道路交通事故重建技術綜述

張新海

(廣東警官學院治安系, 廣東廣州 510230)

0 引言

在交通事故處理工作諸多環(huán)節(jié)中，交通事故重建工作不僅對事故處理民警的素質(zhì)要求較高，同時也是事故處理過程中技術含量較高的一項工作，也是交通事故處理過程中的薄弱環(huán)節(jié)。

重建道路交通事故的前提是對道路交通事故過程有比較全面、清晰的認識；科學、客觀地重建道路交通事故過程可以準確認識事故發(fā)生的過程，正確分析道路交通事故成因，科學認定交通事故責任；有利于提高道路交通事故執(zhí)法辦案的科學性與公正性，提高交通事故認定的質(zhì)量，提高執(zhí)法辦案部門的公信力和權威性；幫助公安交管部門提高交通事故處理業(yè)務的水平，增強可視化，有利于辦案人員與當事人、執(zhí)法監(jiān)督部門、法官、保險部門等相關人員對事故的認識達成一致。此外，每起道路交通事故重建的結果都是一部典型、生動的交通安全宣傳教育材料，可以幫助交通參與者有效預防道路交通事故的發(fā)生。

1 正確認識道路交通事故重建

1.1 道路交通事故重建及相關知識

道路交通事故重建是具有道路交通事故處理職責和相關專業(yè)資質(zhì)人員，根據(jù)交通事故現(xiàn)場(事故現(xiàn)場散落物；肇事車輛及其損壞的情況、停止位置及狀態(tài)；人員傷害情況和各種形式的痕跡；當事人和目擊者的陳述、行車記錄儀數(shù)據(jù)等)與非現(xiàn)場(鑒定結論、監(jiān)控錄像、 GPS信息、手機信息、云端等信息)調(diào)查獲得的證據(jù)材料對交通事故發(fā)生過程作出的系統(tǒng)分析與科學推斷，并對道路交通事故發(fā)生過程依據(jù)運動、碰撞、應變、視頻、色彩等形成原理進行呈現(xiàn)的過程。不同時期事故重建結果呈現(xiàn)的形式不同，隨著模擬仿真技術的發(fā)展，現(xiàn)代道路交通事故重建結果常通過二維、三維圖形或虛擬現(xiàn)實的形式進行呈現(xiàn)。

交通事故重建作為一門新興的交叉學科，通常涉及到碰撞力學、運動學、生物力學、材料科學、交通行為學、車輛工程等技術領域，特別是關于轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)以及車輛動力學以及數(shù)字仿真技術、數(shù)字攝影和數(shù)碼影像技術、道路交通設施、偵查學和證據(jù)科學等專門知識，如圖1所示[1]。

交通事故重建工作不研究道路交通事故為什么會發(fā)生，不探索道路交通事故發(fā)生的其他深層原因，而僅研究交通事故發(fā)生的過程和事故過程中的一些現(xiàn)象。

1.2 道路交通事故重建的基本過程

圖1 交通事故重建相關學科知識

道路交通事故重建人員在系統(tǒng)掌握案卷材料的基礎上重建事故過程，都是在特定的證據(jù)條件下完成的，要重建出與事故發(fā)生時各方面要素的變化都完全一樣的事故過程幾乎是不可能的，對于事故處理工作，這也是沒有必要的。交通事故重建并非通過對已搜集的事故信息進行想象，從而推測事故發(fā)生的過程這么簡單，而主要是對現(xiàn)場信息搜集質(zhì)量不高的交通事故做出本質(zhì)上的解釋，這是重建道路交通事故工作的基本出發(fā)點。

道路交通事故重建的具體過程隨著重建目的、內(nèi)容、要求、條件的不同而有所差異。但是事故重建有一些基本的規(guī)則與程序，主要包括以下幾個環(huán)節(jié)[2]：

