基于無人機的交通事故現(xiàn)場快速制圖及歸檔系統(tǒng)構(gòu)建

鄭淵茂，何原榮，冷 鵬，姚誠鑫

(1.廈門理工學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院， 福建 廈門361024；2.福州大學(xué) a.福建省空間信息工程研究中心; b.空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點實驗室， 福州 350002)

基于無人機的交通事故現(xiàn)場快速制圖及歸檔系統(tǒng)構(gòu)建

鄭淵茂1，何原榮1，冷 鵬2a,2b，姚誠鑫1

(1.廈門理工學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院， 福建 廈門361024；2.福州大學(xué) a.福建省空間信息工程研究中心; b.空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點實驗室， 福州 350002)

以交通事故現(xiàn)場為研究對象，基于無人機拍攝的高分辨率正射影像，在ArcGIS和CASS軟件中處理繪制交通事故現(xiàn)場記錄圖和現(xiàn)場圖，并在勘查時間、精度等方面與傳統(tǒng)方法進行對比，驗證無人機在交通事故現(xiàn)場勘查的巨大優(yōu)勢。其次，在ArcGIS Engine Runtime 等平臺基礎(chǔ)上，設(shè)計交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，對事故發(fā)生位置、正射影像圖、事故現(xiàn)場圖等大量現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)進行分類管理及分析查詢。結(jié)果表明：無人機應(yīng)用于交通事故現(xiàn)場的方法及歸檔系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅可進行交通事故現(xiàn)場快速勘查制圖、縮短勘查時間，還便于勘查數(shù)據(jù)的管理查詢，為國內(nèi)外交通事故現(xiàn)場快速勘查及數(shù)據(jù)歸檔提供可借鑒的經(jīng)驗。

無人機；交通事故現(xiàn)場；快速制圖；Visual Studio平臺；歸檔系統(tǒng)

交通事故發(fā)生后，及時進行交通事故現(xiàn)場的勘查，分析事故發(fā)生的原因，對今后做出有效方案來降低交通事故發(fā)生頻率具有重要意義。在交通事故現(xiàn)場存在大量客觀的數(shù)據(jù)，是整個交通事故原因分析的真實表現(xiàn)，可進行事故勘查，判定責(zé)任方。因而，交通事故現(xiàn)場的勘查越來越受到公安及保險部門的重視[1]。

交通事故現(xiàn)場勘查應(yīng)盡可能減少勘查時間，避免長時間對道路采取封閉措施。傳統(tǒng)的交通事故勘查方法是用手工皮尺或全站儀測量，手工繪制現(xiàn)場草圖及現(xiàn)場比例圖，交通狀況復(fù)原后，不能對現(xiàn)場再次查看，給事故責(zé)任判斷造成很大麻煩[2-3]，存在測量精度低、勘查時間較長，需大量的人力及物力，還造成交通堵塞[4]。因此，如何快速、準(zhǔn)確地進行道路交通事故信息的完整獲取已迫在眉睫。利用無人機航拍可快速、高清晰度地獲取交通事故現(xiàn)場影像，經(jīng)處理后的影像數(shù)據(jù)包含經(jīng)度、緯度、高程信息，在空中有著較好的視角，能獲取在地面無法量測的數(shù)據(jù)信息以及視頻，可作為日后事故分析查證的有力依據(jù)，還可避免傳統(tǒng)事故在勘查時需封閉道路而造成的二次傷害以及耗時、存在漏測等不足[5]。

近年來，無人機的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，在交通領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用[6-11]。Doherty等[6]對無人機運行在道路和軌道網(wǎng)絡(luò)進行了成功部署，推動了無人機軟硬件等結(jié)構(gòu)發(fā)展。Puri等[7]利用無人機獲取實時詳細(xì)交通信息，增加數(shù)據(jù)獲取新技術(shù)，便于管理人員對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，該數(shù)據(jù)還有助于交通仿真監(jiān)測。Lee等[8]采用四軸無人機對交通監(jiān)控和道路事件監(jiān)控進行適用性研究，與傳統(tǒng)方法相比，無人機在大區(qū)域數(shù)據(jù)采集方面具有高效性和效益性。陳強等[9]為解決交通事故現(xiàn)場二維勘測中“四點法”不足和實際問題，提出基于小型無人機攝影測量的“改進四點法”，增強勘查效果。彭博等[10]對無人機的視頻檢測算法評價，并對事故現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境及空中管理等進行討論。趙國朋[11]探索建立“以無人機拍攝為核心，其他勘查手段予以輔助”的高速公路交通事故現(xiàn)場勘查新模型，達到安全、高效、便捷的交通事故現(xiàn)場勘查。這些研究工作已取得較好的成果，但到目前為止，尚無有關(guān)構(gòu)建無人機應(yīng)用于交通事故現(xiàn)場勘查及數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)管理的報道。

