基于道路交通事故數(shù)據(jù)的仿真場(chǎng)景搭建及研究

摘 要：駕駛場(chǎng)景數(shù)據(jù)是自動(dòng)駕駛功能開發(fā)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，基于中國道路真實(shí)交通事故的危險(xiǎn)場(chǎng)景是場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，是車型開發(fā)功能驗(yàn)證的必要條件。安全通過危險(xiǎn)場(chǎng)景以及成功避免事故的發(fā)生或最大程度降低事故造成損傷是自動(dòng)駕駛功能準(zhǔn)入的基本條件，事故仿真場(chǎng)景的研究與開發(fā)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車前期功能驗(yàn)證的重要一環(huán)。

關(guān)鍵詞：交通事故 仿真場(chǎng)景 事故重建 事故比對(duì)

0 引言

根據(jù)交通事故現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)（現(xiàn)場(chǎng)散落物、肇事車輛痕跡及其損壞情況、車輛碰撞點(diǎn)及停止位置及狀態(tài)、當(dāng)事人傷情、當(dāng)事人和目擊者陳述、行車記錄儀數(shù)據(jù)等）與非現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)（鑒定結(jié)論、監(jiān)控錄像、衛(wèi)星定位信息、手機(jī)信息、云端等信息）等調(diào)查獲取的各類證據(jù)材料，對(duì)道路交通事故作出的系統(tǒng)分析與科學(xué)推斷，并對(duì)道路交通事故發(fā)生過程依據(jù)運(yùn)動(dòng)、碰撞、應(yīng)變、視頻、色彩等形成原理進(jìn)行呈現(xiàn)，本文從中國交通事故深入研究（China In-Depth Accident Study ， CIDAS）數(shù)據(jù)庫中選取相關(guān)交通事故場(chǎng)景（以下簡(jiǎn)稱事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫），對(duì)某一事故場(chǎng)景進(jìn)行建模分析。

1 原始數(shù)據(jù)采集與繪制

1.1 數(shù)據(jù)獲取

數(shù)據(jù)的采集分為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物采集和事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫獲取，根據(jù)交通事故的現(xiàn)場(chǎng)，由測(cè)繪人員對(duì)人、車、物進(jìn)行測(cè)量，編寫事故報(bào)告，報(bào)告的內(nèi)容包括但不限于事故基本信息、車輛信息、輪胎信息、人員損傷、道路環(huán)境信息等維度，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)獲取即登陸至中國交通事故深度調(diào)查網(wǎng)站進(jìn)行查詢和下載。

1.2 場(chǎng)景平面圖繪制

根據(jù)事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故軌跡進(jìn)行平面圖的繪制，尤其是事故參與方的最終位置、事故道路形態(tài)、痕跡的參數(shù)等，所有尺寸都遵循真實(shí)比例，在使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）繪制的過程中，均按照現(xiàn)場(chǎng)1∶1繪制，單位為米。道路走向與指北針l7GeMzWmCjlLwYOOTlgA6A==方向與事實(shí)一致。數(shù)據(jù)庫中的照片反映的與事故相關(guān)的信息和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志均展現(xiàn)在平面圖中，如比例尺、人行道、指北針、綠化帶、痕跡、散落物、參考點(diǎn)、紅綠燈、讓行標(biāo)志、停車線、雙黃線、轉(zhuǎn)向標(biāo)志、碰撞點(diǎn)、限速標(biāo)志等。事故中與事故相關(guān)的各種事故位置應(yīng)精確定位，比如與參與方發(fā)生接觸的一些樹木、電線桿等，現(xiàn)場(chǎng)的痕跡及散落物注釋說明，如血跡、剎車痕跡、地面挫劃痕跡、散落物范圍等。如圖1所示，為某一事故場(chǎng)景繪制的CAD平面圖。

2 事故重建仿真

仿真重現(xiàn)使用的交通事故再現(xiàn)仿真軟件（PC-crash），可以通過軟件對(duì)事故的發(fā)生過程進(jìn)行仿真，從而獲得事故發(fā)生中的重要參數(shù)，例如碰撞速度、能量等效速度、事故前的車輛運(yùn)行軌跡、駕駛員操作等信息。仿真場(chǎng)景建立主要分為兩個(gè)階段：階段一——以碰撞開始到碰撞結(jié)束的動(dòng)力學(xué)仿真；階段二——碰撞前運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。

