張勇剛

（廣東警官學(xué)院治安系，廣州 510230）

·技術(shù)與應(yīng)用·

基于監(jiān)控視頻的Pc-Crash車人碰撞事故再現(xiàn)仿真再驗(yàn)證

張勇剛

（廣東警官學(xué)院治安系，廣州 510230）

為了進(jìn)一步驗(yàn)證基于Pc-Crash的車人碰撞事故再現(xiàn)仿真的有效性，針對一例典型的具有視頻監(jiān)控的小汽車與行人的碰撞事故案例，分別采用Pc-Crash軟件仿真和視頻圖像測量技術(shù)進(jìn)行車速計算，所獲得的事故車輛車速基本一致。結(jié)果表明，基于Pc-Crash的車人碰撞事故再現(xiàn)仿真結(jié)果是可靠的、有效的；當(dāng)事故現(xiàn)場痕跡信息不足時，Pc-Crash依然可以充分依靠事故現(xiàn)場所能取得的有限的痕跡信息，獲得一個較為可信的結(jié)果，證明該軟件具有良好的實(shí)用性。

交通工程； 事故再現(xiàn)； 車速計算； 監(jiān)控視頻； Pc-Crash

車-人碰撞事故是道路交通事故的多發(fā)類型［1］，車-人碰撞事故再現(xiàn)已成為近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題之一，因其有利于提高此類事故的分析鑒定水平，進(jìn)而公平公正地進(jìn)行事故責(zé)任認(rèn)定。Pc-Crash［2］為國內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛的一款事故再現(xiàn)分析軟件，軟件具有建模簡單、模擬時間短以及模擬過程界面形象逼真、分析結(jié)果易提取等特點(diǎn)。盡管基于該軟件的事故再現(xiàn)仿真的有效性曾得到過驗(yàn)證［3-5］，但依然不夠充分，隨著時代不斷發(fā)展和社會不斷進(jìn)步，需要接受更多的實(shí)踐檢驗(yàn)。另一方面，視頻技術(shù)的發(fā)展使得基于視頻圖像的事故車輛車速鑒定技術(shù)得到廣泛的重視和應(yīng)用［6-8］。通過對監(jiān)控視頻進(jìn)行分析測量從而得到的事故車輛車速具有可靠性高的特點(diǎn)，因此可以借助此種技術(shù)對基于Pc-Crash的事故再現(xiàn)仿真的有效性進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。本文針對一例有視頻監(jiān)控的真實(shí)車-人碰撞事故案例，分別利用Pc-Crash以及視頻圖像技術(shù)獲得事故車輛車速，兩者進(jìn)行對比以驗(yàn)證Pc-Crash仿真的有效性展開研究。

1 案情簡介

2013年11月，某市某路發(fā)生一起車-人碰撞事故。何某駕駛五菱之光小型客車，由北向南行駛至出事地點(diǎn)，與人行道上王某碰撞導(dǎo)致王某死亡、車輛受損。據(jù)悉，事發(fā)路段平坦干燥、天氣晴朗；行人王某，男，身高173 cm，體重60 kg，事故后經(jīng)搶救無效死亡，事故中被拋出距離約10 m；車輛在事故中，右前輪擋泥板及擋風(fēng)玻璃右下緣因碰撞變形，車輛制動距離約10 m。該事故現(xiàn)場發(fā)生在視頻監(jiān)控的覆蓋范圍內(nèi)，可調(diào)取監(jiān)控錄像查看。在該案件中，需對車速進(jìn)行鑒定，以判斷事故車輛是否存在超速行為。

2 基于Pc-Crash的事故車輛車速計算

根據(jù)Pc-Crash車-人碰撞事故再現(xiàn)流程圖［9］，給出基于Pc-Crash車-人碰撞事故再現(xiàn)流程。首先再現(xiàn)事故現(xiàn)場，然后建立事故參與者模型，最后通過調(diào)整車速等，獲得與實(shí)際情況最為吻合的仿真再現(xiàn)結(jié)果。

