基于多信息融合的多车事故碰撞过程分析方法
摘要：多车事故由于发生多次碰撞导致痕迹叠加、错乱，碰撞过程分析存在较大技术困难，事故再现难以推进。论文介绍了基于痕迹的碰撞事故过程一般分析方法，重点针对多车碰撞事故，提出将痕迹、EDR、微量物证、视频/音频等信息要素融合的分析思路及方法，通过一起高速公路多车事故案例，进行了方法的实证分析，表明基于多信息融合的多车事故碰撞过程分析方法具有较好的实用性，有助于道路交通多车事故的碰撞过程分析，进而提升事故再现的准确性。
关键词：信息融合；多车事故；碰撞过程；事故再现；道路交通事故
事故再现对道路交通事故责任认定及汽车交通安全研究具有重要作用。事故过程的分析是事故再现的关键环节，高质量的事故再现是建立在对事故过程准确的分析推断之上，特别针对多车事故，通过正确的事故过程分析理清各参与方之间的先后碰撞顺序及对应关系，事故再现才能顺利推进。
目前，针对道路交通事故过程分析再现的研究主要集中在痕迹分析推断和软件再现方法两方面。痕迹分析既需要扎实的痕迹学理论知识同时需要丰富的痕迹勘验分析实践经验。张泽枫等[1]总结归纳了通过交通事故痕迹确定车辆碰撞时位置的方法。张志勇等[2]分析总结了道路交通事故中典型接触痕迹的方向、形态特征。软件再现方法方面，典型车-人、车-二轮车、车-车碰撞事故已有较多仿真再现方法的研究。胡林等[3]对轿车-行人碰撞事故的Pc-Crash再现模型参数敏感性进行了研究。曹弋等[4]构建了汽车与摩托车碰撞事故再现分析模型。针对多车事故，其痕迹的分析推断与软件再现均存在较大难度，邹铁方等[5]基于Pc-Crash研究了将多车碰撞事故过程划分为多个独立的2车碰撞过程的分步再现仿真方法，从软件再现方法的角度为多车事故再现提供了指导。但目前针对多车碰撞事故过程分析推断方法的研究并不多。特别是随着科技的发展，事件记录仪（Event Data Recorder，EDR）、行车记录仪、天网监控视频等硬件设备应用率不断提升，事故现场信息不再单一依靠痕迹，多信息融合的方法逐渐应用于道路交通事故过程的分析中，信息的融合为多车事故中痕迹叠加、错乱以及现场痕迹信息不完整等现实困难提供了分析验证的渠道，有助于提升事故过程再现的准确性。
本研究将介绍借助痕迹进行事故过程分析的一般方法，指出事故分析中与事故再现相关的关键点。同时对EDR、微量物证等作详细介绍，提出融合痕迹、EDR、微量物证、视频/音频等信息的多车碰撞事故过程分析思路及方法，通过一起实际的13车碰撞事故，进一步验证方法的实用性。
1. 基于痕迹的碰撞过程分析方法
痕迹是道路交通事故过程分析再现的基础[6]。对典型事故的分析再现具有显著作用的痕迹主要分为车体痕迹、地面痕迹和散落物三类。
1.1车体痕迹
车体痕迹承载着碰撞对应关系，碰撞力的大小、方向等信息，主要包括刮擦痕迹和变形破损痕迹。刮擦痕迹是两参与方轻微接触的痕迹，涉及能量交换的成分少，更多反映参与方接触的运动学过程，痕迹利用性好，利用痕迹的长宽高、方向等参数就可用于分析接触对象及部位的对应关系。接触碰撞的动力学过程则更多依据变形破损痕迹来分析，主要参数包括变形方向、形变量以及长宽高，其中变形方向、形变量是PC-Crash再现过程中两车的碰撞力方向和碰撞重叠区域中碰撞点位置设置的依据。
同时，车辆接触碰撞的过程还受车辆状况[7]（包括制动点头、装载、胎压以及行驶状态）、路面状况（不平度及纵横向坡度等）、受损零件类型（结构件、覆盖件）等因素的影响，分析时需综合考虑。