2.1 碰撞開始到碰撞結(jié)束的動(dòng)力學(xué)仿真

2.1.1 導(dǎo)入底圖

根據(jù)上文所述的繪制等比例的CAD碰撞過程圖，轉(zhuǎn)化為.JPG格式的文件導(dǎo)入到PC-Crash中，使用過程圖作為底圖，進(jìn)行仿真可以加速重構(gòu)事故仿真的過程。

2.1.2 添加車輛

底圖導(dǎo)入后可以明確事故發(fā)生的大致過程，根據(jù)事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫中提供的車輛信息，對(duì)車輛參數(shù)進(jìn)行配置，配置參數(shù)包括車輛整備質(zhì)量、駕駛員質(zhì)量、車輛品牌型號(hào)、車輛長(zhǎng)度、車輛寬度、車輛高度、輪胎尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)功率，獲得的數(shù)據(jù)越多，還原的場(chǎng)景越接近真實(shí)事故情景。如圖2所示為某事故場(chǎng)景采集到的車輛信息，輸入至PC-Crash仿真軟件的車輛模型中。

2.1.3 調(diào)整環(huán)境參數(shù)

根據(jù)事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫中獲取的參數(shù)，對(duì)事故仿真場(chǎng)景的摩擦系數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2.1.4 調(diào)整碰撞狀態(tài)及事件

根據(jù)事故場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫中事故的調(diào)查速度、碰撞角度、兩車碰撞時(shí)的狀態(tài)，配置相關(guān)的初始設(shè)置及事件參數(shù)。

2.1.5 與事故比對(duì)

將參數(shù)配置完整后，進(jìn)行模擬仿真與事故實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，車輛的最終停止位置、車輛的接觸角度、車輛的運(yùn)動(dòng)過程、路面留存痕跡等。如仿真結(jié)果與實(shí)際事故偏差較大，則通過4）調(diào)整碰撞狀態(tài)及事件中的參數(shù)調(diào)整進(jìn)行深度場(chǎng)景還原。

2.1.6 完成動(dòng)力學(xué)仿真

經(jīng)過碰撞事件的參數(shù)調(diào)整，在事故仿真數(shù)據(jù)對(duì)比多維度的實(shí)際事故參數(shù)后，車輛的行駛路徑及碰撞后運(yùn)動(dòng)軌跡與事故數(shù)據(jù)接近一致即可認(rèn)定動(dòng)力學(xué)仿真階段完成，將此過程鎖定。鎖定后PC-Crash軟件仿真畫面如圖3所示。

2.2 碰撞前運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

2.2.1 轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

通過轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)開關(guān)，啟動(dòng)事故前運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，通過參考事故事故駕駛員的操作（參考事故場(chǎng)景庫中數(shù)據(jù)）添加到事件中，駕駛員的操作包括但不限于轉(zhuǎn)向、加速、剎車等行為操作。

2.2.2 仿真數(shù)據(jù)與事故比對(duì)

通過使用倒退鍵進(jìn)行事故前仿真，獲取事故前的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過不斷的調(diào)整事件參數(shù)，使得碰撞前軌跡與事故相符。經(jīng)過多輪數(shù)次的參數(shù)調(diào)整使運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真符合實(shí)際，并使用鎖定鍵將運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真鎖定，完成本次仿真參數(shù)的配置。如圖4所示為鎖定后經(jīng)過渲染的仿真效果圖。

2.2.3 查看仿真數(shù)據(jù)

通過仿真數(shù)據(jù)報(bào)告器，查看仿真事故的相關(guān)數(shù)據(jù)，仿真軟件中有數(shù)據(jù)圖表能夠查看相關(guān)的運(yùn)動(dòng)曲線，為仿真人員提供定性或定量的參考依據(jù)。具體仿真數(shù)據(jù)報(bào)告器顯示如圖5所示。

