10.16638/jki.1671-7988.2021.07.061
董浩存1，聂中国2
（1.沈阳理工大学，辽宁沈阳110159；2.沈阳佳实司法鉴定所，辽宁沈阳110023）
摘要：文章论述了基于车载式视频图像鉴定道路交通事故中目标车辆行驶速度的基本原理，提出一种依据射影几何学中的交比不变性原理测算目标车辆行驶距离的算法。该算法可以避免因车辆运动轨迹与视频摄录设备镜头光学轴线不垂直而产生的误差，从而提高了目标车辆行驶速度鉴定的精确度。最后根据一个真实案例，探讨了用车载式视频图像进行车辆行驶速度鉴定的方法、步骤以及主要注意事项，可为评价这一鉴定方法的准确性和科学性提供参考。 关键词：道路交通事故；车速鉴定；车载式视频图像；摄影测量；交比
中图分类号：U491.3 文献标识码：Ａ文章编号：1671-7988(2021)07-195-04
Vehicle speed identification based on the videos recorded by mobile video recorder
Dong Haocun1, Nie Zhongguo2
( 1.Shenyang Ligong University, Liaoning Shenyang 110159;
2.Shenyang Jiashi Judicial identification Office, Liaoning Shenyang 110023 )
Abstract: In this paper, we discoursed the basic principle of speed identification of the target vehicle based on the videos recorded by mobile video recorder in a road traffic accident, and further, proposed an algorithm for estimating the driving distance of the target vehicle according to the principle of projective invariant in the projective geometry. The algorithm can avoid the error caused by the movement trajectory of the target vehicle and non-verticality of the lens optical axis of the video recorder, so as to improve the accuracy of the target vehicle speed identification. In addition, we applied our proposed algorithm to a real case to discuss the method, procedure, and main attentions in the identification for the speed of the target vehicle involved in a traffic accident using a mobile video recorder, which can be a reference for evaluating the accuracy and scientific validity of the proposed identification method.
Keywords: Road traffic accident; Vehicle speed identification; Video recorded by mobile video recorder; Photogram -metry; Cross-ratio
CLC NO.: U491.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)07-195-04
引言
火焰电视道路交通事故司法鉴定的关键项目之一，是事故发生瞬间目标车辆行驶速度的鉴定，这是确定事故性质、分析事故原因、认定事故责任的重要依据。近年来，由于在机动车安全运行管理中的法律地位逐步提高，越来越多的各类车载式视频摄录设备被广泛使用[1]，道路交通事故发生的过程以及事故车辆速度的大小和变化，经由视频图像都可得以直观地再现和反映，使得基于车载式视频图像进行道路交通事故中目标车辆行驶速度的鉴定具备了充分的客观条件。由于这种
