鄭淵茂，何原榮，冷 鵬，姚誠鑫

(1.廈門理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院， 福建 廈門361024；2.福州大學(xué) a.福建省空間信息工程研究中心; b.空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福州 350002)

基于無人機(jī)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速制圖及歸檔系統(tǒng)構(gòu)建

鄭淵茂1，何原榮1，冷 鵬2a,2b，姚誠鑫1

(1.廈門理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院， 福建 廈門361024；2.福州大學(xué) a.福建省空間信息工程研究中心; b.空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福州 350002)

以交通事故現(xiàn)場(chǎng)為研究對(duì)象，基于無人機(jī)拍攝的高分辨率正射影像，在ArcGIS和CASS軟件中處理繪制交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖和現(xiàn)場(chǎng)圖，并在勘查時(shí)間、精度等方面與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證無人機(jī)在交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的巨大優(yōu)勢(shì)。其次，在ArcGIS Engine Runtime 等平臺(tái)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，對(duì)事故發(fā)生位置、正射影像圖、事故現(xiàn)場(chǎng)圖等大量現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理及分析查詢。結(jié)果表明：無人機(jī)應(yīng)用于交通事故現(xiàn)場(chǎng)的方法及歸檔系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅可進(jìn)行交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查制圖、縮短勘查時(shí)間，還便于勘查數(shù)據(jù)的管理查詢，為國內(nèi)外交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查及數(shù)據(jù)歸檔提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

無人機(jī)；交通事故現(xiàn)場(chǎng)；快速制圖；Visual Studio平臺(tái)；歸檔系統(tǒng)

交通事故發(fā)生后，及時(shí)進(jìn)行交通事故現(xiàn)場(chǎng)的勘查，分析事故發(fā)生的原因，對(duì)今后做出有效方案來降低交通事故發(fā)生頻率具有重要意義。在交通事故現(xiàn)場(chǎng)存在大量客觀的數(shù)據(jù)，是整個(gè)交通事故原因分析的真實(shí)表現(xiàn)，可進(jìn)行事故勘查，判定責(zé)任方。因而，交通事故現(xiàn)場(chǎng)的勘查越來越受到公安及保險(xiǎn)部門的重視[1]。

交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查應(yīng)盡可能減少勘查時(shí)間，避免長時(shí)間對(duì)道路采取封閉措施。傳統(tǒng)的交通事故勘查方法是用手工皮尺或全站儀測(cè)量，手工繪制現(xiàn)場(chǎng)草圖及現(xiàn)場(chǎng)比例圖，交通狀況復(fù)原后，不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)再次查看，給事故責(zé)任判斷造成很大麻煩[2-3]，存在測(cè)量精度低、勘查時(shí)間較長，需大量的人力及物力，還造成交通堵塞[4]。因此，如何快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行道路交通事故信息的完整獲取已迫在眉睫。利用無人機(jī)航拍可快速、高清晰度地獲取交通事故現(xiàn)場(chǎng)影像，經(jīng)處理后的影像數(shù)據(jù)包含經(jīng)度、緯度、高程信息，在空中有著較好的視角，能獲取在地面無法量測(cè)的數(shù)據(jù)信息以及視頻，可作為日后事故分析查證的有力依據(jù)，還可避免傳統(tǒng)事故在勘查時(shí)需封閉道路而造成的二次傷害以及耗時(shí)、存在漏測(cè)等不足[5]。

近年來，無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，在交通領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用[6-11]。Doherty等[6]對(duì)無人機(jī)運(yùn)行在道路和軌道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了成功部署，推動(dòng)了無人機(jī)軟硬件等結(jié)構(gòu)發(fā)展。Puri等[7]利用無人機(jī)獲取實(shí)時(shí)詳細(xì)交通信息，增加數(shù)據(jù)獲取新技術(shù)，便于管理人員對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，該數(shù)據(jù)還有助于交通仿真監(jiān)測(cè)。Lee等[8]采用四軸無人機(jī)對(duì)交通監(jiān)控和道路事件監(jiān)控進(jìn)行適用性研究，與傳統(tǒng)方法相比，無人機(jī)在大區(qū)域數(shù)據(jù)采集方面具有高效性和效益性。陳強(qiáng)等[9]為解決交通事故現(xiàn)場(chǎng)二維勘測(cè)中“四點(diǎn)法”不足和實(shí)際問題，提出基于小型無人機(jī)攝影測(cè)量的“改進(jìn)四點(diǎn)法”，增強(qiáng)勘查效果。彭博等[10]對(duì)無人機(jī)的視頻檢測(cè)算法評(píng)價(jià)，并對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境及空中管理等進(jìn)行討論。趙國朋[11]探索建立“以無人機(jī)拍攝為核心，其他勘查手段予以輔助”的高速公路交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查新模型，達(dá)到安全、高效、便捷的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查。這些研究工作已取得較好的成果，但到目前為止，尚無有關(guān)構(gòu)建無人機(jī)應(yīng)用于交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查及數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)管理的報(bào)道。

