基于监控视频的Pc-Crash车人碰撞事故再现仿真再验证

张勇刚

（广东警官学院治安系，广州 510230）

·技术与应用·

基于监控视频的Pc-Crash车人碰撞事故再现仿真再验证

张勇刚

（广东警官学院治安系，广州 510230）

为了进一步验证基于Pc-Crash的车人碰撞事故再现仿真的有效性，针对一例典型的具有视频监控的小汽车与行人的碰撞事故案例，分别采用Pc-Crash软件仿真和视频图像测量技术进行车速计算，所获得的事故车辆车速基本一致。结果表明，基于Pc-Crash的车人碰撞事故再现仿真结果是可靠的、有效的；当事故现场痕迹信息不足时，Pc-Crash依然可以充分依靠事故现场所能取得的有限的痕迹信息，获得一个较为可信的结果，证明该软件具有良好的实用性。

交通工程； 事故再现； 车速计算； 监控视频； Pc-Crash

车-人碰撞事故是道路交通事故的多发类型［1］，车-人碰撞事故再现已成为近年来国内外研究的热点问题之一，因其有利于提高此类事故的分析鉴定水平，进而公平公正地进行事故责任认定。Pc-Crash［2］为国内外应用非常广泛的一款事故再现分析软件，软件具有建模简单、模拟时间短以及模拟过程界面形象逼真、分析结果易提取等特点。尽管基于该软件的事故再现仿真的有效性曾得到过验证［3-5］，但依然不够充分，随着时代不断发展和社会不断进步，需要接受更多的实践检验。另一方面，视频技术的发展使得基于视频图像的事故车辆车速鉴定技术得到广泛的重视和应用［6-8］。通过对监控视频进行分析测量从而得到的事故车辆车速具有可靠性高的特点，因此可以借助此种技术对基于Pc-Crash的事故再现仿真的有效性进行进一步的验证。本文针对一例有视频监控的真实车-人碰撞事故案例，分别利用Pc-Crash以及视频图像技术获得事故车辆车速，两者进行对比以验证Pc-Crash仿真的有效性展开研究。

1 案情简介

2013年11月，某市某路发生一起车-人碰撞事故。何某驾驶五菱之光小型客车，由北向南行驶至出事地点，与人行道上王某碰撞导致王某死亡、车辆受损。据悉，事发路段平坦干燥、天气晴朗；行人王某，男，身高173 cm，体重60 kg，事故后经抢救无效死亡，事故中被抛出距离约10 m；车辆在事故中，右前轮挡泥板及挡风玻璃右下缘因碰撞变形，车辆制动距离约10 m。该事故现场发生在视频监控的覆盖范围内，可调取监控录像查看。在该案件中，需对车速进行鉴定，以判断事故车辆是否存在超速行为。

2 基于Pc-Crash的事故车辆车速计算

根据Pc-Crash车-人碰撞事故再现流程图［9］，给出基于Pc-Crash车-人碰撞事故再现流程。首先再现事故现场，然后建立事故参与者模型，最后通过调整车速等，获得与实际情况最为吻合的仿真再现结果。

2.1 事故现场再现

再现基本事故现场（见图1、图2）。

2.2 车、人模型的建立

在Pc-Crash中调入一辆长安铃木汽车，根据事故车辆尺寸，对其轮胎、车身尺寸、重量等信息进行修正，建立本案例车辆模型。然后调入已有的人体模型框架，调整行人身高、体重以及人-车、人-路之间摩擦系数等参数，并对各个人体模型进行修正，建立适用于本案例的人体模型。在此基础上，进一步调整行人的步幅等角度值，以保证人、车初始接触位置与实际情况尽可能一致，其相应的二维及三维视图见图1和图2。

图 1 二维事故现场Fig.1 Reconstructed 2D accident scene

图 2 三维事故现场Fig.2 Reconstructed 3D accident scene

2.3 仿真再现

通过反复微调车辆的行驶速度以及车-人碰撞角度、行人速度、行人方向等参数，确保人、车接触位置与实际情况一致，并能使得人、车最终停止于案件发生时的实际位置。在仿真中发现，当选取车辆碰撞速度为35 km/h、人行走速度为8 km/h时，最终仿真中各项痕迹与实际情况最为吻合。

图3、图4给出了人、车最终停止位置图的二、三维视图。车辆制动距离为9.71 m，行人抛距为9.85 m，仿真中行人以及车辆在事故路段中所停止的位置与实际情况吻合，与警方提供的数据情况一致。

图 3 二维仿真中人、车最终停止位置Fig.3 Final positions of the pedestrian and the vehicle （2D view）

图 4 三维仿真中人、车最终停止位置Fig.4 Final positions of the pedestrian and the vehicle （3D view）

图5 、图6给出事故中不同时刻人与车的接触位置。从图5中可知，0.03 s时刻，行人大腿及臀部均与车辆右前方接触，故这应是导致车辆此部分变形的原因。在图6中，0.14 s时刻，行人头部与挡风玻璃右下缘接触，这应为车辆此处变形的重要因素。这些结果表明，仿真中人、车接触位置与实际情况吻合。

图 5 0.03 s 时刻人、车接触位置Fig.5 Positions of the pedestrian and vehicle at 0.03 s

图 6 0.14 s 时刻人、车接触位置Fig.6 Positions of pedestrian and vehicle at 0.14 s

至此，该事故中行人抛距、车辆行驶距离以及人、车接触位置等均在仿真中得到验证。可以认为，此事故的再现是可靠的，事故车辆车速应为35 km/h。

2.4 根据人体损伤痕迹的车速验证

该案例中，人体各部位的损伤情况未知，但行人最终在事故中死亡，这一信息可用来对仿真结果进行进一步的验证。

在仿真中，行人胸部在0.815 s时刻受到一个最大的冲击力7790.56 N；在0.130 s时刻，其头部受到一个5487.93 N的冲击力。据研究，人胸部能承受的最大冲击力为8 kN，头骨骨折的耐受限度为5.2～12.5 kN［9］，可知，此案例中，行人胸部与头部均受到了严重的冲击，导致行人死亡。