(1)明確重建結果所要解決的問題；

(2)審查證據(jù)材料；

(3)根據(jù)任務需要搜集其他所需材料；

(4)繪制碰撞后車輛運動態(tài)勢圖；

(5)檢驗工作成效；

(6)對理論或假設進行驗證；

(7)審查重建報告的結果是否令人滿意；

(8)檢驗得出的結論；

(9)用圖和表格對結論進行說明和解釋。

2 道路交通事故重建技術發(fā)展歷程

汽車誕生以來，研究交通事故的原因，重建交通事故過程是改善汽車設計，提高汽車安全性能，預防道路交通事故的重要方法，而對交通事故重建技術的研究幾乎也是隨著汽車安全技術的不斷改進而發(fā)展的。在汽車被動安全技術階段，事故調(diào)查與重建工作多依賴于事故車輛在人體、路面、車體的痕跡與變形，再輔以文證、書證及鑒定報告分析重建事故過程；在汽車主動安全技術階段，大量的ECU監(jiān)控著車輛的行駛狀態(tài)，事故發(fā)生后，人們可以從存儲單元中獲取較為客觀、準確的車輛運行數(shù)據(jù)，輔助事故重建工作；未來隨著汽車智能安全技術的發(fā)展與應用，道路交通事故重建可借助交通大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)融合技術，實現(xiàn)事故重建工作的自動化。從重建事故過程所使用的技術來看，道路交通事故重建技術的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下5個階段。

2.1 手工重建

在汽車工業(yè)發(fā)展的初期，事故調(diào)查人員重建交通事故的方法，主要是在車輛地面力學、運動學、動力學及碰撞理論的指導下，利用傳統(tǒng)計算與繪圖工具，對交通事故過程中車輛的位置、行駛速度、發(fā)生的位移、碰撞的接觸部位等參數(shù)，借助計算工具進行手工分析計算，對事故過程進行重建，這是最基本的交通事故重建的方法。

除了利用車輛地面力學、運動學、動力學及碰撞理論等原理分析計算外，還可以利用矢量合成原理，通過手工作圖的方法，按照一定的比例進行嚴格繪圖，對事故過程進行解析，如圖2所示。

圖2 手工作圖法解算碰撞參數(shù)

2.2 計算機輔助重建

計算機模擬仿真技術的迅猛發(fā)展，為道路交通事故重建技術的發(fā)展提供了強大的技術支撐，美國國家公路交通安全局(NHTSA)、歐盟試驗汽車安全委員會(EEVC)、日本汽車研究所(JARI)等紛紛開展了道路交通事故重建技術的研究，并開發(fā)出基于各種模型的交通事故重建系統(tǒng)。目前，道路交通事故重建軟件主要有SMAC、CRASH、PC-CRASH、HVE、HVOSM、Virtual Crash、EDCRASH、J2DACS、CARS、WACCAR、CARAT、ANAL、EES-ARM、IMPAC、TBS、VTS、LS-DYNA、PAMCRSAH、MADYMO、PHASE4、EDVDS、 CAL3D、SINRAR等。其中比較著名而且應用較為廣泛的事故重建軟件有PC-CRASH、Virtual Crash、HVE、 SMAC、CRASH、MADYMO、PAMCRSAH、LS-DYNA等系統(tǒng)[3]。這些軟件通過強大的模型與算法支撐，在車身研究開發(fā)、道路交通事故調(diào)查分析、道路交通事故鑒定、車輛保險理賠以及碰撞試驗標準假人開發(fā)等研究工作中，發(fā)揮了巨大作用。

利用事故重建系統(tǒng)能夠依據(jù)事故車輛結構參數(shù)、碰撞初始點位置、車輛碰撞初速度、車輛行駛方向、碰撞角度、車輛損傷程度、車輛最后停止位置及地面輪胎痕跡，比較精確地模擬出車輛碰撞過程的速度變化曲線、行駛軌跡及損毀結果。在初始條件發(fā)生變化時可以快速生成計算結果，大大提高了交通事故重建的效率和精確度。特別是隨著計算機圖形圖像技術的發(fā)展，許多重建系統(tǒng)(如PC-Crash、Virtual Crash等)還可以二維和三維的形式生成事故重建結果，如圖3所示，非常生動逼真地展示事故的發(fā)生過程。

圖3 利用PC-Crash重建道路交通事故

2.3 監(jiān)控信息輔助重建

隨著治安監(jiān)控與交通監(jiān)控裝備的推廣與應用，事故現(xiàn)場環(huán)境的電子監(jiān)控信息和事故現(xiàn)場的車體痕跡和路面痕跡一樣成為交通事故現(xiàn)場的重要證據(jù)；目前，監(jiān)控信息通常包括固定的治安監(jiān)控、交通監(jiān)控和移動的交通監(jiān)控裝置記錄的動、靜態(tài)影像信息。通常這些監(jiān)控設施從某一特定位置、以特定角度記錄了事故發(fā)生的過程，如圖4所示；不僅如此，汽車內(nèi)部還安裝了行車記錄儀，同時記錄汽車行駛時汽車的前方或后方的交通環(huán)境及車內(nèi)環(huán)境的變化，這些手段為人們分析重建道路交通事故提供了重要的支持。