本文以交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查為研究對(duì)象，基于無人機(jī)拍攝的高分辨率正射影像，在ArcGIS和CASS軟件中處理繪制交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，并在勘查時(shí)間、精度等方面與傳統(tǒng)方式進(jìn)行對(duì)比、分析。此外，設(shè)計(jì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)事故發(fā)生的位置、航拍影像圖、現(xiàn)場(chǎng)圖等大量現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行管理查詢，能夠?yàn)閲鴥?nèi)外交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查提供借鑒。

1 交通事故現(xiàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)獲取

1.1 無人機(jī)航拍技術(shù)

無人機(jī)是指具有動(dòng)力裝置，不載操作人員，攜帶多種設(shè)備，執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛飛行器[12]。根據(jù)飛行器整體構(gòu)造可分為固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)兩大類。固定翼無人機(jī)飛行速度快，航拍范圍廣，工作效率高，但對(duì)工作環(huán)境要求高，必須在空曠的作業(yè)環(huán)境才能發(fā)揮較高的工作效率，對(duì)起飛和降落要求高，不夠靈活[13]；旋翼無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活性，起飛降落要求場(chǎng)地空間不大，航飛高度較低，可以懸停，還能按照預(yù)設(shè)的航線實(shí)現(xiàn)各類不同需要的飛行效果，適合對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速信息獲取[14-15]。因此，本文采用“DJI Inspire 4”型四旋翼無人機(jī)，其飛行性能強(qiáng)，容易操控且安全平穩(wěn)。

在交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查中，無人機(jī)攝像頭可獲取大范圍的影像，有助于事故勘查取證并進(jìn)行事故分析、責(zé)任認(rèn)定。運(yùn)用無人機(jī)航拍技術(shù)，在事故現(xiàn)場(chǎng)短短幾分鐘的勘查，可獲取必要數(shù)據(jù)，并使道路快速恢復(fù)暢通，在交通事故多發(fā)地區(qū)，往往容易引起連環(huán)事故，嚴(yán)重地會(huì)導(dǎo)致交通封閉，一旦事故發(fā)生，需耗費(fèi)較長時(shí)間及大量人力、物力來解決，而無人機(jī)則可快速完成事故現(xiàn)場(chǎng)勘查，從而大大節(jié)省時(shí)間。

1.2 事故現(xiàn)場(chǎng)信息采集

1.2.1 事故現(xiàn)場(chǎng)踏勘

本文的交通事故現(xiàn)場(chǎng)是模擬一個(gè)校園內(nèi)十字路口處，無紅綠燈，車流量小，其路口處存在視線遮擋，屬于典型的交通事故易發(fā)現(xiàn)場(chǎng)。布置一輛白色面包車與一輛藍(lán)色小轎車在道路碰撞，模擬兩車發(fā)生刮擦場(chǎng)景。無人機(jī)航拍對(duì)天氣要求比較嚴(yán)格，晴朗的天氣在很大程度上可確保影像成果的質(zhì)量。云層的厚度、太陽光照的強(qiáng)度、空氣能見度等均是影響航拍影像成果質(zhì)量的重要因素。避免大雨大風(fēng)天氣，適合航拍的晴天有助于提高航拍影像質(zhì)量。

因此，在獲取影像數(shù)據(jù)前需做好準(zhǔn)備工作，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘。首先，查看交通事故現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的地形地勢(shì)以及天氣狀況。城市地區(qū)道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)周圍大都有建筑物，需要注意查看是否有較高層建筑物影響無人機(jī)的航行；在山區(qū)，需注意周圍的高山等山脈是否影響無人機(jī)飛行；其次，踏勘確定無人機(jī)的起降地點(diǎn)。無人機(jī)起飛地點(diǎn)有條件要求，盡量選擇平坦的空曠場(chǎng)地作為無人機(jī)起降地點(diǎn)，遠(yuǎn)離高壓電線、高層建筑物、高大樹木、大型廣告牌等可能對(duì)無人機(jī)起飛造成干擾的障礙物；最后，還要對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)速進(jìn)行測(cè)定，正常情況下無人機(jī)可抵抗6級(jí)風(fēng)速，超過限制風(fēng)速會(huì)對(duì)無人機(jī)飛行造成干擾，可能發(fā)生危險(xiǎn)，要確保在安全的風(fēng)速限度內(nèi)工作。

