基于近景攝影測量的交通事故現場信息重建方法研究與應用

衡威威，馮 浩，沈 明，張澤楓，李 威

（1.司法鑒定科學研究院 上海市司法鑒定專業技術服務平臺，上海200063；2.上海市公安局 浦東分局交通警察支隊，上海201201）

傳統交通事故現場勘驗測量一般使用卷尺、皮尺等測量工具，所有現場數據必須當場完成測量，容易出現勘察數據疏漏，并且一旦事故現場解除后，如后期事故調查處理過程中發現需補充測量數據，客觀條件很難再允許進行補充測量，導致后續工作無法正常開展。

隨著攝影測量技術在交通事故領域的發展，應用攝影測量方法能夠有效克服傳統現場測量方法的缺陷，不僅能快速完成現場測量工作，全面地記錄事故現場平面和空間數據，還可以在事故發生后對事故現場信息進行重建與還原，較好地拓展了事故現場信息的應用性[1-2]。同時，攝影測量設備相較于全站儀、激光測繪儀、GPS等，又具有成本低、使用方便的特點，因此具有良好的應用性和推廣性。

本文詳細闡述了利用攝影測量技術進行交通事故現場信息重建的方法和過程，并給出了該方法在以往真實交通事故案件中的應用說明，表明了該方法具有良好的應用性和有效性。

1方法

1.1 基本原理

本文方法主要依據近景攝影測量中的直接線性變換解法，該解法是建立在像點圖像坐標和相應物點物方空間坐標之間直接的線性關系的算法。它無需內方位元素值和外方位元素的初始近似值，特別適用于非量測相機所攝影像的攝影測量處理，日常所見相機大多為非量測相機[3]。

直接線性變換解法由近景攝影測量基本解析式——共線條件方程推導而來，其解法關系式為

式中：（x， y）為像點圖像坐標；（X， Y， Z）為物點空間坐標；l1，l2…l11為直接線性變換系數，是內外方位元素的函數。該式為三維直接線性變換解法關系式，適用于三維目標的測量，求解方程組至少需要六個點。

如果被測物體為二維目標，則可認為Z為某一常數，此時式（1）可改寫并化簡為

該式即為二維直接線性變換解法關系式，適用于二維目標或平面的測量，求解方程組至少需要四個點。

1.2工具

基于攝影測量技術對道路交通事故現場進行重建和還原所需工具包括：相機、標定板、測量工具、現場重建相關計算機軟件等。

標定板用于對記錄事故現場相關信息的攝像鏡頭進行畸變矯正，常見為棋盤格畸變標定板；測量工具用于對參考距離的測量，常見為鋼卷尺；具有場景或目標信息重建功能的，常見的商用軟件有PC-Rect、PhotoModeler等。

1.3過程

1.3.1 確定重建類型

（1）二維信息重建。通常在道路交通事故中，道路路面上會遺留有大量事故相關信息，如輪胎拖痕、路面標線、血跡、灑落物等，對事故現場路面進行二維重建能有效獲取這些路面特征信息。同時，二維重建條件限制少，簡單易操作，是目前較常用的重建類型。如圖1所示，為對事故現場人行橫道線區域進行二維重建的結果。

圖1 交通事故現場二維重建結果示例

（2）三維信息重建。事故現場立體表面（如車體）上也經常遺留有變形、刮擦痕跡等重要特征信息，此時則需采用三維重建方法來獲取多個表面上的信息，三維重建條件相對較為苛刻。如圖2所示，為對車身部分外表面進行三維重建的結果示例。

圖2 車身部分外表面三維重建結果示例

1.3.2 選取和測量參考線段

參考距離通常選取現場路面上的標志標線、接縫線、井蓋等便于測量、易于辨識的路面特征信息，二維重建需至少選取四條參考線段，三維重建需至少選取不同表面上的六條參考線段。如圖3所示，選取圖中路面標線端點組成四條參考線段，可方便測量出四段參考距離。

當事故現場路面未存在易于定位、測量的路面特征信息時，可人工設置參考位置點，并測量出參考位置點間相對距離，作為參考線段，如圖4所示。

圖3 選取路面標線端點組成參考線段

圖4 人工設置參考線段

1.3.3 拍攝圖片

當進行現場二維信息重建時，應至少拍攝一張完全包含所有參考位置點和待重建區域的事故現場照片，如圖5所示，紅線區域為待重建區域。當進行三維現場重建時，應至少拍攝多張不同角度的均包含參考線段和待重建區域的現場照片，且各張照片中均應包含待重建區域，如圖6所示為對一車輛部分車身平面進行重建照片示例，紅線區域為待重建區域。

圖5 二維重建拍攝照片示例

圖6 三維重建拍攝照片示例

1.3.4 畸變矯正

常見相機通常為非量測相機，鏡頭畸變量較大且未進行初始標定，導致拍攝所得圖像存在較大的畸變，且越靠近圖像邊緣，畸變量越大。尤其對于車載視頻行駛記錄裝置（如行車記錄儀等）所拍攝的視頻圖像畸變量尤為突出，對重建結果影響較大。因此，在條件允許的情況下，在重建之前先對攝像鏡頭進行畸變矯正是必要的。如圖7所示，為對某一車輛行駛記錄儀攝像鏡頭進行畸變矯正標定。

