基于道路交通事故數據的仿真場景搭建及研究

摘 要：駕駛場景數據是自動駕駛功能開發的數據基礎，基于中國道路真實交通事故的危險場景是場景數據庫的重要組成部分，是車型開發功能驗證的必要條件。安全通過危險場景以及成功避免事故的發生或最大程度降低事故造成損傷是自動駕駛功能準入的基本條件，事故仿真場景的研究與開發是智能網聯汽車前期功能驗證的重要一環。

關鍵詞：交通事故 仿真場景 事故重建 事故比對

0 引言

根據交通事故現場證據（現場散落物、肇事車輛痕跡及其損壞情況、車輛碰撞點及停止位置及狀態、當事人傷情、當事人和目擊者陳述、行車記錄儀數據等）與非現場證據（鑒定結論、監控錄像、衛星定位信息、手機信息、云端等信息）等調查獲取的各類證據材料，對道路交通事故作出的系統分析與科學推斷，并對道路交通事故發生過程依據運動、碰撞、應變、視頻、色彩等形成原理進行呈現，本文從中國交通事故深入研究（China In-Depth Accident Study ， CIDAS）數據庫中選取相關交通事故場景（以下簡稱事故場景數據庫），對某一事故場景進行建模分析。

1 原始數據采集與繪制

1.1 數據獲取

數據的采集分為現場實物采集和事故場景數據庫獲取，根據交通事故的現場，由測繪人員對人、車、物進行測量，編寫事故報告，報告的內容包括但不限于事故基本信息、車輛信息、輪胎信息、人員損傷、道路環境信息等維度，進行數據采集工作。事故場景數據庫的數據獲取即登陸至中國交通事故深度調查網站進行查詢和下載。

1.2 場景平面圖繪制

根據事故場景數據庫的數據，對現場事故軌跡進行平面圖的繪制，尤其是事故參與方的最終位置、事故道路形態、痕跡的參數等，所有尺寸都遵循真實比例，在使用計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）繪制的過程中，均按照現場1∶1繪制，單位為米。道路走向與指北針l7GeMzWmCjlLwYOOTlgA6A==方向與事實一致。數據庫中的照片反映的與事故相關的信息和現場標志均展現在平面圖中，如比例尺、人行道、指北針、綠化帶、痕跡、散落物、參考點、紅綠燈、讓行標志、停車線、雙黃線、轉向標志、碰撞點、限速標志等。事故中與事故相關的各種事故位置應精確定位，比如與參與方發生接觸的一些樹木、電線桿等，現場的痕跡及散落物注釋說明，如血跡、剎車痕跡、地面挫劃痕跡、散落物范圍等。如圖1所示，為某一事故場景繪制的CAD平面圖。

2 事故重建仿真

仿真重現使用的交通事故再現仿真軟件（PC-crash），可以通過軟件對事故的發生過程進行仿真，從而獲得事故發生中的重要參數，例如碰撞速度、能量等效速度、事故前的車輛運行軌跡、駕駛員操作等信息。仿真場景建立主要分為兩個階段：階段一——以碰撞開始到碰撞結束的動力學仿真；階段二——碰撞前運動學仿真。

2.1 碰撞開始到碰撞結束的動力學仿真

2.1.1 導入底圖

根據上文所述的繪制等比例的CAD碰撞過程圖，轉化為.JPG格式的文件導入到PC-Crash中，使用過程圖作為底圖，進行仿真可以加速重構事故仿真的過程。

2.1.2 添加車輛

底圖導入后可以明確事故發生的大致過程，根據事故場景數據庫中提供的車輛信息，對車輛參數進行配置，配置參數包括車輛整備質量、駕駛員質量、車輛品牌型號、車輛長度、車輛寬度、車輛高度、輪胎尺寸、發動機功率，獲得的數據越多，還原的場景越接近真實事故情景。如圖2所示為某事故場景采集到的車輛信息，輸入至PC-Crash仿真軟件的車輛模型中。

2.1.3 調整環境參數

根據事故場景數據庫中獲取的參數，對事故仿真場景的摩擦系數進行設置。

2.1.4 調整碰撞狀態及事件

根據事故場景數據庫中事故的調查速度、碰撞角度、兩車碰撞時的狀態，配置相關的初始設置及事件參數。

2.1.5 與事故比對

將參數配置完整后，進行模擬仿真與事故實際數據進行比對，車輛的最終停止位置、車輛的接觸角度、車輛的運動過程、路面留存痕跡等。如仿真結果與實際事故偏差較大，則通過4）調整碰撞狀態及事件中的參數調整進行深度場景還原。