2.1 事故現(xiàn)場再現(xiàn)

再現(xiàn)基本事故現(xiàn)場（見圖1、圖2）。

2.2 車、人模型的建立

在Pc-Crash中調(diào)入一輛長安鈴木汽車，根據(jù)事故車輛尺寸，對其輪胎、車身尺寸、重量等信息進(jìn)行修正，建立本案例車輛模型。然后調(diào)入已有的人體模型框架，調(diào)整行人身高、體重以及人-車、人-路之間摩擦系數(shù)等參數(shù)，并對各個人體模型進(jìn)行修正，建立適用于本案例的人體模型。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)整行人的步幅等角度值，以保證人、車初始接觸位置與實(shí)際情況盡可能一致，其相應(yīng)的二維及三維視圖見圖1和圖2。

圖 1 二維事故現(xiàn)場Fig.1 Reconstructed 2D accident scene

圖 2 三維事故現(xiàn)場Fig.2 Reconstructed 3D accident scene

2.3 仿真再現(xiàn)

通過反復(fù)微調(diào)車輛的行駛速度以及車-人碰撞角度、行人速度、行人方向等參數(shù)，確保人、車接觸位置與實(shí)際情況一致，并能使得人、車最終停止于案件發(fā)生時的實(shí)際位置。在仿真中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選取車輛碰撞速度為35 km/h、人行走速度為8 km/h時，最終仿真中各項(xiàng)痕跡與實(shí)際情況最為吻合。

圖3、圖4給出了人、車最終停止位置圖的二、三維視圖。車輛制動距離為9.71 m，行人拋距為9.85 m，仿真中行人以及車輛在事故路段中所停止的位置與實(shí)際情況吻合，與警方提供的數(shù)據(jù)情況一致。

圖 3 二維仿真中人、車最終停止位置Fig.3 Final positions of the pedestrian and the vehicle （2D view）

圖 4 三維仿真中人、車最終停止位置Fig.4 Final positions of the pedestrian and the vehicle （3D view）

圖5 、圖6給出事故中不同時刻人與車的接觸位置。從圖5中可知，0.03 s時刻，行人大腿及臀部均與車輛右前方接觸，故這應(yīng)是導(dǎo)致車輛此部分變形的原因。在圖6中，0.14 s時刻，行人頭部與擋風(fēng)玻璃右下緣接觸，這應(yīng)為車輛此處變形的重要因素。這些結(jié)果表明，仿真中人、車接觸位置與實(shí)際情況吻合。

圖 5 0.03 s 時刻人、車接觸位置Fig.5 Positions of the pedestrian and vehicle at 0.03 s

圖 6 0.14 s 時刻人、車接觸位置Fig.6 Positions of pedestrian and vehicle at 0.14 s

至此，該事故中行人拋距、車輛行駛距離以及人、車接觸位置等均在仿真中得到驗(yàn)證?？梢哉J(rèn)為，此事故的再現(xiàn)是可靠的，事故車輛車速應(yīng)為35 km/h。

2.4 根據(jù)人體損傷痕跡的車速驗(yàn)證

該案例中，人體各部位的損傷情況未知，但行人最終在事故中死亡，這一信息可用來對仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。

在仿真中，行人胸部在0.815 s時刻受到一個最大的沖擊力7790.56 N；在0.130 s時刻，其頭部受到一個5487.93 N的沖擊力。據(jù)研究，人胸部能承受的最大沖擊力為8 kN，頭骨骨折的耐受限度為5.2～12.5 kN［9］，可知，此案例中，行人胸部與頭部均受到了嚴(yán)重的沖擊，導(dǎo)致行人死亡。

