基于PC-CRASH的城市道路黑點路段交通安全研究

彭飛，鳳鵬飛，王艷梅，王慧

（安徽三聯(lián)學院，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著社會的進步與經濟的發(fā)展，人們對交通出行的要求越來越高，我國交通系統(tǒng)也隨之變得愈加發(fā)達，但是這也直接導致了許多交通安全事故的發(fā)生。交通事故逐年累加使得社會經濟遭到嚴重的打擊，同時也常常會造成較為嚴重的人員傷亡[1]。因此，如何才能夠提高交通事故問責的準確性成為了當前亟待解決的重要問題。

1 道路交通事故分析

在道路交通安全事故發(fā)生之后，對其展開的處理工作主要包含如下幾個方面：事故現(xiàn)場調查、事故情況分析以及事故問責。其中，事故現(xiàn)場調查是指對事故發(fā)生地點進行現(xiàn)場勘測，主要收集材料包括現(xiàn)場照片、事故對象相對位置繪圖與距離測量等；事故情況分析即是根據(jù)事故現(xiàn)場調查所獲得信息以及對當事人、視頻監(jiān)控錄像等進行分析從而還原事故發(fā)生的過程；事故問責則是根據(jù)上述兩方面工作對事故的責任承擔者進行判定，進而開展事故的事后處理[2]。

在上文提及的三個類別工作中，最為重要同時也是最為基礎的部分便是基于事故現(xiàn)場收集到的各種信息以及相關記錄對事故原因進行確認與辨識。但是交通道路上車輛運行情況復雜多變，不同時刻的運行環(huán)境都有著較大的差別，使用傳統(tǒng)的計量方法對事故進行分析并不一定能夠達到較好的效果[3]。而且許多事故發(fā)生位置并不利于事故相關信息的手機，進而影響事故問責的公正性，這是當前相關工作者面臨的最大問題。

在對事故現(xiàn)場進行調查時，汽車輪胎的制動痕跡與車輛最終的位置往往能夠提供最為直接的事故還原依據(jù)以及問責判定條件。通過這些信息不僅能夠有效判斷出車輛的運行速度、方向等狀態(tài)，同時也能夠判斷駕駛員在遭遇緊急情況時所采取的行動[4]。因此，以汽車輪胎的制動痕跡與車輛最終的位置信息作為道路交通事故調查的重心有著較高的可行性與有效性。

對于制動占地面積清晰或車輛停止位置準確的事故，通常采用基于脈沖/動量守恒的事故重建方法進行研究。根據(jù)剛體平面碰撞理論，本文特將車輛碰撞簡化為合理的碰撞模型進行分析，通過對模型的合理構建盡量還原汽車碰撞時所發(fā)生的位移。在此過程中通常加設汽車行駛路面平整、汽車碰撞為平面碰撞且碰撞平面自由度較高[5]。通過去除汽車材料彈性形變導致能量損失可以有效減少模型的誤差，再利用調查所得如：汽車碰撞角度、車速、材料彈性系數(shù)、路面摩擦系數(shù)等數(shù)據(jù)帶入模型方程便可以精準還原事故現(xiàn)場。

2 PC-CRASH軟件在交通事故中的應用

當前的交通事故現(xiàn)場還原技術已經較為完善，其中添加了計算機與數(shù)值模擬分析等領域的內容使得事故還原更加精準與可靠。同時，在對事故進行模擬時還可以使用控制變量法，以確定不同參數(shù)對事故還原影響的程度大小，對不同參數(shù)設置相應的精度，避免由于統(tǒng)一劃分導致事故還原不夠準確[6]。同時也可以指導在事故現(xiàn)場調查分析工作的開展方法，盡可能縮減從事故發(fā)生到模擬事故現(xiàn)場之間的時間跨度，加速分析進程與問責進度。綜上，對于上述技術與指標的應用可以通過PC-CRASH軟件作為主要處理工具，對道路交通安全事故的典型車輛進行數(shù)據(jù)錄入，建立相應數(shù)據(jù)庫，并通過仿真系統(tǒng)對后續(xù)發(fā)生事故的事故現(xiàn)場進行還原。

