1.4　道路交通事故重建的方法

1.4.1　道路交通事故重建方法的分類

道路交通事故重建根據(jù)事故要素、事故形態(tài)、分析原理等不同有多種分類方法。下面簡單介紹幾種常用的事故重建的分類方法。

（1）根據(jù)事故序列事件分析方向的不同，事故重建可以分為前推算法與后推算法。交通事故的發(fā)生是一個過程。事故的演變過程一般均包括感知險情、發(fā)現(xiàn)危險、評估危險性、決策行動、避險失敗、碰撞發(fā)生、造成損傷等幾個階段。這樣根據(jù)事故發(fā)生的條件對事故過程進(jìn)行分析計算的方法稱為前推算法，該方法“以因求果”，其分析過程如圖1.6所示，其解算過程如圖1.7所示。

反之，根據(jù)事故發(fā)生后果對事故發(fā)生前的車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行分析計算的方法稱為后推算法，該方法“以果推因”，其解算過程如圖1.8所示。

使用前推算法更符合人們分析事故過程的習(xí)慣，車輛軌跡擬合度高，但車輛停止位置存在誤差；使用后推算法能使事故車輛停止位置擬合更準(zhǔn)確，但車輛運(yùn)動軌跡存有誤差。無論采用哪一種方法，都需要在對整個事故進(jìn)行定性分析、大概估算出各種參數(shù)變化范圍的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)驗證，才能得出客觀合理的結(jié)論，在事故分析中，各種參數(shù)變化范圍預(yù)估，對模擬計算的過程十分重要。

（2）根據(jù)重建原理的不同，事故重建可以分為基于軌跡的重建和基于變形的重建。基于軌跡的重建即以道路交通事故過程中車輛和行人等在道路上的運(yùn)行軌跡為依據(jù)，利用運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)原理，對事故發(fā)生演變過程進(jìn)行分析、解算和優(yōu)化的方法。目前，許多軟件（如SMAC、PC-Crash）均利用軌跡法對事故過程進(jìn)行解算和優(yōu)化。

基于變形的重建即利用車輛變形的部位和變形量的大小及材料的特性對車輛碰撞時的速度、運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析解算的方法。例如，事故重建軟件SMAC、Crash、EES-ARM即利用事故車輛的變形對有關(guān)事故參數(shù)進(jìn)行分析計算。

（3）根據(jù)事故形態(tài)的不同，事故重建可以分為碰撞事故重建和刮擦事故重建。兩車之間的事故形態(tài)分為兩大類：一類是碰撞事故形態(tài)，另一類是刮擦事故形態(tài)。兩者的根本區(qū)別在于兩車在接觸過程中是否存在某一時刻，雙方獲得共同的運(yùn)動速度。碰撞事故形態(tài)在兩車交換動量的過程中存在某一時刻，使兩車變形達(dá)到最大，獲得相同的運(yùn)動速度；而刮擦事故形態(tài)在事故發(fā)生時，雙方相互作用的過程中，不存在兩車獲得共同運(yùn)動速度的瞬間，也就是說這種事故形態(tài)不屬于碰撞事故形態(tài)，也就不能運(yùn)用碰撞的相關(guān)原理來分析計算，需要根據(jù)物體相互刮擦運(yùn)動時的軌跡形成原理進(jìn)行分析研究。

（4）根據(jù)事故雙方要素的不同，事故重建可以分為行人與機(jī)動車之間的事故重建、行人與非機(jī)動車之間的事故重建、機(jī)動車與機(jī)動車之間的事故重建，以及非機(jī)動車與機(jī)動車之間的事故重建等。

（5）根據(jù)事故重建力學(xué)模型的不同，事故重建可以分為基于質(zhì)點(diǎn)模型的事故重建、基于剛體模型的事故重建、基于多剛體模型的事故重建、基于網(wǎng)格模型的事故重建和基于有限元模型的事故重建（圖1.9）。質(zhì)點(diǎn)模型常用于對車輛進(jìn)行運(yùn)動分析，剛體模型多用于分析車輛碰撞過程運(yùn)動姿態(tài)的分析，多剛體模型有助于對行人、兩輪車和車輛局部進(jìn)行受力和運(yùn)動分析，網(wǎng)格模型便于對事故車輛碰撞過程中做變形分析，有限元模型可以進(jìn)行更為詳細(xì)的碰撞力分布與變形分析。

交通事故涉及的要素繁多，依據(jù)不同的要素屬性還可以給出更多的分類。掌握這些分類方法，可以幫助事故重建工作者對事故重建工作有較為系統(tǒng)和全面的了解，指導(dǎo)事故重建工作者選擇更高效的方法開展工作。

