車載監控視頻在交通事故車速鑒定中的應用

楊圣文，楊存義，許書權，王 晉

（1.云南省交通科學研究院，云南 昆明650011；2.交通運輸部公路科學研究院，北京100088）

0 引言

在交通事故處理過程中，能否真實判定當事各方事故發生前和發生瞬間的運動狀態（路線、位置、速度），以及正確（合理）描述事故中當事各方的瞬態運動位置，不僅關系到能否科學地分析事故成因、公正地處理交通事故、給事故肇事者以相應處罰的重大責任問題，而且也關系到維護交通執法人員的權威性、維護黨和政府在群眾中威信的問題。

國外對汽車碰撞的研究開展較早，研究成果較為豐富，如以經典力學為基礎的事故分析，將面碰撞轉化為點碰撞運用動量守恒定理和能量守恒定律，從而確定碰撞前的動量和速度[1]。臺灣學者通過對影響剎車距離的相關參數進行分析，探討了汽車剎車距離、行車速度、載重與路面類型之間的關聯性[2]。國內目前廣泛應用的規范是公安部交通管理科學研究所制定的《典型交通事故形態車輛行駛速度技術鑒定》[3]。黎光旭等人分別基于運動學和力學理論介紹了交通事故中的車速鑒定方法[4-5]。楊圣文通過研究認為道路交通事故分析處理系統比傳統方法得到的結果更真實、客觀[6]。在上述研究的基礎上，本文擬通過車載監控視頻資料來對肇事車輛進行速度鑒定。

1 方法論

在車載監控視頻資料中選取較容易測量距離的兩個參照物，如道路中心的導向線或分隔線的兩個端點，實地測量兩個參照物的距離，設該距離為Δl，然后在被鑒定車輛車身上選取某一特征點，設特征點通過Δl所需的時間間隔為Δt，則可利用位移量Δl與時間間隔Δt的比值計算出平均速度v。具體操作步驟如下。

利用播放器逐幀檢查監控視頻，確定單位時間（1s）內圖像的幀數，計算相鄰兩幀之間的時間間隔，設該時間間隔為Δt′。

根據監控視頻中車輛的行駛路徑，在監控視頻中選取易于測量距離的兩個參照物，如道路中心的分色分隔線的兩個端點，人行橫道邊緣或混凝土路面的伸縮縫。

根據監控視頻中車輛的行駛路徑及參照物的位置，確定車身某一部位為特征點，如選取車頭前緣或車尾。

逐幀播放監控視頻，令特征點通過第一個參照物（如道路中心分隔線前端）對應第1幀，通過第二個參照物（如道路中心分隔線末端）對應第N幀。

根據車輛行駛方向，測量兩個參照物的距離Δl。則可根據力學中的平均速度公式計算車輛的速度，如式（1）所示：

式中：v為車輛平均車速；Δl為實地測量的兩個參照物距離；Δt為特征點通過Δl所需的時間間隔；Δt′為相鄰兩幀之間的時間間隔；N為特征點通過第二個參照物對應的幀數。

2 實例分析

2013年4月13日10時30分，李某駕駛公交車與張某駕駛的電動自行車發生碰撞，致張某被撞跌倒受傷，造成傷人道路交通事故。

2.1 事故過程分析

在交警提供的監控視頻資料中可以看到（見圖1）：2013-04-13 10：24：44（s）19 幀，騎車人與機非隔離欄發生碰撞；45s16 幀騎車人倒地；45s24 幀騎車人進入盲區；46s2 幀騎車人被碰出盲區；46s20 幀公交車停止移動；47s13 幀騎車人停止移動。

圖1 事故過程監控圖

根據騎車人進出盲區時間判斷，公交車與騎車人碰撞的時間應該為46s0幀。

2.2 車速分析計算

2.2.1 電動車車速計算通過視頻資料，如圖2 （a）、（b） 所示：2013-04-13 10：24：39（s）14幀，電動自行車后輪壓在機動車道導向箭頭后端；40s13 幀，電動自行車后輪壓在機動車道導向箭頭前端。

經測量，機動車道導向箭頭長度為6m。此時段的時間為0.96s。經計算，39s14 幀至40s13 幀電動車行駛的平均速度為22.5km/h。

2.2.2 公交車車速計算

如圖2（c）所示，在監控畫面的左下角設置直角坐標系原點；分別以車道分界線空格或實線為標尺，在標尺前、后點設置跟蹤點，逐幀播放視頻，直至標尺離開畫面結束跟蹤。利用運動跟蹤軟件導出前、后跟蹤點在每幀畫面中的X、Y軸坐標值。

圖2 電動車與公交車車速計算參照物圖

監控視頻的幀率為25fps，即每秒由25 幀畫面構成，每兩幀之間的時間間隔為0.04s。本案以車道分界線空格或實線標尺，設為L。經測量，機動車車道分界線空格長L1=4m，實線長L2=2m。

在跟蹤點的Y坐標值中任意選一個值，設其對應的幀為A 幀、前跟蹤點的Y坐標為YA-1、跟蹤點的Y坐標為YA，則：（YA-YA-1）即為A 幀畫面中的標尺。設B 幀跟蹤點對應的Y坐標為YB，則（YAYB）即為車輛從A幀到B幀行駛的畫面距離。車輛從A幀到B幀行駛的實際距離如式（2）所示：