但是，無論是車內(nèi)還是車外的視頻監(jiān)控設施，均記錄了事件發(fā)生時的影像，對車輛行駛時的參數(shù)并沒有量化，系統(tǒng)僅是以每秒25幀或30幀的拍攝速度，記錄事故的發(fā)生過程，還沒有辦法給出具體量化指標，如行駛車速、方向等數(shù)值信息；而對于交通事故重建工作中所需要的車速、行駛方向、碰撞點位置、駕駛人操作及安全帶使用情況等諸多重要信息如果沒有，則無法給出準確的結論[4]。單純依靠視頻監(jiān)控信息不能完成事故重建工作，其主要原因為：一是通過監(jiān)控視頻能夠計算的信息是有限的，時間、地點、事故車輛通?？梢耘卸?，車速通常也能計算出來，但交通事故其他參數(shù)(如車輛制動、駕駛人反應與操縱參數(shù))就很難直接從視頻中獲??；二是每一路視頻監(jiān)控信息僅從某一側面反映事故過程，人們無法獲得從其他角度觀察的結果；三是監(jiān)控信息通常僅拍攝到事故過程的局部，僅記錄事故過程的一個片段；四是監(jiān)控信息不能反映駕駛人和車輛在事故發(fā)生時的技術狀態(tài)。雖然視頻監(jiān)控信息無法全面反映交通事故過程，但它仍可以為重建工作提供大量、客觀、定性的證據(jù)信息。事故重建人員利用這些信息，可以提高事故重建的準確性，檢驗交通事故重建結果的可靠性。

圖4 利用視頻監(jiān)控信息輔助交通事故重建

2.4 車載電子信息輔助事故重建

現(xiàn)代汽車裝備越來越多的電子裝備，如車載多媒體系統(tǒng)、汽車行駛記錄儀、安全氣囊控制裝置、定速巡航、車距保持、車道保持、制動防抱死、車身穩(wěn)定系統(tǒng)等等，車輛運行中這些裝備的使用情況和技術狀況均可以進行記錄，特別是隨著存貯技術的發(fā)展，記錄汽車在使用過程中的環(huán)境條件與技術狀況已逐漸成為常態(tài)?！稒C動車運行安全技術條件》GB7258—2017規(guī)定：校車、公路客車、旅游客車、危險貨物運輸車、半掛牽引車和總質(zhì)量大于或等于12 000 kg的其他貨車，需要安裝符合標準的行駛記錄儀或具有行駛記錄功能的衛(wèi)星定位裝置。乘用車應配備能記錄碰撞等特定事件發(fā)生時的車輛行駛速度、制動狀態(tài)等信息的事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(EDR)。車輛事件記錄器(Event Data Recorder簡稱EDR)在汽車的行駛過程中，實時監(jiān)測汽車的運行狀態(tài)和設備的使用狀態(tài)，當某些特定事件發(fā)生時，車輛事件記錄儀觸發(fā)記錄裝置并將事件發(fā)生之前、中、后規(guī)定時間內(nèi)(一般5～8 s)的數(shù)據(jù)凍結并永久保存[5]，這些數(shù)據(jù)比較準確地記錄了汽車的運行和使用狀態(tài)；如圖5a為汽車安全氣囊控制模塊(ACM)，它可以準確記錄汽車發(fā)生碰撞事件時車輛的使用情況，通常記錄發(fā)生碰撞時汽車的行駛速度、發(fā)動機轉速、油門踏板深度、制動強度、方向盤轉角、安全帶使用情況、加速度或減速度、氣囊是否起爆等數(shù)據(jù)(如圖6所示)，這些數(shù)據(jù)客觀真實地記錄了事故發(fā)生過程中車輛的運行狀態(tài)，能夠很好的幫助交通事故調(diào)查人員重建交通事故過程，提高了交通事故現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)的客觀性與準確性。