本文以交通事故現(xiàn)場勘查為研究對象，基于無人機拍攝的高分辨率正射影像，在ArcGIS和CASS軟件中處理繪制交通事故現(xiàn)場圖，并在勘查時間、精度等方面與傳統(tǒng)方式進行對比、分析。此外，設(shè)計交通事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對事故發(fā)生的位置、航拍影像圖、現(xiàn)場圖等大量現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)進行管理查詢，能夠為國內(nèi)外交通事故現(xiàn)場快速勘查提供借鑒。

1 交通事故現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)獲取

1.1 無人機航拍技術(shù)

無人機是指具有動力裝置，不載操作人員，攜帶多種設(shè)備，執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛飛行器[12]。根據(jù)飛行器整體構(gòu)造可分為固定翼無人機和旋翼無人機兩大類。固定翼無人機飛行速度快，航拍范圍廣，工作效率高，但對工作環(huán)境要求高，必須在空曠的作業(yè)環(huán)境才能發(fā)揮較高的工作效率，對起飛和降落要求高，不夠靈活[13]；旋翼無人機具有機動靈活性，起飛降落要求場地空間不大，航飛高度較低，可以懸停，還能按照預(yù)設(shè)的航線實現(xiàn)各類不同需要的飛行效果，適合對交通事故現(xiàn)場進行快速信息獲取[14-15]。因此，本文采用“DJI Inspire 4”型四旋翼無人機，其飛行性能強，容易操控且安全平穩(wěn)。

在交通事故現(xiàn)場勘查中，無人機攝像頭可獲取大范圍的影像，有助于事故勘查取證并進行事故分析、責(zé)任認(rèn)定。運用無人機航拍技術(shù)，在事故現(xiàn)場短短幾分鐘的勘查，可獲取必要數(shù)據(jù)，并使道路快速恢復(fù)暢通，在交通事故多發(fā)地區(qū)，往往容易引起連環(huán)事故，嚴(yán)重地會導(dǎo)致交通封閉，一旦事故發(fā)生，需耗費較長時間及大量人力、物力來解決，而無人機則可快速完成事故現(xiàn)場勘查，從而大大節(jié)省時間。

1.2 事故現(xiàn)場信息采集

1.2.1 事故現(xiàn)場踏勘

本文的交通事故現(xiàn)場是模擬一個校園內(nèi)十字路口處，無紅綠燈，車流量小，其路口處存在視線遮擋，屬于典型的交通事故易發(fā)現(xiàn)場。布置一輛白色面包車與一輛藍色小轎車在道路碰撞，模擬兩車發(fā)生刮擦場景。無人機航拍對天氣要求比較嚴(yán)格，晴朗的天氣在很大程度上可確保影像成果的質(zhì)量。云層的厚度、太陽光照的強度、空氣能見度等均是影響航拍影像成果質(zhì)量的重要因素。避免大雨大風(fēng)天氣，適合航拍的晴天有助于提高航拍影像質(zhì)量。

因此，在獲取影像數(shù)據(jù)前需做好準(zhǔn)備工作，并進行現(xiàn)場踏勘。首先，查看交通事故現(xiàn)場區(qū)域的地形地勢以及天氣狀況。城市地區(qū)道路交通事故現(xiàn)場周圍大都有建筑物，需要注意查看是否有較高層建筑物影響無人機的航行；在山區(qū)，需注意周圍的高山等山脈是否影響無人機飛行；其次，踏勘確定無人機的起降地點。無人機起飛地點有條件要求，盡量選擇平坦的空曠場地作為無人機起降地點，遠離高壓電線、高層建筑物、高大樹木、大型廣告牌等可能對無人機起飛造成干擾的障礙物；最后，還要對交通事故現(xiàn)場的風(fēng)速進行測定，正常情況下無人機可抵抗6級風(fēng)速，超過限制風(fēng)速會對無人機飛行造成干擾，可能發(fā)生危險，要確保在安全的風(fēng)速限度內(nèi)工作。

