基于实景三维建模的道路交通事故现场勘查思路探析

郑金子 杨奇 刘君

摘 要：传统单纯依靠人工测量的道路交通事故现场勘查方法存在耗时长、复勘难等弊端，为有效提升事故现场勘查工作的效率和科学性，公安部于2018年发布了行业标准《基于多旋翼无人驾驶航空器的道路交通事故现场勘查系统》（GA/ T 1382-2018），对基于多旋翼无人驾驶航空器的道路交通事故现场勘查系统的组成、技术要求、试验方法和检验规则等做了规定。该技术一定程度上提升了事故现场勘查制图的效率，但是由于二维图像存在畸变误差、仅可记录单一视角信息等局限性，基于二维图像的勘查技术仍无法完美解决事故现场勘查问题。对此，论文分析了智能交通、智慧城市、应急管理等领域应用实景三维建模的经验做法，探索了基于实景三维模型开展道路交通事故现场勘查的新思路。

关键词：道路交通事故；现场勘查；实景三维模型；无人机

道路交通事故现场勘查是指公安机关交通管理部门在接到交通事故报案到达事故现场后，对现场进行拍摄、收集证据的过程，具体包括拍摄现场照片、绘制现场图、提取痕迹与物证、制作现场勘查笔录等工作内容。道路交通事故现场勘查手段和技术经历了从传统单纯依靠人工勘查到综合近景摄影勘查，再到无人机航拍图像勘查的技术演进。经过长期的探索和实践，道路交通事故现场勘查效率和科学性得到了很大程度的提升，但仍无法完美实现快速、准确、全面的勘查要求，如人工测量容易引入人为误差，耗时较长容易诱发二次交通事故，现场清除恢复交通后复勘困难，容易存在信息遗漏；基于二维图像的摄影测量由于畸变特性导致误差较大，且难以对事故现场进行全方位、多角度的完整展现。对此，本文从道路交通事故现场勘查工作的实际需求出发，通过对基于倾斜摄影的实景三维建模技术原理和特性的分析，对基于实景三维建模技术进行道路交通事故现场勘查的技术思路进行了探索研究。

1 事故现场勘查技术演进

为有效提升传统人工勘查方法的效率和准确性，国内外相继探索基于摄影测量技术开展交通事故现场勘查的途径。瑞典和德国自40年代起，率先采用了摄影测量的方法处理交通事故。日本于1967年推出第一辆利用摄影测量方法勘查交通事故现场的专用警车，并于几年后在日本推广使用。新加坡于1989年提出了利用非量测相机进行事故现场测量的方法。80年代，以透视原理为基础的利用摄影图像确定制动拖痕长度、车辆停止位置和其他痕迹位置的技术被提出，在此基础上，可用于交通事故现场摄影测量的一些专用软件陆续问世，如TRANS4、FOTOGRAM、PC-RECT等，其中，以PC-RECT为主要模块的奥地利软件PC-CRASH是世界范围内应用最为广泛的交通事故再现分析软件，在事故现场勘查和车辆勘验获得的数据信息基础上，可实现事故发生过程的仿真和重建[1-4]。该阶段的事故现场勘查技术主要完成二维摄影测量，与传统人工测量相比，方法简单、信息易于保存，但是其勘测精度受摄影角度、摄影位置的影响较大。

我国从90年代开始研究近景摄影测量技术在事故再现领域的应用，相关成果虽可获取交通事故现场勘查的主要内容，但由于实际操作中存在诸多不便，无法便捷、高效地取得事故现场全局影像，该阶段更多侧重于理论研究，相关成果并未得到普遍应用。随着低空无人机特别是消费级无人机的迅猛发展，因其可完整、快速、准确地获取事故现场影像，便于日后事故分析查证等优势，基于无人机航拍的道路交通事故现场勘查正在得到越来越多的关注。公安部于2018年发布了行业标准《基于多旋翼无人驾驶航空器的道路交通事故现场勘查系统》（GA/T1382-2018）[5]，通过无人机航拍获取事故发生位置、航拍影像图、事故现场图等现场勘查数据，并由计算机辅助开展事故现场测量、事故现场记录图和事故现场比例图绘制等勘查工作。此技術有效提升了事故现场勘查制图的效率，且无人机航拍的实景照片可以记录事故现场周边环境、事故形态以及车辆、人员、物体、痕迹等位置和相互关系，但是由于二维图像的畸变特性，导致基于航拍照片的事故现场测量存在较大的测量误差，且越靠近照片边缘误差越大。

综上，运用摄影测量技术进行道路交通事故现场勘查的探索一定程度上提高了工作效率和科学性，但是现有的基于二维图像的勘查技术在测量精确性方面仍需提升，且无法完整记录事故现场情况，对于复杂现场信息遗漏和勘误问题仍无法有效解决。对此，基于无人机航拍图像的实景三维建模技术提供了新的解决思路，且已在部分行业领域得到了较好的应用。

