(1.榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 榆林 719000；2.長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，西安 710064)

0 引言

伴隨著目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，全國(guó)機(jī)動(dòng)車的擁有量穩(wěn)步增長(zhǎng)，汽車帶來(lái)舒適效應(yīng)的同時(shí)，也給人們帶來(lái)一些負(fù)面效益，這些負(fù)面效應(yīng)主要是交通事故發(fā)生率較高。隨著交通肇事逃逸現(xiàn)象發(fā)生頻率逐年快速上升，給交警部門帶來(lái)錯(cuò)綜復(fù)雜的肇事逃逸案件，在每期逃逸案件偵破中，現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)是關(guān)鍵工作，勘驗(yàn)的主要體現(xiàn)在痕跡物證，痕跡物證是推斷事故發(fā)生的過(guò)程、分析處理事故的重要證據(jù)。痕跡物證的勘驗(yàn)在交通事故分析處理中具有舉足輕重的意義，因此，研究現(xiàn)場(chǎng)遺留下的痕跡物證是交通安全工作者當(dāng)前緊迫的任務(wù)[1-2]。

本文首先分析了車型與原廠車輛輪胎花紋的匹配、事故輪胎痕跡的特征分析及技術(shù)分析；其次通過(guò)試驗(yàn)車輛輪胎痕跡實(shí)驗(yàn)和事故輪胎痕跡，建立車輛資料數(shù)據(jù)庫(kù)、輪胎數(shù)據(jù)庫(kù)和輪胎痕跡數(shù)據(jù)庫(kù)，并同時(shí)研發(fā)了車輛輪胎痕跡管理系統(tǒng)軟件；利用該軟件和現(xiàn)場(chǎng)鑒別輪胎痕跡特征，找出嫌疑最大的幾種車型，從而縮小嫌疑車輛范圍。

1 車型與輪胎花紋的分析

分析不同車型與原廠輪胎的匹配，建立數(shù)據(jù)庫(kù)(如圖1)存儲(chǔ)各種車型與輪胎痕跡的基本信息，包括輪胎痕跡圖像存儲(chǔ)地址、輪胎痕跡花紋型號(hào)、輪胎規(guī)格、車輛型號(hào)、車輛名稱以及輪胎生產(chǎn)廠家等基本信息，有利于查找符合條件的嫌疑車輛，讓數(shù)據(jù)庫(kù)中的輪胎痕跡圖像與現(xiàn)場(chǎng)輪胎痕跡圖像進(jìn)行比對(duì)，從而縮小追查范圍[3]。

圖1 不同車型與輪胎痕跡信息匹配表

2 輪胎痕跡的鑒別方法

輪胎痕跡的鑒別是利用輪胎痕跡特征來(lái)鑒別車型，將車輛輪胎痕跡的部分特征提取出來(lái)，然后根據(jù)實(shí)地勘測(cè)情況進(jìn)行分析、研究，最終找出結(jié)論，然后進(jìn)行歸類識(shí)別。輪胎痕跡鑒別的信息有車輛的軸距、輪距、輪胎溝數(shù)以及輪胎痕跡的寬度、痕跡花紋及特性等內(nèi)容。具體鑒別流程方法如圖2所示。

圖2 輪胎痕跡的鑒別方法

3 輪胎痕跡的特征分析

道路交通事故中的地面痕跡主要是指輪胎在地面上做不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)留下的印跡，一般我們將汽車輪胎在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的痕跡分為：滾印、壓印、拖印和側(cè)滑印四大類[4-5]。現(xiàn)對(duì)這4種輪胎痕跡特征進(jìn)行分析(如表1所示)。

表1 輪胎痕跡特征分析

4 輪胎痕跡的技術(shù)分析

根據(jù)輪胎痕跡的技術(shù)分析，能夠找出嫌疑車輛，從而能有效的縮短破案時(shí)間，為公安人員提供極大的方便。

4.1 車輛行駛速度的計(jì)算

4.2 根據(jù)制動(dòng)痕跡判斷事故碰撞點(diǎn)

車輛發(fā)生碰撞時(shí)，在撞擊力的作用下，兩車都會(huì)不同程度的偏離了原來(lái)的行駛路線，此過(guò)程中痕跡必然產(chǎn)生突變點(diǎn)。正常情況，痕跡突變點(diǎn)變清晰可見。結(jié)合車輛受損部位與地面上痕跡的空間位置關(guān)系，可以推斷出這起交通事故發(fā)生的碰撞點(diǎn)。