1.2.2 影像數(shù)據(jù)獲取

無人機航拍獲取數(shù)據(jù)主要包括資料收集與整理、航行場地選擇、航行方案設(shè)計、起飛前和降落飛行設(shè)備系統(tǒng)檢查、航行質(zhì)量監(jiān)控、影像質(zhì)量檢查及航行資料整理等，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)獲取流程

無人機進行影像數(shù)據(jù)采集過程如下：① 航拍工作前需要進行準(zhǔn)備工作，確保無人機智能電池、顯示器等充滿電量，并確保螺旋槳、陀螺儀等各部分安全，特別是無人機的動力系統(tǒng)作為無人機的重要組成部分，需保證其工作安全；② 確定無人機起飛場地。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘后，本次無人機起降地點選在道路邊緣的空曠平坦草坪上；③ 進行無人機航行路徑的規(guī)劃，確定航拍范圍及架次以及航行的順序。本文采用Altizure APP軟件控制“DJI inspire4”四旋翼無人機的航行路線。在航行路線規(guī)劃中設(shè)定無人機航線路徑、起降地點、航行高度、無人機航行速度等參數(shù)，界面如圖2所示；④ 無人機航行質(zhì)量監(jiān)控。在飛行中需進行飛行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，包括航行高度、航行速度、航行軌跡等；⑤ 影像質(zhì)量的檢查。在無人機影像數(shù)據(jù)獲取后及時查看數(shù)據(jù)質(zhì)量成果，以及無人機是否受損等。

圖2 采用Altizure APP設(shè)置無人機航線界面

2 事故現(xiàn)場快速勘查制圖

2.1 事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理

本文采用Pix 4Dmapper軟件來快速、高精度地生成數(shù)據(jù)測區(qū)完整的影像。主要步驟為：

1) 原始資料數(shù)據(jù)的獲取。檢查影像數(shù)據(jù)是否完整、影像的POS數(shù)據(jù)是否齊全，保證影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性，避免存在不合格的影像圖，檢查影像的經(jīng)度、緯度和高程可靠性；

2) 建立新工程并導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)。導(dǎo)入無人機航拍的遙感影像圖，影像經(jīng)緯度、姿態(tài)角以及數(shù)碼相機信息，并設(shè)置影像的坐標(biāo)系為“WGS84(經(jīng)緯度)坐標(biāo)系”且?guī)в蠵OS數(shù)據(jù)。

3) 影像空間三角解算。完成新工程的創(chuàng)建后，開始運行影像數(shù)據(jù)處理，會根據(jù)導(dǎo)入的影像圖及影像圖信息進行自動識別處理，可進行影像圖空中三角測量，并獲取各個影像的外方位元素。影像圖進行空中三角解算相應(yīng)的坐標(biāo)信息，如圖3所示。

圖3 空中三角測量解算

4) 生成影像圖處理質(zhì)量報告。無人機航拍的遙感影像圖經(jīng)過處理后可生成質(zhì)量報告，輸出一份PDF文件。在質(zhì)量報告中，重點查看數(shù)據(jù)集和相機的參數(shù)優(yōu)化質(zhì)量這2項指標(biāo)。本次的數(shù)據(jù)處理結(jié)果中，相機的初始焦距與空間三角形處理運行結(jié)果得到的相機焦距兩者之間的差值為2.77%，小于5%。相機模型無錯誤，成果質(zhì)量合格。

5) 自動生成DSM模型，進行影像校準(zhǔn)拼接。該軟件根據(jù)空中三角測量計算出影像的內(nèi)外方位元素和交通事故現(xiàn)場區(qū)域的測區(qū)的數(shù)字表面模型(Digital Surface Model,DSM)，對無人機遙感影像進行正射影像校正，經(jīng)校正后生成具有真實地理坐標(biāo)的正射投影影像圖；并對各個遙感影像圖進行鑲嵌,生成完整的正射影像圖數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map,DOM)。本次事故現(xiàn)場的數(shù)字表面模型DOM和DSM概略如圖4所示。

