道路交通事故重建技术综述

张新海

(广东警官学院治安系, 广东广州 510230)

0 引言

在交通事故处理工作诸多环节中，交通事故重建工作不仅对事故处理民警的素质要求较高，同时也是事故处理过程中技术含量较高的一项工作，也是交通事故处理过程中的薄弱环节。

重建道路交通事故的前提是对道路交通事故过程有比较全面、清晰的认识；科学、客观地重建道路交通事故过程可以准确认识事故发生的过程，正确分析道路交通事故成因，科学认定交通事故责任；有利于提高道路交通事故执法办案的科学性与公正性，提高交通事故认定的质量，提高执法办案部门的公信力和权威性；帮助公安交管部门提高交通事故处理业务的水平，增强可视化，有利于办案人员与当事人、执法监督部门、法官、保险部门等相关人员对事故的认识达成一致。此外，每起道路交通事故重建的结果都是一部典型、生动的交通安全宣传教育材料，可以帮助交通参与者有效预防道路交通事故的发生。

1 正确认识道路交通事故重建

1.1 道路交通事故重建及相关知识

道路交通事故重建是具有道路交通事故处理职责和相关专业资质人员，根据交通事故现场(事故现场散落物；肇事车辆及其损坏的情况、停止位置及状态；人员伤害情况和各种形式的痕迹；当事人和目击者的陈述、行车记录仪数据等)与非现场(鉴定结论、监控录像、 GPS信息、手机信息、云端等信息)调查获得的证据材料对交通事故发生过程作出的系统分析与科学推断，并对道路交通事故发生过程依据运动、碰撞、应变、视频、色彩等形成原理进行呈现的过程。不同时期事故重建结果呈现的形式不同，随着模拟仿真技术的发展，现代道路交通事故重建结果常通过二维、三维图形或虚拟现实的形式进行呈现。

交通事故重建作为一门新兴的交叉学科，通常涉及到碰撞力学、运动学、生物力学、材料科学、交通行为学、车辆工程等技术领域，特别是关于转向系统、制动系统以及车辆动力学以及数字仿真技术、数字摄影和数码影像技术、道路交通设施、侦查学和证据科学等专门知识，如图1所示[1]。

交通事故重建工作不研究道路交通事故为什么会发生，不探索道路交通事故发生的其他深层原因，而仅研究交通事故发生的过程和事故过程中的一些现象。

1.2 道路交通事故重建的基本过程

图1 交通事故重建相关学科知识

道路交通事故重建人员在系统掌握案卷材料的基础上重建事故过程，都是在特定的证据条件下完成的，要重建出与事故发生时各方面要素的变化都完全一样的事故过程几乎是不可能的，对于事故处理工作，这也是没有必要的。交通事故重建并非通过对已搜集的事故信息进行想象，从而推测事故发生的过程这么简单，而主要是对现场信息搜集质量不高的交通事故做出本质上的解释，这是重建道路交通事故工作的基本出发点。

道路交通事故重建的具体过程随着重建目的、内容、要求、条件的不同而有所差异。但是事故重建有一些基本的规则与程序，主要包括以下几个环节[2]：

(1)明确重建结果所要解决的问题；

(2)审查证据材料；

(3)根据任务需要搜集其他所需材料；

(4)绘制碰撞后车辆运动态势图；

(5)检验工作成效；

(6)对理论或假设进行验证；

(7)审查重建报告的结果是否令人满意；

(8)检验得出的结论；

(9)用图和表格对结论进行说明和解释。

2 道路交通事故重建技术发展历程

汽车诞生以来，研究交通事故的原因，重建交通事故过程是改善汽车设计，提高汽车安全性能，预防道路交通事故的重要方法，而对交通事故重建技术的研究几乎也是随着汽车安全技术的不断改进而发展的。在汽车被动安全技术阶段，事故调查与重建工作多依赖于事故车辆在人体、路面、车体的痕迹与变形，再辅以文证、书证及鉴定报告分析重建事故过程；在汽车主动安全技术阶段，大量的ECU监控着车辆的行驶状态，事故发生后，人们可以从存储单元中获取较为客观、准确的车辆运行数据，辅助事故重建工作；未来随着汽车智能安全技术的发展与应用，道路交通事故重建可借助交通大数据及数据融合技术，实现事故重建工作的自动化。从重建事故过程所使用的技术来看，道路交通事故重建技术的发展大致经历了以下5个阶段。

2.1 手工重建

在汽车工业发展的初期，事故调查人员重建交通事故的方法，主要是在车辆地面力学、运动学、动力学及碰撞理论的指导下，利用传统计算与绘图工具，对交通事故过程中车辆的位置、行驶速度、发生的位移、碰撞的接触部位等参数，借助计算工具进行手工分析计算，对事故过程进行重建，这是最基本的交通事故重建的方法。