1.2.2 影像數(shù)據(jù)獲取

無人機(jī)航拍獲取數(shù)據(jù)主要包括資料收集與整理、航行場(chǎng)地選擇、航行方案設(shè)計(jì)、起飛前和降落飛行設(shè)備系統(tǒng)檢查、航行質(zhì)量監(jiān)控、影像質(zhì)量檢查及航行資料整理等，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)獲取流程

無人機(jī)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集過程如下：① 航拍工作前需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作，確保無人機(jī)智能電池、顯示器等充滿電量，并確保螺旋槳、陀螺儀等各部分安全，特別是無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)作為無人機(jī)的重要組成部分，需保證其工作安全；② 確定無人機(jī)起飛場(chǎng)地。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，本次無人機(jī)起降地點(diǎn)選在道路邊緣的空曠平坦草坪上；③ 進(jìn)行無人機(jī)航行路徑的規(guī)劃，確定航拍范圍及架次以及航行的順序。本文采用Altizure APP軟件控制“DJI inspire4”四旋翼無人機(jī)的航行路線。在航行路線規(guī)劃中設(shè)定無人機(jī)航線路徑、起降地點(diǎn)、航行高度、無人機(jī)航行速度等參數(shù)，界面如圖2所示；④ 無人機(jī)航行質(zhì)量監(jiān)控。在飛行中需進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括航行高度、航行速度、航行軌跡等；⑤ 影像質(zhì)量的檢查。在無人機(jī)影像數(shù)據(jù)獲取后及時(shí)查看數(shù)據(jù)質(zhì)量成果，以及無人機(jī)是否受損等。

圖2 采用Altizure APP設(shè)置無人機(jī)航線界面

2 事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查制圖

2.1 事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理

本文采用Pix 4Dmapper軟件來快速、高精度地生成數(shù)據(jù)測(cè)區(qū)完整的影像。主要步驟為：

1) 原始資料數(shù)據(jù)的獲取。檢查影像數(shù)據(jù)是否完整、影像的POS數(shù)據(jù)是否齊全，保證影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性，避免存在不合格的影像圖，檢查影像的經(jīng)度、緯度和高程可靠性；

2) 建立新工程并導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)。導(dǎo)入無人機(jī)航拍的遙感影像圖，影像經(jīng)緯度、姿態(tài)角以及數(shù)碼相機(jī)信息，并設(shè)置影像的坐標(biāo)系為“WGS84(經(jīng)緯度)坐標(biāo)系”且?guī)в蠵OS數(shù)據(jù)。

3) 影像空間三角解算。完成新工程的創(chuàng)建后，開始運(yùn)行影像數(shù)據(jù)處理，會(huì)根據(jù)導(dǎo)入的影像圖及影像圖信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別處理，可進(jìn)行影像圖空中三角測(cè)量，并獲取各個(gè)影像的外方位元素。影像圖進(jìn)行空中三角解算相應(yīng)的坐標(biāo)信息，如圖3所示。

圖3 空中三角測(cè)量解算

4) 生成影像圖處理質(zhì)量報(bào)告。無人機(jī)航拍的遙感影像圖經(jīng)過處理后可生成質(zhì)量報(bào)告，輸出一份PDF文件。在質(zhì)量報(bào)告中，重點(diǎn)查看數(shù)據(jù)集和相機(jī)的參數(shù)優(yōu)化質(zhì)量這2項(xiàng)指標(biāo)。本次的數(shù)據(jù)處理結(jié)果中，相機(jī)的初始焦距與空間三角形處理運(yùn)行結(jié)果得到的相機(jī)焦距兩者之間的差值為2.77%，小于5%。相機(jī)模型無錯(cuò)誤，成果質(zhì)量合格。

