基于道路交通事故数据的仿真场景搭建及研究

摘 要：驾驶场景数据是自动驾驶功能开发的数据基础，基于中国道路真实交通事故的危险场景是场景数据库的重要组成部分，是车型开发功能验证的必要条件。安全通过危险场景以及成功避免事故的发生或最大程度降低事故造成损伤是自动驾驶功能准入的基本条件，事故仿真场景的研究与开发是智能网联汽车前期功能验证的重要一环。

关键词：交通事故 仿真场景 事故重建 事故比对

0 引言

根据交通事故现场证据（现场散落物、肇事车辆痕迹及其损坏情况、车辆碰撞点及停止位置及状态、当事人伤情、当事人和目击者陈述、行车记录仪数据等）与非现场证据（鉴定结论、监控录像、卫星定位信息、手机信息、云端等信息）等调查获取的各类证据材料，对道路交通事故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，本文从中国交通事故深入研究（China In-Depth Accident Study ， CIDAS）数据库中选取相关交通事故场景（以下简称事故场景数据库），对某一事故场景进行建模分析。

1 原始数据采集与绘制

1.1 数据获取

数据的采集分为现场实物采集和事故场景数据库获取，根据交通事故的现场，由测绘人员对人、车、物进行测量，编写事故报告，报告的内容包括但不限于事故基本信息、车辆信息、轮胎信息、人员损伤、道路环境信息等维度，进行数据采集工作。事故场景数据库的数据获取即登陆至中国交通事故深度调查网站进行查询和下载。

1.2 场景平面图绘制

根据事故场景数据库的数据，对现场事故轨迹进行平面图的绘制，尤其是事故参与方的最终位置、事故道路形态、痕迹的参数等，所有尺寸都遵循真实比例，在使用计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）绘制的过程中，均按照现场1∶1绘制，单位为米。道路走向与指北针l7GeMzWmCjlLwYOOTlgA6A==方向与事实一致。数据库中的照片反映的与事故相关的信息和现场标志均展现在平面图中，如比例尺、人行道、指北针、绿化带、痕迹、散落物、参考点、红绿灯、让行标志、停车线、双黄线、转向标志、碰撞点、限速标志等。事故中与事故相关的各种事故位置应精确定位，比如与参与方发生接触的一些树木、电线杆等，现场的痕迹及散落物注释说明，如血迹、刹车痕迹、地面挫划痕迹、散落物范围等。如图1所示，为某一事故场景绘制的CAD平面图。

2 事故重建仿真

仿真重现使用的交通事故再现仿真软件（PC-crash），可以通过软件对事故的发生过程进行仿真，从而获得事故发生中的重要参数，例如碰撞速度、能量等效速度、事故前的车辆运行轨迹、驾驶员操作等信息。仿真场景建立主要分为两个阶段：阶段一——以碰撞开始到碰撞结束的动力学仿真；阶段二——碰撞前运动学仿真。

2.1 碰撞开始到碰撞结束的动力学仿真

2.1.1 导入底图

根据上文所述的绘制等比例的CAD碰撞过程图，转化为.JPG格式的文件导入到PC-Crash中，使用过程图作为底图，进行仿真可以加速重构事故仿真的过程。

2.1.2 添加车辆

底图导入后可以明确事故发生的大致过程，根据事故场景数据库中提供的车辆信息，对车辆参数进行配置，配置参数包括车辆整备质量、驾驶员质量、车辆品牌型号、车辆长度、车辆宽度、车辆高度、轮胎尺寸、发动机功率，获得的数据越多，还原的场景越接近真实事故情景。如图2所示为某事故场景采集到的车辆信息，输入至PC-Crash仿真软件的车辆模型中。

2.1.3 调整环境参数

根据事故场景数据库中获取的参数，对事故仿真场景的摩擦系数进行设置。

2.1.4 调整碰撞状态及事件

根据事故场景数据库中事故的调查速度、碰撞角度、两车碰撞时的状态，配置相关的初始设置及事件参数。

2.1.5 与事故比对

将参数配置完整后，进行模拟仿真与事故实际数据进行比对，车辆的最终停止位置、车辆的接触角度、车辆的运动过程、路面留存痕迹等。如仿真结果与实际事故偏差较大，则通过4）调整碰撞状态及事件中的参数调整进行深度场景还原。