除了利用车辆地面力学、运动学、动力学及碰撞理论等原理分析计算外，还可以利用矢量合成原理，通过手工作图的方法，按照一定的比例进行严格绘图，对事故过程进行解析，如图2所示。

图2 手工作图法解算碰撞参数

2.2 计算机辅助重建

计算机模拟仿真技术的迅猛发展，为道路交通事故重建技术的发展提供了强大的技术支撑，美国国家公路交通安全局(NHTSA)、欧盟试验汽车安全委员会(EEVC)、日本汽车研究所(JARI)等纷纷开展了道路交通事故重建技术的研究，并开发出基于各种模型的交通事故重建系统。目前，道路交通事故重建软件主要有SMAC、CRASH、PC-CRASH、HVE、HVOSM、Virtual Crash、EDCRASH、J2DACS、CARS、WACCAR、CARAT、ANAL、EES-ARM、IMPAC、TBS、VTS、LS-DYNA、PAMCRSAH、MADYMO、PHASE4、EDVDS、 CAL3D、SINRAR等。其中比较著名而且应用较为广泛的事故重建软件有PC-CRASH、Virtual Crash、HVE、 SMAC、CRASH、MADYMO、PAMCRSAH、LS-DYNA等系统[3]。这些软件通过强大的模型与算法支撑，在车身研究开发、道路交通事故调查分析、道路交通事故鉴定、车辆保险理赔以及碰撞试验标准假人开发等研究工作中，发挥了巨大作用。

利用事故重建系统能够依据事故车辆结构参数、碰撞初始点位置、车辆碰撞初速度、车辆行驶方向、碰撞角度、车辆损伤程度、车辆最后停止位置及地面轮胎痕迹，比较精确地模拟出车辆碰撞过程的速度变化曲线、行驶轨迹及损毁结果。在初始条件发生变化时可以快速生成计算结果，大大提高了交通事故重建的效率和精确度。特别是随着计算机图形图像技术的发展，许多重建系统(如PC-Crash、Virtual Crash等)还可以二维和三维的形式生成事故重建结果，如图3所示，非常生动逼真地展示事故的发生过程。

图3 利用PC-Crash重建道路交通事故

2.3 监控信息辅助重建

随着治安监控与交通监控装备的推广与应用，事故现场环境的电子监控信息和事故现场的车体痕迹和路面痕迹一样成为交通事故现场的重要证据；目前，监控信息通常包括固定的治安监控、交通监控和移动的交通监控装置记录的动、静态影像信息。通常这些监控设施从某一特定位置、以特定角度记录了事故发生的过程，如图4所示；不仅如此，汽车内部还安装了行车记录仪，同时记录汽车行驶时汽车的前方或后方的交通环境及车内环境的变化，这些手段为人们分析重建道路交通事故提供了重要的支持。

但是，无论是车内还是车外的视频监控设施，均记录了事件发生时的影像，对车辆行驶时的参数并没有量化，系统仅是以每秒25帧或30帧的拍摄速度，记录事故的发生过程，还没有办法给出具体量化指标，如行驶车速、方向等数值信息；而对于交通事故重建工作中所需要的车速、行驶方向、碰撞点位置、驾驶人操作及安全带使用情况等诸多重要信息如果没有，则无法给出准确的结论[4]。单纯依靠视频监控信息不能完成事故重建工作，其主要原因为：一是通过监控视频能够计算的信息是有限的，时间、地点、事故车辆通常可以判定，车速通常也能计算出来，但交通事故其他参数(如车辆制动、驾驶人反应与操纵参数)就很难直接从视频中获取；二是每一路视频监控信息仅从某一侧面反映事故过程，人们无法获得从其他角度观察的结果；三是监控信息通常仅拍摄到事故过程的局部，仅记录事故过程的一个片段；四是监控信息不能反映驾驶人和车辆在事故发生时的技术状态。虽然视频监控信息无法全面反映交通事故过程，但它仍可以为重建工作提供大量、客观、定性的证据信息。事故重建人员利用这些信息，可以提高事故重建的准确性，检验交通事故重建结果的可靠性。

