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(lèi)

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(lèi)方法。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的事故重建的分類(lèi)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(gè)過(guò)程。事故的演變過(guò)程一般均包括感知險(xiǎn)情、發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)、評(píng)估危險(xiǎn)性、決策行動(dòng)、避險(xiǎn)失敗、碰撞發(fā)生、造成損傷等幾個(gè)階段。這樣根據(jù)事故發(fā)生的條件對(duì)事故過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算的方法稱(chēng)為前推算法，該方法“以因求果”，其分析過(guò)程如圖1.6所示，其解算過(guò)程如圖1.7所示。

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

使用前推算法更符合人們分析事故過(guò)程的習(xí)慣，車(chē)輛軌跡擬合度高，但車(chē)輛停止位置存在誤差；使用后推算法能使事故車(chē)輛停止位置擬合更準(zhǔn)確，但車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡存有誤差。無(wú)論采用哪一種方法，都需要在對(duì)整個(gè)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(guò)反復(fù)驗(yàn)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(duì)模擬計(jì)算的過(guò)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(guò)程中車(chē)輛和行人等在道路上的運(yùn)行軌跡為依據(jù)，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理，對(duì)事故發(fā)生演變過(guò)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(duì)事故過(guò)程進(jìn)行解算和優(yōu)化。

基于變形的重建即利用車(chē)輛變形的部位和變形量的大小及材料的特性對(duì)車(chē)輛碰撞時(shí)的速度、運(yùn)動(dòng)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(chē)輛的變形對(duì)有關(guān)事故參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)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(chē)之間的事故形態(tài)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是碰撞事故形態(tài)，另一類(lèi)是刮擦事故形態(tài)。兩者的根本區(qū)別在于兩車(chē)在接觸過(guò)程中是否存在某一時(shí)刻，雙方獲得共同的運(yùn)動(dòng)速度。碰撞事故形態(tài)在兩車(chē)交換動(dòng)量的過(guò)程中存在某一時(shí)刻，使兩車(chē)變形達(dá)到最大，獲得相同的運(yùn)動(dòng)速度；而刮擦事故形態(tài)在事故發(fā)生時(shí)，雙方相互作用的過(guò)程中，不存在兩車(chē)獲得共同運(yùn)動(dòng)速度的瞬間，也就是說(shuō)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(lái)分析計(jì)算，需要根據(jù)物體相互刮擦運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)車(chē)之間的事故重建、行人與非機(jī)動(dòng)車(chē)之間的事故重建、機(jī)動(dòng)車(chē)與機(jī)動(dòng)車(chē)之間的事故重建，以及非機(jī)動(dòng)車(chē)與機(jī)動(dòng)車(chē)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(duì)車(chē)輛進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，剛體模型多用于分析車(chē)輛碰撞過(guò)程運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的分析，多剛體模型有助于對(duì)行人、兩輪車(chē)和車(chē)輛局部進(jìn)行受力和運(yùn)動(dòng)分析，網(wǎng)格模型便于對(duì)事故車(chē)輛碰撞過(guò)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(lèi)。掌握這些分類(lèi)方法，可以幫助事故重建工作者對(duì)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(kāi)展工作。

1.4.2　道路交通事故重建技術(shù)及發(fā)展

汽車(chē)誕生以來(lái)，研究交通事故的原因、重建交通事故過(guò)程是改善汽車(chē)設(shè)計(jì)、提高汽車(chē)安全性能的重要方法，而對(duì)交通事故重建技術(shù)的研究也是隨著汽車(chē)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(gè)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(chē)工業(yè)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還只是一種夢(mèng)想，事故調(diào)查人員重建交通事故的方法主要是在車(chē)輛地面力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及碰撞理論的指導(dǎo)下，利用手工重建計(jì)算與繪圖工具（圖1.10），對(duì)交通事故過(guò)程中車(chē)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(jì)算工具進(jìn)行手工分析計(jì)算，對(duì)事故過(guò)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(chē)輛地面力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及碰撞理論等原理分析計(jì)算外，手工重建階段重建人員還利用矢量合成原理，通過(guò)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(dòng)量守恒定律的矢量方程m1v1+m2v2=m1v10+m2v20在作圖后一定形成一個(gè)封閉的四邊形，每一個(gè)矢量均包含動(dòng)量的大小和方向。矢量四邊形作圖完成后，每一條邊的長(zhǎng)度即代表動(dòng)量的大小，每一條邊所在的方向即代表動(dòng)量的方向。由此可以計(jì)算車(chē)輛碰撞前后速度的大小和方向，也可以對(duì)事故過(guò)程進(jìn)行分析與重建。

2. 計(jì)算機(jī)輔助重建階段

從20世紀(jì)70年代起，計(jì)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(guó)交通安全管理部門(mén)的重視，國(guó)外的道路交通安全研究機(jī)構(gòu)，如美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）、歐洲強(qiáng)化汽車(chē)安全委員會(huì)（EEVC）、日本汽車(chē)研究所（JARI）等紛紛開(kāi)展了道路交通事故重建技術(shù)的研究，并開(kāi)發(fā)出基于各種模型的交通事故重建系統(tǒng)。目前，國(guó)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(chē)身研究開(kāi)發(fā)、道路交通事故鑒定及碰撞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)假人開(kāi)發(fā)等研究工作中發(fā)揮了較大作用。