式中：SA-B表示車輛從A 幀到B 幀行駛的實際距離；YA，YB表示跟蹤點在A、B 幀對應的Y坐標；YA-1表示在A幀對應的前跟蹤點的Y坐標。

設A 幀到B 幀間隔i幀，間隔時間tA-B由i乘以0.04可得。

因此，從A 幀到B 幀的平均車速可由式（3）得到：

式中：VA-B表示從A幀到B幀的平均車速；tA-B表示車輛從A幀到B幀的間隔時間。

計算出第A 幀至第B 幀的平均速度VA-B，用這種方法，可以計算出一組平均速度。根據平均速度等于時中點的瞬時速度的特點，建立時間坐標可繪制時間-速度曲線。

以10 時24 分35 秒18 幀 為 時間0 點，以0.02s為時間步長，建立時間坐標，繪制35s18 幀至46s20幀公交車的時間—速度變化圖，如圖3所示。

圖3 公交車35s18幀至46s20幀時間速度變化圖

經計算， 24min35s18 幀至46s20 幀歷時11.08s，公交車經歷了起步—加速—減速—停止的運動過程。最高車速在24min45s 附近，約為28.26km/h（7.85m/s）。

2.3 制動過程分析

2.3.1 減速度及碰撞速度

根據跟蹤數據，以10 時24 分45 秒0 幀為時間0 點，以0.02s 為時間步長，建立時間坐標，繪制45s0 幀至46s20 幀公交車制動過程的時間-速度變化圖，如圖4所示。

圖4 公交車45s0幀至46s20幀時間速度變化圖

從公交車制動過程的時間-速度曲線可以看出，制動過程減速度有變化，經歷了制動力上升和恒定制動力制動過程。45.1s 至45.48s，公交車經歷了制動力上升過程，運動方程為y=-1.5223x+7.9504，制動減速度為1.522 3m/s2，如圖5 所示。

圖5 公交車45.1s至45.48s時間速度回歸圖

45.48s 至46.48s，公交車車經歷了恒力制動過程，運動方程為y=-6.0356x+10.4015，制動減速度為6.035 6m/s2，如圖6所示。

公交與騎車人碰撞時刻為46s，時間坐標Y=1，代入運動方程，得y=4.3654m/s，碰撞時公交車車速約為15.72km/h。

圖6 公交車45.1s至45.48s時間速度回歸圖

2.3.2 時間及距離

（1）時間

44.76s 電動車與非機動車道分隔護欄碰撞，45.1s 公交車開始減速，反應時間為0.86s。45.1s～45.48s 為制動力上升過程，時間為0.38s。45.48s～46.48s是恒力制動過程，時間為1s。整個制動過程的時間為1.72s。

（2）距離

44.76s電動車與非機動車道分隔護欄碰撞，以出站口車道分道線估算，公交車距電動車約6m。

（3）驗算

根據交警提供的數據，公交車在現場留下的制動痕跡，左后4m，右后4.6m。取最長痕跡根據式（4）進行驗算。

式中：V為車輛開始制動時的速度；a為制動過程中的減速度，取6.035 6m/s2；S為制動距離，取4.6m。

計算出，制動印出現時的速度V印=7.45m/s=26.82km/h；利用視頻資料計算的速度V視頻=7.50m/s=27.01km/h；二者相差0.19km/h。

2.3.3 公交車制動性能的評定

根據《機動車運行安全技術條件》（GB 7258—2012）（以下簡稱《標準》）要求，公交車（滿載）的“充分發出的平均減速度”MFDD 應大于5.8m/s2，利用視頻計算出緊急制動的平均減速度a=6.0356m/s2，公交車的制動性能符合該《標準》要求。

2.3.4 附著系數修正值的討論

根據交警提供的數據，公交車在現場留下的制動痕跡：左后4m，右后4.6m；兩前輪無制動痕跡。路面為干燥瀝青路面。該路段為新鋪路面，附著系數μ取0.7。根據式（5）可計算出附著系數修正值k=0.88。

式中：μ為附著系數；g為重力加速度，取9.8m/s2；k為附著系數修正值。

2.4 鑒定結果

（1）電動車違章在機動車道內行駛，發生事故前車速為22.5km/h，屬超速行駛；由于騎車人處置不當碰撞隔離欄，電動車突然翻倒在機動車道內是造成事故的根本原因。

（2）公交車的制動性能符合《標準》要求。

（3）公交車在事故發生前剛剛起步加速，最高車速僅達到28.26km/h，無超速行為。總反應時間為0.86s，駕駛員無措施不當。

3 結論

以公交車車載監控視頻資料為依據，利用交通事故現場相關參考物的距離、單位時間視頻圖像的幀速率，起點和終點的單幀圖像，計算了事發時電動車及公交車的實時速度，并根據現場的剎車痕跡進行了驗算，結果表明，電動車在事發前超速行駛在機動車道內突然翻倒是造成事故的主要原因，公交車無超速行為且制動符合要求并無過錯。由此可見，根據車載監控視頻資料來對交通事故車速進行鑒定這一方法具有較好的實用價值，尤其是在事故現場沒有留下輪胎印記，散落物等證據無法利用的情況下更為適用，值得今后進一步研究和推廣。

[1] 黃世霖，張金煥.汽車碰撞與安全[M].北京：清華大學出版社，2000.

[2] 林大煜，廖慶秋.我國汽車剎車距離與行車速度關系之測試與研究[R].臺灣交通運輸研究所，1994.

[3] GA/T 643—2006.典型交通事故形態車輛行駛速度技術鑒定[S].

[4] 黎光旭，陽兆祥，周文政.交通事故中的車速鑒定方法——利用動量守恒計算車速[J]. 交通世界，2012（24）：90-91.

[5] 黎光旭，陽兆祥，周文政.交通事故中的車速鑒定方法——利用拋體公示計算車速[J]. 交通世界，2012（20）：134-135.

[6] 楊圣文. 道路交通事故車速鑒定分析方法研究[D]. 西安：長安大學，2007.