（法医学专业论文）摄影测量及基于固定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用.pdf

摄影测量与基于固定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用 中文摘要 中文摘要 目的研究普通数码摄影器材结合商业软件的摄影测量方案应用于道路交通事故现 场勘验，并结合基于固定参数的计算机模拟实验分析汽车行人和汽车骑车人事故 的碰撞运动过程和人体生物力学响应。方法采用现场照片采集、数码相机参数及 畸变校正、摄影测量软件分析及计算机绘图软件加工等流程的摄影测量方案，通过 勘验模拟事故现场分析其准确度和精密度，并通过勘验真实事故现场考察其实际应 用情况。基于多刚体动力学方法建立汽车( 大客车、小客车、小轿车和大货车) 、 自行车和人体模型，并按照不同碰撞车速( 2 0 、3 0 、4 0 、5 0 和6 0 k m h ) 和不同碰 撞接触位置( 汽车一行人碰撞：车头与行人的正前方、侧方和正后方；汽车一骑车人 碰撞：汽车左前方、正前方和右前方与自行车左侧面) 各种组合分别进行车一行人、 车一骑车人模拟碰撞实验，分析碰撞运动过程，以及头部、颈部、胸部和下肢的生 物力学响应情况。结果上述摄影测量方案对模拟事故现场的勘验结果显示，测量 准确度：平均相对误差绝对值为0 5 8 ；测量精密度：相对标准偏差( r s d ) 为0 6 8 。两起真实事故现场中，成功应用上述方案实现事故现场勘验、现场图绘制及计 算机三维现场重建。基于固定参数的计算机模拟实验分析得出：车型和碰撞接触位 置一致的情况下碰撞运动过程相似( 碰撞车速6 0 k m h ) ；车一行人和车骑车人碰撞 中碰撞车速、车型及碰撞接触位置和人体损伤存在一定规律；车行人低速碰撞实验 中人体损伤以头部摔跌伤为主；车行人碰撞中小腿轴向受力与碰撞车速成直线相 关。结论上述摄影测量方案的准确度和精密度可以满足交通事故现场勘验的要求， 并且具备客观、高效、高精度、良好的可视性等诸多优势。应用基于固定参数的计 算机模拟碰撞实验可以较好的分析碰撞运动过程特征以及人体头部、颈部、胸部和 下肢的生物力学响应。 关键词：摄影测量交通事故计算机模拟生物力学响应 作者：毛明远 指导老师：陈忆九 a b s t r a c t o b j e c t i v et os t u d ya p p l y i n gd i g i t a lp h o t o g r a m m e t r yw i t hc o m l t l o nd i g i t a lc a m e r aa n d c o m m e r c i a ls o f t w a r e t ot r a f f i ca c c i d e n ts c e n e i n v e s t i g a t i o n ，a n da p p l y i n g f i x e d p a r a m e t e r sc o m p u t e rs i m u l a t i o nt oa n a l y z i n gc r a s h c o u r s ea n db i o m e c h a n i c a l r e s p o n s e si na u t o m o b i l e t o - p e d e s t r i a na n da u t o m o b i l e t o b i c y c l ea c c i d e n t s m e t h o dt h e p r o c e s so fd i g i t a lp h o t o g r a m m e t r yi n c l u d e dt a k i n gp h o t o s ，c a l i b r a t i n gt h ed i g i t a lc a m e r a ， a n a l y z i n gp h o t o s w i t h p h o t o g r a m m e t r y s o f t w a r e ， a n d p r o c e s s i n g w i t h c o m p u t e r - a i d e d - d e s i g ns o f t w a r e t h ea c c u r a c ya n dt h ep r e c i s i o no ft h i sm e t h o dw e r e t e s t e di ns i m u l a t i v et r a f f i ca c c i d e n ts c e n e ，a n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h i sm e t h o dw a st e s t e di n r e a lt r a f f i ca c c i d e n ts c e n e s a u t o m o b i l e ( b u s ，m i n i b u s ，c a ra n dt r u c k ) ，b i c y c l ea n d p e d e s t r i a nm o d e l sw e r ec o n s t r u c t e db ym u l t i b o d yd y n a m i c sc o m p u t i n gm e t h o d ，t h e nt h e c r a s h e sw e r es i m u l a t e du n d e rd i f f e r e n ti m p a c ts p e e d ( 2 0 ，3 0 ，4 0 ，5 0a n d6 0 k r n h ) a n d p o s i t i o n ( a u t o m o b i l e - t o - p e d e s t r i a n ：a u t o m o b i l e sf r o n ts i d ei m p a c t e dt h ef r o n t ，l a