視頻計算車速角度下的數據處理與事故研究

摘要：當前視頻監控系統在社會管理中扮演著重要的角色，極大地方便了交通事故的處理和分析。通過對視頻圖像數據進行分析處理，可以得出相應的時間速度曲線進而還原事故運動過程，分析肇事人駕駛操作的實際情況，為管理部門提供相應的事故處理參考依據。基于此，文章對視頻圖像計算車速角度下對數據處理和事故分析進行了探討。

關鍵詞：視頻圖像計算；車速角度；數據處理；事故分析；視頻監控系統；事故運動過程 文獻標識碼：A

中圖分類號：U491 文章編號：1009-2374（2016）10-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.009

視頻監控是一個非常直觀的記錄設備，可以很好地記錄道路交通事故。通過對視頻信息進行深入挖掘將會得到很多的事故信息。比如，通過建立數學模型可以將事故過程中車輛的實際行駛速度計算出來，進而深入分析道路交通事故，對事故的整個過程進行還原，為交警部門提供相應事故認定的證據。

1 視頻圖像與視頻中運動物體的動態特征

1.1 視頻圖像特點

由攝像機得到的一系列的圖像組成稱之為監控視頻，若是視頻中的物體靜止不動，那么不同幀形成的圖像物體的位置將會不變，這樣一來播放時形成的圖像將會是靜止不動的。假如物體位置發生了變化，在不同幀形成的圖像上物體位置也會不一樣，在電腦上則是通過播放器將圖像根據攝影機的拍攝順序依次播放出來，這樣就形成了正在運動的畫面。在視頻特征中，幀頻率是一個非常重要的概念，振頻率指的是圖像處理器每s鐘的變化次數，單位為fps，視頻圖像中的幀頻率主要是由設備來決定的。圖像中任何一個區域中每幀之間的時間都是固定不變的，例如視頻為25fps的幀頻率，即每幀之間的間隔大約為0.04s，為30fps的視頻圖像，每幀之間的時間間隔為1/30s。

1.2 視頻中運動物體的動態特征

圖1 透視現象示意圖

如上圖1所示，在視頻播放過程中物體運動主要是從底邊AB方向開始向后面移動，那么物體上的特征主要是點AB的所有運動軌跡都處于同一條空間直線上。在第0幀圖片中，特征點A、B所對應的位置分別是畫面中的AX、BX坐標，當到第J幀時，特征點A、B則對應的是下圖中AX0、BX0和AXj、BXj坐標。盡管AX0、BX0和AXj、BX在圖像中的長度不一樣，但其所對應的真實長度均是AB的實際長度，并且AB之間的實際長度可以通過直尺來測量。在圖1中我們可以清楚地看到視頻圖像中物體特征的變化過程。

2 借用視頻資料分析道路交通事故的方法

根據視頻資料創建數學模型，以此來計算出事故車輛的準確速度數值；根據速度值進行回歸計算得到事故車輛的運動軌跡方程，根據運動軌跡方程計算車輛的加速度；結合計算出的速度數值創建時間坐標，畫出時間-速度曲線變化圖；按照之前計算出的運動軌跡方程可以計算出事故車輛任意一點的瞬時速度，根據瞬時速度方程可以得到碰撞時的速度、制動前的速度以及產生制動效能的速度等幾個關鍵點速度。另外，根據以上所提到的運動軌跡方程還可以分析出參與者與事故關鍵點的位置-時間關系。

2.1 創建速度計算的數學模型

速度計算公式是位移除以時間，在視頻圖像畫面中的位移是已知的，在車輛行駛方向上的車身上設置一個特征點（特征點與車輛同速），計算出特征點經過已知位移的時間，由此可以得出車輛通過該路段的平均速度。已知的視頻圖像一般都是由大量的單獨圖像組成，由于幀時間間隔不穩定，特征點經過已知位移的時間也不準確，一般得出的數據都是處于n2.2 時間-速度曲線的繪制

使用時間插值法計算出的車輛行駛速度是事故車輛經過標尺的平均速度，但是繪制時間-速度曲線圖時使用的是瞬時速度，所以必須對當前計算出的平均速度進行轉換。車輛在進行勻變速直線運動過程中，某一段時間內的平均速度就等于該段時間內的中間時刻的瞬時速度。汽車的質量很大，在較短的時間內汽車的速度不會出現較大的起伏，可以將其運動軌跡視為勻變速直線運動，在這種情況下，平均速度與中間時刻的瞬時速度是可以相互使用的。使用視頻計算事故車輛行駛速度時，時間主要以幀為單位，也就是計算0-n幀內的汽車平均速度，瞬時速度則是對應的n/2；以此類推在1-n+1幀的平均速度，對應的瞬時速度則為n+1/2；以同樣的方式計算下面的瞬時速度，在這樣的時間軸上就得到了一個連續的時間序列，計算出對應時間序列上的瞬時速度，以此來繪制時間-速度曲線圖。

