張勇剛

（廣東警官學院治安系，廣州 510230）

·技術與應用·

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

張勇剛

（廣東警官學院治安系，廣州 510230）

為了進一步驗證基于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進行車速計算，所獲得的事故車輛車速基本一致。結果表明，基于Pc-Crash的車人碰撞事故再現(xiàn)仿真結果是可靠的、有效的；當事故現(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果，證明該軟件具有良好的實用性。

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)外研究的熱點問題之一，因其有利于提高此類事故的分析鑒定水平，進而公平公正地進行事故責任認定。Pc-Crash［2］為國內(nèi)外應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、分析結果易提取等特點。盡管基于該軟件的事故再現(xiàn)仿真的有效性曾得到過驗證［3-5］，但依然不夠充分，隨著時代不斷發(fā)展和社會不斷進步，需要接受更多的實踐檢驗。另一方面，視頻技術的發(fā)展使得基于視頻圖像的事故車輛車速鑒定技術得到廣泛的重視和應用［6-8］。通過對監(jiān)控視頻進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，因此可以借助此種技術對基于Pc-Crash的事故再現(xiàn)仿真的有效性進行進一步的驗證。本文針對一例有視頻監(jiān)控的真實車-人碰撞事故案例，分別利用Pc-Crash以及視頻圖像技術獲得事故車輛車速，兩者進行對比以驗證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，與人行道上王某碰撞導致王某死亡、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，獲得與實際情況最為吻合的仿真再現(xiàn)結果。

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行修正，建立適用于本案例的人體模型。在此基礎上，進一步調(diào)整行人的步幅等角度值，以保證人、車初始接觸位置與實際情況盡可能一致，其相應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、車接觸位置與實際情況一致，并能使得人、車最終停止于案件發(fā)生時的實際位置。在仿真中發(fā)現(xiàn)，當選取車輛碰撞速度為35 km/h、人行走速度為8 km/h時，最終仿真中各項痕跡與實際情況最為吻合。

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，故這應是導致車輛此部分變形的原因。在圖6中，0.14 s時刻，行人頭部與擋風玻璃右下緣接觸，這應為車輛此處變形的重要因素。這些結果表明，仿真中人、車接觸位置與實際情況吻合。

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證。可以認為，此事故的再現(xiàn)是可靠的，事故車輛車速應為35 km/h。

2.4 根據(jù)人體損傷痕跡的車速驗證

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果進行進一步的驗證。

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重的沖擊，導致行人死亡。

評價行人傷害的另外一個重要指標是頭部損傷指數(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證，對實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際行駛速度，截取視頻信號采集的圖像、進行參考點定位、再確定圖像間位移和時差、最后找到圖像位移向實際位移的映射即可計算出車速。幀間差分測速法是基于運動視覺的最基本的測速方法之一。將當前的輸入圖像和前一幀的輸入圖像作相減運算，獲得的差值圖像稱為幀間差分圖像。車輛運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，實地測量兩個參照物的距離，設該距離為；然后在被鑒定車輛車身上選取某一特征點，設特征點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、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，逐幀播放監(jiān)控視頻，令特征點通過第一個參照物（如道路中心分隔線前端）對應第1幀，通過第二個參照物（如道路中心分隔線末端）對應第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）。

從小客車車頭右側駛入視頻區(qū)域到小客車右前輪駛入視頻區(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幀車頭右側駛入Fig.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入視頻時的行駛速度為：由此得小客車駛入視頻的速度為36 km/h。

圖 9 第1560幀車右前輪后側駛入Fig.9 The 1560th frame when the right front of the car ran into the surveillance area

4 結果與討論

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確的事故車速為36 km/h，這兩個速度數(shù)值基本一致，進一步證明利用Pc-Crash軟件仿真可以得到較為準確可靠的事故再現(xiàn)結果。

［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.

［2］ 金先龍，張曉云.交通事故數(shù)字化重構理論與實踐［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［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研究［J］. 汽車工程，2009，31（1）：14-17.

［6］ 林雨，方守恩. 基于視頻技術的地點車速測定新方法［J］. 中國安全科學學報， 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］. 江西警察學院學報， 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， 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， 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)仿真再驗證 ［J］. 刑事技術， 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)仿真再驗證 ［J］. 刑事技術， 2015，40（3）：252-255.

國家自然科學基金項目（No. 51208065）

張勇剛（1977—），男，河南確山人，副教授，博士，研究方向為交通事故再現(xiàn)、交通安全。 E-mail： zysteel@163.com

10.16467/j.1008-3650.2015.03.022