5) 自動(dòng)生成DSM模型，進(jìn)行影像校準(zhǔn)拼接。該軟件根據(jù)空中三角測(cè)量計(jì)算出影像的內(nèi)外方位元素和交通事故現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的測(cè)區(qū)的數(shù)字表面模型(Digital Surface Model,DSM)，對(duì)無人機(jī)遙感影像進(jìn)行正射影像校正，經(jīng)校正后生成具有真實(shí)地理坐標(biāo)的正射投影影像圖；并對(duì)各個(gè)遙感影像圖進(jìn)行鑲嵌,生成完整的正射影像圖數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map,DOM)。本次事故現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字表面模型DOM和DSM概略如圖4所示。

圖4 DOM和DSM概略圖

2.2 事故現(xiàn)場(chǎng)圖繪制

在交通事故的勘查中，交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖的繪制必不可少。交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖主要有現(xiàn)場(chǎng)記錄圖和現(xiàn)場(chǎng)比例圖。現(xiàn)場(chǎng)記錄圖重點(diǎn)描述交通事故現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，包括交通肇事車輛及相關(guān)車輛人員，現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)物品等的位置?，F(xiàn)場(chǎng)比例圖能更加具體、準(zhǔn)確地表現(xiàn)出事故現(xiàn)場(chǎng)，整齊細(xì)致地依照規(guī)范的圖形表示符號(hào)按一定比例繪制交通事故現(xiàn)場(chǎng)平面圖。交通事故現(xiàn)場(chǎng)的比例是指圖中的線性元素的尺寸與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中對(duì)應(yīng)的尺寸之比。把交通事故現(xiàn)場(chǎng)中的道路線、地面物體、車輛人員、地面痕跡以及它們彼此之間的距離依照一定比例，縮小顯示到圖紙上，通常選用1∶500、1∶200等比例尺，根據(jù)實(shí)際情況決定。

2.2.1 事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖的繪制

事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖是指在進(jìn)行交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)，重點(diǎn)描述事故現(xiàn)場(chǎng)周圍的環(huán)境狀況，對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、車輛形態(tài)，有關(guān)車輛、人員、物體、痕跡的位置及相互關(guān)系的圖形標(biāo)記。事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖繪制是在ArcGIS軟件中目視解譯完成。首先，將處理后的交通事故現(xiàn)場(chǎng)正射影像圖導(dǎo)入ArcGIS軟件；其次，建立MDB數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫下新建交通事故現(xiàn)場(chǎng)各類信息的要素類，如圖5所示。交通事故現(xiàn)場(chǎng)各要素主要有：道路邊界線、路燈要素、道路排水蓋要素、事故車輛要素、車輛行駛軌跡要素、房屋建筑要素、道路綠化要素等；在軟件中可根據(jù)正射影像圖，對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的各類相關(guān)信息包括道路邊線、交通設(shè)施、路燈設(shè)備、事故車輛等要素進(jìn)行矢量化提取，最終得到交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖的快速繪制，如圖6所示。

圖5 建立交通事故現(xiàn)場(chǎng)各要素MDB數(shù)據(jù)庫

圖6 交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖

2.2.2 事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖的繪制

在交通事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖的繪制中，現(xiàn)場(chǎng)定位是關(guān)鍵的一步?，F(xiàn)場(chǎng)定位包括現(xiàn)場(chǎng)的方位、道路走向及各個(gè)目標(biāo)對(duì)象的幾何空間位置?，F(xiàn)場(chǎng)定位可通過方向的確定、基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線的選取、建立坐標(biāo)系等方式來實(shí)現(xiàn)。交通事故現(xiàn)場(chǎng)方向定位中最主要的是確定道路邊線的走向。在圖上標(biāo)明正北方向，確定道路線段與正北方向的角度，就完成了道路的定向。同時(shí)，在事故現(xiàn)場(chǎng)選取幾個(gè)特殊地物作為基準(zhǔn)點(diǎn)來確定車輛、人員與基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置。基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)就近選擇，方便量算距離并標(biāo)注，選取長久有效、結(jié)實(shí)牢靠的點(diǎn)位，比如道路里程碑、路邊電線桿、路燈、交通指示桿等。其次，確定基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線往往是選取道路兩條邊線或道路邊的路沿實(shí)線。通過基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線，可對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的車輛進(jìn)行定位，明確物體與基準(zhǔn)線的距離。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同情況可采取不同的定位方法，定位方法有：直角坐標(biāo)定位法、交會(huì)定位法、三邊定位法、三角定位法和極坐標(biāo)定位法等。應(yīng)根據(jù)具體情況選取最合適的方法。本文通過交會(huì)法進(jìn)行事故車輛的定位。本文事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖是采用AutoCAD開發(fā)的CASS軟件進(jìn)行繪制。首先，在CASS軟件中導(dǎo)入交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖，同時(shí)根據(jù)勘查人員在交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)，按照一定的交通事故現(xiàn)場(chǎng)符號(hào)和制圖比例尺對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)各目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行定位，最后繪制交通事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖，如圖7所示。

