基于视频推算目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状
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马俊林?庄鹏
摘要：频发的交通事故造成巨大的经济乃至生命的损失，交通事故司法鉴定行业的重要性随之增加，针对交通事故司法鉴定的需求，本文提出了使用监控设备所拍摄的视频录像的基本原理，利用速度、距离和时间关系，确定目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状况的方法，并用实际案例进行详细阐述。
关键词：视频帧率；目标车辆；速度；距离；时间；停止线；信号灯状态
随着视频监控技术的快速发展，城市重要路段、交叉路口等处都安装了监控设备，适时记录监控范围内车辆的交通行为，为推算目标车辆通过路口停止线（是指目标车辆前轴通过路口停止线靠近路口一侧边缘的时间节点）时信号灯指示状况提供重要依据，但很少有书籍、资料及技术标准介绍交通事故中推算目标车辆通过路口停止线时交通信号灯指示状况的方法，监控设备所拍摄的视频录像又不能同时记录两辆或多辆目标车辆通过路口停止线时的信号灯指示状况，下面介绍两种利用监控录像推算目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状况的方法。
一、利用有关联情况的两段视频录像确定目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状况的方法
（一）方法介绍与步骤
1.视频A能够观测到目标车辆通过路口停止线的情况但观测不到路口信号灯变化规律。
2.视频B能够观测到路口信号灯的变化规律但观测不到目标车辆通过路口停止线时的情况，利用两段视频之间的相互关系确定目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状况。
3.逐帧检验视频A、视频B，测定其各自的帧率f，计算各自视频相邻两帧图像之间间隔时间t=1/f。
4.逐幀检验能够观测到路口信号灯变化规律的视频B，以帧为时间单位（下同）确定路口信号灯的具体配时方案和时间节点。
5.以帧为单位利用两段视频共同区域中移动物体之间和移动物体与固定物体之间的位置关系及两段视频各自系统时间确定两段视频系统时间的错位量。
6.将事故路口信号灯配时方案同步移入到可观测到目标车辆通过路口停止线的视频A录像中，从而确定目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状况。
（二）相关案例
1.基本情况：某日8时许，由北向东左转弯的轿车与由南向北骑行的两轮电动车在路口发生交通事故。事故现场高楼上向北俯视拍摄的视频（以下简称A视频）记录了事故发生的整个过程但看不到信号灯的变化情况；南侧路口向北拍摄的视频（以下简称B视频）记录了事故路口信号灯的配时方案及时间节点，但两轮电动车前轴通过道路南侧停止线时B视频摄像头已摇摆至其它角度，要求对两轮电动车通过路口南侧停止线时信号灯指示状况进行鉴定。
2.视频录像所见及分析判断：测定A视频和B视频的帧率均为25帧；由B视频知事故现场信号灯的配时方案为红灯126秒23帧、绿灯58秒23帧、黄灯2秒23帧且两灯间的转换用时约1帧（1/25=0.04s），7时54分40秒第10帧时事故现场南北方向信号灯刚刚由红变绿，按变化周期向后推算，B视频7时58分51秒第5帧到8时0分59秒第2帧期间南北方向信号灯为红色，结合B视频8时0分59秒第3帧时南北方向信号灯刚刚由红变绿的事实证明：事故期间事故现场南北方向信号灯的变化周期是连续的且没有变更，B视频的录制是不间断连续的录制的。比对视频A中7时59分36秒第15帧视频截图与视频B中7时59分36秒第0帧视频截图中的多个移动物体之间和移动物体与固定物体之间的位置关系确定：两张截图是从不同角度同一时间点时产生的影像（见视频截图1、2），由此确定：A视频的系统时间比B视频的系统时间慢15帧（15/25=0.6s）。将事故路口信号灯配时方案同步移入到A视频中得7时58分51秒第20帧到8时0分59秒第17帧期间南北方向信号灯为红色，由A视频知两轮电动车前轮中心通过事故路口南侧停止线的时间是7时58分55秒第0帧（见视频截图3），确定：两轮电动车前轮通过事故路口南侧停止线时由南北方向的信号灯为红色（红灯亮起后3+5/25=3.2秒时通过的）。
二、利用速度、距离、时间与信号灯具体配时之间的关系推算直线运动的目标车辆通过路口停止线时信号指示状况
（一）方法介绍与步骤
