3D激光掃描技術(shù)在客車交通事故處理中的應(yīng)用

文圖｜馬健軍 張新海 蔣懷遠(yuǎn) 鄭才城

大型客車與小型汽車碰撞是一種常見的道路交通事故形態(tài)，由于客車體積大，此類事故現(xiàn)場往往占據(jù)較大道路空間，嚴(yán)重干擾正常的交通秩序，對事故勘查處理效率提出了較高要求。本文結(jié)合實(shí)際案例，探討3D激光掃描技術(shù)在客車交通事故處理中的應(yīng)用，通過采集掃描數(shù)據(jù)和建立事故現(xiàn)場的三維模型，實(shí)現(xiàn)快速測量物證痕跡之間的距離及其他相關(guān)道路事故細(xì)節(jié)的提取，為提高客車交通事故現(xiàn)場勘查工作效率提供參考。

一、3D激光掃描技術(shù)介紹

3D掃描技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，目前已進(jìn)化為多條技術(shù)路線，根據(jù)工作原理，大致分為結(jié)構(gòu)光掃描原理、激光掃描原理、三坐標(biāo)原理三類。從三維數(shù)據(jù)的采集方法來看，激光掃描儀的方式兼具速度與精度的優(yōu)勢，在反求工程等方面應(yīng)用最為廣泛。目前常用的3D激光掃描儀具有測量和制圖精度高、掃描速度快、無接觸、可視化、數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足客車事故現(xiàn)場勘查快速、精確、可視化的要求。本研究使用FARO公司研發(fā)的一款3D激光掃描儀，型號FOCUS S70，測量范圍0.6m～70m，精度誤差≤0.1mm，具有塵土、碎屑和濺水防護(hù)功能，能夠應(yīng)用于大型客車與小型汽車碰撞事故現(xiàn)場勘查工作。

二、客車事故現(xiàn)場勘驗(yàn)

某市支路發(fā)生一起兩車相撞的交通事故。吳某駕駛一輛小汽車由東向西行駛，在超越前方一輛大客車時，由于對兩車車距判斷不足，導(dǎo)致小汽車右后側(cè)與大客車左前側(cè)相撞。本次事故中，兩車碰撞部分均發(fā)生變形，并未造成人員傷亡。

因客車慣性大沖擊力強(qiáng)，客車事故現(xiàn)場會遺留大量物證，需細(xì)致檢查散落物及相關(guān)痕跡，確?？陀^、全面地收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在本次事故處置過程中，勘查人員到達(dá)現(xiàn)場之后對事故現(xiàn)場狀況作了全面了解，判明現(xiàn)場的方向、位置，觀察事故車輛及其他有關(guān)物體，依據(jù)實(shí)際情況制定掃描方案。相關(guān)流程如圖1所示，首先掌握概況，確定調(diào)查方向和范圍；對事故現(xiàn)場進(jìn)行拍照固定；布置3D激光掃描儀工作站，包括設(shè)置掃描站點(diǎn)、布置靶球、設(shè)置掃描參數(shù)、采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)審核。事故現(xiàn)場勘驗(yàn)設(shè)備包括FARO S7激光掃描儀、掃描儀支架、靶球、安全錐、警戒線等，應(yīng)用軟件為后處理軟件SCENE。

圖1 事故掃描方案設(shè)計(jì)

為保證事故勘查的準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性，事故現(xiàn)場需被完整記錄，因此要對事故現(xiàn)場的概貌、方位、局部、細(xì)目等方面進(jìn)行拍照，固定原始現(xiàn)場，以便后期對比查驗(yàn)。若靶球設(shè)置不合理，易出現(xiàn)掃描盲區(qū)，造成掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失，無法如實(shí)記錄事故現(xiàn)場全貌。考慮到客車體積較大，采用布置多個靶球、圍繞事故現(xiàn)場設(shè)置4個數(shù)據(jù)采集掃描站的方案，以提高點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性與精度。靶球分布與掃描站點(diǎn)設(shè)置如圖2所示。