圖7 道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖

從本次交通事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖可得以下信息：

1) 根據(jù)事故車輛剎車的痕跡及車輪方向等因素，可判斷并具體地繪制出兩輛事故車輛的行車軌跡及方向，便于勘查人員快速進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)分析。

2) 從圖中可觀察：此道路十字路口左上方向路口寬度最小僅為7.5 m，同時(shí)在道路左邊存在大量綠化植被，道路路口通視率低，最終可判斷兩車輛在道路左拐彎時(shí)，因路面過窄以及視線遮擋而造成碰撞刮擦車禍的情況。

3) 從圖中可具體量測(cè)得到藍(lán)色小車右上方頂點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)B的距離為6.649 m，右下方頂點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)B的距離為6.647 m；白色面包車左上方頂點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)C的距離為8.401 m，左下方頂點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)A的距離為4.842 m。通過基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)線及方位距離，可精確確定出事故車輛的具體點(diǎn)位。

4) 從圖中還可精確提取道路排水蓋及井蓋的位置坐標(biāo)及寬度大小，同時(shí)獲取道路兩旁的綠化準(zhǔn)確區(qū)域，為交通現(xiàn)場(chǎng)事故進(jìn)行事故原因分析提供精確的數(shù)據(jù)來源和支撐。

2.3 效益對(duì)比

通過無人機(jī)航拍獲取事故現(xiàn)場(chǎng)影像數(shù)據(jù)，可快速制圖，大大提高交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效益，具有極大的優(yōu)越性和效益性?；跓o人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)間，由傳統(tǒng)人工勘查的30 min縮短至約8 min；同時(shí)，無人機(jī)航拍技術(shù)可獲取地面人員難以獲取的俯視角，使交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)更為豐富，更具完整性。此外，無人機(jī)航拍技術(shù)獲取事故現(xiàn)場(chǎng)影像圖還可避免數(shù)據(jù)漏測(cè)、測(cè)錯(cuò)，其數(shù)據(jù)可二次查驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集與處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，數(shù)據(jù)客觀、精確，減少了人力和物力。無人機(jī)航拍技術(shù)與傳統(tǒng)交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查方法的對(duì)比，如表1所示。

表1 交通事故勘查方法對(duì)比

3 交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查歸檔系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)功能組成

通過無人機(jī)航拍獲取事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并快速精確地獲取交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，可大大提高現(xiàn)場(chǎng)勘查的效益。利用無人機(jī)航拍技術(shù)，可獲取交通事故發(fā)生位置、航拍影像圖、現(xiàn)場(chǎng)圖等大量現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)。因此，交通事故管理人員對(duì)于交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查繁重的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔管理有迫切的需求。本文研究的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)的歸檔系統(tǒng)操作簡單，不僅可快速進(jìn)行交事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)和分析結(jié)果的完整錄入管理以及各數(shù)據(jù)的精確查詢，便于事故管理人員的數(shù)據(jù)管理，還可為制定降低交通事故措施提供數(shù)據(jù)來源支撐。本研究系統(tǒng)的功能主要有：

1) 對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集與存儲(chǔ)、修改及添加。交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖、現(xiàn)場(chǎng)比例圖等勘查數(shù)據(jù)導(dǎo)入，以及交通事故現(xiàn)場(chǎng)天氣、時(shí)間、地點(diǎn)及周圍環(huán)境的輸入。

2) 信息的查詢與反饋，以及交通事故分析結(jié)果的輸出，包括交通事故發(fā)生原因的分析和改進(jìn)措施的輸出。

3) 數(shù)據(jù)庫信息更新。對(duì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)的勘查處理結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，并檢驗(yàn)勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性。進(jìn)行勘查數(shù)據(jù)歸檔的不斷更新，為交通事故管理人員提供更全面、完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，也為道路交通安全的分析提供依據(jù)。