4.3 追緝逃逸車輛

通常不同車輛其輪胎型號(hào)和花紋各盡不同車輛輪胎的磨損情況也不近相同，以及輪胎損失面也不同，可見完全相同的輪胎絕無(wú)僅有。因此，事故現(xiàn)場(chǎng)遺留的輪胎痕跡與嫌疑車輛的輪胎痕跡進(jìn)行比較分析，如果輪胎痕跡的寬度、花紋印跡、磨損情況等與嫌疑車輛的輪胎印跡比對(duì)相同，那就可斷定該車是肇事逃逸車輛。

4.3.1 車輛類型的判斷

1)根據(jù)車輛在地面留有痕跡情況確定車輪。如三輪兩輪的車輛多為摩托車、人力車或農(nóng)用機(jī)動(dòng)車等；四輪及以上的多為汽車。

2)根據(jù)輪胎印跡推斷胎面寬度和花紋形狀。

3)根據(jù)輪印跡測(cè)量車輪的軸距和輪距。

4.3.2 判斷行駛方向的判斷

1)根據(jù)塵土分布走向推斷車輛行駛方向

橫向花紋的輪胎在硬質(zhì)路面行時(shí)，塵土花紋將在路面上產(chǎn)生，花紋因車速的不同而變化。車輛在行駛過(guò)程中會(huì)在輪胎后方產(chǎn)生空氣渦流，使地面上的輪胎痕跡前進(jìn)方向上的力的牽拉。當(dāng)車速較慢時(shí)，空氣渦流比較小，輪胎痕跡呈現(xiàn)出弧狀，痕跡聚集的方向一般為車輛的逃逸方向；如車速較快時(shí)，車輪背后的空氣渦流很大，在滾動(dòng)力的張力作用下，輪胎痕跡塵土花紋形成扇形或掃把掃過(guò)的痕跡，其車輛逃逸方向?yàn)樯刃蔚牡锥朔较颉?/p>

2)轉(zhuǎn)彎處的摩擦痕跡判斷行駛方向。

車輛在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下將產(chǎn)生離心力，如果轉(zhuǎn)速較快，車輛將向外側(cè)傾斜，輪胎產(chǎn)生的痕跡多是平行的斜線。相互平行的線條之間的距離為輪胎凸出花紋的寬度相同。當(dāng)車輛在較快的速度回轉(zhuǎn)時(shí)，剛開始轉(zhuǎn)彎后輪的痕跡在外側(cè)，前輪的痕跡在內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)彎結(jié)束時(shí)，前輪的痕跡在外，后輪的痕跡在內(nèi)側(cè)。

3)制動(dòng)痕跡判斷車輛行駛方向。當(dāng)肇事車輛在緊急制動(dòng)時(shí)，痕跡花紋隨著制動(dòng)的增大將逐漸變得模糊，印痕逐漸加重，印跡逐漸加重的方向是車輛逃逸遠(yuǎn)離的方向。當(dāng)車輛在松軟路面制動(dòng)時(shí)，印跡產(chǎn)生凹陷并形成停止痕跡。當(dāng)車輛急速啟動(dòng)，輪胎下面的沙土產(chǎn)生隆起，形成啟動(dòng)痕跡，該痕跡便是汽車的前進(jìn)方向。

5 輪胎痕跡寬度分析

5.1 實(shí)驗(yàn)車輛測(cè)試

在長(zhǎng)安大學(xué)汽車性能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地分別對(duì)測(cè)試的兩輛車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以瀝青路面和水泥路面做試驗(yàn)場(chǎng)地如圖3所示。測(cè)試車輛的型號(hào)分別為DHW7180B和 BJ2023CHD6，測(cè)量它們?cè)诓煌臍鈮?、車速和?fù)載(空載和滿載)下輪胎痕跡寬度。取其后輪痕跡為研究對(duì)象。查詢國(guó)家《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》標(biāo)準(zhǔn)GB 2978-2008，兩種輪胎的標(biāo)準(zhǔn)氣壓分別為250Kpa和240Kpa，將其作為規(guī)定輪胎的標(biāo)準(zhǔn)氣壓為100%。在對(duì)實(shí)驗(yàn)胎壓的110%、100%和80%的作為試驗(yàn)氣壓[3,7],測(cè)量其數(shù)據(jù)表如表2和表3所示。