評價行人傷害的另外一個重要指標(biāo)是頭部損傷指數(shù)HIC （Head Injury Criterion）。HIC是一個國際廣泛接受，并能反映碰撞事故中行人頭部撞擊強(qiáng)度的基于加速測量法的指數(shù)。行人在事故中的HIC36值不可超過1000，而HIC15值不可超過700，否則將有極大概率導(dǎo)致行人死亡。在本案例中，行人頭部加速度最大值為1324.75 m/s2，根據(jù)行人頭部加速度曲線所算出的HIC15值的最大值為800.49，大大超過700。因此，在該案例中，行人死亡的概率是非常高的。該案例中行人頭部HIC15值計算結(jié)果見圖7。

圖 7 案例中行人頭部HIC15值Fig.7 HIC15 values of the pedestrian head

通過仿真，事故中由警方所提供的信息都得到了很好的驗(yàn)證，對實(shí)際情況給出合理的解釋。因此事故車輛車速為35 km/h是合理的。

3 基于監(jiān)控錄像的事故車速計算

3.1 根據(jù)事故監(jiān)控圖像幀間差分計算車速的原理

通過視頻計算車輛的瞬間實(shí)際行駛速度，截取視頻信號采集的圖像、進(jìn)行參考點(diǎn)定位、再確定圖像間位移和時差、最后找到圖像位移向?qū)嶋H位移的映射即可計算出車速。幀間差分測速法是基于運(yùn)動視覺的最基本的測速方法之一。將當(dāng)前的輸入圖像和前一幀的輸入圖像作相減運(yùn)算，獲得的差值圖像稱為幀間差分圖像。車輛運(yùn)動使圖像的前后兩幀圖像發(fā)生變化，從而幀間差別可以用來檢測車輛的運(yùn)動。這種方法簡單易行，車輛速度可根據(jù)下式得到：

3.2 利用參照物計算實(shí)際車速

在視頻監(jiān)控中選取易于測量距離的兩個參照物，如選取道路中心的白色分隔線的兩端點(diǎn)，實(shí)地測量兩個參照物的距離，設(shè)該距離為；然后在被鑒定車輛車身上選取某一特征點(diǎn)，設(shè)特征點(diǎn)通過所需的時間間隔為，則可利用位移量和時間間隔的比值計算出平均速度v［10］。具體操作步驟如下：

利用播放器逐幀檢查監(jiān)控視頻，確定單位時間（1 s）內(nèi)圖像的幀數(shù)，計算相鄰兩幀之間時間間隔，設(shè)該時間間隔為。

根據(jù)監(jiān)控視頻中車輛行駛路徑，在視頻中選取易于測量距離的兩個參照物，如道路中心分隔線兩個端點(diǎn)、人行橫道邊緣或混凝土路面伸縮縫。根據(jù)視頻中車輛行駛路徑及參照物位置，確定車身某一部位為特征點(diǎn)，逐幀播放監(jiān)控視頻，令特征點(diǎn)通過第一個參照物（如道路中心分隔線前端）對應(yīng)第1幀，通過第二個參照物（如道路中心分隔線末端）對應(yīng)第N幀。

3.3 本案例的車速計算

依據(jù)以上視頻計算方法，根據(jù)事故現(xiàn)場照片和視頻幀計算分析圖（見圖8，圖9）。

從小客車車頭右側(cè)駛?cè)胍曨l區(qū)域到小客車右前輪駛?cè)胍曨l區(qū)域所需幀數(shù)N=2幀，此視頻幀速率為f=25 fps，而小客車車頭與其右前輪后側(cè)間相距L=0.8 m，故小客車行駛0.8 m所需時間為：

圖 8 第1558幀車頭右側(cè)駛?cè)隖ig.8 The 1558th frame when the front right of the vehicle ran into the surveillance area

根據(jù)速度位移公式可得小客車駛?cè)胍曨l時的行駛速度為：由此得小客車駛?cè)胍曨l的速度為36 km/h。

圖 9 第1560幀車右前輪后側(cè)駛?cè)隖ig.9 The 1560th frame when the right front of the car ran into the surveillance area