交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查歸檔系統(tǒng)中數(shù)據(jù)多樣，包括地圖、事故現(xiàn)場(chǎng)的航拍正射影像圖、視頻文字記錄。交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)具有重要性，表現(xiàn)在數(shù)據(jù)透明公正、保護(hù)權(quán)益、二次調(diào)檔，特別是重大交通事故，保證有充分的信息。交通事故勘查數(shù)據(jù)歸檔是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，主要是其數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)系密切，而GIS又具有功能齊全的空間數(shù)據(jù)分析和與專業(yè)模型相結(jié)合的能力。因此，結(jié)合 GIS技術(shù)開發(fā)歸檔系統(tǒng)，為事故分析提供可視化信息，為事故責(zé)任認(rèn)定提供可視化判定參考，具有重要的實(shí)際意義。鑒于現(xiàn)有成熟系統(tǒng)開發(fā)較少，基于GIS技術(shù)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查歸檔系統(tǒng)仍需不斷深化研究。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 需求設(shè)計(jì)

本文的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查歸檔系統(tǒng)研發(fā)的主要目的是統(tǒng)一歸類管理交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)。① 將每一起交通事故現(xiàn)場(chǎng)的編號(hào)、無人機(jī)航拍的正射影像圖、交通事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖、事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖、現(xiàn)場(chǎng)記錄的信息以及視頻等信息采集到該系統(tǒng)；② 通過信息采集，使各類事故勘查信息整合在一起，可進(jìn)行分類查詢管理，有助于每一次交通事故勘查結(jié)果的管理和整合歸檔入庫；③ 還可對(duì)勘查的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)下載及查詢，包括事故現(xiàn)場(chǎng)視頻等；④ 在交通事故信息核查欄中，可確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)勘查信息是否完整，勘查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

3.2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)的功能模塊，主要定位在數(shù)據(jù)信息采集、瀏覽查詢與數(shù)據(jù)管理功能上，具體包括遙感圖像瀏覽、數(shù)據(jù)分類查詢、圖形數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。根?jù)系統(tǒng)功能的總體設(shè)計(jì)，可將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)部分：

1) 事故信息模塊:可進(jìn)行數(shù)字化圖形處理，完成對(duì)無人機(jī)遙感影像圖、交通事故記錄圖、現(xiàn)場(chǎng)圖，事故現(xiàn)場(chǎng)車輛、行人信息的導(dǎo)入采集，是快速處理道路交通事故的前提和保障。

2) 事故管理模塊：用于實(shí)現(xiàn)交通事故勘查數(shù)據(jù)的管理?？蓪?duì)交通事故勘查結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分類查詢及瀏覽，實(shí)現(xiàn)三維模型的管理；還可進(jìn)行勘查結(jié)果編輯，并驗(yàn)證勘查結(jié)果是否準(zhǔn)確等。

3) 數(shù)據(jù)傳輸模塊：主要是數(shù)據(jù)圖像的處理傳輸、數(shù)據(jù)庫更新，分析出事故原因并進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，最后實(shí)現(xiàn)道路交通事故處理結(jié)果的輸出。根據(jù)已知結(jié)果可分析找出車輛的安全性和道路安全建設(shè)的最佳方案。事故現(xiàn)場(chǎng)勘查歸檔系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)，如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)的功能模塊

總之，根據(jù)系統(tǒng)功能需求，設(shè)計(jì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查歸檔系統(tǒng)能夠?qū)煌ㄊ鹿尸F(xiàn)場(chǎng)記錄圖、現(xiàn)場(chǎng)比例圖、無人機(jī)遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行整合管理，通過多種數(shù)據(jù)類型相結(jié)合，使系統(tǒng)具備完整性和多樣性。同時(shí)，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模塊上，還可審核驗(yàn)證事故勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性等。

3.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)選擇：為達(dá)到項(xiàng)目需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用Window操作系統(tǒng)、PC設(shè)備、ArcGIS Engine Runtime作為當(dāng)前的計(jì)算機(jī)硬件以及軟件運(yùn)行的操作平臺(tái)。

應(yīng)用環(huán)境選擇：系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中心以及將ArcGIS二次開發(fā)工具與Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)使用以達(dá)到系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)需求。

應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為事故信息模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊三大模塊，通過將功能需求進(jìn)行合理化的分配，使得系統(tǒng)功能模塊化具有完整性。

圖形界面設(shè)計(jì)：在此方面系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照簡潔、直觀且功能完善的操作界面原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，在滿足工作人員完成基本操作的同時(shí)，以簡潔直觀的方式來減少工作人員的工作量。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過多方面分析考慮后，選擇Microsoft Access數(shù)據(jù)庫、ArcGIS Engine二次開發(fā)工具、Visual Studio平臺(tái)、ArcGIS 10.2運(yùn)行環(huán)境來滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。建筑物外立面施工監(jiān)管GIS平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3 系統(tǒng)分析查詢