作者简介：董浩存，就职于沈阳理工大学。
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汽车实用技术
手动风量调节阀
t233196 方法不考虑事故现场的痕迹和物品分布，且起点与终点之间的距离较近，又靠近肇事地点，因此，在道路交通事故司法鉴定的目标车辆行驶速度鉴定中具有一定的实用价值[2-3]，是车辆行驶速度鉴定案例中比例较大的技术途径，已经成为道路交通事故中车辆行驶速度鉴定的重要技术手段[4]。因此，对基于车载式视频图像进行车辆行驶速度鉴定的方法、步骤以及主要注意事项进行探讨是很有必要的。
1 车载式视频图像计算车速的基本原理
1.1 用视频图像计算车速的基本原理
依据国家标准GA/T 1133-2014 《基于视频图像的车辆行驶速度技术鉴定》，基于视频图像鉴定车辆行驶速度可采用两种方法：一是在车辆上选取一个特征点，在道路环境中选取平行于车辆运动方向的两个道路环境参照物，观测车辆上特征点通过两个道路环境参照物之间距离的时间t ，依式得到车辆的平均行驶速度；二是观测车辆上两个特征点通过道路环境中一个道路环境参照物的时间t ，同理进行计算。
目标车辆的行驶时间t ，可由视频图像的帧速率f 直接得到。视频图像的帧速率f ，是指视频格式每秒钟播放的静态画面数量，由此可确定：相邻两帧图像之间的间隔时间为秒，相邻n 帧图像之间的间隔时间为
秒，根据目标车辆
通过参照距离所经过的图像帧数即可获得所用时间。
目标车辆的行驶距离S ，就不一定可由视频图像上经简单计算轻易得到。当目标车辆运动轨迹垂直于视频摄录镜头的光学轴线、平行于成像平面时，可以依据图上尺寸与实际
尺寸成正比的关系，经计算得到准确的目标车辆行驶距离S 。但由于在道路交通事故中，目标车辆运动轨迹往往并不垂直于视频摄录镜头的光学轴线，而是成一拍摄角度，这时采用图上尺寸与实际尺寸成正比的关系计算得到的车辆行驶距离S 就会与真实距离有误差[5-8]，当目标车辆的行驶速度无限逼近交通规定值时，这误差的影响就极其关键了，往往决定着道路交通事故的性质，是不容忽视的。因此，在存在着拍摄视角的视频图像上测算目标车辆行驶距离S 时，应依据射影几何学中的交比不变性原理来计算，以避免拍摄视角的存在而引起的误差，得到真实准确的目标车辆行驶距离S ，获得更加符合实际情况的车辆行驶速度鉴定结果。 1.2 射影几何学中的交比不变性原理
一条三维空间直线上，有A 、B 、C 、
D 四个点，如图1所示，定义A 点和B 点为基础点，C 点和D 点为分隔点。
图1 交比示意图
由分隔点和基础点确定的两个有向线段之比称为简比R ，记为：
工业废渣制砖（1） （2）
一条直线上四个点中两个简比之比即为交比K ，图1中A 、B 、C 、D 四点的交比为：
（3）
共线四点的交比，具有这样的性
质：任意两条直线截同一线束所得
四条直线的交比相等，这就是射影几何学中的交比不变性。
图2 交比不变性
（4）
交比，是射影几何学中的不变量，点列的交比的几何意义是有关角的正弦之比或三角形面积之比，与直线之间有无角度无关，也就是说，任意平面内共线四点在射影后（图像上）尺寸的交比，与射影前（实际中）尺寸的交比相等，因此，在车载式视频图像上采用交比不变性原理计算目标车辆
的行驶距离，可以避免因目标车辆运动轨迹与视频摄录设备
镜头光学轴线不垂直、存在拍摄视角而产生的误差，得到的鉴定结果会更加准确。实际操作中要注意，需要选取三个与目标车辆运动轨迹平行且在同一直线上的车辆特征点或道路环境参照物，并且在同一直线上的这三个点或物对应的现实中的实际间距应为已知。
2 基于车载式视频图像鉴定车辆行驶速度案例
2.1 案情简介及分析
一辆小型白客车在道路上行驶，交警部门要求利用位于其右后方、同方向行驶车辆拍摄到的车载式视频图像，鉴定小型白客车的行驶速度。
由于载有视频摄录设备的车辆距离小型白客车较远且两辆车的行驶速度不同，故需要以安装有车载式视频摄录设备车辆的行驶速度，间接求出目标车辆即小型白客车的行驶速度。
测定车载式视频图像的帧速率f=30帧/秒，在车辆行驶的路面上，第1车行道与第2车行道之间划有白车行道分
董浩存 等：基于车载式视频图像的车辆行驶速度鉴定
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界虚线，分界虚线中的白实线长度L C =4.0m ，分界虚线中前一条实线的尾端与下一条实线的首端之间的间隔长度L j =40m （见图3），目标车辆的轴距L =2.8m ，目标车辆的后悬L R =1.2m 。
