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  • 无人机及3D扫描在交通事故现场勘查与重建中的应用

    2018-07-11 11:49:21 来源:交通言究社 作者:黎晓龙 评论:
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    传统的交通事故重建由于勘查技术、勘查时间等条件限制,可能会遗漏一些重要痕迹物证。而无人机、3D扫描以及交通事故仿真软件的应用,让重建交通事故更准确、更高效。那么,这些创新技术具体是如何应用的呢?来看浙江警察学院交通管理工程系副教授黎晓龙的讲解。


    交通事故现场勘查

    可以采用哪些新设备获取数据?


    ►无人机在现场勘查中的应用

    这里以一起交通事故为例,通过交通事故重建,还原事故经过:先是一辆小型客车碰撞行人,行人倒地后又遭到另一辆车的碾压、拖拽,之后两辆涉事车辆相继驶离交通事故现场。图1是无人机拍摄的交通事故现场,可见在现场遗留有血迹、滑移痕迹及散落物。使用无人机进行现场勘查,可以获取一张现场的正射照片,无人机拍摄的照片现场元素清晰、尺寸关系明确,某种程度上可以实现比交通事故现场图更优的功能。交通事故现场图最重要的功能除了相关法律手续之外,就是现场元素之间的尺寸关系。无人机拍摄的照片比现场图更加生动、直观,而且其中的数据可以更有效的在计算机仿真软件中应用。

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    ▲图1:无人机拍摄的事故现场

    ►3D扫描在现场勘查中的应用

    交通事故现场和刑事案件现场不一样,其特点是高度的开放性。刑事案件现场多数情况下是封闭的,比如凶杀案现场,可能是在封闭的室内,勘查人员可以在室内较长时间的进行现场勘查。但交通事故现场的开放性特点,要求勘查人员在短时间内把现场的痕迹物证都勘验好,其难度更大,可能会造成一些现场痕迹物证的遗漏。如果使用3D扫描仪进行交通事故现场勘查,哪怕是一个螺丝扣,我们都可以将其形状、大小、颜色及在现场的位置准确的存储下来,3D扫描的交通事故现场资料为进一步调查证据提供了完整的现场数据。并且可以汇集专家在计算机前多次进行现场勘查,对现场的任何痕迹物证进行深入分析。


    图2:3D扫描现场事故重建


    图3:3D扫描出来的事故现场


    现场勘查数据

    如何在事故仿真软件中应用?


    使用无人机和3D扫描仪进行现场勘查后,可以得到准确的现场数据,关键是怎样进行交通事故重建。勘查人员赶到交通事故现场时,碰撞已经结束,现场元素分布在各自停止位置上。那么这些现场元素为什么会出现在其位置上呢?相关的痕迹物证又是怎样形成的呢?这时就需要借助技术手段进行分析,目前应用比较广泛的是PC-CRASH(交通事故仿真软件),已更新至11.0版本,12.0版本正在测试。今天介绍该软件的功能包括现场勘查数据导入、CRASH3 EBS计算(车辆碰撞固定物的有效碰撞速度计算)、运动学倒行跟踪路径计算及碰撞优化等四个方面。

    ►现场勘查数据导入

    无人机勘查位图导入。通过导入无人机拍摄的正射现场照片,就能测量现场元素之间的二维尺寸关系,经测试,误差值低于10cm,基本满足交通事故重建的要求。获得导入的现场照片(软件称之为位图)后,可以在仿真软件中测量现场元素之间的二维尺寸关系。

    3D扫描点云导入。使用3D扫描仪对交通事故现场进行扫描,可以将E57格式的3D扫描点云文件直接导入PC-CRASH11.0仿真软件,在软件中将呈现三维现场。这时导入车辆模型,模型数据包括车辆的车型、出厂时间、轮胎模型等,需要与事故中的车辆一致。交通事故过程的每一个细节都可以进行仿真,包括碰撞前后车辆轮胎的卡死状态、车辆运行轨迹情况等,所以在现场勘查时需要深入调查每一个细节,而这些细节都可以通过3D扫描获取并建立相关的模型。