1.2地面痕迹
地面痕迹承载着碰撞地面位置、运动状态及轨迹以及碰撞剧烈程度等信息，主要包括挫划痕迹和轮胎痕迹。挫划痕迹是指车辆在碰撞后发生倾覆或者机件变形损坏接触地面形成的痕迹，其集中反映的是车辆碰撞后的运动过程，可将地面挫划痕迹及车辆的最终停止位置作为事故再现过程中自动优化的目标函数。轮胎痕迹是车辆在制动、侧滑或滚动时留下的印迹，其有条件反映车辆在碰撞前、碰撞时及碰撞后的全过程，解析轮胎痕迹时，痕迹的几何尺寸、突变位置（与碰撞点存在对应关系），轮胎印记的走向、拖滑情况等都应与车辆的运动状态关联起来分析。
1.3散落物
事故现场的散落物承载着碰撞地面位置、运动轨迹、碰撞剧烈程度等信息，主要包括损坏的车辆零件、车辆内油水、装载物、当事人随身携带的物品等。不同散落物在判断碰撞事故的地面位置及碰撞车辆的运动状态时作用不同。散落物的材质、分布形态等是分析的关键。液态散落物和惯性较小的固态散落物更能反映碰撞运动过程。不同的散落物分布形态，隐藏着不同的碰撞形态[1]，不能盲目将现场图中所标识的散落物的中心位置作为碰撞对应的地面位置实际分析时，应将散落物的形态与散落物材质、车辆碰撞受力方向结合起来分析。
2.多车事故信息融合分析方法
2.1多车碰撞事故特点分析
多车碰撞事故是高速公路重大交通事故的常发事故形态，由于车辆高速行驶，参与多次碰撞，不仅车辆损坏程度严重，而且事故现场痕迹存在重叠交错的混乱现象，仅依靠现场痕迹常常难以确定相关车辆碰撞过程，准确的事故再现和客观的事故认定面临较大现实困难，将事故相关的多种信息进行融合处理的方法将有助于事故过程分析。
2.2EDR、视频/音频、微量物证信息应用
1）EDR数据
EDR主要记录车辆碰撞时及碰撞前的车辆动力学数据[8]，记录的数据广泛应用于车辆碰撞事件再现及主被动安全技术开发。但EDR并非作为一个独立设备安装于车辆上，一般而言，多数EDR都集成在车辆的电子控制系统（ECM）或气囊控制系统（ACM）中，其中后者最为常见[9]。对EDR的研究最早开始于美国，NHTSA发布的“49 CFR Part 563”规定EDR需要记录表1中的所有内容[10]，随着EDR应用的不断推广，目前EDR记录的数据信息内容仍在不断丰富。
表1 EDR须记录的数据内容
2) 视频/音频
应用于道路交通事故分析再现的视频摄录设备主要包括道路监控视频（固定）和行车记录仪视频（移动），道路监控视频一般只摄录视频影像，行车记录仪正常情况下视频、音频同时摄录。视频的广泛运用打破了道路交通事故的分析再现对痕迹的依赖，能够直观地展现道路交通事故的发生过程。特别指出，在对行车记录仪视频进行分析解读时，除了对图像的关注外，还应关注音频，音频信息往往对多车事故的碰撞次序及碰撞的剧烈程度能够提供一定的反映。
3) 微量物证
微量物证是指能够证明事物间存在某种关联的微小物质材料或痕迹[11]。交通事故中，两参与方由于发生接触会发生一方从另一方带走某种微量物质或遗留某种微量物质的物质变化。通过将微量物质与疑似造痕体的关联材质进行提取、制片、微观测试等理化分析，比较材料的分子特性、化学成分，判断微量物质间的交换关系，可确定参与方之间的碰撞对应关系。值得注意的是，微量物质的比对分析中一般只能通过其微观属性判断两种物质间的种类，并不完全具有排他性。因此，微量物证的应用需要和宏观痕迹结合起来，才能做出更为科学、客观的判断。
2.3信息融合分析方法