2.1.6 完成動力學仿真

經過碰撞事件的參數調整，在事故仿真數據對比多維度的實際事故參數后，車輛的行駛路徑及碰撞后運動軌跡與事故數據接近一致即可認定動力學仿真階段完成，將此過程鎖定。鎖定后PC-Crash軟件仿真畫面如圖3所示。

2.2 碰撞前運動學仿真

2.2.1 轉換運動學仿真

通過轉化動力學與運動學開關，啟動事故前運動學仿真，通過參考事故事故駕駛員的操作（參考事故場景庫中數據）添加到事件中，駕駛員的操作包括但不限于轉向、加速、剎車等行為操作。

2.2.2 仿真數據與事故比對

通過使用倒退鍵進行事故前仿真，獲取事故前的運動軌跡，通過不斷的調整事件參數，使得碰撞前軌跡與事故相符。經過多輪數次的參數調整使運動學仿真符合實際，并使用鎖定鍵將運動學仿真鎖定，完成本次仿真參數的配置。如圖4所示為鎖定后經過渲染的仿真效果圖。

2.2.3 查看仿真數據

通過仿真數據報告器，查看仿真事故的相關數據，仿真軟件中有數據圖表能夠查看相關的運動曲線，為仿真人員提供定性或定量的參考依據。具體仿真數據報告器顯示如圖5所示。

3 仿真還原的關鍵要素

3.1 事故檔案解讀

通過仿真詳盡的還原事故狀態，事故場景庫中的事故檔案是逼真的還原全部事故的源頭。詳細的分析事故檔案，將事故發生的可能性以及事故發生中需要注意的關鍵點，逐一識別，是保證事故重建正確性的關鍵要素。

3.2 路面痕跡

路面痕跡能夠充分反應事故發生過程中的車輛運動趨勢，通過對路面痕跡和仿真中運動軌跡進行逐一比對，進行更加精準的還原事故發生的過程。

3.3 仿真中車輛碰撞位置

因PC-Crash中的車輛模型與真實車輛存在差距，例如車輛保險杠外形在仿真過程中需根據事故的要求，相應微調車輛的基礎位置，從而更加貼近真實情況。

3.4 多剛體模型仿真

二輪車事故仿真中，可以使用多剛體模型和剛體模型，因為多剛體模型中二輪車騎乘者與二輪車之間的約束條件與實際不相符，需要考慮兩者的最終停止位置與真實停止位置的關系。

4 碰撞前數據與OpenX轉化

交通事故可以分為三個階段：碰撞前，碰撞以及碰撞后，碰撞前又可以分為正常駕駛階段和危險出現階段。通過分析事故發生的全過程，利用仿真軟件PC-crash對事故的全過程進行仿真重建，取得事故碰撞前5秒的數據。從而建立碰撞前數據庫，該數據庫可以幫助研究者詳細分析事故發生前5秒內的車輛運動信息，碰撞信息，從而為后續研究開發提供支撐保證。

用于描述動態場景的數據格式（Open-

Scenario）定義了一種文件格式，用于描述駕駛模擬器和交通模擬器的動態內容。其主要用例是描述涉及多個實體（如車輛、行人和其他交通參與者）的復雜、同步的操作。對駕駛機動的描述可以基于駕駛員的動作（例如執行車道改變）或基于軌跡（例如來自記錄的駕駛機動）。該標準還包括了其他內容，如對自我車輛的描述、駕駛員外觀、行人、交通和環境條件等。

交通事故數據錄入數據庫，與碰撞前數據結合，可以在支持OpenX的仿真軟件中完成場景搭建。

以VTD仿真軟件搭建場景為例，在ROD模塊中手動進行靜態場景的搭建，并將PCM數據中車輛運動狀態通過二次開發的插件半自動化導入仿真軟件系統，在VTD中的場景搭建完成后，生成符合OpenX標準的文件，后續可用于支持OpenX標準文件仿真軟件的仿真在環測試。

5 總結

通過重建事故場景，可以詳細了解事故的發生過程和原因，這對于預防類似事故的再次發生至關重要，并對是否存在設計缺陷導致的安全隱患進行前期軟件層面的驗證，盡可能確保它們在極端情況下仍能保持良好的運行狀態。

仿真結果可以為交通規劃和政策制定提供科學依據，幫助車輛開發人員制定更有效的交通安全策略和措施。仿真環境為新的交通安全技術和產品提供了一個測試平臺，在實際投入使用前評估其效果和潛在風險提供了相應技術支撐。

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