圖3 痕跡寬度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量圖

5.2 擬合不同胎壓下輪胎痕跡寬度數(shù)據(jù)

現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)和事故輪胎痕跡寬度分析，得出不同的車速

表3 車輛BJ2023CHD6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)痕跡寬度的影響因子將不同，具體見表4中車輛處于空載和滿載狀態(tài)下時(shí)，給予不同的車速賦予不同的影響因子。

表4 車速對(duì)輪胎痕跡寬度的影響系數(shù)

根據(jù)上述表格中的影響系數(shù)賦值情況，我們能夠計(jì)算得出實(shí)驗(yàn)車輛在空載和滿載下的輪胎痕跡寬度，如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)車輛痕跡寬度

由于實(shí)驗(yàn)測(cè)得空載和滿載狀態(tài)下車輛的輪胎痕跡寬度數(shù)據(jù)有限，作者利用Matlab軟件擬合車輛輪胎痕跡寬度數(shù)據(jù)，增加痕跡寬度的數(shù)據(jù)量分析，主要方法是應(yīng)用最小二乘法[8]增加痕跡寬度數(shù)據(jù)，具體如表6所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)胎壓為85%、90%、95%、105%、110%五組數(shù)據(jù)的增加，現(xiàn)利用二次多項(xiàng)式擬合曲線圖來(lái)分析它們的擬合結(jié)果，根據(jù)擬合曲線圖，我們可以看出擬合后的圖形基本能滿足車輛在不同工作狀態(tài)下輪胎痕跡寬度的分析，具體見擬合圖4所示。

表6 不同胎壓下的輪胎痕跡寬度數(shù)據(jù)

圖4 擬合曲線圖

5.3 不同狀態(tài)下輪胎痕跡寬度的數(shù)據(jù)分析

鑒于車輛輪胎痕跡寬度受載荷和胎壓的影響，寬度的測(cè)量務(wù)必引起一定的誤差，為了減小這些誤差，作者查閱資料分析，將給與車輛在不同胎壓、不同車速和空載滿載時(shí)對(duì)輪胎痕跡寬度的影響[7]因子，具體如表7所示。

表7 車輛在不同狀態(tài)下對(duì)輪胎痕跡寬度的影響因子

作者現(xiàn)利用數(shù)據(jù)加權(quán)平均處理法將對(duì)不同胎壓下輪胎痕跡寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，分析計(jì)算痕跡寬度公式W為：

其中：字母i代表不同胎壓，j代表不同載荷，公式中的αij代表不同狀態(tài)下的輪胎痕跡數(shù)據(jù)；βij代表不同狀態(tài)下的影響系數(shù)，將表6中的輪胎痕跡寬度數(shù)據(jù)和表7中的影響因子系數(shù)代入痕跡寬度公式G中，即可計(jì)算得出車輛輪胎痕跡寬度分別為162.76 mm(車型：DHW7180B)和171.48 mm(BJ2023CHD6 )數(shù)值，再根據(jù)痕跡寬度求出輪胎規(guī)格查找嫌疑車輛。

6 輪胎痕跡系統(tǒng)軟件的開發(fā)

作者用Visual C++6.0開發(fā)本系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是Microsoft的Access，在Windows XP中文版操作系統(tǒng)下來(lái)查詢某一輪胎規(guī)格所有車輛的基本信息，如圖5軟件開發(fā)結(jié)構(gòu)及流程圖所示，進(jìn)而縮小嫌疑車輛范圍。

圖5 軟件開發(fā)結(jié)構(gòu)及流程圖

6.1 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能

該軟件功能具體有管理功能，能夠查詢、修改和錄入車輛的基本信息；車型設(shè)置界面功能能夠確定車輛的類型，縮小車型范圍；車輛管理界面功能能夠查詢車輛基本信息；輪胎痕跡管理功能能夠?qū)崿F(xiàn)車型的設(shè)置、痕跡信息的錄入、痕跡信息的查詢等如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的功能

6.2 本軟件的技術(shù)分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輪胎痕跡的勘測(cè)，先計(jì)算出輪胎痕跡的寬度，進(jìn)而確定逃逸車輛輪胎的斷面寬度的大致尺寸。其次根據(jù)車輛輪胎的特性，分析判斷逃逸車輛類型，從而對(duì)輪胎規(guī)格進(jìn)一步確定。例如：假設(shè)判斷逃逸車輛為轎車，根據(jù)轎車的輪胎特性，大部分車輛的輪胎為子午線輪胎，輪胎規(guī)格的名義斷面寬度數(shù)字均為“5”，從而確定該范圍內(nèi)輪胎規(guī)格名義斷面寬度值。最后，將鎖定的范圍內(nèi)的斷面寬度輪胎數(shù)值輸入信息管理系統(tǒng)中，進(jìn)行查詢符合該條件的所有車輛。

