一种交通事故现场全景测量及情景再现系统

王 震，高凤娇，宋昌江

(1.中国刑事警察学院痕迹检验鉴定技术公安部重点实验室，沈阳 110854； 2.黑龙江省科学院智能制造研究所，哈尔滨 150090； 3.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150020)

0 引言

我国汽车保有量不断增加，交通事故频发，很多事故依靠人工测量方式辅助图像数据，事故勘察结果多以图表、文字形式呈现，不够直观形象。随着数据采集技术、数字建模技术及虚拟现实技术的发展，生动直观再现事故过程成为重要的研究方向。国外已经开发出一些事故再现模拟系统，但这些系统都存在不足，适用事故类型有限或只能正向模拟事故车辆运动状态，操作依赖专业技术人员，不适合基层交警人员快速处理事故[1-3]。国内相关研究起步较晚，但实现了一些技术突破[4-7]。大多系统处于学术研究与实验验证阶段，不能真正面向一线交通事故处理人员来帮助他们快速处理案件[8-10]。提出一种交通事故现场全景测量及三维再现系统框架，快速全面记录事故现场信息，形象逼真地再现事故过程。

1 交通事故现场全景测量及三维再现系统

交通事故现场全景测量及三维再现系统框架如图1所示，系统包括基于360°全景拍摄及扫描云台的全景测量与分析系统、基于三维扫描的事故现场的三维立体重建及基于建模技术和虚拟现实技术的全景再现及演示分析系统三部分。

1.1 全景快速测量与分析系统

系统采用佳明Virb 360°全景相机快速获取事故现场全景图，一次全景采集时间在20 s以内。针对交通事故这一特定类型场景的三维数据获取问题，系统采用基于Metrascan与全站扫描仪相结合的交通事故对象测量方法。MetraSCAN 210的最佳测量范围为1～8 m，扫描精度为0.085 mm，适合于扫描测量交通事故中的一般对象目标。系统中的全站扫描仪采用徕卡Nova MS50全站扫描仪，它的免棱镜测量距离长达2 km，适合大视场范围数据采集，其360°扫描有三种方式，即高精度扫描、一般精度扫描、低精度扫描，其扫描精度最高可达0.6 mm，适合采集事故场景中路面及环境信息。在数据重复区，根据数据精度和数据失真情况对两种数据源分配权重，进行数据融合，获取最大精确度的事故对象及相关场景的三维模型。图2是面向交通事故场景的三维扫描流程图。

图1 交通事故现场全景测量及三维再现系统Fig.1 Panoramic survey and 3D reconstruction system of traffic accident scene

图2 面向交通事故场景的三维扫描流程图Fig.2 Flow chart of 3D scanning for traffic accident scene

1.2 事故现场三维立体重建和全景再现及演示分析系统

基于扫描数据，利用数据建模软件实现各个要素的重建。根据真实事故现场，通过重建出事故中的所有对象，重建道路、路面设施、隧道等基础环境要素，搭建出所需的三维场景。基于所有重建模块(包括事故对象、环境模块、三维过程重建模块)搭建交通事故再现演示平台，主要包含三部分：现场全景重建、事故三维重建和事故过程模拟。根据车辆基本信息调用车辆三维模型。依据需求调用车辆及其他事故对象的三维模型，调用三维环境模型，构建出三维全景。在事故过程模拟部分，根据车辆运行轨迹和制动时间，模拟再现了交通事故动态过程，如图5所示。

2 实验示例

基于构建的交通事故要素模型和环境模型，搭建了交通事故再现演示平台，软件界面如图3所示。根据全景拍摄云台获取细目图像，通过现场全景重现模块以视频方式再现360°全景图像。在事故三维重建模块中，通过调用车辆及其他事故对象的三维模型，调用三维环境模型，构建出三维全景。如：根据车辆基本信息(如型号、能源类型、厂商等)调用车辆三维模型如图3所示。图4所示为结合夜间环境模型构建出的三维场景。在事故过程模拟模块，利用动画技术根据事故中车辆运行轨迹和制动时间，模拟再现交通事故的动态过程，图5为模拟视线良好环境下摩托车与汽车在市区内十字路口相撞示例中的单一视角下的一帧画面。

图3 交通事故再现演示平台Fig.3 Demonstration platform for traffic accident reproduction

图4 夜间环境下的三维场景Fig.4 3D scene in night environment

图5 事故过程模拟示例Fig.5 Example of accident process simulation

3 小结

提出一种交通事故现场全景测量及情景再现系统框架，利用数据采集技术、数字建模技术以及虚拟现实技术，采用动画形式再现事故过程，搭建了基于事故对象、环境模块、三维过程重建模块的交通事故再现演示平台，为相关监管部门提供技术支持。