t e r a la n d r e a ro fp e d e s t r i a n s ；a u t o m o b i l e t o b i c y c l e ：a u t o m o b i l e sl e f t - f r o n t ，f r o n ta n dr i g h t f r o n t i m p a c t e dt h eb i c y c l el e f ts i d e ) c r a s h - c o u r s e sa n dt h e i rb i o m e c h a n i c a lr e s p o n s e ( h e a d ， n e c k ，c h e s ta n dl e g s ) w e r es t u d i e d r e s u l ti ns i m u l a t i v et r a f f i ca c c i d e n ts c e n et h em e a n r e l a t i v ee r r o ra n dt h es t a n d a r dd e v i a t i o nw e r er e s p e c t i v e l yu s e dt or e p r e s e n tt h ea c c u r a c y a n dt h ep r e c i s i o n t h er e s u l t sw e r er e s p e c t i v e l yo 5 8 a n d0 6 8 i nt w or e a lt r a f f i c a c c i d e n ts c e n e s ，t h i st e c h n i q u ew a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e di nm e a s u r i n g ，s k e t c h i n ga n d r e c o n s t r u c t i n gs c e n e s b a s e do nf i x e d p a r a m e t e r sc o m p u t e rs i m u l a t i o n ，f o l l o w i n gr e s u l t s w e r ea c c e s s e d ：i ft h et y p eo fa u t o m o b i l ea n dt h ei m p a c tp o s i t i o nw e r et h es a m e ，t h e c r a s h c o u r s e sa r es i m i l a r ( i m p a c ts p e e d 弋 6 0 k m h ) ；t h e r ew e r es o m ec h a r a c t e r i s t i c si n h e a d ，n e c ka n dl e g si n j u r i e su n d e rd i f f e r e n ts p e e d ，a u t o m o b i l et y p ea n di m p a c tp o s i t i o n ； i na u t o m o b i l e t o - 。p e d e s t r i a ns i m u l a t i o nu n d e rl o wi m p a c ts p e e dt h e p r i m a r yi n j u r yw a s h e a di n j u r yc a u s e db yf a l l i n g ；t h e r ew a sal i n e a rc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec r u sa x i a lf o r c e a n di m p a c ts p e e d c o n c l u s i o nt h e a c c u r a c ya n dt h ep r e c i s i o no ft h i sp h o t o g r a m m e t r y m e t h o dm e e tt h ed e m a n do ft r a f f i ca c c i d e n ts c e n ei n v e s t i g a t i o n s ，a n dt h e r ea r es e v e r a l i i 摄影测量与基于同定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用 英文摘要 s p e c i a la d v a n t a g e s t h ef i x e d p a r a m e t e r sc o m p u t e rs i m u l a t i o nc a nb ew e l la p p l i e dt o a n a l y z i n gc r a s h c o u r s ea n db i o m e c h a n i c a lr e s p o n s e s ( h e a d ，n e c k ，c h e s ta n dl e g ) k e y w o r d s ：p h o t o g r a m m e t r y ；t r a f f i ca c c i d e n t ；c o m p u t e rs i m u l a t i o n ；b i o m e c h a n i c a l r e s p o n s e i i i w r i t t e nb y ：m a om i n g y u a n s u p e r v i s e db y ：c h e ny i j i u 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：兰! 