圖4 DOM和DSM概略圖

2.2 事故現(xiàn)場圖繪制

在交通事故的勘查中，交通事故現(xiàn)場記錄圖的繪制必不可少。交通事故現(xiàn)場圖主要有現(xiàn)場記錄圖和現(xiàn)場比例圖?，F(xiàn)場記錄圖重點描述交通事故現(xiàn)場的環(huán)境，包括交通肇事車輛及相關(guān)車輛人員，現(xiàn)場有關(guān)物品等的位置?，F(xiàn)場比例圖能更加具體、準(zhǔn)確地表現(xiàn)出事故現(xiàn)場，整齊細(xì)致地依照規(guī)范的圖形表示符號按一定比例繪制交通事故現(xiàn)場平面圖。交通事故現(xiàn)場的比例是指圖中的線性元素的尺寸與現(xiàn)場實際中對應(yīng)的尺寸之比。把交通事故現(xiàn)場中的道路線、地面物體、車輛人員、地面痕跡以及它們彼此之間的距離依照一定比例，縮小顯示到圖紙上，通常選用1∶500、1∶200等比例尺，根據(jù)實際情況決定。

2.2.1 事故現(xiàn)場記錄圖的繪制

事故現(xiàn)場記錄圖是指在進行交通事故現(xiàn)場勘查時，重點描述事故現(xiàn)場周圍的環(huán)境狀況，對事故現(xiàn)場環(huán)境、車輛形態(tài)，有關(guān)車輛、人員、物體、痕跡的位置及相互關(guān)系的圖形標(biāo)記。事故現(xiàn)場記錄圖繪制是在ArcGIS軟件中目視解譯完成。首先，將處理后的交通事故現(xiàn)場正射影像圖導(dǎo)入ArcGIS軟件；其次，建立MDB數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫下新建交通事故現(xiàn)場各類信息的要素類，如圖5所示。交通事故現(xiàn)場各要素主要有：道路邊界線、路燈要素、道路排水蓋要素、事故車輛要素、車輛行駛軌跡要素、房屋建筑要素、道路綠化要素等；在軟件中可根據(jù)正射影像圖，對事故現(xiàn)場的各類相關(guān)信息包括道路邊線、交通設(shè)施、路燈設(shè)備、事故車輛等要素進行矢量化提取，最終得到交通事故現(xiàn)場記錄圖的快速繪制，如圖6所示。

圖5 建立交通事故現(xiàn)場各要素MDB數(shù)據(jù)庫

圖6 交通事故現(xiàn)場記錄圖

2.2.2 事故現(xiàn)場比例圖的繪制

在交通事故現(xiàn)場比例圖的繪制中，現(xiàn)場定位是關(guān)鍵的一步?，F(xiàn)場定位包括現(xiàn)場的方位、道路走向及各個目標(biāo)對象的幾何空間位置?，F(xiàn)場定位可通過方向的確定、基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)線的選取、建立坐標(biāo)系等方式來實現(xiàn)。交通事故現(xiàn)場方向定位中最主要的是確定道路邊線的走向。在圖上標(biāo)明正北方向，確定道路線段與正北方向的角度，就完成了道路的定向。同時，在事故現(xiàn)場選取幾個特殊地物作為基準(zhǔn)點來確定車輛、人員與基準(zhǔn)點的相對位置?；鶞?zhǔn)點應(yīng)就近選擇，方便量算距離并標(biāo)注，選取長久有效、結(jié)實牢靠的點位，比如道路里程碑、路邊電線桿、路燈、交通指示桿等。其次，確定基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線往往是選取道路兩條邊線或道路邊的路沿實線。通過基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)線，可對事故現(xiàn)場的車輛進行定位，明確物體與基準(zhǔn)線的距離。

根據(jù)現(xiàn)場的不同情況可采取不同的定位方法，定位方法有：直角坐標(biāo)定位法、交會定位法、三邊定位法、三角定位法和極坐標(biāo)定位法等。應(yīng)根據(jù)具體情況選取最合適的方法。本文通過交會法進行事故車輛的定位。本文事故現(xiàn)場比例圖是采用AutoCAD開發(fā)的CASS軟件進行繪制。首先，在CASS軟件中導(dǎo)入交通事故現(xiàn)場記錄圖，同時根據(jù)勘查人員在交通事故現(xiàn)場記錄的數(shù)據(jù)，按照一定的交通事故現(xiàn)場符號和制圖比例尺對交通事故現(xiàn)場各目標(biāo)對象進行定位，最后繪制交通事故現(xiàn)場比例圖，如圖7所示。