1.4.2　道路交通事故重建技術(shù)及發(fā)展

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(shè)計、提高汽車安全性能的重要方法，而對交通事故重建技術(shù)的研究也是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而不斷發(fā)展和完善的。到目前為止，交通事故重建技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下五個階段，并隨著新技術(shù)、新方法的進(jìn)步而不斷發(fā)展。

1. 手工重建階段

在汽車工業(yè)發(fā)展的初期，計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還只是一種夢想，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(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及碰撞理論的指導(dǎo)下，利用手工重建計算與繪圖工具（圖1.10），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(jìn)行手工分析計算，對事故過程進(jìn)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(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及碰撞理論等原理分析計算外，手工重建階段重建人員還利用矢量合成原理，通過手工作圖的方法，按照一定比例進(jìn)行嚴(yán)格繪圖。如圖1.11所示，動量守恒定律的矢量方程m1v1+m2v2=m1v10+m2v20在作圖后一定形成一個封閉的四邊形，每一個矢量均包含動量的大小和方向。矢量四邊形作圖完成后，每一條邊的長度即代表動量的大小，每一條邊所在的方向即代表動量的方向。由此可以計算車輛碰撞前后速度的大小和方向，也可以對事故過程進(jìn)行分析與重建。

2. 計算機(jī)輔助重建階段

從20世紀(jì)70年代起，計算機(jī)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，為交通事故重建技術(shù)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。隨著道路交通事故發(fā)生率逐漸上升，道路交通安全受到了各國交通安全管理部門的重視，國外的道路交通安全研究機(jī)構(gòu)，如美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）、歐洲強(qiáng)化汽車安全委員會（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(shù)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，國外相關(guān)的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、EES-ARM、IMPAC、TBS、VTS、LS-DYNA、PAM-CRSAH、MADYMO、Phase 4、EDVDS、Cal3D等。其中，比較著名且應(yīng)用較為廣泛的事故重建軟件有PC-Crash、HVE、SMAC、CRASH、MADYMO、PAM-CRSAH、LS-DYNA等。這些軟件在車身研究開發(fā)、道路交通事故鑒定及碰撞試驗標(biāo)準(zhǔn)假人開發(fā)等研究工作中發(fā)揮了較大作用。

利用計算機(jī)軟件能夠依據(jù)事故車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、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(jié)果。在初始條件發(fā)生變化時可以快速生成運(yùn)算結(jié)果，大大提高了交通事故重建的效率和計算的精確度。特別是隨著計算機(jī)圖形圖像技術(shù)的發(fā)展，許多重建系統(tǒng)（如PC-Crash等）還可以以二維和三維的形式生成重建結(jié)果，生動逼真地展示事故過程。圖1.12所示為利用PC-Crash以三維的形式重建事故過程。

3. 車輛事件記錄儀輔助重建階段

車輛事件記錄儀又稱事件數(shù)據(jù)記錄器（Event Data Recorder，EDR），泛指安裝在汽車上用于記錄汽車使用過程中某些特定事件的裝置。這種裝置能詳細(xì)記錄車輛在使用中發(fā)生的某種特定事件（如碰撞、翻滾、發(fā)動機(jī)某氣缸熄火等）。計算機(jī)技術(shù)、存儲技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，使汽車行駛中的信息被廣泛記錄成為可能，并且功能和形式越來越多的車輛事件記錄裝置在現(xiàn)代汽車上得以廣泛使用。在汽車的行駛過程中，車輛事件記錄儀實(shí)時監(jiān)測汽車的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某些特定事件發(fā)生時，車輛事件記錄儀觸發(fā)記錄裝置將之前一定時間的數(shù)據(jù)保存并凍結(jié)，這些數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確地記錄了汽車的運(yùn)行狀態(tài)。圖1.13所示的汽車安全氣囊控制模塊（Airbag Control Module，ACM），用來記錄汽車發(fā)生碰撞事件的情況，通常記錄發(fā)生碰撞時汽車的行駛速度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、制動強(qiáng)度、安全帶使用情況、加速度或減速度、安全氣囊是否起爆等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)客觀真實(shí)，能夠很好地幫助交通事故調(diào)查人員重建交通事故過程，提高交通事故現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)的客觀性與準(zhǔn)確性。

事故重建人員利用專門的數(shù)據(jù)讀取裝置，如碰撞數(shù)據(jù)讀取儀（Crash Data Retrieval，CDR），來獲取汽車發(fā)生碰撞時的一系列數(shù)據(jù)信息（圖1.14），能有效輔助事故重建人員提高事故重建質(zhì)量和工作的效率。