通過對標志性車輛進行仿真分析我們可以發(fā)現(xiàn)，經由錄入數(shù)據(jù)庫的事故信息對后續(xù)事故進行的事故現(xiàn)場還原結果與實際情況存在誤差較小，因而可以直接作為后續(xù)問責工作的重要參考指標[7]。同時這也證明了PC-CRASH在交通事故中具有良好的實用性和可操作性，可以為交通事故問責提供更加準確和有效的手段。

CRASH軟件最早由美國交通部開發(fā)，主要應用領域便是分析車輛碰撞過程中車輛的后續(xù)行為，并得到了廣泛使用。當前以上文所述的動量守恒定律為主要依據(jù)開發(fā)的軟件除PC-CRASH之外，還包括IMPAC、J2DACSH以及CARS等[8]。但是PC-CRASH軟件，尤以PC-CRASH8.0為主可以加載多種文件以及應用工具對事故場景以及相關信息進行處理。由于其操作界面相對較為簡潔，可自主操作性較高，同時也能夠滿足對三自由度平面碰撞模型的構建需求。輸入信息只需要包括車輛的速度、位置、制動延遲時間以及駕駛員的操作行為等，便可以輸出得到事故模擬發(fā)生之后的相關數(shù)據(jù)，如車輛制動痕跡、車輛最終停留位置等。

對于我國的道路交通安全事故分析與研究工作而言，重心主要傾向于如下幾個方面：首先是道路交通安全事故現(xiàn)場模擬分析軟件的自主開發(fā)與利用，其次則是對國外先進的事故模擬軟件進行本土化實踐分析研究，確保其能夠在我國的道路交通情況下發(fā)揮作用[9]。時至今日，我國的研究成果仍然較少，但是國外的同領域研究已經相對較為成熟，上述以PC-CRASH為例的事故模擬軟件已經得到了較為成熟的使用。對此，本文首先根據(jù)事故發(fā)生后現(xiàn)場信息的采集及使用進行分類，確定了如下兩種事故重建仿真分析數(shù)據(jù)分類方法：其一是根據(jù)數(shù)據(jù)采集的方法進行分類；其二則是根據(jù)人-機-環(huán)三要素進行數(shù)據(jù)分類。只有明確事故現(xiàn)場模擬參數(shù)的獲取方式以及分類方法，才能夠更加精準的再現(xiàn)事故場景，減少誤差。

3 參數(shù)分類和采集

如果根據(jù)數(shù)據(jù)采集方法對所獲得的數(shù)據(jù)進行分類，可以得到如下三種結果。

首先是所使用模擬還原軟件中既有的數(shù)據(jù)參數(shù)、以及能夠通過管理者權限經由網絡獲得的參數(shù)。這一類參數(shù)由于具有相當高的確定性，因而在各類事故中都可以得到應用，如某一型號車輛的相關數(shù)據(jù)。

其次是在事故發(fā)生現(xiàn)場經過調查所獲得的數(shù)據(jù)。這一類數(shù)據(jù)具有較高的可變性，如使用測量工具不同、測量方式不同等都可以導致測量數(shù)據(jù)發(fā)生變化。由于事故現(xiàn)場經常需要快速處理，所以使用的測量方法必須確保在最短的時間內收集最準確的數(shù)據(jù)并且沒有遺漏。對此，此類參數(shù)被稱為測量參數(shù)，如事故發(fā)生現(xiàn)場的路面情況。

最后便是需要根據(jù)既有公式、經驗理論等進行推導才能夠得到的參數(shù)。其中一些參數(shù)在PCCRASH中具有默認值，但不同實際事故的準確性不同，并且由于環(huán)境特征的差異和再現(xiàn)器之間的關系，許多推斷的數(shù)字可能具有一定的差異，并且相對難以準確獲得他們。對此，此類參數(shù)我們將之稱為經驗參數(shù)，如車輛碰撞后自我恢復的形變量。

在對參數(shù)進行合理分類之后，便可以根據(jù)分類參數(shù)對事故現(xiàn)場進行初步還原。PC-CRASH軟件將動量守恒定律作為模型建立的參考之一使得其更加具有現(xiàn)實實用性。加上JARI和RICSAC的實驗數(shù)據(jù)來驗證軟件系統(tǒng)，使得該軟件的準確性得到進一步提升。除了機動車輛，機動車輛和固定物體等碰撞事故的數(shù)字重建之外，PC-CRASH還可用于事故類型，例如機動車行人，機動車氣缸和翻車。