3 仿真還原的關(guān)鍵要素

3.1 事故檔案解讀

通過仿真詳盡的還原事故狀態(tài)，事故場(chǎng)景庫中的事故檔案是逼真的還原全部事故的源頭。詳細(xì)的分析事故檔案，將事故發(fā)生的可能性以及事故發(fā)生中需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)，逐一識(shí)別，是保證事故重建正確性的關(guān)鍵要素。

3.2 路面痕跡

路面痕跡能夠充分反應(yīng)事故發(fā)生過程中的車輛運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，通過對(duì)路面痕跡和仿真中運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行逐一比對(duì)，進(jìn)行更加精準(zhǔn)的還原事故發(fā)生的過程。

3.3 仿真中車輛碰撞位置

因PC-Crash中的車輛模型與真實(shí)車輛存在差距，例如車輛保險(xiǎn)杠外形在仿真過程中需根據(jù)事故的要求，相應(yīng)微調(diào)車輛的基礎(chǔ)位置，從而更加貼近真實(shí)情況。

3.4 多剛體模型仿真

二輪車事故仿真中，可以使用多剛體模型和剛體模型，因?yàn)槎鄤傮w模型中二輪車騎乘者與二輪車之間的約束條件與實(shí)際不相符，需要考慮兩者的最終停止位置與真實(shí)停止位置的關(guān)系。

4 碰撞前數(shù)據(jù)與OpenX轉(zhuǎn)化

交通事故可以分為三個(gè)階段：碰撞前，碰撞以及碰撞后，碰撞前又可以分為正常駕駛階段和危險(xiǎn)出現(xiàn)階段。通過分析事故發(fā)生的全過程，利用仿真軟件PC-crash對(duì)事故的全過程進(jìn)行仿真重建，取得事故碰撞前5秒的數(shù)據(jù)。從而建立碰撞前數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫可以幫助研究者詳細(xì)分析事故發(fā)生前5秒內(nèi)的車輛運(yùn)動(dòng)信息，碰撞信息，從而為后續(xù)研究開發(fā)提供支撐保證。

用于描述動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)格式（Open-

Scenario）定義了一種文件格式，用于描述駕駛模擬器和交通模擬器的動(dòng)態(tài)內(nèi)容。其主要用例是描述涉及多個(gè)實(shí)體（如車輛、行人和其他交通參與者）的復(fù)雜、同步的操作。對(duì)駕駛機(jī)動(dòng)的描述可以基于駕駛員的動(dòng)作（例如執(zhí)行車道改變）或基于軌跡（例如來自記錄的駕駛機(jī)動(dòng)）。該標(biāo)準(zhǔn)還包括了其他內(nèi)容，如對(duì)自我車輛的描述、駕駛員外觀、行人、交通和環(huán)境條件等。

交通事故數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，與碰撞前數(shù)據(jù)結(jié)合，可以在支持OpenX的仿真軟件中完成場(chǎng)景搭建。

以VTD仿真軟件搭建場(chǎng)景為例，在ROD模塊中手動(dòng)進(jìn)行靜態(tài)場(chǎng)景的搭建，并將PCM數(shù)據(jù)中車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過二次開發(fā)的插件半自動(dòng)化導(dǎo)入仿真軟件系統(tǒng)，在VTD中的場(chǎng)景搭建完成后，生成符合OpenX標(biāo)準(zhǔn)的文件，后續(xù)可用于支持OpenX標(biāo)準(zhǔn)文件仿真軟件的仿真在環(huán)測(cè)試。

5 總結(jié)

通過重建事故場(chǎng)景，可以詳細(xì)了解事故的發(fā)生過程和原因，這對(duì)于預(yù)防類似事故的再次發(fā)生至關(guān)重要，并對(duì)是否存在設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的安全隱患進(jìn)行前期軟件層面的驗(yàn)證，盡可能確保它們?cè)跇O端情況下仍能保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

仿真結(jié)果可以為交通規(guī)劃和政策制定提供科學(xué)依據(jù)，幫助車輛開發(fā)人員制定更有效的交通安全策略和措施。仿真環(huán)境為新的交通安全技術(shù)和產(chǎn)品提供了一個(gè)測(cè)試平臺(tái)，在實(shí)際投入使用前評(píng)估其效果和潛在風(fēng)險(xiǎn)提供了相應(yīng)技術(shù)支撐。

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