一種交通事故現場全景測量及情景再現系統(tǒng)

王 震，高鳳嬌，宋昌江

(1.中國刑事警察學院痕跡檢驗鑒定技術公安部重點實驗室，沈陽 110854； 2.黑龍江省科學院智能制造研究所，哈爾濱 150090； 3.黑龍江省科學院高技術研究院，哈爾濱 150020)

0 引言

我國汽車保有量不斷增加，交通事故頻發(fā)，很多事故依靠人工測量方式輔助圖像數據，事故勘察結果多以圖表、文字形式呈現，不夠直觀形象。隨著數據采集技術、數字建模技術及虛擬現實技術的發(fā)展，生動直觀再現事故過程成為重要的研究方向。國外已經開發(fā)出一些事故再現模擬系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)都存在不足，適用事故類型有限或只能正向模擬事故車輛運動狀態(tài)，操作依賴專業(yè)技術人員，不適合基層交警人員快速處理事故[1-3]。國內相關研究起步較晚，但實現了一些技術突破[4-7]。大多系統(tǒng)處于學術研究與實驗驗證階段，不能真正面向一線交通事故處理人員來幫助他們快速處理案件[8-10]。提出一種交通事故現場全景測量及三維再現系統(tǒng)框架，快速全面記錄事故現場信息，形象逼真地再現事故過程。

1 交通事故現場全景測量及三維再現系統(tǒng)

交通事故現場全景測量及三維再現系統(tǒng)框架如圖1所示，系統(tǒng)包括基于360°全景拍攝及掃描云臺的全景測量與分析系統(tǒng)、基于三維掃描的事故現場的三維立體重建及基于建模技術和虛擬現實技術的全景再現及演示分析系統(tǒng)三部分。

1.1 全景快速測量與分析系統(tǒng)

系統(tǒng)采用佳明Virb 360°全景相機快速獲取事故現場全景圖，一次全景采集時間在20 s以內。針對交通事故這一特定類型場景的三維數據獲取問題，系統(tǒng)采用基于Metrascan與全站掃描儀相結合的交通事故對象測量方法。MetraSCAN 210的最佳測量范圍為1～8 m，掃描精度為0.085 mm，適合于掃描測量交通事故中的一般對象目標。系統(tǒng)中的全站掃描儀采用徠卡Nova MS50全站掃描儀，它的免棱鏡測量距離長達2 km，適合大視場范圍數據采集，其360°掃描有三種方式，即高精度掃描、一般精度掃描、低精度掃描，其掃描精度最高可達0.6 mm，適合采集事故場景中路面及環(huán)境信息。在數據重復區(qū)，根據數據精度和數據失真情況對兩種數據源分配權重，進行數據融合，獲取最大精確度的事故對象及相關場景的三維模型。圖2是面向交通事故場景的三維掃描流程圖。

圖1 交通事故現場全景測量及三維再現系統(tǒng)Fig.1 Panoramic survey and 3D reconstruction system of traffic accident scene

圖2 面向交通事故場景的三維掃描流程圖Fig.2 Flow chart of 3D scanning for traffic accident scene

1.2 事故現場三維立體重建和全景再現及演示分析系統(tǒng)

基于掃描數據，利用數據建模軟件實現各個要素的重建。根據真實事故現場，通過重建出事故中的所有對象，重建道路、路面設施、隧道等基礎環(huán)境要素，搭建出所需的三維場景?；谒兄亟K(包括事故對象、環(huán)境模塊、三維過程重建模塊)搭建交通事故再現演示平臺，主要包含三部分：現場全景重建、事故三維重建和事故過程模擬。根據車輛基本信息調用車輛三維模型。依據需求調用車輛及其他事故對象的三維模型，調用三維環(huán)境模型，構建出三維全景。在事故過程模擬部分，根據車輛運行軌跡和制動時間，模擬再現了交通事故動態(tài)過程，如圖5所示。

2 實驗示例

基于構建的交通事故要素模型和環(huán)境模型，搭建了交通事故再現演示平臺，軟件界面如圖3所示。根據全景拍攝云臺獲取細目圖像，通過現場全景重現模塊以視頻方式再現360°全景圖像。在事故三維重建模塊中，通過調用車輛及其他事故對象的三維模型，調用三維環(huán)境模型，構建出三維全景。如：根據車輛基本信息(如型號、能源類型、廠商等)調用車輛三維模型如圖3所示。圖4所示為結合夜間環(huán)境模型構建出的三維場景。在事故過程模擬模塊，利用動畫技術根據事故中車輛運行軌跡和制動時間，模擬再現交通事故的動態(tài)過程，圖5為模擬視線良好環(huán)境下摩托車與汽車在市區(qū)內十字路口相撞示例中的單一視角下的一幀畫面。

圖3 交通事故再現演示平臺Fig.3 Demonstration platform for traffic accident reproduction

圖4 夜間環(huán)境下的三維場景Fig.4 3D scene in night environment

圖5 事故過程模擬示例Fig.5 Example of accident process simulation

3 小結

提出一種交通事故現場全景測量及情景再現系統(tǒng)框架，利用數據采集技術、數字建模技術以及虛擬現實技術，采用動畫形式再現事故過程，搭建了基于事故對象、環(huán)境模塊、三維過程重建模塊的交通事故再現演示平臺，為相關監(jiān)管部門提供技術支持。