3.3.1 數(shù)據(jù)信息獲取

事故現(xiàn)場(chǎng)信息基本數(shù)據(jù)包括矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)，其中矢量數(shù)據(jù)的專題類型分為事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖、事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖等，其所對(duì)應(yīng)的專題要素存在道路、車輛、建筑，且還可具體到路燈、井蓋等信息；柵格數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字遙感影像圖、沿線航拍影像等資料。

1) 事故信息獲取界面模塊：系統(tǒng)主界面顯示事故現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的遙感影像圖，用戶可對(duì)選定的地圖進(jìn)行瀏覽、放大、縮小、漫游、圖層選擇等操作。系統(tǒng)加載影像代碼如下所示：

private void LoadMapDocument()

{

string MapPath=Environment.CurrentDirectory+"裁剪影像cjyx.mxd";

axMapControl1.LoadMxFile(MapPath,0,Type.Missing);

axMapControl1.Extent=axMapControl1.FullExtent;

}

在系統(tǒng)的事故信息獲取界面模塊，用戶可以選擇查看交通事故現(xiàn)場(chǎng)的區(qū)域，點(diǎn)擊交通事故現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)位，系統(tǒng)將顯示交通事故現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的無人機(jī)遙感影像圖。圖10為系統(tǒng)影像界面模塊操作圖。在影像界面操作時(shí)，通過點(diǎn)擊交通事故現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位坐標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)在影像的相關(guān)位置生成圓形標(biāo)記，并跳轉(zhuǎn)至交通事故具體現(xiàn)場(chǎng)的GIS數(shù)據(jù)庫。

圖10 系統(tǒng)影像界面模塊操作圖

2) 數(shù)據(jù)管理模塊：該模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)界面模塊中的數(shù)據(jù)及交通事故現(xiàn)場(chǎng)航拍正射影像圖、事故現(xiàn)場(chǎng)圖、事故實(shí)景記錄圖等的編輯錄入與導(dǎo)出。在數(shù)據(jù)管理下拉選項(xiàng)有數(shù)據(jù)導(dǎo)入按鈕，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入對(duì)話框中填寫交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查相關(guān)數(shù)據(jù)信息，主要有交通事故編碼、道路名稱、事發(fā)地點(diǎn)、天氣狀況、具體時(shí)間、道路材質(zhì)，添加現(xiàn)場(chǎng)航拍圖、實(shí)景記錄圖以及事故現(xiàn)場(chǎng)圖，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)導(dǎo)入彈出對(duì)話框，如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)信息獲取

3.3.2 數(shù)據(jù)分析查詢

在交通事故勘查數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，對(duì)于交通事故數(shù)據(jù)檔案可通過分類查詢來獲取。查詢方法有：基于“交通事故編碼”查詢和基于“道路名稱”查詢兩種方法。在基于“交通事故編碼”查詢法中，通過輸入交通事故編碼“2017042501”進(jìn)行查詢，可以快速準(zhǔn)確地查詢到該次交通事故的完整數(shù)據(jù)檔案，包括該事故的發(fā)生地點(diǎn)、事發(fā)天氣、事發(fā)時(shí)間、道路材質(zhì)、事故現(xiàn)場(chǎng)航拍圖、事故現(xiàn)場(chǎng)記錄圖以及事故現(xiàn)場(chǎng)比例圖等，如圖12(a)所示。

通過輸入道路名稱“理工路”進(jìn)行查詢，可以查詢到在理工路發(fā)生的有記錄的各類交通事故的完整有數(shù)據(jù)檔案，如圖12(b)所示。目前記錄的兩次發(fā)生在理工路的交通事故，可對(duì)各事故現(xiàn)場(chǎng)各要素進(jìn)行瀏覽查看，非常完整、準(zhǔn)確，同時(shí)還可對(duì)發(fā)生在同一位置的不同道路交通事故進(jìn)行對(duì)比，得出事故發(fā)生的原因并進(jìn)行分析總結(jié)，提出道路交通安全措施。由以上可以得出：通過數(shù)據(jù)界面的查詢功能，操作方便快捷，同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與查詢，提高數(shù)據(jù)的高效利用。