圖7 道路交通事故現(xiàn)場圖

從本次交通事故現(xiàn)場比例圖可得以下信息：

1) 根據(jù)事故車輛剎車的痕跡及車輪方向等因素，可判斷并具體地繪制出兩輛事故車輛的行車軌跡及方向，便于勘查人員快速進行事故現(xiàn)場分析。

2) 從圖中可觀察：此道路十字路口左上方向路口寬度最小僅為7.5 m，同時在道路左邊存在大量綠化植被，道路路口通視率低，最終可判斷兩車輛在道路左拐彎時，因路面過窄以及視線遮擋而造成碰撞刮擦車禍的情況。

3) 從圖中可具體量測得到藍色小車右上方頂點距離基準(zhǔn)點B的距離為6.649 m，右下方頂點距離基準(zhǔn)點B的距離為6.647 m；白色面包車左上方頂點距離基準(zhǔn)點C的距離為8.401 m，左下方頂點距離基準(zhǔn)點A的距離為4.842 m。通過基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)線及方位距離，可精確確定出事故車輛的具體點位。

4) 從圖中還可精確提取道路排水蓋及井蓋的位置坐標(biāo)及寬度大小，同時獲取道路兩旁的綠化準(zhǔn)確區(qū)域，為交通現(xiàn)場事故進行事故原因分析提供精確的數(shù)據(jù)來源和支撐。

2.3 效益對比

通過無人機航拍獲取事故現(xiàn)場影像數(shù)據(jù)，可快速制圖，大大提高交通事故現(xiàn)場勘查的效益，具有極大的優(yōu)越性和效益性?；跓o人機航拍技術(shù)進行事故現(xiàn)場勘查時間，由傳統(tǒng)人工勘查的30 min縮短至約8 min；同時，無人機航拍技術(shù)可獲取地面人員難以獲取的俯視角，使交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)更為豐富，更具完整性。此外，無人機航拍技術(shù)獲取事故現(xiàn)場影像圖還可避免數(shù)據(jù)漏測、測錯，其數(shù)據(jù)可二次查驗，數(shù)據(jù)采集與處理實現(xiàn)自動化，數(shù)據(jù)客觀、精確，減少了人力和物力。無人機航拍技術(shù)與傳統(tǒng)交通事故現(xiàn)場勘查方法的對比，如表1所示。

表1 交通事故勘查方法對比

3 交通事故現(xiàn)場勘查歸檔系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)功能組成

通過無人機航拍獲取事故現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并快速精確地獲取交通事故現(xiàn)場圖，可大大提高現(xiàn)場勘查的效益。利用無人機航拍技術(shù)，可獲取交通事故發(fā)生位置、航拍影像圖、現(xiàn)場圖等大量現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)。因此，交通事故管理人員對于交通事故現(xiàn)場勘查繁重的數(shù)據(jù)進行歸檔管理有迫切的需求。本文研究的交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)的歸檔系統(tǒng)操作簡單，不僅可快速進行交事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的完整錄入管理以及各數(shù)據(jù)的精確查詢，便于事故管理人員的數(shù)據(jù)管理，還可為制定降低交通事故措施提供數(shù)據(jù)來源支撐。本研究系統(tǒng)的功能主要有：

1) 對交通事故現(xiàn)場信息進行采集與存儲、修改及添加。交通事故現(xiàn)場記錄圖、現(xiàn)場比例圖等勘查數(shù)據(jù)導(dǎo)入，以及交通事故現(xiàn)場天氣、時間、地點及周圍環(huán)境的輸入。

2) 信息的查詢與反饋，以及交通事故分析結(jié)果的輸出，包括交通事故發(fā)生原因的分析和改進措施的輸出。

3) 數(shù)據(jù)庫信息更新。對交通事故現(xiàn)場的勘查處理結(jié)果進行實時數(shù)據(jù)更新，并檢驗勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性。進行勘查數(shù)據(jù)歸檔的不斷更新，為交通事故管理人員提供更全面、完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，也為道路交通安全的分析提供依據(jù)。

交通事故現(xiàn)場勘查歸檔系統(tǒng)中數(shù)據(jù)多樣，包括地圖、事故現(xiàn)場的航拍正射影像圖、視頻文字記錄。交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)具有重要性，表現(xiàn)在數(shù)據(jù)透明公正、保護權(quán)益、二次調(diào)檔，特別是重大交通事故，保證有充分的信息。交通事故勘查數(shù)據(jù)歸檔是一個相對復(fù)雜的過程，主要是其數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)系密切，而GIS又具有功能齊全的空間數(shù)據(jù)分析和與專業(yè)模型相結(jié)合的能力。因此，結(jié)合 GIS技術(shù)開發(fā)歸檔系統(tǒng)，為事故分析提供可視化信息，為事故責(zé)任認(rèn)定提供可視化判定參考，具有重要的實際意義。鑒于現(xiàn)有成熟系統(tǒng)開發(fā)較少，基于GIS技術(shù)的交通事故現(xiàn)場勘查歸檔系統(tǒng)仍需不斷深化研究。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 需求設(shè)計