4 結(jié)果與討論

本案例中，警方提供的痕跡信息有限，但依然可借助Pc-Crash軟件對案件現(xiàn)場進(jìn)行再現(xiàn)分析，且能充分將有限的現(xiàn)場痕跡信息聯(lián)系并利用，較好地還原事故的發(fā)生過程。通過Pc-Crash仿真，確定事故車輛車速為35 km/h，而借助監(jiān)控視頻所獲得的較為準(zhǔn)確的事故車速為36 km/h，這兩個速度數(shù)值基本一致，進(jìn)一步證明利用Pc-Crash軟件仿真可以得到較為準(zhǔn)確可靠的事故再現(xiàn)結(jié)果。

［1］ 趙志杰，金先龍，張曉云，等.面向人體損傷的人車碰撞事故再現(xiàn)［J］.振動與沖擊，2008，27（5）：95-98.

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［3］ Moser A， Steffan H， Kasanicky G. The pedestrian model in Pc-Crash-the introduction of a multi body system and its validation［C］. SAE paper， 1999-01-0445： 794-802.

［4］ Moser A， Hoschopf H， Ste ffan H， et al. Validation of the Pc-Crash pedestrian model［C］. SAE Paper， 2000-01-0847：1336-1339.

［5］ 王國林，魯硯.人車碰撞事故仿真與行人保護(hù)研究［J］. 汽車工程，2009，31（1）：14-17.

［6］ 林雨，方守恩. 基于視頻技術(shù)的地點(diǎn)車速測定新方法［J］. 中國安全科學(xué)學(xué)報， 2007，17（2）：173-176.

［7］ 尹國祥. 基于視頻圖像的肇事車輛車速鑒定［J］. 江西警察學(xué)院學(xué)報， 2012 （2）： 124-125.

［8］ 袁河洋. 基于視頻的車輛速度檢測方法研究［D］. 大連海事大學(xué)， 2013.

［9］ 鄒鐵方， 余志， 蔡銘， 等. 基于 Pc-Crash 的車-人事故再現(xiàn) ［J］.振動與沖擊， 2011， 30（3）：215-219.

［10］ 鄔治鋒. 監(jiān)控視頻中車輛平均速度測算方法比較［J］. 刑事技術(shù)， 2012 （1）：40-42.

A Method for Reconstructing Vehicle-pedestrian Accident Scene Based on Pc-Crash Simulation

ZHANG Yonggang
（Department of Public Security， Guangdong Police College， Guangzhou 510230， China）

To further test the effectiveness of the method used to reconstruct a vehicle-pedestrian accident scene based on Pc-Crash simulation， a real vehicle-pedestrian accident case recorded by freeway surveillance video was introduced and the crash speed was estimated. The speed of the vehicle was calculated by PC-Crash simulation and video image processing technique respectively. The results show that the speed of the vehicle simulated by PC-Crash was consistent with the speed calculated by the video image processing technique. The reliability and feasibility of the vehicle-pedestrian collision reconstruction was further verifi ed. A reliable result could also be obtained by Pc-Crash simulation when the trace information was inadequate. This paper demonstrates that the accident scene reconstruction based on the Pc-Crash simulation is instructive for accident investigation.

traffi c engineering； accident reconstruction； velocity calculation； surveillance video； Pc-Crash

DF793.2

B

1008-3650（2015）03-0252-04

格式：張勇剛. 基于監(jiān)控視頻的Pc-Crash車人碰撞事故再現(xiàn)仿真再驗(yàn)證 ［J］. 刑事技術(shù)， 2015，40（3）：252-255.

2014-12-02

引用本文格式：張勇剛. 基于監(jiān)控視頻的Pc-Crash車人碰撞事故再現(xiàn)仿真再驗(yàn)證 ［J］. 刑事技術(shù)， 2015，40（3）：252-255.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 51208065）

張勇剛（1977—），男，河南確山人，副教授，博士，研究方向?yàn)榻煌ㄊ鹿试佻F(xiàn)、交通安全。 E-mail： zysteel@163.com

10.16467/j.1008-3650.2015.03.022