在對獲取參數(shù)投入到事故模擬恢復工作之后，便可以通過軟件計算得到若干碰撞后的車輛移動畫面，即所模擬的事故發(fā)生過程。具體步驟如下：首先用戶需要輸入路面信息與車輛信息參數(shù)，再將車輛最終位置作為優(yōu)化變量，加之車輛碰撞后不同時間的位置作為約束條件，便可以模擬得到事故動畫。約束條件越多，則所獲得的事故模擬結果越接近實際情況。在經過簡單計算之后，便可以向模擬動畫中添加其他的測量參數(shù)，如車輛初始速度、車輛材質彈性系數(shù)、接觸角等，從而進一步優(yōu)化模擬結果，使之與實際事故發(fā)生情況逐漸趨于一致。

在上述提到的參數(shù)中，最為重要的一項便是車輛發(fā)生事故之前的速度，即事故速度。該參數(shù)直接影響了事故的責任認定工作，因而得到了廣泛的重視。作pc-crash軟件的輸入?yún)?shù)之一，它不需要非常準確，因為軌跡優(yōu)化方法的優(yōu)化可以獲得更準確的速度值，但初始速度估計也很重要，并且初始化錯誤速度將導致模擬[10]。結果與實際情況不符。

除事故速度之外，輪胎軌道經常在車輛碰撞中為事故重建提供重要信息。車輛制動痕跡便是由制動后輪胎與地面發(fā)生摩擦而形成的。制動痕跡的分類較多，最常用的便是制動器占地面積。除了制動印刷之外，公共輪胎軌道具有由車輛的加速度，由車輛的橫向滑動引起的阻力和輪胎爆裂形成的標記。拖動標記后來形成。這些輪胎痕跡可能在碰撞過程中發(fā)生。通過對車輛制動或未制動痕跡進行分析時，可以通過車輛的速度、車輛初始位置以及其他數(shù)據(jù)對痕跡方程進行擬定，并通過添加約束條件得到優(yōu)化。

由于動量/脈沖理論的應用，車輛在碰撞之后所發(fā)生的位置變化可以得到合理且準確的預估，并判斷車輛運動的形式以及碰撞發(fā)生的原因。車胎痕跡的模型建立為事故判定提供了車輛發(fā)生事故之前、遭受碰撞以及之后的車胎與路面受力方式，確定車輛是否正常行駛以及車輛的制動情況；懸架模型則提供了車輛的基本受力條件，為車輛發(fā)生事故原因的辨識提供依據(jù)；車輛碰撞模型則可以提供車輛在發(fā)生碰撞之后的一系列行為，確定駕駛員是否采取合理行為避免經濟財產損失以及人員傷亡的增加。車輛之間直接發(fā)生碰撞或由于滑行而造成碰撞所得到了數(shù)據(jù)有著較大差異，因而也可以判定事故的最初發(fā)生位置、第一責任車輛等重要信息。確定路面碰撞位置對于道路車輛碰撞事故的分析具有重要意義。這是因為它與道路權利直接相關，是否侵犯他人權利是道路車輛責任分工的重要依據(jù)。其次，速度計算還需要知道道路上碰撞的位置，以確定碰撞后車輛的出租車的距離和方向。

因此可以說，PC-CRASH的應用使得該軟件的功能被更好的開發(fā)，提高了我國道路交通安全管理人員對該軟件的理解，從而提升了我國對道路交通安全事故的判定分析能力。

4 結語

由于私家車輛數(shù)量的逐年增加，交通事故發(fā)生頻次不斷累加使得社會安全受到了較大的影響，而如何判斷車輛碰撞事故的發(fā)生情況則成為了當前相關領域研究的重點。本文以PC-CRASH為例敘述了道路交通安全事故——車輛碰撞事故的軟件模擬方法，為日后道路交通安全事故的處理提供了新的思路與處理模式。車輛碰撞事故的模型分析應當以嚴謹?shù)臄?shù)學分析與高精度的計算機模擬為基礎，未來軟件模擬事故發(fā)生情況將會成為事故處理的一個重要的手段。而筆者也希望能夠通過本文為此領域工作的開展提供一些經驗與建議，從而減少道路交通事故發(fā)生的頻次，提高道路交通安全質量。