本文的交通事故現(xiàn)場勘查歸檔系統(tǒng)研發(fā)的主要目的是統(tǒng)一歸類管理交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)。① 將每一起交通事故現(xiàn)場的編號、無人機航拍的正射影像圖、交通事故現(xiàn)場記錄圖、事故現(xiàn)場比例圖、現(xiàn)場記錄的信息以及視頻等信息采集到該系統(tǒng)；② 通過信息采集，使各類事故勘查信息整合在一起，可進行分類查詢管理，有助于每一次交通事故勘查結(jié)果的管理和整合歸檔入庫；③ 還可對勘查的結(jié)果進行數(shù)據(jù)下載及查詢，包括事故現(xiàn)場視頻等；④ 在交通事故信息核查欄中，可確認(rèn)現(xiàn)場勘查信息是否完整，勘查統(tǒng)計數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

3.2.2 功能模塊設(shè)計

交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)的功能模塊，主要定位在數(shù)據(jù)信息采集、瀏覽查詢與數(shù)據(jù)管理功能上，具體包括遙感圖像瀏覽、數(shù)據(jù)分類查詢、圖形數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋８鶕?jù)系統(tǒng)功能的總體設(shè)計，可將系統(tǒng)設(shè)計為以下幾個部分：

1) 事故信息模塊:可進行數(shù)字化圖形處理，完成對無人機遙感影像圖、交通事故記錄圖、現(xiàn)場圖，事故現(xiàn)場車輛、行人信息的導(dǎo)入采集，是快速處理道路交通事故的前提和保障。

2) 事故管理模塊：用于實現(xiàn)交通事故勘查數(shù)據(jù)的管理。可對交通事故勘查結(jié)果數(shù)據(jù)進行分類查詢及瀏覽，實現(xiàn)三維模型的管理；還可進行勘查結(jié)果編輯，并驗證勘查結(jié)果是否準(zhǔn)確等。

3) 數(shù)據(jù)傳輸模塊：主要是數(shù)據(jù)圖像的處理傳輸、數(shù)據(jù)庫更新，分析出事故原因并進行數(shù)據(jù)下載，最后實現(xiàn)道路交通事故處理結(jié)果的輸出。根據(jù)已知結(jié)果可分析找出車輛的安全性和道路安全建設(shè)的最佳方案。事故現(xiàn)場勘查歸檔系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計，如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)的功能模塊

總之，根據(jù)系統(tǒng)功能需求，設(shè)計交通事故現(xiàn)場勘查歸檔系統(tǒng)能夠?qū)煌ㄊ鹿尸F(xiàn)場記錄圖、現(xiàn)場比例圖、無人機遙感影像數(shù)據(jù)進行整合管理，通過多種數(shù)據(jù)類型相結(jié)合，使系統(tǒng)具備完整性和多樣性。同時，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模塊上，還可審核驗證事故勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性等。

3.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

平臺選擇：為達到項目需求，系統(tǒng)設(shè)計使用Window操作系統(tǒng)、PC設(shè)備、ArcGIS Engine Runtime作為當(dāng)前的計算機硬件以及軟件運行的操作平臺。

應(yīng)用環(huán)境選擇：系統(tǒng)設(shè)計使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中心以及將ArcGIS二次開發(fā)工具與Access數(shù)據(jù)庫進行關(guān)聯(lián)使用以達到系統(tǒng)功能的設(shè)計需求。

應(yīng)用模塊設(shè)計：系統(tǒng)設(shè)計分為事故信息模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊三大模塊，通過將功能需求進行合理化的分配，使得系統(tǒng)功能模塊化具有完整性。

圖形界面設(shè)計：在此方面系統(tǒng)設(shè)計按照簡潔、直觀且功能完善的操作界面原則進行設(shè)計，在滿足工作人員完成基本操作的同時，以簡潔直觀的方式來減少工作人員的工作量。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計通過多方面分析考慮后，選擇Microsoft Access數(shù)據(jù)庫、ArcGIS Engine二次開發(fā)工具、Visual Studio平臺、ArcGIS 10.2運行環(huán)境來滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計需求。建筑物外立面施工監(jiān)管GIS平臺的功能結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3 系統(tǒng)分析查詢

