交通事故现场快速测量及模拟仿真研究

庄捷刘姚弟苏铱琳

摘要：交通事故现场快速测量与模拟仿真是准确分析交通事故原因的重要手段。传统交通事故现场测量多以皮尺、草图为主，存在信息采集主观性大，记录形式不直观等问题。本文提出以近景摄影测量为切入点，利用非量测数码相机多角度记录事故现场，实现交通事故现场的三维重构，并以三维数据为基础结合3D打印技术实现事故现场的模拟仿真。实验研究表明所提方法具有可行性，事故现场数据具有溯源性，能够应用于交通事故的现场勘查。

关键词：交通事故；现场勘查；近景摄影测量；模拟仿真

1前言

非量测摄影测量技术方面的研究成果在国内外已达到较高水平，各式算法也相对成熟，因此被广泛应用于工业、生物力学、化学、生物学、考古学、建筑学、汽车制造和航空航天等领域。正如谭燕[1]所说的：“随着摄影测量技术的逐步发展,基于数字影像与摄影测量基本原理的数字摄影测量已经取代了传统的摄影测量成图方法,已得到广泛的推广和应用。”同时贾永生[2]也曾提过：“随着科技的不断发展,影像技术在社会各个领域的应用越来越普及,也使警务情报工作运用影像技术手段进行情报的采集、存储、分析和判研有了可以依赖的技术(物质)基础。”

3D打印技术是近几年开始普及的一种快速成型技术，李青曾[3]指出：“3D打印技术比起铸造、冲压、蚀刻等传统方法能更快速地创建原型，特别是传统方法难以制作的特殊结构模型。”

本文将摄影测量技术同3D打印技术有机结合起来，应用于警务工作中的交通事故现场勘察及事故责任认定，能大大提高交通事故现场勘察的速率，为现场测量数据提供原始信息支持。

2交通事故勘察现状

交通事故现场的快速测量是交通事故现场勘查的重要组成部分，在交通事故的现场勘验中事故责任认定应做到公平、合理、科学。但是经过本项目组的调查研究发现，传统的交通事故现场勘察仍存在以下问题：

(1)受测量人的主观影响较大，同一距离由不同人测量，测量结果与误差不同；

(2)测量过程需要接触被测量的客体，会对客体造成二次污染，不符合物证无损提取等要求；

(3)无法高效率进行现场勘察，在车流高峰期勘察速度缓慢会造成交通堵塞等问题；

(4)勘察实验难度较大，无法做到全景模拟事故的整个过程。

针对上述问题，本文提出以近景摄影测量为切入点，利用非量测数码相机多角度拍摄交通事故现场图片，通过对多幅图片中事故特征点的提取，利用DLT测量法、直线线性变换等方法实现特征点的对应，进而实现现场的三维数据获取。实验表明根据所获取的三维数据结合3D打印技术实现交通事故现场的模拟仿真，极大地方便了对事故成因的分析，所记录的数据也具有溯源性。

3相关原理

近景摄影测量是通过建立三维空间坐标系，在消除了线性畸变的基础上，以光沿直线传播为基础，逆向交叉演算出相应点在空间坐标系中的具体位置，如图1所示，利用A在相片Cl及相片Cr中呈现的点进行逆向演算确定A的x，y，z坐标。

图1

本项目在校对相机畸变第一步消除误差后，以近景摄影测量原理为基础，通过利用多张照片在同一个空间坐标系中重复确定空间点，进一步消除误差后。再通过不同角度建立多个坐标系，将坐标系联立起来，最终建立起一个完整的，误差较小的三维模拟空间。

最后以三维数据为基础，构建三维立体模型，通过3D打印技术将模型打印出来，做到事故过程的全真模拟实验。

4摄影测量勘察的流程

正如冉险生[4]在《近景摄影测量在三维数据采集中的应用》中提到的：“在工业数据采集的过程中，要获得准确的结果就必须遵守一定的操作流程。”在结合一线警务工作人员对交通事故的快速处理与模拟仿真的需求后，在保证测量精度及测量科学性的基础上，项目组制作了交通事故摄影测量的流程如下。

适宜的拍摄环境：不适宜在强光、震动的环境下进行拍摄取证；

现场规划及测量好测量方案，避免后期建立三维空间时出现缺少关键点等问题；

确定所拍摄相片的焦距，消除拍摄时远近差距产生的畸变；

在多张照片中标定事故现场中共同的空间点，进一步消除测量误差；

对事故现场进行多角度建立不同空间坐标系，将坐标系联立起来，进一步消除误差。

在最终的坐标系中进行立体测量，并将坐标系导入三维画图软件，处理后利用3D打印机打印出来，实现现场模拟重建。

5测量重建实验实例

5.1消除相机畸变

将校准点有序摆放于平整地面，调整中间部分的校准点，使其与其他校准点间形成一定的高度差。然后使用数码相机固定焦距围绕校准点进行至少八个方位的拍摄（如图2）。必须使校准点充满整个画面，且保证每张图片都清晰可辨。再将所拍摄的照片导入Iwitness软件进行畸变校正。

5.2拍摄及测量现场

固定相机焦距，围绕现场进行全方位多角度拍摄。选取约十张拍摄清晰的现场图片用于连点。第一、二两张照片作为参考系的建立，其选择十分重要，同时手动连点时要注意两点连接的准确性。在所有照片均连接成功后，可对项目物体进行三维坐标的设定，输入数据完毕后即可对照片内的任意两点进行测量。此时可联立多个坐标系进一步消除误差或扩大测量范围，同时通过3DView查看连接而成的三维点状图。

图2

5.3重建3D模拟现场

项目联立成功后，可将其以DXF的文件格式导出，然后在AutoCAD软件中查看修改。最后将完善的数据导出为STL或OBJ文件格式。然后将文件放入3D打印程序中打印。

总结

当前，近景摄影测量技术正不断成熟，基于非量测数码相机的近景摄影测量方法已在许多领域发挥了重要作用。本项目通过实验在进一步消除误差的基础上，将近景摄影测量技术引入到交通事故现场测量中，并结合3D打印技术，在测量的同时可以进一步将事故现场模拟重建出来。

参考文献

[1]谭燕.基于非量测数码相机的近景摄影测量技术研究[D].中南大学,2009.

[2]贾永生.论影像技术在现代警务情报中的运用——兼论警务情报影像技术学科建设的必要性[J].铁道警官高等专科学校学报,2006,(03):85-92.

[3]李青.3D打印：一种新兴的学习技术[J].远程教育杂志,2013.04.005,29-35

[4]冉险生.近景摄影测量在三维数据采集中的应用[J].现代制造工程,2013.03.022,100-104