2.1.6 完成动力学仿真

经过碰撞事件的参数调整，在事故仿真数据对比多维度的实际事故参数后，车辆的行驶路径及碰撞后运动轨迹与事故数据接近一致即可认定动力学仿真阶段完成，将此过程锁定。锁定后PC-Crash软件仿真画面如图3所示。

2.2 碰撞前运动学仿真

2.2.1 转换运动学仿真

通过转化动力学与运动学开关，启动事故前运动学仿真，通过参考事故事故驾驶员的操作（参考事故场景库中数据）添加到事件中，驾驶员的操作包括但不限于转向、加速、刹车等行为操作。

2.2.2 仿真数据与事故比对

通过使用倒退键进行事故前仿真，获取事故前的运动轨迹，通过不断的调整事件参数，使得碰撞前轨迹与事故相符。经过多轮数次的参数调整使运动学仿真符合实际，并使用锁定键将运动学仿真锁定，完成本次仿真参数的配置。如图4所示为锁定后经过渲染的仿真效果图。

2.2.3 查看仿真数据

通过仿真数据报告器，查看仿真事故的相关数据，仿真软件中有数据图表能够查看相关的运动曲线，为仿真人员提供定性或定量的参考依据。具体仿真数据报告器显示如图5所示。

3 仿真还原的关键要素

3.1 事故档案解读

通过仿真详尽的还原事故状态，事故场景库中的事故档案是逼真的还原全部事故的源头。详细的分析事故档案，将事故发生的可能性以及事故发生中需要注意的关键点，逐一识别，是保证事故重建正确性的关键要素。

3.2 路面痕迹

路面痕迹能够充分反应事故发生过程中的车辆运动趋势，通过对路面痕迹和仿真中运动轨迹进行逐一比对，进行更加精准的还原事故发生的过程。

3.3 仿真中车辆碰撞位置

因PC-Crash中的车辆模型与真实车辆存在差距，例如车辆保险杠外形在仿真过程中需根据事故的要求，相应微调车辆的基础位置，从而更加贴近真实情况。

3.4 多刚体模型仿真

二轮车事故仿真中，可以使用多刚体模型和刚体模型，因为多刚体模型中二轮车骑乘者与二轮车之间的约束条件与实际不相符，需要考虑两者的最终停止位置与真实停止位置的关系。

4 碰撞前数据与OpenX转化

交通事故可以分为三个阶段：碰撞前，碰撞以及碰撞后，碰撞前又可以分为正常驾驶阶段和危险出现阶段。通过分析事故发生的全过程，利用仿真软件PC-crash对事故的全过程进行仿真重建，取得事故碰撞前5秒的数据。从而建立碰撞前数据库，该数据库可以帮助研究者详细分析事故发生前5秒内的车辆运动信息，碰撞信息，从而为后续研究开发提供支撑保证。

用于描述动态场景的数据格式（Open-

Scenario）定义了一种文件格式，用于描述驾驶模拟器和交通模拟器的动态内容。其主要用例是描述涉及多个实体（如车辆、行人和其他交通参与者）的复杂、同步的操作。对驾驶机动的描述可以基于驾驶员的动作（例如执行车道改变）或基于轨迹（例如来自记录的驾驶机动）。该标准还包括了其他内容，如对自我车辆的描述、驾驶员外观、行人、交通和环境条件等。

交通事故数据录入数据库，与碰撞前数据结合，可以在支持OpenX的仿真软件中完成场景搭建。

以VTD仿真软件搭建场景为例，在ROD模块中手动进行静态场景的搭建，并将PCM数据中车辆运动状态通过二次开发的插件半自动化导入仿真软件系统，在VTD中的场景搭建完成后，生成符合OpenX标准的文件，后续可用于支持OpenX标准文件仿真软件的仿真在环测试。

5 总结

通过重建事故场景，可以详细了解事故的发生过程和原因，这对于预防类似事故的再次发生至关重要，并对是否存在设计缺陷导致的安全隐患进行前期软件层面的验证，尽可能确保它们在极端情况下仍能保持良好的运行状态。

仿真结果可以为交通规划和政策制定提供科学依据，帮助车辆开发人员制定更有效的交通安全策略和措施。仿真环境为新的交通安全技术和产品提供了一个测试平台，在实际投入使用前评估其效果和潜在风险提供了相应技术支撑。

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