3.3.1 數(shù)據(jù)信息獲取

事故現(xiàn)場信息基本數(shù)據(jù)包括矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)，其中矢量數(shù)據(jù)的專題類型分為事故現(xiàn)場記錄圖、事故現(xiàn)場比例圖等，其所對應(yīng)的專題要素存在道路、車輛、建筑，且還可具體到路燈、井蓋等信息；柵格數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字遙感影像圖、沿線航拍影像等資料。

1) 事故信息獲取界面模塊：系統(tǒng)主界面顯示事故現(xiàn)場區(qū)域的遙感影像圖，用戶可對選定的地圖進行瀏覽、放大、縮小、漫游、圖層選擇等操作。系統(tǒng)加載影像代碼如下所示：

private void LoadMapDocument()

{

string MapPath=Environment.CurrentDirectory+"裁剪影像cjyx.mxd";

axMapControl1.LoadMxFile(MapPath,0,Type.Missing);

axMapControl1.Extent=axMapControl1.FullExtent;

}

在系統(tǒng)的事故信息獲取界面模塊，用戶可以選擇查看交通事故現(xiàn)場的區(qū)域，點擊交通事故現(xiàn)場的點位，系統(tǒng)將顯示交通事故現(xiàn)場區(qū)域的無人機遙感影像圖。圖10為系統(tǒng)影像界面模塊操作圖。在影像界面操作時，通過點擊交通事故現(xiàn)場點位坐標(biāo)時，系統(tǒng)在影像的相關(guān)位置生成圓形標(biāo)記，并跳轉(zhuǎn)至交通事故具體現(xiàn)場的GIS數(shù)據(jù)庫。

圖10 系統(tǒng)影像界面模塊操作圖

2) 數(shù)據(jù)管理模塊：該模塊主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)界面模塊中的數(shù)據(jù)及交通事故現(xiàn)場航拍正射影像圖、事故現(xiàn)場圖、事故實景記錄圖等的編輯錄入與導(dǎo)出。在數(shù)據(jù)管理下拉選項有數(shù)據(jù)導(dǎo)入按鈕，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入對話框中填寫交通事故現(xiàn)場勘查相關(guān)數(shù)據(jù)信息，主要有交通事故編碼、道路名稱、事發(fā)地點、天氣狀況、具體時間、道路材質(zhì)，添加現(xiàn)場航拍圖、實景記錄圖以及事故現(xiàn)場圖，點擊數(shù)據(jù)導(dǎo)入彈出對話框，如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)信息獲取

3.3.2 數(shù)據(jù)分析查詢

在交通事故勘查數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，對于交通事故數(shù)據(jù)檔案可通過分類查詢來獲取。查詢方法有：基于“交通事故編碼”查詢和基于“道路名稱”查詢兩種方法。在基于“交通事故編碼”查詢法中，通過輸入交通事故編碼“2017042501”進行查詢，可以快速準(zhǔn)確地查詢到該次交通事故的完整數(shù)據(jù)檔案，包括該事故的發(fā)生地點、事發(fā)天氣、事發(fā)時間、道路材質(zhì)、事故現(xiàn)場航拍圖、事故現(xiàn)場記錄圖以及事故現(xiàn)場比例圖等，如圖12(a)所示。

通過輸入道路名稱“理工路”進行查詢，可以查詢到在理工路發(fā)生的有記錄的各類交通事故的完整有數(shù)據(jù)檔案，如圖12(b)所示。目前記錄的兩次發(fā)生在理工路的交通事故，可對各事故現(xiàn)場各要素進行瀏覽查看，非常完整、準(zhǔn)確，同時還可對發(fā)生在同一位置的不同道路交通事故進行對比，得出事故發(fā)生的原因并進行分析總結(jié)，提出道路交通安全措施。由以上可以得出：通過數(shù)據(jù)界面的查詢功能，操作方便快捷，同時有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與查詢，提高數(shù)據(jù)的高效利用。