圖2 3D激光掃描站點(diǎn)及靶球布置示意圖

三、數(shù)據(jù)采集與處理

（一）數(shù)據(jù)采集

在應(yīng)用3D激光掃描儀開展現(xiàn)場勘查點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集時，應(yīng)依據(jù)事故現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置合理的掃描參數(shù)。3D激光掃描儀在各掃描站點(diǎn)采集數(shù)據(jù)時應(yīng)采用同樣的參數(shù)，以避免因掃描參數(shù)差異，造成后期數(shù)據(jù)處理階段場景無法有效拼接，導(dǎo)致建立的三維模型誤差較大、嚴(yán)重失真。掃描分辨率越高，點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪點(diǎn)越少，數(shù)據(jù)質(zhì)量越好，但每次掃描時間也越長。因此，事故勘查人員需依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置合理參數(shù)，既體現(xiàn)事故勘查的高效性，又保證掃描數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，真實(shí)客觀反映事故現(xiàn)場狀況。根據(jù)前期勘查情況，激光掃描儀的掃描參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 FARO S7掃描參數(shù)設(shè)置

將傾角儀、羅盤、高度計(jì)、GPS設(shè)置為開啟狀態(tài)，采用1/6的分辨率可以較好地掃描采集客車碰撞事故現(xiàn)場的散落物等要素，隨后點(diǎn)擊啟動鍵開始掃描采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在不開啟彩色掃描的情況下，每一個站點(diǎn)掃描時間僅需3分10秒，完成4個站點(diǎn)的掃描時間不會超過15分鐘，體現(xiàn)了3D激光掃描儀的高效性與便捷性。

（二）數(shù)據(jù)處理

對于掃描采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)首先要做進(jìn)一步處理，方能應(yīng)用于后期拼接、建模等流程。點(diǎn)云是指3D激光掃描儀掃描物體，物體表面采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含激光束水平角度與垂直角度、三維坐標(biāo)、激光反射強(qiáng)度和顏色等信息。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示，將客車事故現(xiàn)場各站點(diǎn)掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入SENCE軟件的工作區(qū)，檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，如清晰度、噪點(diǎn)、是否顯示事故現(xiàn)場物證重要特征形態(tài)等。經(jīng)SENCE軟件預(yù)處理自動獲取目標(biāo)靶球，手動移除引起誤差較大的無關(guān)靶球及系統(tǒng)誤識別的球狀物體，創(chuàng)建掃描點(diǎn)云，并顯示預(yù)處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖，如圖4所示。

圖3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程

圖4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖

因掃描角度不同，各掃描站點(diǎn)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)各不相同、相互獨(dú)立。若要獲取事故現(xiàn)場全局完整數(shù)據(jù)，需將所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相同的坐標(biāo)系，以保證后續(xù)場景拼接效果。靶球拼接方法具有操作簡便、精準(zhǔn)度高、可實(shí)現(xiàn)多數(shù)操作系統(tǒng)的自動匹配等特點(diǎn)，是目前交通事故處理較為常用的方式。應(yīng)用SCENE軟件進(jìn)行靶球拼接時選擇“基于目標(biāo)拼接”方式，因客車體積較大可適當(dāng)降低目標(biāo)分布閾值，啟用“對應(yīng)掃描”。在數(shù)據(jù)處理過程中應(yīng)按照掃描時設(shè)定的條件，應(yīng)用深色掃描點(diǎn)過濾器適當(dāng)調(diào)節(jié)深色點(diǎn)閾值，預(yù)覽建立的三維視圖效果。最后對三維視圖進(jìn)行裁剪，剔除無用數(shù)據(jù)，建立客車事故現(xiàn)場的直觀三維模型，如圖5所示。

圖5 事故現(xiàn)場三維模型

四、結(jié)論

3D激光掃描儀采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)具有客觀、全面、準(zhǔn)確的特征，這有利于道路交通事故處理過程中的司法公正。將3D激光掃描技術(shù)應(yīng)用客車事故調(diào)查，可快速提取事故現(xiàn)場車輛、樹木、交通安全設(shè)施等特征信息，交警可在較短時間內(nèi)完成事故現(xiàn)場勘查和周圍車輛分流疏導(dǎo)工作，保障道路通行能力，提高了事故處置效率。分析應(yīng)用3D激光掃描技術(shù)建立高精度、可視化的三維事故現(xiàn)場模型，可獲取一系列有價值的事故現(xiàn)場的信息，用于后期事故原因分析與責(zé)任認(rèn)定。