3.3.3 驗(yàn)證勘查結(jié)果

在交通事故現(xiàn)場(chǎng)檔案數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行分類查詢數(shù)據(jù)信息的過程中，交通事故管理人員還可在交通事故信息核查欄中，檢查交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的信息是否完整，勘查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確等，并作出成果確認(rèn)管理，從而解析找出車輛的安全性和道路安全建設(shè)的最佳的方案。此外，在交通事故數(shù)據(jù)檔案系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，不僅可進(jìn)行分類查詢，還可查看現(xiàn)場(chǎng)航拍影像圖、交通事故記錄圖、交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，以及完整的交通事故現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景圖和事故現(xiàn)場(chǎng)視頻。交通事故現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景圖和事故現(xiàn)場(chǎng)照片及視頻等資料具有下載選項(xiàng)，便于事后交通勘查人員進(jìn)行交通綜合分析。詳細(xì)數(shù)據(jù)顯示如圖13所示。

圖12 交通事故分析查詢

圖13 交通事故勘查管理

4 結(jié)束語

本文利用無人機(jī)航拍獲取交通事故現(xiàn)場(chǎng)航拍影像圖，大大縮短交通事故的現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)間，避免傳統(tǒng)測(cè)量方法中存在的測(cè)錯(cuò)、少測(cè)及無法二次查驗(yàn)的不足。以交通事故現(xiàn)場(chǎng)為研究對(duì)象，基于無人機(jī)拍攝的高分辨率正射影像，在ArcGIS和CASS軟件中處理繪制交通事故現(xiàn)場(chǎng)圖，并在勘查時(shí)間、精度等方面與傳統(tǒng)方式進(jìn)行對(duì)比。在ArcGIS Engine Runtime 等平臺(tái)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)，對(duì)事故發(fā)生的位置、航拍影像圖、現(xiàn)場(chǎng)圖等大量現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行管理查詢，為國內(nèi)外交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速勘查提供應(yīng)用借鑒。目前存在的問題有：交通事故現(xiàn)場(chǎng)車輛的側(cè)面存在部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。今后的發(fā)展方向是：結(jié)合地面三維激光掃描等技術(shù)，構(gòu)建天地一體化勘查系統(tǒng)以便更加完整地進(jìn)行交通事故現(xiàn)場(chǎng)的勘查信息獲取。

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(責(zé)任編輯陳 艷)

RapidMappingofTrafficAccidentSceneandArchiveSystemConstructionBasedonUAVAerialTechnology

ZHENG Yuanmao1, HE Yuanrong1, LENG Peng2a,2b, YAO Chengxin1

(1.Xiamen University of Technology, Xiamen 361024, China; 2.a.Provincial Spatial Information Engineering Research Center; b.Key Laboratory of Spatial Data Mining and Information Sharing of Ministry of Education, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China)

This paper studies traffic accident scene exploration as the research object, based on a low UAV photograph of a high resolution orthogonal projection like in ArcGIS and CASS software processing map simulation of traffic accident scene, and the measuring time and precision are compared with traditional methods such as analysis, to explore a huge advantage of UAV at the scene of the accident. In addition, in ArcGIS Engine Runtime platforms such as basis, the design of traffic accident scene data management system, the accident location, aerial image, the scene graph, we classify a large number of field exploration data management and analyze the query. The results show that the UAV is applied in traffic accident field method and the formation of the system not only is improved in the traffic accident scene fast mapping, shortening the time of accident investigation, but also facilitates the management of the exploration data query, which provides experience for reference for traffic accident scene fast exploration at home and abroad.

UAV; traffic accident scene; rapid cartography; visual studio platforn; filing system

2016-07-12

國家自然基金面上項(xiàng)目(41574011)；福建省自然基金面上項(xiàng)目(2016J01199)；廈門理工學(xué)院研究生科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(YKJCX2016015)

鄭淵茂(1991—)，男，福建漳州人，碩士研究生，主要從事無人機(jī)、三維激光掃描技術(shù)及應(yīng)用研究，E-mail：zhengyuanmao@yeah.net；通訊作者 何原榮(1977—)，男，福建漳州人，教授，主要從事地圖制圖學(xué)與地理信息工程研究，E-mail:heyuanrong@126.com。

鄭淵茂，何原榮，冷鵬，等.基于無人機(jī)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)快速制圖及歸檔系統(tǒng)構(gòu)建[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(11):146-155.

formatZHENG Yuanmao, HE Yuanrong, LENG Peng, et al.Rapid Mapping of Traffic Accident Scene and Archive System Construction Based on UAV Aerial Technology[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):146-155.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.022

TP391

A

1674-8425(2017)11-0146-10