望日 期：卫哆一- 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：兰：璺望日 导师签名：伊凌也也施日 期：1 0 0 8 - j - - 1 摄影测量与桀于固定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用引言 引言 据公安部统计显示：2 0 0 7 年，全国共发生道路交通事故3 2 7 2 0 9 起，造成8 1 6 4 9 人死亡、3 8 0 4 4 2 人受伤，直接财产损失1 2 亿元。较2 0 0 6 年上述各项统计数字均有 所下降，但交通事故依然是危害公民人身安全的主要因素之一。交通事故的处理及 防范研究一直是科研的重点项目，交通事故处理的流程包括：交通事故现场勘验、 车辆检验、人体损伤检验及事故分析。现场勘验要求对事故现场的情况作出较细致 的汇报，这是事故分析的基础，事故分析就是基于现场勘验情况、涉案车辆勘验情 况、涉案人员损伤情况以及调查笔录等综合分析得出的。 道路交通事故现场勘验的传统方法是使用卷尺测量和手绘现场图，这种方法的 现场工作量大，耗时多，且人为误差大，不利于事故现场的快速处理。应用数字摄 影测量技术进行现场勘验，可以在保证较高精度的前提下，明显缩短勘验时间。以 德国为代表的一些发达国家己开始应用数字摄影测量技术为核心的道路交通事故 现场勘验系统，但这些勘验系统是由高成本的专业设备组成，且需要专业人员操作。 本文研究一的内容是探讨普通数字摄影器材结合商业软件来进行现场勘验的方案， 通过模拟现场实验分析该方案的准确度和精密度，并通过真实现场应用来验证其可 行性。 道路交通事故的发生是一个极其复杂的过程，尤其是作为交通行为的主要参与 者，人体在整个事故过程中的变化情况更是受诸多不确定因素的影响，综合考虑人 体、车辆、道路及设施之间的相互作用，模拟碰撞实现起来难度很大。基于此，本 文研究二的内容是通过简化事故发生条件，基于较成熟的多刚体动力学方法建立固 定参数的汽车一行人和汽车一骑车人计算机模拟碰撞，探讨这两大类交通事故中不同 车型、不同车速、不同碰撞接触位置下行人和骑车人在事故中的碰撞运动过程及人 体生物力学响应的特征和规律，为今后此类事故分析提供了一定的参考。 摄影测量0 基于固定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用研究一 研究一 道路交通事故现场勘验工作既要求勘验质量，又要求勘验效率，在理论上利用 摄影测量技术是提高勘验质量及勘验效率的手段之一，本研究旨在探讨利用普通摄 影器材和商业软件进行现场勘验的可行性及其优势。 1 材料和方法 1 1 摄影测量工作流程 道路交通事故数字摄影测量工作流程：现场照片采集；数码相机参数及畸 变校正；应用摄影测量软件分析处理照片；应用计算机辅助绘图等软件进一步 加工。 1 1 1 现场照片采集 选用像素值大于5 0 0 万的数码相机1 ，且可手动变焦或带有焦距锁定功能，本 研究应用n i k o nd 2 0 0 数码单反相机、n i k o nd xz o o m - n i k k o r18 - 7 0 m mf 3 5 4 5 gi f e d 镜头、n i k o ns b 8 0 0 闪光灯作为摄影器材。现场摆放标志牌，其作用为：标尺 作用，它给定己知距离；标定点辅助定位，例如：在汽车轮拖印起止点模糊处放 置，在边界不清的路基处放置；增加标定点，在现场标定点不足的情况下放置。 选择手动对焦模式，并使用固定焦距对现场拍摄多张不同角度的照片( 大于等于4 张，且拍摄角度差大于1 5 0 ) 。 1 1 2 数码相机参数及畸变校正 应用单站解析自校验法对相应数码相机参数及畸变进行校正。用同一相机同一 焦距对含有较多标定点的区域拍摄多张照片( 大于等于6 张) ，然后通过摄影测量 软件分析，进行数码相机参数及畸变校正。需要校正的数码相机参数是传感器的尺 寸，需要校正的主要畸变是径向畸变和偏心畸变，此后工作中使用同一相机同一焦 距进行拍摄，则不需重复此操作。 摄影测量与皋- j 二| 嗣定参数的汁算机模拟实验拒交通事故方面的心用 研究一： 研究二 多刚体动力学方法是研究碰撞运动过程及部分生物力学响应的较成熟手段，由 于交通事故过程的复杂性，本研究限定碰撞模式，设定固定参数进行汽车一行人以 及汽车一骑车人的模拟碰撞，探讨碰撞车速、车型及碰撞接触方式与碰撞运动过程 以及人体生物力学响应的关系，分析其特点及规律。 1 材料和方法 1 1 基于固定参数的计算机模拟碰撞模型建立 利用多刚体动力学方法 1 0 ，建立路面、汽车、行人、自行车和骑车人的碰撞 模型，如图9 11 所示。涉及车型包括：大货车、大客车、小客车及小轿车，四种 车辆模型的主要参数如表3 所示。 图9四种车型( a 大货车：b 大客车；c 小客车；d 小轿车) 摄影测量与基于同定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用 参考文献 参考文献 【1 g a5 0 - 2 0 0 5 ，交通事故勘验照相 s 】； 【2 f r a s e rc s ，h a n l e yh b d e v e l o p m e n t si nc l o s e r a n g ep h o t o g r a m m e t r yf o r3 d m o d e l l i n g ：t h ei w i t n e s se x a m p l e r i n t e m a t i o n a l w o r k s h o p ：p r o c e s s i n g a n d v i s u a l i z a t i o nu s i n gh i g h - r e s o l u t i o ni m a g e r y , p i t s a n u l o k ，t h a i l a n d ，n o v e m b e r ，2 0 0 4 ； 3 g a 41 - 2 0 0 5 ，交通事故痕迹物证勘验 s 】； 【4 】詹总谦，张剑清数字摄影测量在交通事故现场勘查中的应用【j 】公路交通科技， 2 0 0 6 2 3 ：1 4 7 1 5 0 ； 5 