2.2 计算载有视频摄录设备车辆的行驶速度V 1
在时间显示为19:16:59秒的第0帧视频图像上，于 1车行道与2车行道之间的车行道分界虚线中的一段白实线段前端设置一根虚拟参照线（见图3），将该虚拟参照线叠加到19:16:59秒的第3帧视频图像上，并到这根虚拟参照线与路面上1、2车行道之间分界线的交点B ，B 点所在这段分界线中白实线的前端为A 、后端为C ，C 点之后分界线间隔的后端为D （见图3）。由视频图像上测得A 、B 、C 、D 四点的交比K 1为：
（5） 如果载有视频摄录设备的车辆在n=3-0=3帧的时间间隔内在路上的实际行驶距离为S 1，根据交比定律可得：
（6）
解得：S 1=1.31m
载有视频摄录设备车辆的行驶速度V 1为：
（7）
图3 虚拟参照线及参照点的设定
2.3 计算目标车辆与载有视频摄录设备车辆之间的相对速度V 2
在时间显示为19:16:59秒的第0帧视频图像上，于目标车辆即小型白客车的右前轮与地面交点处设置一个虚拟参照点F ，并将该虚拟参照点F 叠加到19:16:59秒的第3帧视频图像上（见图3），到目标车辆右前轮与地面交点E 、目标车辆右后轮与地面交点G ，以及目标车辆车身右后角在地面的投影点H ，由视频图像上测得E 、F 、G 、H 四点的交比K 2为：
（8）
如果目标车辆即小型白客车相对于载有视频摄录设备的车辆在n=3-0=3帧的时间间隔内在路上的实际行驶距离为S 2，根据交比定律可得：
（9） 可解得：S 2=0.8m
目标车辆与载有视频摄录设备车辆之间的相对速度V 2为：
阳极化处理（10）
2.4 计算目标车辆即小型白客车的行驶速度V 10
因为载有视频摄录设备的车辆位于小型白客车后方且同方向行驶，因此：
（11）
鉴定意见：小型白客车的行驶速度为76Km/h 。
3 鉴定中的注意事项
3.1 选择视频图像需要注意的事项
（1）首先，根据视频图像判断目标车辆的运动情况，若
其行驶轨迹曲折多弯不易确定，那么此鉴定方法要谨慎采用，
视具体情况或者可以将目标车辆的行程截断分为连续的多个小路段分别进行分析计算。
（2）视频摄录镜头的颤抖和摇摆，都会导致道路环境参
照物在视频图像中的位置发生很大变动，在此情况下很难确定虚拟参照点或线通过道路环境参照物的时间间隔，因此利用车载式视频图像计算车速时，必须选择无颠簸、无摇摆的视频片段作为依据。
（3）所截取的视频图像关注区域的画面，要能够清晰地显示出目标车辆的外观特征和行驶轨迹，能够有效地选取或设定参照物。
3.2 选取和设定参照物的注意事项
所要鉴定的车辆行驶速度，是目标车辆在道路交通事故
发生时的瞬时速度，其误差的主要来源就是车辆行驶“距离”的测量[8]，选取合适的参照物，可以增加特征点与参照物的重合度，减少目标车辆行驶距离的测量误差，提高鉴定结果的准确性。
（1）选取的道路环境参照物，应当与目标车辆的距离比较近，且与目标车辆的运动方向平行。
（2）虚拟参照物的设定，应便于确定目标车辆通过该空间位置所用的时间，宜将虚拟参照物设定在与目标车辆上某一特征点、或者是道路环境参照物某一边缘线或端点重合的位置。
（3）如果需要通过道路环境参照物的距离来计算目标车辆在整数帧内的实际行驶距离，必须在虚拟参照物即将通过或刚刚通过最后一个道路环境参照物的视频图像中，能观测到所选取的三个或两个道路环境参物。
（4）用图上尺寸与实际尺寸成正比的关系计算目标车辆在整数帧时间内的实际行驶距离时，应尽量选择虚拟参照物将要或刚刚通过第2个目标车辆特征点或道路环境参照物
处的整数帧来计算，这样可以最大限度地避免因拍摄视角造
汽车实用技术
198 成的测算误差。
（5）如果在整数帧视频图像中出现目标车辆特征点位置超前或滞后于道路环境参照物而不是恰好重合，车辆行驶时间不是整数倍的单位帧时间的情形，可以采用帧间差分法精确计算。
4 结束语
实践表明，基于车载式视频图像的道路交通事故中目标车辆行驶速度鉴定方法，是最直观的交通事故再现、分析验证和参数获取的好方法，尤其是对于那些事故现场没有轮胎印迹、无散落物、无车辆碰撞印痕等的道路交通事故中目标车辆行驶速度的鉴定，这一方法具有重要的实际应用价值
[9-10]
。而后提出的依据射影几何学中的交比不变性原理，测
算目标车辆行驶距离的算法，可以避免因车辆运动轨迹与视频摄录设备镜头光学轴线不垂直而产生的误差，提高行驶距离测算的精准度，提高行驶速度计算结果的精确度，从而提高车辆行驶速度鉴定结果的准确性和科学性，对道路交通事故中目标车辆行驶速度的鉴定有着重要的意义。
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