评价行人伤害的另外一个重要指标是头部损伤指数HIC （Head Injury Criterion）。HIC是一个国际广泛接受，并能反映碰撞事故中行人头部撞击强度的基于加速测量法的指数。行人在事故中的HIC36值不可超过1000，而HIC15值不可超过700，否则将有极大概率导致行人死亡。在本案例中，行人头部加速度最大值为1324.75 m/s2，根据行人头部加速度曲线所算出的HIC15值的最大值为800.49，大大超过700。因此，在该案例中，行人死亡的概率是非常高的。该案例中行人头部HIC15值计算结果见图7。

图 7 案例中行人头部HIC15值Fig.7 HIC15 values of the pedestrian head

通过仿真，事故中由警方所提供的信息都得到了很好的验证，对实际情况给出合理的解释。因此事故车辆车速为35 km/h是合理的。

3 基于监控录像的事故车速计算

3.1 根据事故监控图像帧间差分计算车速的原理

通过视频计算车辆的瞬间实际行驶速度，截取视频信号采集的图像、进行参考点定位、再确定图像间位移和时差、最后找到图像位移向实际位移的映射即可计算出车速。帧间差分测速法是基于运动视觉的最基本的测速方法之一。将当前的输入图像和前一帧的输入图像作相减运算，获得的差值图像称为帧间差分图像。车辆运动使图像的前后两帧图像发生变化，从而帧间差别可以用来检测车辆的运动。这种方法简单易行，车辆速度可根据下式得到：

3.2 利用参照物计算实际车速

在视频监控中选取易于测量距离的两个参照物，如选取道路中心的白色分隔线的两端点，实地测量两个参照物的距离，设该距离为；然后在被鉴定车辆车身上选取某一特征点，设特征点通过所需的时间间隔为，则可利用位移量和时间间隔的比值计算出平均速度v［10］。具体操作步骤如下：

利用播放器逐帧检查监控视频，确定单位时间（1 s）内图像的帧数，计算相邻两帧之间时间间隔，设该时间间隔为。

根据监控视频中车辆行驶路径，在视频中选取易于测量距离的两个参照物，如道路中心分隔线两个端点、人行横道边缘或混凝土路面伸缩缝。根据视频中车辆行驶路径及参照物位置，确定车身某一部位为特征点，逐帧播放监控视频，令特征点通过第一个参照物（如道路中心分隔线前端）对应第1帧，通过第二个参照物（如道路中心分隔线末端）对应第N帧。

3.3 本案例的车速计算

依据以上视频计算方法，根据事故现场照片和视频帧计算分析图（见图8，图9）。

从小客车车头右侧驶入视频区域到小客车右前轮驶入视频区域所需帧数N=2帧，此视频帧速率为f=25 fps，而小客车车头与其右前轮后侧间相距L=0.8 m，故小客车行驶0.8 m所需时间为：

图 8 第1558帧车头右侧驶入Fig.8 The 1558th frame when the front right of the vehicle ran into the surveillance area

根据速度位移公式可得小客车驶入视频时的行驶速度为：由此得小客车驶入视频的速度为36 km/h。

图 9 第1560帧车右前轮后侧驶入Fig.9 The 1560th frame when the right front of the car ran into the surveillance area

4 结果与讨论

本案例中，警方提供的痕迹信息有限，但依然可借助Pc-Crash软件对案件现场进行再现分析，且能充分将有限的现场痕迹信息联系并利用，较好地还原事故的发生过程。通过Pc-Crash仿真，确定事故车辆车速为35 km/h，而借助监控视频所获得的较为准确的事故车速为36 km/h，这两个速度数值基本一致，进一步证明利用Pc-Crash软件仿真可以得到较为准确可靠的事故再现结果。

［1］ 赵志杰，金先龙，张晓云，等.面向人体损伤的人车碰撞事故再现［J］.振动与冲击，2008，27（5）：95-98.

［2］ 金先龙，张晓云.交通事故数字化重构理论与实践［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］ Moser A， Steffan H， Kasanický 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］ 王国林，鲁砚.人车碰撞事故仿真与行人保护研究［J］. 汽车工程，2009，31（1）：14-17.

［6］ 林雨，方守恩. 基于视频技术的地点车速测定新方法［J］. 中国安全科学学报， 2007，17（2）：173-176.

［7］ 尹国祥. 基于视频图像的肇事车辆车速鉴定［J］. 江西警察学院学报， 2012 （2）： 124-125.

［8］ 袁河洋. 基于视频的车辆速度检测方法研究［D］. 大连海事大学， 2013.

［9］ 邹铁方， 余志， 蔡铭， 等. 基于 Pc-Crash 的车-人事故再现 ［J］.振动与冲击， 2011， 30（3）：215-219.

［10］ 邬治锋. 监控视频中车辆平均速度测算方法比较［J］. 刑事技术， 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：张勇刚. 基于监控视频的Pc-Crash车人碰撞事故再现仿真再验证 ［J］. 刑事技术， 2015，40（3）：252-255.

2014-12-02

引用本文格式：张勇刚. 基于监控视频的Pc-Crash车人碰撞事故再现仿真再验证 ［J］. 刑事技术， 2015，40（3）：252-255.

国家自然科学基金项目（No. 51208065）

张勇刚（1977—），男，河南确山人，副教授，博士，研究方向为交通事故再现、交通安全。 E-mail： zysteel@163.com

10.16467/j.1008-3650.2015.03.022