】鲁光泉，许洪国，李一兵交通事故现场摄影测量标定点识别 j 】计算机应用， 2 0 0 6 ，2 6 ：7 11 - 7 1 6 ； 6 】许世燕，苏诗琳道路交通事故现场摄影测量几个关键问题的研究 j 】现代电子 技术，2 0 0 4 ，17 5 ：6 3 6 4 ； 【7 】田建，李江，丁同强等道路交通事故摄影测量模型的标定点自动提取技术研究 j 】交通与计算机，2 0 0 5 ，2 3 ( 1 2 4 ) ：5 7 ； 8 t a oc v d a t a b a s e - g u i d e da u t o m a t i ci n s p e c t i o no fv e r t i c a l l ys t r u c t u r e dt r a n s p o r t a t i o n o b j e c t sf r o mm o b i l em a p p i n gi m a g es e q u e n c e s 【j 】p h o t o g r a m m e t r i ce n g i n e e r i n ga n d r e m o t es e n s i n g ，2 0 0 1 ，6 7 ( 1 2 ) ：1 4 0 1 - 1 4 0 9 ； 9 o s h i m at ，o y a m a d ak t r a f f i ca c c i d e n ts i t ea n dp h o t o g r a m m e t r y p r e s e n ts t a t u so f p h o t o g r a m m e t r ya p p l i e dt ot r a f f i ca c c i d e n ts i t e si nj a p a n 【j 】b u l l e t i no ft h ec o l l e g eo f e n g i n e e r i n g ，1 9 8 9 ，2 5 ：6 5 - 7 1 1 0 】t n o m a d y m oh u m a nm o d e l sv e r s i o n6 2 m 】，h o l l a n d ：t a s s ，2 0 0 4 【1 1 】郭磊，金先龙，张晓云，等自行车碰撞事故的动力学响应仿真 j 系统仿真学 报，2 0 0 7 ，1 9 ( 1 4 ) ：3 3 31 - 3 3 3 4 12 】g r e e n f i e l da ，s a r a n l iu ，r i z z ia a s o l v i n gm o d e l so fc o n t r o l l e dd y n a m i cp l a n a r r i g i d - b o d ys y s t e m sw i t hf r i c t i o n a lc o n t a c t j t h ei n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo fr o b o t i c s r e s e a r c h ，2 0 0 5 ，2 4 ( 1 1 ) ：9 1 l 一9 3 1 1 3 】f e d e r a lm o t o rv e h i c l es a f e t ys t a n d a r d2 0 8 s ，a m e r i c a 4 1 摄影测量与基于同定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用 参考文献 1 4 g b t1 1 5 5 1 1 9 8 9 汽车乘员碰撞保护 s 】 1 5 】g b11 5 5 1 2 0 0 3 乘用车正面撞击的乘员保护 s 】 1 6 】g b t2 0 9 1 3 - 2 0 0 7 乘用车正面偏置碰撞的乘员保护 s 】 【17 】m o r g a nr m ，m a r c u sj h ，e p p i n g e rr h s i d ei m p a c h h eb i o f i d e l i t yo fn h t s a ，s p r o p o s e da t d a n de f f i c a c yo f t t i r s a e 一8 6 18 7 7 ，1 9 8 6 18 】l a ui v , v i a n od c t h ev i s c o u sc r i t e r i o n - - b a s e sa n da p p l i c a t i o n so fa ni n j u r y s e v e d t yi n d e xf o rs o f tt i s s u e s r s a nd i e g o ：s t a p pc a rc r a s hc o n f e r e n c e ，19 8 6 【19 】t e n c e ra f , k a u f m a nr ，m a c kc ，e ta 1 f a c t o r sa f f e c t i n gp e l v i ca n dt h o r a c i cf o r c e si n n e a r - s i d ei m p a c tc r a s h e s ：as t u d yo fu s - n c a p , n a s s ，a n dc i r e n d a t a j a c c i da n a l p r e v , 2 0 0 5 ，3 7 ( 2 ) ：2 8 7 2 9 3 4 2 摄影测量与基于固定参数的计算机模拟实验在交通事故方面的应用攻读学位期间公开发表的论文 攻读学位期间公开发表的论文 发表论文情况： 1 、毛明远，陈忆九，刘宁国，等应用数字摄影测量技术进行道路交通事故现场重 建 j 中国司法鉴定，2 0 0 7 ，( 3 ) ：4 4 - 4 7 ； 2 、毛明远，陈忆九，刘宁国，等基于固定参数的汽车与行人碰撞计算机模拟实验 j 法医学杂志，2 0 0 8 ，2 4 ( 2 ) ：1 0 5 1 0 9 ； 3 、刘宁国，邹冬华，毛