3 案例分析

在某次交通事故中，一輛摩托車在交叉路口撞到行人并導致行人受傷，調取監控視頻圖像，發現在2015-05-16的09∶32∶24（s）第16幀，行人從路口的西側開始橫穿馬路，到第41（s）第9幀，南北方向綠燈亮起，南北方向車輛直行，第41（s）第10幀，摩托車從東西方向停止線穿過，車頭在視頻圖像畫面的右側。在視頻圖像畫面右側44（s）第9幀，撞到行人。

3.1 分析方法

依靠運動跟蹤軟件來逐幀跟蹤摩托車的行駛路徑，了解摩托車的運動過程。在監控視頻圖像畫面的右下角設置直角坐標系原點。在42s第14幀視頻圖像畫面中的摩托車后輪與前輪中心處標記為跟蹤點，同時將此時計算出的時間（幀）作為時間原點，根據幀的順序播放視頻，在45s第18幀結束跟蹤。

使用時間插值法建立了數學模型，計算出摩托車運動經過第一個標尺使用的時間t，然后根據公式計算該標尺處的瞬時速度，可以得出一組平均速度，最后根據勻變速直線運動的平均速度等于中間時刻的瞬時速度這個特點，繪制出時間-速度曲線關系圖。如圖2所示：

圖2 時間-速度曲線

根據上面的跟蹤數據可以得出：摩托車主要經歷了勻速-微減速-緊急制動三個過程，41.52～42.00勻速時段的平均速度為46.06km/h，摩托車與行人碰撞的時間為44.36s，此時摩托車的瞬時速度是22.78km/h。

3.2 對事故進行詳細分析

3.2.1 事故雙方的位置關系。計算者利用跟蹤軟件的網格功能將路口北側斑馬線長度作為參照標尺，由此來計算摩托車在不同狀況下與行人的相對位移。例如在43.00s時，行人距離摩托車的距離為23.00m，此時摩托車的瞬時速度剛好為47.00km/h，在43.96s時，行人距離摩托車的距離是12.00m，這時摩托車的瞬時速度則為44.59km/h，當行人距離摩托車的距離只有7.00m時，摩托車的瞬時速度為41.27km/h。

3.2.2 摩托車駕駛員采取的方法。分析時間-速度曲線斜率的變化，可以得出在41.00s之前時間-速度曲線斜率基本沒有發生變化，摩托車一直處于勻速直線運動狀態，而此時的摩托車駕駛員也并未采取任何解決方法。從42.00s開始，摩托車的速度逐漸減慢，從原來的46.00km/h變為了44.38km/h，根據速度變化我們得出此時的駕駛員只采取了掛檔滑行、丟油門措施。在42.00s時，行人發現了摩托車向其駛來，行人停止了行走。在43.40s之前，摩托車和行人之間的距離由原來的11.55m變為了6.75m，但是此時摩托車的瞬時速度依然是41.07km/h，由此可得，摩托車駕駛員雖然已經采取了相應的解決措施，但是摩托車還處于制動力上升的過程。當摩托車與行人發生碰撞時，行駛速度由原來的41.07km/h變為了27.88km/h，此時的摩托車雖然已經啟動了緊急制動，但是已經沒有作用了。通過以上數據分析可得，摩托車駕駛員對行人運動速度估計不準確，并且采取的解決方法也不合理。

3.2.3 判斷摩托車闖紅燈的依據。經過調查分析可得，路口紅綠燈變化的時間為3.00s，也就是西口紅燈變為綠燈之間的間隔時間為3.00s。當摩托車距離停車線還有43.00m時，西口紅燈已經亮了3.00s，根據摩托勻速時段速度的推算可得，當西口紅燈再亮時，摩托車距離停車線還有39.00m，這說明了摩托車闖了紅燈。

4 結語

綜上所述，在交通事故分析中，利用視頻圖像計算角度下數據處理法對事故進行深入分析，可以有效解決存在的實際問題。利用時間-速度曲線圖可以將事故發生的整個過程還原出來，包括肇事者是否采取了相應的應急措施、車輛實際的運行情況、車輛制動情況等，為交通案件的分析提供了更深層次的參考數據。

參考文獻

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作者簡介：潘彧坤（1985-），男，云南曲靖人，云南云通司法鑒定中心初級工程師，研究方向：交通事故車輛安全技術鑒定及肇事車輛車速技術鑒定。

（責任編輯：秦遜玉）