基于激光点云的碰撞冲量法反求事故车速研究

摘要

我国汽车保有量的激增，不完善的交通设施与道路规划，淡薄的安全意识等因素致使交通事故频发，也使得汽车安全问题引起越来越多的人关注。对于事故的再现研究有助于了解事故发生原因，制定有效预防措施，并为司法责任认定提供科学依据。交通事故再现分为现场数据采集和车辆运动状态推算两个阶段。鉴于事故现场的不可恢复性，现场数据采集的完整性和准确性对分析处理相当重要。随着三维激光测量技术的发展，人们开始研究将其应用于事故现场的数据获取中，并取得了一定的成果，但常用的车辆运动状态推算方法并不完全适用于海量的激光测量数据。为此本文以激光扫描点云为依据，对事故车速推算方法开展研究。主要内容有：
　　（1）为了全面、高效和准确地获取三维激光点云数据，进行交通事故勘查时，结合碰撞痕迹制定有效的扫描计划。为实现事故现场三维空间的重建，合理安排扫描仪站点位置和数量以获取足够多的数据来进行点云的拼接配准。同时针对透明或黑色物体表面对激光束反射率较低的问题，通过喷涂工业显像剂来提高扫描效果。
　　（2）原始的点云数据量庞大且夹杂许多噪声点，不适合直接用于事故的分析处理，需进行必要的点云预处理，包括ICP算法的多站点拼接配准，依据k-d tree点云拓扑关系的邻域平均值算法剔除噪声点和共顶点三角网格去冗余。
　　（3）对于常用的车速推算方法中利用车辆碰撞结束后的滑移轨迹来计算碰撞发生时的车速所存在的误差较大及适用范围小的问题，以车辆碰撞冲量作用方向为条件，结合二维碰撞动力学模型和碰撞冲量-变形能二次椭圆方程推导出一种新的基于碰撞冲量的车速反求算法。相对于滑移轨迹，直接利用碰撞过程中的车辆特征来推算碰撞车速可以有效减小误差。
　　（4）研究根据事故遗留痕迹来获取车辆的碰撞冲量方向用于冲量法的车速反求。依据车辆变形与碰撞冲量间的密切关系，建立两者相互转换的方程式，结合三维激光扫描仪处理事故现场获取的车辆变形角度特征来计算冲量的作用方向。为了得到准确的转换方程，利用LS-DYNA仿真车辆碰撞以获取变形角度与冲量作用方向的数据，通过Matlab计算得出相应的七元线性回归方程。并对得出的转换方程进行误差分析，结果表明其误差控制在较小水平。
　　（5）验证碰撞冲量反求车速法在实际中的应用，结合激光扫描数据对一起现场被破坏的交通事故进行碰撞车速的推算。结果显示，在未知车辆滑移轨迹长度下，冲量法也能够有效地再现车辆碰撞车速。最后针对冲量法中数学计算步骤过于频繁复杂，利用C＃开发了碰撞冲量法事故车速计算工具以便于实际的使用。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 车辆碰撞事故再现研究现状

1.3 三维激光技术研究现状及在事故处理中的应用

1.4 论文的主要研究内容

第二章 车辆碰撞理论及常用车速推算方法

2.1 车辆碰撞理论

2.2 车辆碰撞能量计算

2.3 依据散落物推算车速

2.4 依据制动拖印推算车速

2.5 依据仿真迭代推算车速

2.6 本章小结

第三章 三维激光扫描技术在数据采集中的应用

3.1 三维激光扫描仪简介

3.2 现场数据采集

3.3 三维点云预处理

3.4 本章小结

第四章 碰撞冲量法反求车速研究

4.1 依据冲量作用方向计算车速

4.2 冲量法必要条件计算

4.3 本章总结

第五章 碰撞冲量作用方向计算及冲量法案例分析

5.1 有限元仿真法确定碰撞冲量方向

5.2 碰撞冲量法在实际交通事故中的应用

5.3 本章总结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文