 和陀螺仪数据，可以对骑行进行详细分析，甚至可以对骑行风格的自行车组件的影响进行分析。

Dewesoft DS-IMU1设备与其16g的范围是理想的这种高动态测量由于其大小。基本上，它们可以安装在任何地方。拥有一台Krypton CPU 数据处理计算机和数据记录器直接安装在自行车车架上将使测量乘坐更优化的骑手，因为他不需要携带一个背包。

便携式和坚固的处理计算机和数据记录器

除了 DS-IMU1设备，还可以添加其他传感器，如自行车车架上的应变片传感器，用于测量应变，以便以后的车架优化，甚至可以同时测量叉路行程。DewesoftX 和 Dewesoft DAQ 的组合是灵活的，同步测量任何东西。

GoPro 的集成仅仅在后同步方面显示了非常好的结果。视频记录与数据完全同步，并保留了 GoPro 相机的原始质量和稳定性。

使用第三方 GoPro 网络摄像软件作为 DewesoftX 和 GoPro 相机之间的媒介的选择并没有带来最好的结果。电缆连接和 GoPro 流媒体被证明质量和稳定性都不够，并且被流媒体延迟所阻碍。

作为相机和 DewesoftX 之间桥梁的 GoPro 网络摄像头软件似乎还没有优化到可以用于动态测量的程度。