    ►CRASH3 EBS计算(车辆碰撞固定物的有效碰撞速度计算)

    车体痕迹物证勘验时需要测量车辆的碰撞变形量,实际上通过一张照片就能解决,不需要再进行手工的测量。如使用无人机在高空中拍摄一张车体的正射照片,就能够得到车体的变形情况,再通过车体的尺寸比例关系计算出车体的变形值。PC-CRASH11.0提供了各个年份车型在不同速度下碰撞的实验数据。通过CRASH3 EBS计算,就可以计算车辆碰撞固定物的有效碰撞速度。

    ►运动学倒行跟踪路径计算

    发生交通事故尤其是碰撞后,车辆运动的路线比较复杂,很难用一种方法或者一种技术手段描述清楚。使用无人机拍摄的交通事故现场照片,可以清楚、准确的固定地面上的滑移痕迹、散落物。滑移痕迹及相关物证能够说明现场元素碰撞后的运动轨迹,但车辆的滑移轨迹及过程依然很难分析,PC-CRASH中运动学倒行跟踪路径的计算可以很好的实现这个过程。可以设置车辆运动中的十个不同点位,在仿真车辆旋转时,判断其旋转方向,车辆旋转结束时,会有最终停止位置,碰撞后也有开始滑移的起始位置,通过软件可以计算车体碰撞固定物后的行驶速度。再根据车体碰撞固定物所损失的速度,就可以准确地计算出车辆碰撞前的速度以及车辆的运行轨迹。

    ►碰撞优化

    对于碰撞优化,以前鉴定人员往往是用手动计算,如在车速鉴定时不断计算、调整角度,反复输入相关参数进行验证,通过这些参数不断调整车辆输入速度,最终得到碰撞过程(速度、方向、距离等)。仿真软件用遗传算法几秒钟就可以运算几百次,只要确定了碰撞起点,再通过车体痕迹勘验,确定碰撞接触部位,同时优化碰撞角度,分析路面对车体的滑移摩擦系数,当所有参数都正确时,才能形成唯一的正确结果。利用软件进行碰撞优化,得到的结果更客观,更符合真实情况。


    事故重建案例分析

    碰撞行人事故、多车多次碰撞事故重建


    ►碰撞行人事故重建

    还是以上文的逃逸事故为例。该起事故共有两辆嫌疑车辆,第一辆车碰撞行人,第二辆车碾压、拖拽倒地的人体。事后两车驶离交通事故现场,现场只留下血迹、滑移痕迹及散落物。为了查清事故过程,需要进行痕迹物证勘验和交通事故重建工作。


    图4:碰撞行人事故重建

    1、撞人车辆滑移痕迹的起点勘验——认定交通事故接触点(确定碰撞起始位置)

    办案人员通过调查走访查获了两辆嫌疑车,通过痕迹物证勘验,确定帕萨特车先碰撞行人,桑塔纳车又碾压、拖拽倒地后的人体,事故过程中两辆车形成的痕迹是不同的。根据计算机仿真与痕迹物证勘验,能准确认定碰撞接触点,当帕萨特车在碰撞行人时,车体左前大灯位置的部分部件脱落,但是脱落的部件还有部分与车体处于黏连状态,运动过程中在地面形成划痕,划痕起点可以被认定为交通事故接触点。

    2、撞人车辆车体附着痕迹勘验——血迹、毛发提取(DNA鉴定)

    车辆正面碰撞行人时,发动机罩会与人体碰撞接触,车辆前风挡玻璃也会与人体发生碰撞并形成蜘蛛网状破损,往往行人头部和前风挡玻璃发生碰撞,因此,前挡风玻璃破损处就会留下人体的毛发或血迹,通过DNA鉴定,进一步确定碰撞事实是否成立。

    3、测量地面附着血迹1(人体落点)与接触点的距离(用于车速鉴定)