圖7 鏡頭畸變矯正標定

1.3.5利用計算機軟件進行重建

本文選取由奧地利Dr.Steffan Datentechnik開發的PC-Rect軟件作為交通事故現場信息重建軟件，該軟件包含圖像畸變矯正、二維攝影測量、三維攝影測量（可選）及圖像拼接等功能，并支持多種常見圖片格式以及AVI格式視頻的輸入和輸出，能夠較好地實現交通事故現場重建功能。具體操作步驟如圖8和圖9所示，分別為運用PC-Rect軟件進行二維重建和三維重建的具體操作步驟。

圖8 運用PC-Rect進行交通事故現場二維信息重建步驟

圖9 運用PC-Rect進行交通事故現場三維信息重建步驟

1.3.6 精度驗證

完成重建后，還應對重建結果進行精度驗證，可參照GA41《道路交通事故痕跡物證勘驗》中對痕跡物證測量誤差的要求進行驗證。對于不滿足應用精度要求的，應對重建過程中涉及的各步驟中可能引起的誤差進行分析或選取其他符合需求的圖像后再次進行重建，以減小誤差滿足相應精度要求。

重建過程中可能導致較大誤差的原因通常有：

（1）圖像畸變誤差較大情況下未進行畸變矯正處理；（2）參考線段選擇不合理或測量不精確，例如參考線段間僅為互相平行或垂直關系，或者待測量區域距離參考線段位置較遠，關于參考線段的選取可參照文獻[3] [4] 中所述理論和方法進行；（3）二維重建中待重建的區域并非平面，例如路面存在較大的拱形坡度等。

2 案例應用

2.1 案例1

（1）簡要案情：2018年某月某日，某地繞城公路上發生一起車輛與行人相撞的交通事故。委托方提供的該起事故鑒定材料有交通事故現場圖、現場照片及涉事車輛車載視頻記錄裝置記錄的事發時視頻。要求對事發前涉事車輛的部分行駛過程進行重建。

（2）方法及方案：利用近景攝影測量中的直接線性變換方法及PC-Rect4.2軟件對車載視頻中特定時刻的圖像進行投影變換。現場實驗，通過重新打開并調整該車車載視頻記錄裝置，定位某個與該車相對固定距離的視頻中的一點，并以該點在視頻中的運動間接計算出該車的行駛過程，如圖10所示。

圖10 現場實驗定位視頻畫面中的一點

（3）結果：如圖11所示為車載視頻記錄的事發前某一幀圖像，圖12為利用攝影測量方法對該幀圖像進行二維重建后的結果，由圖中重建后信息可得車輛前端到其前方分道線的距離。

圖11 事發前車載視頻某一幀圖像

圖12 路面二維信息重建后的圖像

2.2 案例2

（1）簡要案情：2019年某月某日，一車輛在某一醫院出口處涉嫌發生交通事故。要求對涉事車輛事發時相對出口處道路邊緣的位置進行計算，由于事發后涉事車輛位置已移動，現場勘驗時已無法測量其位置。委托方提供該出口處事發時監控視頻一份，視頻中事發時某一幀圖像如圖13所示，黑色車為涉事車輛。

（2）方法及方案：運用近景攝影測量中二維直接線性變換方法及PC-Rect4.2軟件結合事故現場勘查信息對圖13進行投影變換處理，計算涉事車輛左后輪著地點距離道路邊緣的位置，并據此定位車輛位置。

（3）結果：處理結果如圖14所示，圖中可得涉事車輛左后輪著地點距離水泥路面邊緣的位置關系。

圖13 事發時監控視頻某一幀圖像

圖14 地面二維信息重建后圖像

3討論

交通事故現場信息重建的目的是為了最大程度地記錄、還原事故現場所包含的全部信息或某些特定信息，尤其是相對位置信息和尺寸信息。通常委托方提供的反映交通事故現場信息的材料有交通事故現場圖和現場照片，GA49-2014《道路交通事故現場圖繪制》中要求現場圖應全面、客觀、準確地表現交通事故現場情況，GA41-2014《道路交通事故痕跡物證勘驗》中也對事故現場痕跡物證的勘驗、記錄作出了具體的要求。但是，有時限于客觀條件限制或人為因素影響，事故現場勘驗中并不能完全記錄現場所有的信息，或者更多時候是由于在事故的后續調查處理當中，又需要新的、非常規的現場信息去完成特定的事故分析工作。

基于攝影測量進行交通事故現場信息重建可以較好地解決某些事故當中遇到的這部分問題，例如案例1中，事故處理當中需要還原事發前涉事車輛的部分行駛狀態，如何發掘車載視頻中包含的運動信息是解決該問題的關鍵，顯然常規的事故現場勘驗很難實現車輛行駛狀態的還原，運用攝影測量方法結合其他相應方法可以很直觀、準確地實現車輛事發前行駛狀態信息的重建與還原；案例2中事故現場人為移動導致無法直接勘驗所需信息，運用攝影測量可間接還原所需信息。

運用攝影測量方法結合視頻或圖像能夠直觀有效地完成交通事故現場信息的重建，在解決事故處理當中的某些特定問題時能發揮獨特的優勢作用，具有很好的實用性，在交通事故技術鑒定當中非常值得推廣。最后，本文應用案例只給出了運用攝影測量方法進行事故現場二維信息重建的成熟案例，三維信息重建的應用尚不成熟，也將是下一步該方向研究的重點。