在信息的融合分析中，视频信息由于其直观性，其对事故过程的分析作用突出，但在实际应用中，常面临图像不清晰，摄录死角，图像多次覆盖等现实问题。本方法提供的是一种在视频信息缺失或作用不显著时的信息融合分析思路。针对多车事故，结合软件事故再现的操作方法，将其碰撞过程分析分为六大要素，即碰撞顺序、碰撞对象及部位、碰撞力方向、碰撞地点、运动状态及轨迹、碰撞的剧烈程度，多种信息内容的融合可以解析过程分析的六大要素，进而完成事故过程的分析，信息融合的分析导图如图1所示。
图1 多车事故碰撞过程分析导图
1）碰撞顺序
音频信息可从全局角度反映车辆参与碰撞后接连发生的碰撞次数以及各次的时间间隔。EDR信息中的事件数及时间间隔则从参与个体的角度记录了自身参与碰撞的次数及时间间隔。将两者融合，可得出个体参与的碰撞次序。车辆停止位置可在一定程度上反映车辆碰撞的先后关系，但要注意多次严重的碰撞可能使车辆的停止位置变化较大，影响对碰撞顺序的分析判断。
2）碰撞对象及部位
多车事故中对碰撞对象的判断是分次而言的，是要对每一次碰撞的参与车辆进行梳理。车体痕迹、微量物证、车辆的停止位置、EDR中记录的车身碰撞部位信息，几者之间可融合，以确定碰撞对象间是否发生接触及发生接触的部位。
3）碰撞力方向
车体痕迹中车辆变形损坏的方向及变形损坏量，可与EDR信息中的碰撞部位及碰撞所受加速度的大小、方向进行融合，用于确定车辆所受碰撞力的方向。
4）碰撞地点
碰撞地点是指碰撞接触的地面位置，也是碰撞动力学过程的初始位置。车辆停止位置、地面挫划痕迹、轮胎痕迹以及散落物等信息可融合分析，以确定碰撞地点。
5）运动状态及轨迹
EDR信息中可以获悉车辆发生事故前约5S内的车速、制动、油门等与车辆动力学相关的参数[12]，与地面痕迹相融合，有条件将车辆事故全过程的运动状态和轨迹进行分析再现。
6）剧烈程度
碰撞剧烈程度是一个难以量化的指标，但在多车事故中往往又需要和驾乘人员的损伤关联起来[13]。多车事故中的车辆经历多次碰撞，难以分清各次碰撞与车内乘员损伤的关系。将痕迹信息、EDR信息、乘员位置及伤情融合，并计算各次碰撞中车辆的能量等效速度[14]（Equivalent Energy Speed，EES，在Pc-Crash中表示能量损失）以及乘员的加速度才能将碰撞的剧烈程度与人伤作关联分析。
3.实证案例分析
3.1简要案情
某年某月某日，13辆车在某高速公路路段发生多车连环相撞事故，事故导致3人死亡，多人受伤，13辆车不同程度受损的严重生命财产损失。
3.2事故现场及车辆情况
图2 事故现场
如图2，事故现场为高速公路，双向6车道，两侧均设置有应急车道，道路中央设置有绿化隔离带，事故发生在道路一侧，未涉及对向车道。事故共涉及13辆车，除外围部分车辆碰撞关系相对易于确认外，大部分车辆经多次碰撞，且车身多处受损，难以确定其碰撞对应关系。事故中死亡3人均乘坐于其中的一辆车（起亚车），另重伤、轻伤数人，确定事故过程才能准确进行事故再现，进而做出客观事故认定。
表2 事故相关的车辆及检材信息
事故相关的车辆及检材信息如表1所示。13辆车中，搭载行车记录仪的为朗逸车和轩逸车，可以读取到EDR数据信息的为丰田车和别克车。
3.3信息融合处理
朗逸车行车记录仪音频信息共记录8次碰撞。8次碰撞中仅第1次碰撞（朗逸追尾碰撞福特车）和第2次碰撞（轩逸车撞击朗逸车左侧）分别被朗逸车与轩逸车的行车记录仪视频摄录，后续的6次碰撞均无影像记录。分析判断后续6次碰撞的次序及碰撞对应关系只能依靠信息的融合处理来进行。