    碰撞后,行人被抛向空中,落地时如果头部与地面发生碰撞,行人身体与地面哪个位置开始接触,也就是说行人被车辆碰撞后在空中飞行的距离,这和车辆的行驶速度有关,因为只有唯一的速度和碰撞接触部位,才能让人体落到现在的血迹1位置。

    360桌面截图20180711114901.jpg

    ▲图5:地面附着血迹1

    4、地面附着血迹2勘验——测量与血迹1的距离(用于车速鉴定)

    人体落到地面需要滑移一定距离后才能停止,根据人体碰撞地面的起始位置和滑移后停止位置的尺寸关系,以及地面对人体的摩擦系数,就能精准计算车辆碰撞时的行驶速度了。车辆正面碰撞行人,只有唯一的碰撞速度,对应唯一的人体落点、对应唯一的人体滑移距离,不同的车速,会得到不同痕迹或现场元素尺寸关系。

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    5、车体附着血迹及人体组织勘验——提取(用于DNA鉴定)-确定身份信息

    人体滑移停止后,血液开始溢出,在地面上形成较大面积的血迹,据此判断人体曾经在此位置停留过一段时间。经过第二辆车碾压、拖拽,人体又发生位移,第二辆车与人体的分离位置,既是人体的最终停止位置,因此,地面又会留下较大面积的血迹,说明人体在这个位置也停留过一段时间。

    6、现场痕迹综合勘验-重建交通事故

    根据前面的综合勘查,以及无人机拍摄位图的导入,得到了事故现场元素之间的尺寸关系。结合现场勘查及痕迹物证的勘验,利用计算机仿真软件进行分析、重建交通事故。

    ▲图7:现场痕迹综合勘验-重建交通事故

    ►多车多次碰撞事故重建

    以一起四人死亡的多车多次碰撞事故为例。通过无人机拍照,不难发现现场遗留有一个形状类似W字母的滑移痕迹。如果仅凭交通事故现场绘图以及在地面拍摄的现场照片很难发现并完整记录这样的痕迹,这是无人机现场勘查的优点。无人机的使用也受到很多条件的限制,如夜晚、大风天气等,3D扫描设备可以弥补这些不足。

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    ▲图9:车辆滑移模拟

    这起事故中,第一辆车首先与护栏发生碰撞。根据运动学倒行跟踪路径计算功能运用,结合地面痕迹判断和交通事故现场图以及现场照片分析,最终确定第二辆车与第一辆车发生碰撞的接触点。又根据计算机进行碰撞优化,通过现场勘查、车体痕迹勘验,确定了两车碰撞的接触部位、接触点。第二辆车碰撞了前车的左后车轮位置,碰撞瞬间造成前车左后车轮处于卡死状态,而车轮卡死和未卡死状态的滑移情况是完全不一样的。这个因素在现场勘查时也是必须注意的问题,也就是说滑移前车辆轮胎到底处于什么样的状态,这直接影响到对碰撞后的车辆滑移轨迹分析。

    ▲图10:车辆碰撞模拟

    第三辆车与第一辆车发生碰撞,也经过反复碰撞优化,并结合第一辆车轮胎碰撞后的受损情况,才能形成实际在道路上的滑移痕迹和车辆最终停止位置。通过交通事故现场勘查与重建,查清了交通事故事实。

    ▲图11:车辆碰撞模拟

    现场勘查和重建需要相关的设备支持,每个设备或每种技术手段都有各自的优、缺点。如道路上方有树木屏障、大风天气、夜间等情况下,无人机很难发挥它的作用,但是这时可以考虑使用3D扫描设备,仿真软件也有它的局限性。交通事故现场勘查与重建需要相关的设备,更需要经验丰富的办案人员,查清事实需要汇集多种方法、多种手段,才能得到客观、真实的结果。

    演讲视频▼

    (文 /  浙江警察学院交通管理工程系副教授 黎晓龙)


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  •    责任编辑:梁兰春
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