圖5 典型車載事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

Time Stamp (sec)Pre-Crash Recorde StatusSpeed, Vehicle Indicated/(MPH [km/h])Accelerator Pedal,% FullService Brake Engine RPMABS Activity Stability ControlSteering Input (deg)-5.0Complete32[51]0.80Off1 718NoOff-50-4.9Complete31[51]1.20Off1 713NoOff-50-4.8Complete31[50]1.20Off1 725NoOff-50-4.7Complete31[50]2.80Off1 745NoOff-50

圖6利用CDR讀取安全氣囊控制模塊數(shù)據(jù)

事故重建人員可以利用專門的數(shù)據(jù)讀取裝置(如CDR，見圖7)獲取汽車發(fā)生碰撞時的一系列數(shù)據(jù)信息，有效輔助事故調(diào)查與重建人員，提高事故重建質(zhì)量和工作的效率。

借助專門的事故重建軟件，利用讀取安全氣囊控制模塊記錄的事故數(shù)據(jù)重建事故過程，如圖8所示。

圖7 利用CDR獲取車輛碰撞數(shù)據(jù)

2.5 交通大數(shù)據(jù)輔助事故重建

圖8 EDR數(shù)據(jù)重建道路交通事故

現(xiàn)代道路交通的構成要素中人、車、路、環(huán)境等逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。同時，汽車的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化、共享化等新“四化”不斷推動汽車工業(yè)升級換代，汽車高級輔助駕駛系統(tǒng)ADAS(見圖9)，未來會裝備在越來越多的汽車上，ADAS系統(tǒng)包含的導航與實時交通系統(tǒng)TMC，電子警察系統(tǒng)ISA 、車聯(lián)網(wǎng)、自適應巡航ACC、車道偏移報警系統(tǒng)LDWS、車道保持系統(tǒng)LKA，碰撞避免或預碰撞系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、自適應燈光控制、行人保護系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、交通標志識別、盲點探測，駕駛員疲勞探測、下坡控制系統(tǒng)和電動汽車報警系統(tǒng)等[6]，會產(chǎn)生更多信息，這些信息全面、客觀、準確、完整地記錄汽車在使用過程中的環(huán)境信息、操縱信息與運行信息。對于一起確定的交通事故分析與重建，這些數(shù)據(jù)運用于模擬仿真系統(tǒng)，可以更科學、更準確地重建道路交通事故過程，并大大提高事故重建的效率。

圖9 ADAS全面記錄車輛運行與環(huán)境信息

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的深入實施，5G網(wǎng)絡的應用與普及，特別是車聯(lián)網(wǎng)良好的應用環(huán)境和迫切的應用需求，使車聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術為交通事故重建工作提供了良好的機遇；與此同時，由于道路交通安全也越來越受到政府和群眾的高度關注，醫(yī)療衛(wèi)生、安全生產(chǎn)、交通運輸管理、汽車設計及科研院所均投入了大量的精力對道路交通安全進行研究，交通要素數(shù)據(jù)的采集越來越詳細、及時、準確，龐大的跨部門、跨行業(yè)的交通安全管理數(shù)據(jù)庫，為交通事故調(diào)查、分析和重建提供了良好基礎，這些多元數(shù)據(jù)的融合應用，能夠大大提高事故重建的質(zhì)量和水平。

德國德累斯頓工業(yè)大學交通事故研究專家，基于具有特定EES值的虛擬車輛模型，充分利用輔助駕駛系統(tǒng)ADAS的數(shù)據(jù)，以及從GIDAS數(shù)據(jù)庫中獲得的車輛變形和其他參數(shù)，在不使用PC-Crash的情況下對碰撞事故過程進行自動重建[7]，對道路交通事故重建工作具有重要意義。

3 結語

道路交通事故重建技能也正逐漸成為道路交通事故處理工作的核心能力。本文通過對交通事故重建技術的研究分析，得出以下結論：

(1)交通事故重建技術的應用水平隨著模擬仿真技術、計算機圖形技術、通信技術、數(shù)據(jù)庫技術、車聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)據(jù)融合技術的深度應用而快速向前發(fā)展。

(2)現(xiàn)階段由于交通工具構成多樣、技術差別巨大、道路等級多樣，交通事故重建工作中多種手段和技術應用并存，共同服務于道路交通事故處理工作。

(3)隨著高級輔助駕駛系統(tǒng)ADAS的推廣與應用，車聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)融合技術的不斷成熟和完善，基于交通大數(shù)據(jù)的交通事故重建自動化將成為可能。