图4 利用视频监控信息辅助交通事故重建

2.4 车载电子信息辅助事故重建

现代汽车装备越来越多的电子装备，如车载多媒体系统、汽车行驶记录仪、安全气囊控制装置、定速巡航、车距保持、车道保持、制动防抱死、车身稳定系统等等，车辆运行中这些装备的使用情况和技术状况均可以进行记录，特别是随着存贮技术的发展，记录汽车在使用过程中的环境条件与技术状况已逐渐成为常态。《机动车运行安全技术条件》GB7258—2017规定：校车、公路客车、旅游客车、危险货物运输车、半挂牵引车和总质量大于或等于12 000 kg的其他货车，需要安装符合标准的行驶记录仪或具有行驶记录功能的卫星定位装置。乘用车应配备能记录碰撞等特定事件发生时的车辆行驶速度、制动状态等信息的事件数据记录系统(EDR)。车辆事件记录器(Event Data Recorder简称EDR)在汽车的行驶过程中，实时监测汽车的运行状态和设备的使用状态，当某些特定事件发生时，车辆事件记录仪触发记录装置并将事件发生之前、中、后规定时间内(一般5～8 s)的数据冻结并永久保存[5]，这些数据比较准确地记录了汽车的运行和使用状态；如图5a为汽车安全气囊控制模块(ACM)，它可以准确记录汽车发生碰撞事件时车辆的使用情况，通常记录发生碰撞时汽车的行驶速度、发动机转速、油门踏板深度、制动强度、方向盘转角、安全带使用情况、加速度或减速度、气囊是否起爆等数据(如图6所示)，这些数据客观真实地记录了事故发生过程中车辆的运行状态，能够很好的帮助交通事故调查人员重建交通事故过程，提高了交通事故现场调查数据的客观性与准确性。

图5 典型车载事件数据记录系统

Time Stamp (sec)Pre-Crash Recorde StatusSpeed, Vehicle Indicated/(MPH [km/h])Accelerator Pedal,% FullService Brake Engine RPMABS Activity Stability ControlSteering Input (deg)-5.0Complete32[51]0.80Off1 718NoOff-50-4.9Complete31[51]1.20Off1 713NoOff-50-4.8Complete31[50]1.20Off1 725NoOff-50-4.7Complete31[50]2.80Off1 745NoOff-50

图6利用CDR读取安全气囊控制模块数据

事故重建人员可以利用专门的数据读取装置(如CDR，见图7)获取汽车发生碰撞时的一系列数据信息，有效辅助事故调查与重建人员，提高事故重建质量和工作的效率。

借助专门的事故重建软件，利用读取安全气囊控制模块记录的事故数据重建事故过程，如图8所示。

图7 利用CDR获取车辆碰撞数据

2.5 交通大数据辅助事故重建

图8 EDR数据重建道路交通事故

现代道路交通的构成要素中人、车、路、环境等逐渐成为物联网的重要组成部分。同时，汽车的智能化、网联化、电动化、共享化等新“四化”不断推动汽车工业升级换代，汽车高级辅助驾驶系统ADAS(见图9)，未来会装备在越来越多的汽车上，ADAS系统包含的导航与实时交通系统TMC，电子警察系统ISA 、车联网、自适应巡航ACC、车道偏移报警系统LDWS、车道保持系统LKA，碰撞避免或预碰撞系统、夜视系统、自适应灯光控制、行人保护系统、自动泊车系统、交通标志识别、盲点探测，驾驶员疲劳探测、下坡控制系统和电动汽车报警系统等[6]，会产生更多信息，这些信息全面、客观、准确、完整地记录汽车在使用过程中的环境信息、操纵信息与运行信息。对于一起确定的交通事故分析与重建，这些数据运用于模拟仿真系统，可以更科学、更准确地重建道路交通事故过程，并大大提高事故重建的效率。

图9 ADAS全面记录车辆运行与环境信息

随着“互联网+”战略的深入实施，5G网络的应用与普及，特别是车联网良好的应用环境和迫切的应用需求，使车联网和大数据技术为交通事故重建工作提供了良好的机遇；与此同时，由于道路交通安全也越来越受到政府和群众的高度关注，医疗卫生、安全生产、交通运输管理、汽车设计及科研院所均投入了大量的精力对道路交通安全进行研究，交通要素数据的采集越来越详细、及时、准确，庞大的跨部门、跨行业的交通安全管理数据库，为交通事故调查、分析和重建提供了良好基础，这些多元数据的融合应用，能够大大提高事故重建的质量和水平。

德国德累斯顿工业大学交通事故研究专家，基于具有特定EES值的虚拟车辆模型，充分利用辅助驾驶系统ADAS的数据，以及从GIDAS数据库中获得的车辆变形和其他参数，在不使用PC-Crash的情况下对碰撞事故过程进行自动重建[7]，对道路交通事故重建工作具有重要意义。

3 结语

道路交通事故重建技能也正逐渐成为道路交通事故处理工作的核心能力。本文通过对交通事故重建技术的研究分析，得出以下结论：

(1)交通事故重建技术的应用水平随着模拟仿真技术、计算机图形技术、通信技术、数据库技术、车联网技术、数据融合技术的深度应用而快速向前发展。

(2)现阶段由于交通工具构成多样、技术差别巨大、道路等级多样，交通事故重建工作中多种手段和技术应用并存，共同服务于道路交通事故处理工作。

(3)随着高级辅助驾驶系统ADAS的推广与应用，车联网与数据融合技术的不断成熟和完善，基于交通大数据的交通事故重建自动化将成为可能。