2 实景三维建模技术现状

2.1 基于无人机倾斜摄影测量的实景三维建模技术

精细化三维模型可准确记录现场全要素信息，可被用于数据分析、管理和信息化等多种用途，在不同行业也得到日益广泛的应用。传统航空摄影测量和卫星遥感手段主要针对地物场景的顶部进行模型重建，而对侧面信息的三维重建一直缺少有效的解决手段，且传统方式还存在周期长、成本高等缺点，限制了数字摄影测量技术在精细化三维建模方面中的应用[6]。随着无人机技术、摄影测量、计算机视觉、云计算等核心技术的发展，倾斜摄影测量技术的出现较好地解决了这一难题。

无人机倾斜摄影技术即通过无人机搭载传感器设备，从不同角度对地物进行数据采集，可以准确、快速地采集地物场景的顶部及侧面的高分辨率纹理信息，然后通过后期空中三角测量、密集点云生成、三维网格构建以及纹理映射等技术，能够生成真实的精细三维模型。无人机倾斜摄影技术具有以下优势：1）无人机具有高度的灵活性和机动性，更加容易获取不可达区域的高分辨率影像数据；2）无人机操作方便，通过简单培训，仅使用飞控软件即可完成无人机各种操作；3）与激光摄影测量相比，无人机摄影测量的数据采集成本相对较低；4）随着计算机硬件的发展以及倾斜摄影测量技术中相关算法的成熟，全自动化的三维建模技术逐步完善，从而可以大大减少数据处理成本。综上，无人机倾斜摄影测量技术可以高效率、低成本地自动生成高精度、高逼真度的实景三维模型，因此，被广泛应用于智能交通、智慧城市、应急管理等领域。

2.2 实景三维建模技术应用现状

2.2.1智能交通领域

在智能网联汽车方面，安全性和成熟度的提升需要大量测试，而实地测试存在着测试成本高、测试牌照和测试道路限制严格等困难，以实景三维模型为基础的数字孪生车联网系统为此提供了解决思路。通过将自动驾驶车辆映射到三维孪生场景，可实现车辆路线跟踪和实时监控，从路网视角、街道视角、车辆视角等多维度进行交通信息浏览，并可实现车辆路线与交通分布的智能匹配，如图1所示。在智能监控方面，传统视频监控存在画面独立看不全、视角分散不直观、画面位置不明确等弊端，实景三维为此提供了时空信息的承载底座和关联纽带，通过视频传感器与实景三维场景智能融合，结合车辆特征自动识别、车辆轨迹自动提取等技术，可真正实现基于“上帝视角”的交通状态智能监控，如图2所示。

2.2.2智慧城市领域

实景三维模型为智慧城市建设提供了数字空间底座，通过注入城市动态多源大数据，可实现城市级、部件级实景三维浏览，进而开展城市精细管控、自然资源管理、新冠疫情防控等多方面应用。在城市精细管理方面，以数字空间底座为基础，融合用房屋编码、统一地址和电子地图等信息构建基于实景三维的统一空间索引，打造融合人口、法人、房屋、事件、通信等社会治理要素的智能底板，在此基础上，融合城市动态数据、物联网数据等多源大数据，构建实景孪生城市，为开展精细化城市管理提供基础支撑，如图3所示。在城市变化监测方面，针对城市化进程快速、地图更新需求频繁的现状，通过实景三维技术对城市街区、建筑物变化等进行监测，记录城市发展变迁轨迹，为城市规划、违法建筑物检测等业务提供辅助支持，如图4所示。

2.2.3应急管理领域

由于我国地域辽阔、人口众多，应急管理工作存在着多部门协调难度大、数据整合与自动化程度低、现场信息表达不直观等现实问题，导致应急处置和救援活动具有较大的盲目性，通常依靠经验和直觉来进行。通过对事件突发区域的快速三维重建，并接入GPS、摄像头、传感器等设备数据，可实现视域分析、应急路线规划等三维可视化应急指挥决策，已经在地质灾害防治、城市防汛和治安管理等复杂多样的应急场景中发挥了作用。在地质灾害防治方面，以实景三维场景和物联网数据为基础，能够及时还原灾害现场并准确评估灾害影响，从而可辅助开展地质灾害实景排查、环境模拟、应急过程与应急能力评估。在城市防汛方面，基于实景三维平台对城市区域防汛安全状态进行监测预警，掌握全区域水文状态，在救援过程中可为多部门快速协同会商、科学疏散人员和调配救援资源等提供辅助决策，如图5所示。在治安管理方面，基于实景三维电子警务平台，对于区域潜在事件风险进行动态推演与规划，并合理分配安保力量与警用装备，通过应急预案演练与模拟决策结果科学制定安保措施，如图6所示。