利用計(jì)算機(jī)軟件能夠依據(jù)事故車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)、車(chē)輛碰撞初速度、車(chē)輛行駛方向、碰撞角度、車(chē)輛損傷程度、車(chē)輛最后停止位置及地面輪胎痕跡，比較精確地模擬出車(chē)輛碰撞過(guò)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(shí)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(jì)算的精確度。特別是隨著計(jì)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(dòng)逼真地展示事故過(guò)程。圖1.12所示為利用PC-Crash以三維的形式重建事故過(guò)程。

3. 車(chē)輛事件記錄儀輔助重建階段

車(chē)輛事件記錄儀又稱(chēng)事件數(shù)據(jù)記錄器（Event Data Recorder，EDR），泛指安裝在汽車(chē)上用于記錄汽車(chē)使用過(guò)程中某些特定事件的裝置。這種裝置能詳細(xì)記錄車(chē)輛在使用中發(fā)生的某種特定事件（如碰撞、翻滾、發(fā)動(dòng)機(jī)某氣缸熄火等）。計(jì)算機(jī)技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，使汽車(chē)行駛中的信息被廣泛記錄成為可能，并且功能和形式越來(lái)越多的車(chē)輛事件記錄裝置在現(xiàn)代汽車(chē)上得以廣泛使用。在汽車(chē)的行駛過(guò)程中，車(chē)輛事件記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某些特定事件發(fā)生時(shí)，車(chē)輛事件記錄儀觸發(fā)記錄裝置將之前一定時(shí)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(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。圖1.13所示的汽車(chē)安全氣囊控制模塊（Airbag Control Module，ACM），用來(lái)記錄汽車(chē)發(fā)生碰撞事件的情況，通常記錄發(fā)生碰撞時(shí)汽車(chē)的行駛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、制動(dòng)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(guò)程，提高交通事故現(xiàn)場(chǎng)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(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)讀取裝置，如碰撞數(shù)據(jù)讀取儀（Crash Data Retrieval，CDR），來(lái)獲取汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)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(guó)道路交通管理和社會(huì)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(guò)程，如圖1.15所示。不僅如此，許多汽車(chē)內(nèi)部還安裝了行車(chē)記錄儀，同時(shí)記錄汽車(chē)行駛時(shí)汽車(chē)的前方或后方的交通環(huán)境及車(chē)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(wú)論是車(chē)內(nèi)的還是車(chē)外的視頻監(jiān)控設(shè)施，均僅記錄了事件發(fā)生時(shí)的影像，對(duì)車(chē)輛行駛時(shí)的參數(shù)并沒(méi)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(guò)程，還沒(méi)有辦法給出具體的如車(chē)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(guó)公安部頒布GA/T 1133—2014《基于視頻圖像的車(chē)輛行駛速度技術(shù)鑒定》，對(duì)視頻圖像的科學(xué)利用進(jìn)行了規(guī)范。

無(wú)論是車(chē)內(nèi)的視頻監(jiān)控裝置，還是車(chē)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(mén)及公司企業(yè)加強(qiáng)對(duì)車(chē)輛的使用和管理，缺乏車(chē)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(jì)算車(chē)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(guò)視頻監(jiān)控信息能夠計(jì)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(guò)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(guò)程的局部。

（6）非高清視頻監(jiān)控信息影響其使用價(jià)值。

（7）夜晚照明條件不足時(shí)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?chē)輛反應(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(chē)輛發(fā)生事故時(shí)的痕跡等其他信息，可以提高事故重建的準(zhǔn)確性，檢驗(yàn)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(chē)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(shí)，由于道路交通安全越來(lái)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(chē)設(shè)計(jì)及科研院所等單位均投入了大量的精力對(duì)道路交通安全進(jìn)行研究。交通要素?cái)?shù)據(jù)的采集越來(lái)越詳細(xì)、普遍、準(zhǔn)確、及時(shí)，形成了龐大的跨部門(mén)、跨行業(yè)的交通管理數(shù)據(jù)庫(kù)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(chē)、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(lèi)交通參與者通過(guò)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(dòng)車(chē)作為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)也不斷生成車(chē)輛位置、速度、行駛方向、周邊車(chē)輛信息，以及包括車(chē)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(chē)時(shí)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(guò)道路交通監(jiān)控裝置和車(chē)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(duì)于一起確定的交通事故的分析與重建，上述信息與計(jì)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(guò)程，并使重建的效率得以提高，為事故預(yù)防提供及時(shí)、科學(xué)的參考。

隨著車(chē)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(tái)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的交通事故重建自動(dòng)化技術(shù)將成為可能。將來(lái)，道路交通事故重建系統(tǒng)平臺(tái)可利用交通要素基本信息和事故過(guò)程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息自動(dòng)完成道路交通事故重建工作，并按照?qǐng)?zhí)法辦案和事故預(yù)防的要求生成重建報(bào)告。