4. 視頻監(jiān)控信息輔助重建階段

視頻監(jiān)控在我國道路交通管理和社會安全管控中得到廣泛應(yīng)用，這些監(jiān)控設(shè)施從某一特定角度記錄了事故的發(fā)生過程，如圖1.15所示。不僅如此，許多汽車內(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。這些手段為人們研究交通事故和分析交通事故提供了重要支持。但是，無論是車內(nèi)的還是車外的視頻監(jiān)控設(shè)施，均僅記錄了事件發(fā)生時的影像，對車輛行駛時的參數(shù)并沒有量化，系統(tǒng)僅以每秒25幀或30幀的拍攝速度記錄事件的變化過程，還沒有辦法給出具體的如車速、方向等數(shù)值信息，多數(shù)信息如駕駛?cè)瞬僮髋c反應(yīng)等只能給出定性的結(jié)論。2014年，中華人民共和國公安部頒布GA/T 1133—2014《基于視頻圖像的車輛行駛速度技術(shù)鑒定》，對視頻圖像的科學(xué)利用進(jìn)行了規(guī)范。

無論是車內(nèi)的視頻監(jiān)控裝置，還是車外的視頻監(jiān)控裝置，其安裝使用的初衷均是為了行政部門及公司企業(yè)加強(qiáng)對車輛的使用和管理，缺乏車輛運(yùn)行中定量化的數(shù)據(jù)管理。盡管視頻信息直觀形象，一般還能夠用于計算車輛行駛速度，但是視頻圖像信息并不能代替事故重建工作，主要原因如下。

（1）并非所有的交通事故均具有視頻監(jiān)控信息。

（2）通過視頻監(jiān)控信息能夠計算的信息是有限的。

（3）視頻監(jiān)控信息僅從某一側(cè)面反映事故過程。

（4）視頻監(jiān)控信息受氣象條件影響嚴(yán)重。

（5）視頻監(jiān)控信息通常僅拍攝到事故過程的局部。

（6）非高清視頻監(jiān)控信息影響其使用價值。

（7）夜晚照明條件不足時影響視頻監(jiān)控信息的效果。

（8）視頻監(jiān)控信息不能反映駕駛?cè)撕蛙囕v反應(yīng)及技術(shù)缺陷。

這些視頻監(jiān)控影像盡管不能取代事故重建工作，但它可以為重建工作提供大量的、客觀的、定性的證據(jù)信息。事故重建人員利用這些信息，并結(jié)合車輛發(fā)生事故時的痕跡等其他信息，可以提高事故重建的準(zhǔn)確性，檢驗交通事故重建結(jié)果的可靠性。

5. 基于數(shù)據(jù)融合的事故重建階段

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的深入實(shí)施，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深刻影響著道路交通事業(yè)，特別是車聯(lián)網(wǎng)良好的應(yīng)用環(huán)境和迫切的應(yīng)用需求，使物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)為交通事故重建工作提供了有力的技術(shù)支持。與此同時，由于道路交通安全越來越受到政府和群眾的高度關(guān)注，醫(yī)療衛(wèi)生、安全生產(chǎn)、交通運(yùn)輸管理、汽車設(shè)計及科研院所等單位均投入了大量的精力對道路交通安全進(jìn)行研究。交通要素數(shù)據(jù)的采集越來越詳細(xì)、普遍、準(zhǔn)確、及時，形成了龐大的跨部門、跨行業(yè)的交通管理數(shù)據(jù)庫這些工作為交通事故調(diào)查、分析和重建提供了良好的條件。

現(xiàn)代道路交通的構(gòu)成要素（人、車、路、環(huán)境等）逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，如圖1.16所示。駕駛?cè)恕⒊藛T及各類交通參與者通過智能手機(jī)、智能眼鏡等智能終端和可穿戴設(shè)備產(chǎn)生的身份信息、位置、路徑、速度等數(shù)據(jù)信息被搜集與管理。機(jī)動車作為車聯(lián)網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)也不斷生成車輛位置、速度、行駛方向、周邊車輛信息，以及包括車輛各總成與部件的工作技術(shù)狀況，甚至駕駛?cè)耸欠衿凇⑹欠耧嬀啤⑦B續(xù)駕車時間等信息，這些信息均可以被感知和搜集。道路及交通環(huán)境信息可以通過道路交通監(jiān)控裝置和車輛交通監(jiān)控裝置及氣象衛(wèi)星等設(shè)施得以感知與搜集。對于一起確定的交通事故的分析與重建，上述信息與計算機(jī)仿真軟件配合使用，可以更加全面、客觀、準(zhǔn)確地重建道路交通事故過程，并使重建的效率得以提高，為事故預(yù)防提供及時、科學(xué)的參考。

隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和數(shù)據(jù)信息的不斷完善，基于云平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)的交通事故重建自動化技術(shù)將成為可能。將來，道路交通事故重建系統(tǒng)平臺可利用交通要素基本信息和事故過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)信息自動完成道路交通事故重建工作，并按照執(zhí)法辦案和事故預(yù)防的要求生成重建報告。