1) 音频与EDR融合确定碰撞次序
事故中的别克车EDR信息中所记录3次事件均为本次事故所致，提取三次事件的时间间隔信息，融合频信息记录的8次事件的时间间隔信息，如图所示，别克车事件2、3的时间间隔能与音频信息中记录的第4、5次碰撞可以对应，因此认为别克车参与了第4、5次碰撞。
图3 碰撞时序比对
2) EDR与车体痕迹融合确定车辆运动状态
将别克车EDR信息与其车体痕迹融合分析，如表3所示，可推知，在第4次碰撞中，别克车处于停驶状态，右后部被追尾，车辆被加速并伴随有顺时针反向旋转，旋转过程左右部还与其他车辆发生碰撞。在第5次碰撞中，别克车右前部被撞，车辆反向加速，并伴随旋转。
表3 别克车EDR信息与车体痕迹信息融合
图4 别克车左后部 图5 别克车右前部
3）车体痕迹与微量物证融合确定碰撞对象
事故车中的现代车右前损坏区域附着白色物质。事故车中白色车较多，由于多次碰撞，导致车身痕迹被后续碰撞覆盖，因此只有将车身痕迹与微量物证融合起来分析才能确定与现代车右前部发生接触的对象。
图6 现代车左前部 图7 天籁车后部
微量物证结果显示，如图8所示，仅天籁车后部漆片与现代车右前部附着物质的红外谱图中的波数和吸光度几乎一致，表明两者组分一致，再结合车体痕迹，可知现代车右前部与天籁车后部发生碰撞。
图8 红外谱图
4）痕迹、音频、EDR、位置融合确定车辆碰撞过程
以事故中生命财产损失最严重的起亚车为例。痕迹j：起亚车引擎罩上见别克车标印记（如图10），融合音频、别克车EDR等信息，判断起亚车首先追尾碰撞别克车。痕迹k：起亚车身右侧下部见先凹陷变形后折曲变形的痕迹，融合车辆停止位置等信息判断起亚车遭受英菲尼迪的侧面撞击先于1#速腾车的追尾撞击。痕迹l：1#速腾车后方地面见泥土散落物呈扇形状分布（如图11），融合车辆停止位置等信息，可判断1#速腾车追尾起亚车的地面位置。通过以上三处关键痕迹，融合其他信息，可以分析得知起亚车经历的碰撞过程，分析过程图如图9所示。
图9 起亚车碰撞过程分析图
图10 起亚车引擎罩 图11 1#速腾车后方泥土散落物
3.4碰撞过程
利用信息的融合分析，较好的解决了案例中碰撞过程分析的难题，将13车经历的8次碰撞过程均分析清楚，其各次碰撞过程及所用到的信息如表3所示。通过上述碰撞过程的分析，理清车辆之间的碰撞对应关系，为准确的事故再现提供了基础，其事故再现的效果图如图12所示。
表3 13车事故过程简述
图12 事故再现效果图
4.结论
从事故再现方法的角度提出针对多车事故碰撞过程的信息融合分析方法，为利用软件进行事故再现奠定基础。
1）痕迹、EDR、微量物证、音频等信息中关键要素间的融合分析可以突破个别信息缺失造成的分析壁垒，为多车事故过程再现提供了分析思路和方法。
2）提出了多车事故碰撞过程分析的关键六要素，针对每一要素介绍了信息的溯源途径及融合分析方法，并通过实际案例进行方法的实证演示，验证了方法的实用性。
3）道路交通事故中的涉及信息类型不胜枚举，论文仅提供了多车事故中常见信息的融合分析方法，随着信息的获取渠道逐渐丰富，还会有更多信息可以进行融合分析，有待后续扩展研究。
参考文献
[1] 张泽枫，张培锋，李丽莉，等.确定碰撞时车辆行驶位置的要点及应用[J]. 中国司法鉴定, 2015(4):76-80
[2]张志勇，冯浩，李丽莉，等.交通事故鉴定中痕迹的特征性探究[J]. 中国司法鉴定, 2017(2):88-92
本文来源于西华司法鉴定微信公众号