7 輪胎痕跡花紋的鑒別分析

將符合輪胎規(guī)格的嫌疑車輛痕跡與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的痕跡圖像用Matlab軟件進(jìn)行匹配研究，找到相似度較大的幾種輪胎痕跡圖像，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)遺留下的輪胎痕跡特征分析，最后鑒別嫌疑車輛。

7.1 痕跡圖像處理

由于車輛在ABS防抱死系統(tǒng)的作用，難以在地面留有清晰的印跡，作者實(shí)驗(yàn)采集大量的輪胎花紋圖像，建立痕跡圖像數(shù)據(jù)庫(kù)后，與嫌疑車輛輪胎痕跡圖像相匹配。采集后的輪胎痕跡圖像要用Matlab進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括圖像的灰度轉(zhuǎn)換、剪裁、光照不均勻圖像校正、直方位圖像均衡化增強(qiáng)以及圖像二值化與分割等效果處理，具體如圖7所示。

圖7 效果處理圖

7.2 輪胎痕跡圖像的鑒別

利用Access 2000版數(shù)據(jù)庫(kù)與Matlab軟件編寫輪胎痕跡花紋匹配系統(tǒng)，根據(jù)最大熵的灰度值閾值選取法和痕跡圖像黑白點(diǎn)的個(gè)數(shù)的確定，將查找的嫌疑車輛痕跡花紋圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)痕跡花紋圖像進(jìn)行比較，找出較痕跡圖像較相近的車輛輪胎圖像，按照匹配最佳結(jié)果找出肇事逃逸車輛的信息，匹配界面如圖8所示。

圖8 輪胎痕跡圖像匹配界面

7.3 痕跡圖像鑒別結(jié)果

通過(guò)對(duì)嫌疑車輛痕跡圖像與庫(kù)中的痕跡花紋圖像用最大熵值原理與痕跡花紋黑白點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)的比較，找出匹配最佳的的幾種車輛信息，將它們的輪胎花紋型號(hào)、車型號(hào)、輪胎規(guī)格等信息顯示出來(lái)，如圖9所示。

圖9 痕跡圖像匹配結(jié)果

現(xiàn)再對(duì)嫌疑最大的幾種車型進(jìn)行車輛技術(shù)配置參數(shù)分析、現(xiàn)場(chǎng)輪胎痕跡特性分析、現(xiàn)場(chǎng)油漆光譜特性、玻璃碎片等遺留物證的分析，來(lái)鎖定嫌疑車輛。

8 結(jié)論

1)首先分析不同車型與原廠輪胎的匹配，建立數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)各種車型與輪胎痕跡的相關(guān)信息，方便嫌疑車輛信息的查詢，其次提出鑒別輪胎痕跡的方法。

2)通過(guò)對(duì)輪胎痕跡的特征信息分析，可以推斷出不同類型的痕跡其事故車輛前的運(yùn)行狀態(tài)；痕跡技術(shù)的分析能夠計(jì)算出碰撞前車輛的行駛速度、確定事故的碰撞點(diǎn)、判斷逃逸車輛逃跑的方向。

3)本文對(duì)輪胎痕跡寬度進(jìn)行研究。根據(jù)對(duì)輪胎痕跡寬度的測(cè)量、數(shù)據(jù)擬合分析，從而確定輪胎規(guī)格的名義斷面

寬度。再基于VC++平臺(tái)，開發(fā)出車輛痕跡信息管理系統(tǒng)軟件。根據(jù)該軟件查詢符合該條件的車輛輪胎規(guī)格信息，進(jìn)而來(lái)尋找車輛本身的配置參數(shù)、輪胎與對(duì)應(yīng)車型的相關(guān)信息以及等輪胎痕跡的特征等內(nèi)容。

4)利用Matlab軟件建立輪胎痕跡花紋圖像匹配系統(tǒng)，對(duì)事故嫌疑車輛輪胎痕跡與數(shù)據(jù)庫(kù)輪胎痕跡花紋圖像匹配，找出最佳匹配車輛，最后，鎖定嫌疑車輛。