3基于实景三维建模的事故现场勘查启示

基于无人机倾斜摄影的实景三维建模技术发展为道路交通事故现场勘查提供了如下技术思路和应用启示。

3.1构建事故现场实景三维模型 实现事故勘查复现化

实景三维是倾斜摄影测量、激光扫描、大数据、云计算等新技术催生的新型空间数据表达形式，与二维图像相比，可提供全要素、全角度、全尺度的三维模型，具有强大的展示效果，基于采集数据的DOM（数字正射影像图）避免了二维图像的畸变误差，可保证俯视图的测量精度；与仿真三维模型相比，通过一个垂直视角和多个倾斜视角同步采集影像，可获取场景物体顶面和侧面的高分辨率纹理，因而可真实反映事故现场情况、还原完整现场。综上，基于实景三维模型的道路交通事故现场勘查可深化无人机在事故现场勘查领域的“可见”能力，不仅可保证不同角度、不同位置物证的勘测精度，也可实现事故现场多视角、多尺度的细致观察，便于交通恢复后基于模型进行复勘，修正数据勘误，查找遗漏信息，有效解决了人工勘查“不快、不全”和二维图像勘查“不准、不全”的问题。

3.2构建无人机航拍标准化规程 实现操作流程脚本化

基于无人机航拍图像的实景三维建模对于无人机操作技巧具有较高的要求，特别是道路交通事故现场具有地质形态多样、现场规模不定、痕迹存留短暂等特点，若要在各种地形环境下、针对各类事故现场都可快速、准确、完整地通过无人机采集事故现场图像，更需要规范化、脚本化的操作规程作指导。基于无人机航拍的实景三维建模技术已较为成熟，并在上述相关领域也已得到较好的应用，但是面向道路交通事故现场重建的模型构建技术尚需探索，其中，航拍图像的分辨率、重叠度、特征点数量、纹理质量等指标对于实景三维模型的质量至关重要。综上，面向不同类型事故场景的无人机航拍标准化操作规范可提升无人机在道路交通事故现场勘查领域的“可用”能力，可实现操作流程脚本化和操作经验可复制、可迁移。

3.3探索三维模型信息提取技术 实现事故现场数字化

基于无人机倾斜摄影的三维模型是由一系列不规则的三角形连接而成，因而模型无法区分其中的各个物体，此类模型主要用于可视化展示，仍需人工在模型上手动测量。为进一步提升基于实景三维模型的事故现场勘查效率，探索研究事故现场实景三维模型的信息自动提取技术，通过对三维模型中对象实体的外轮廓提取，对建筑、树木、车辆、物证等实体进行单独表达和属性附加，将以往“从数据到数据”的简单三维模型升级为“从数据到数据和内容”的可感知三维模型，扩展模型的“可知”能力，在快速、准確、结构化提取关键物证信息的基础上，也可辅助调查人员开展道路要素合规性研判等深度调查分析。

4 结束语

道路交通事故现场勘查工作是事故成因分析和事故责任认定的基础，特别对于大型交通事故，快速、准确、全面的事故现场勘查对于开展事故深度调查，进而歼灭相关安全隐患具有十分重要的意义。论文通过调研基于无人机倾斜摄影的实景三维建模技术在智能交通、智慧城市、应急管理等领域的应用经验，从实际应用需求出发探索了基于实景三维模型开展事故现场勘查的技术思路，希望通过相关先进技术的赋能应用，提升我国道路交通事故现场勘查工作的科学性、准确性和高效性。

参考文献

[1]向怀坤，陈淑仪.超低空无人机交通事故现场三维建模勘测系统设计[J].深圳职业技术学院学报，2020，19（01）：29-33.

[2]陈强，许洪国，谭立东.基于小型无人机摄影测量的交通事故现场勘查[J].吉林大学学报（工学版），2016，46（05）：1439-1446.

[3]王思楚. 基于城市交通事故数据的智能汽车安全测试场景建模与分析[D].武汉理工大学，2020.

[4]鲁光泉，李一兵.基于普通数码相机的交通事故摄影测量技术及其研究进展[J].交通运输工程与信息学报，2005（03）：63-67.

[5]GA/T1382—2018：基于多旋翼无人驾驶航空器的道路交通事故现场勘查系统

[6]任丽秋，苏旭，王玉琴，王俊超. 一种基于无人机多视角影像建筑物精细三维重建算法的研究[C].第八届高分辨率对地观测学术年会论文集，2022.019439.

基于无人机航拍三维建模的交通事故现场勘测系统设计

无人机航拍三维建模的交通事故现场勘测系统结构

无人机航拍三维建模的交通事故现场勘测系统由交通事故勘专用无人机、现场勘测数据采集与处理终端、现场勘测成果输出与执法终端、交通事故管理中心端四大系统构成。

无人机航拍三维建模的交通事故现场勘测系统功能

无人机航拍三维建模的交通事故现场勘测系统的主要功能包括：

一、无人机航功能：需要由专业人员对无人机进行操控，在指定地点航拍所需要的用于三维建模的交通事故现场勘测所需要的各类资料。

二、三维建模功能：能导入无人机航拍影像，进行三维建模操作，完成定地点区域交通事故现场勘测对象的三维建模任务。

三、交通事故勘测功能：能按照公安部相关规范和标准的要求，在三维模型上进行交通事故现场勘测，声称符号标准的成果用于交通事故处理。

四、交通事故勘测成果输出功能：可以现场完成交通事故现场勘测成果的输出打印、查询等功能。

五、交通事故资料上传：能将交通事故现场勘测资料数据上传到交通事故管理中心端，为中心端基本于大数据的交通事故分析、管理、處置等提供依据。