3.3.3 驗證勘查結(jié)果

在交通事故現(xiàn)場檔案數(shù)據(jù)庫中進行分類查詢數(shù)據(jù)信息的過程中，交通事故管理人員還可在交通事故信息核查欄中，檢查交通事故現(xiàn)場勘查的信息是否完整，勘查統(tǒng)計數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確等，并作出成果確認(rèn)管理，從而解析找出車輛的安全性和道路安全建設(shè)的最佳的方案。此外，在交通事故數(shù)據(jù)檔案系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)的查詢，不僅可進行分類查詢，還可查看現(xiàn)場航拍影像圖、交通事故記錄圖、交通事故現(xiàn)場圖，以及完整的交通事故現(xiàn)場三維場景圖和事故現(xiàn)場視頻。交通事故現(xiàn)場三維場景圖和事故現(xiàn)場照片及視頻等資料具有下載選項，便于事后交通勘查人員進行交通綜合分析。詳細(xì)數(shù)據(jù)顯示如圖13所示。

圖12 交通事故分析查詢

圖13 交通事故勘查管理

4 結(jié)束語

本文利用無人機航拍獲取交通事故現(xiàn)場航拍影像圖，大大縮短交通事故的現(xiàn)場勘查時間，避免傳統(tǒng)測量方法中存在的測錯、少測及無法二次查驗的不足。以交通事故現(xiàn)場為研究對象，基于無人機拍攝的高分辨率正射影像，在ArcGIS和CASS軟件中處理繪制交通事故現(xiàn)場圖，并在勘查時間、精度等方面與傳統(tǒng)方式進行對比。在ArcGIS Engine Runtime 等平臺基礎(chǔ)上，設(shè)計交通事故現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)，對事故發(fā)生的位置、航拍影像圖、現(xiàn)場圖等大量現(xiàn)場勘查數(shù)據(jù)進行管理查詢，為國內(nèi)外交通事故現(xiàn)場快速勘查提供應(yīng)用借鑒。目前存在的問題有：交通事故現(xiàn)場車輛的側(cè)面存在部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。今后的發(fā)展方向是：結(jié)合地面三維激光掃描等技術(shù)，構(gòu)建天地一體化勘查系統(tǒng)以便更加完整地進行交通事故現(xiàn)場的勘查信息獲取。

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(責(zé)任編輯陳 艷)

RapidMappingofTrafficAccidentSceneandArchiveSystemConstructionBasedonUAVAerialTechnology

ZHENG Yuanmao1, HE Yuanrong1, LENG Peng2a,2b, YAO Chengxin1

(1.Xiamen University of Technology, Xiamen 361024, China; 2.a.Provincial Spatial Information Engineering Research Center; b.Key Laboratory of Spatial Data Mining and Information Sharing of Ministry of Education, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China)

This paper studies traffic accident scene exploration as the research object, based on a low UAV photograph of a high resolution orthogonal projection like in ArcGIS and CASS software processing map simulation of traffic accident scene, and the measuring time and precision are compared with traditional methods such as analysis, to explore a huge advantage of UAV at the scene of the accident. In addition, in ArcGIS Engine Runtime platforms such as basis, the design of traffic accident scene data management system, the accident location, aerial image, the scene graph, we classify a large number of field exploration data management and analyze the query. The results show that the UAV is applied in traffic accident field method and the formation of the system not only is improved in the traffic accident scene fast mapping, shortening the time of accident investigation, but also facilitates the management of the exploration data query, which provides experience for reference for traffic accident scene fast exploration at home and abroad.

UAV; traffic accident scene; rapid cartography; visual studio platforn; filing system

2016-07-12

國家自然基金面上項目(41574011)；福建省自然基金面上項目(2016J01199)；廈門理工學(xué)院研究生科技創(chuàng)新計劃項目(YKJCX2016015)

鄭淵茂(1991—)，男，福建漳州人，碩士研究生，主要從事無人機、三維激光掃描技術(shù)及應(yīng)用研究，E-mail：zhengyuanmao@yeah.net；通訊作者 何原榮(1977—)，男，福建漳州人，教授，主要從事地圖制圖學(xué)與地理信息工程研究，E-mail:heyuanrong@126.com。

鄭淵茂，何原榮，冷鵬，等.基于無人機的交通事故現(xiàn)場快速制圖及歸檔系統(tǒng)構(gòu)建[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2017(11):146-155.

formatZHENG Yuanmao, HE Yuanrong, LENG Peng, et al.Rapid Mapping of Traffic Accident Scene and Archive System Construction Based on UAV Aerial Technology[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):146-155.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.022

TP391

A

1674-8425(2017)11-0146-10