多数路口的视频录像只能记录一个方向信号灯的具体配时方案和目标车辆的事发过程，进入路口的目标车辆通过路口停止线时信号灯的指示状况要利用目标车辆的速度、距离、时间与信号灯的具体配时之间的关系推算。具体操作步骤如下：
1.逐帧检验视频图像并测定其帧率f，计算视频相邻两帧图像之间间隔时间t=1/f。
2.逐帧检验视频图像，确定路口信号灯具体配时方案和时间节点，绘制路口信号灯配时方案图。
3.确定两车碰撞时的时间点和目标车辆在道路上的位置，根据事故现场图，以目标车辆特征点、道路环境特征点等为参照物利用图上尺寸与实际尺寸成正比的关系计算出目标车辆通过路口停止线至两车碰撞时的运动距离。
4.利用力学原理或视频录像计算目标车辆碰撞时行驶速度
5.根据视频录像结合事故现场图确定目标车辆通过路口停止线后的运动状态，计算目标车辆通过路口停止线至两车接触时的时间间隔t，计算公式为：
目标车辆通过路口停止线后全程为匀速运动时：
帧
目标车辆通过路口停止线后全程为匀减速运动时：
帧
目标车辆通过路口停止线后匀速运动后再匀减速运动时：
帧
式中：
s --目标车辆通过路口停止线至两车碰撞时的运动距离；
v --目标车辆碰撞时行驶速度；
t --目标车辆通过路口停止线至两车碰撞时的时间间隔；
x --为目标车辆匀减速运动距离；
φ --为目标车辆等效附着系数；
g --重力加速度，为常数9.8m/s2；
6.确定目标车辆通过路口停止线时刻，结合路口信号灯配时方案图推算目标车辆通过路口停止线时信号灯指示状况。
（二）相关案例
1.基本情况：某日17时30分许，小型越野客车由东向西通过路口时与由南向北骑行的两轮电动车碰撞，碰撞后小型越野客车移动了位置。要求对小型越野客车通过路口东侧停止线时东西方向信号灯指示状况进行鉴定。
2.事故现场图所见：由北向东左转弯等待道西侧线距东侧停止线的距离为23.9m；两轮电动车倒地划痕长为26.5m，划痕起点在由北向东左转弯等待道西侧线东7.28m处。
3.视频录像检验所见：测定视频图像的帧率为f=25帧；两车碰撞时时刻为17时42分49秒第6帧；东向西方向的信号变化节点为：17时42分11秒第19帧红灯熄灭绿灯亮起、42分44秒第3帧起绿灯开始闪烁、42分47秒第19帧绿灯熄灭黄灯亮起、42分50秒第19帧黄灯熄灭红灯亮起、44分22秒第19幀红灯熄灭绿灯亮起；经核查，事故路口信号灯为两相位固定式信号配时，各相位具体配时方案见事故路口信号灯配时方案图。
4.确定两车碰撞时小型越野客车位置：两轮电动车倒地划痕长s2=26.5m，两轮电动车摩擦系数μ2=0.63，两轮电动车质心下落高度h2=0.2m，则碰撞后两轮电动车的抛出距离L为：
沿两轮电动车滑行方向从触地点向东延长3.65m即为碰撞时小型越野客车前杠位置，结合两车接触部位：碰撞时小型越野客车前轴在路口东侧停止线西x1=23.9-（7.28+3.65+0.95）=12.02m（小型越野客车前悬为0.95m）处。
5.确定小型越野客车碰撞后实际滑行距离s1：根据事故现场视频录像，碰撞后小型越野客车向西滑行停止后又操控至事故现场图上的停止位置，由于小型越野客车改变了原始现场位置，所以必须依据录像恢复原始现场：将碰后小型越野客车第一停止位置截图，在截图中作图知小型越野客车前轴至由北向东左转弯等待道西侧线间的图上尺寸与小型越野客车轴距的图上尺寸之比为66/152，小型越野客车轴距为2.93m，根据图上尺寸与实际尺寸成正比的关系，小型越野客车实际停止位置前轴至向东左转弯等待道西侧线的距离为2.93×66/152=1.27m，即碰撞后小型越野客车实际滑行距离为s1=23.9-12.02-1.27=10.61m；
6.计算小型越野客车越过路口东侧停止线到两车碰撞时的时间间隔t：利用碰撞力学计算知小型越野客车碰撞初瞬时速度59.64km/h，考虑到小型越野客车的机动性能和其前轴通过路口东侧停止线后的运动距离较短、车速较快等情况，小型越野客车前轴通过路口东侧停止线后以较大的速度变化量变速行驶的可能性不大，按匀速直线行驶计算，其越过路口东侧停止线到两车碰撞时的时间间隔 帧。
7.推算信号灯状态：小型越野客车前轴通过道路东侧停止线的时刻是17时42分49秒第6帧减18帧为17时42分48秒第13帧，结合事故路口各相位具体配时方案图确定：小型越野客车通过道路东侧信号等待线时东西方向信号灯为黄灯。
三、结束语
这里介绍了两种应用监控视频推算目标车辆通过路口停止线时交通信号灯指示状况的方法，建议选择高帧率视频录像，这样会减小误差，同时也呼吁交管部门在安装路口监控视频设备时选择高帧率视频设备，能给交通事故司法鉴定工作带来帮助，解决交通事故司法鉴定中出现的此类问题。
参考文献：
[1]公安部GA/T1133-2014《基于视频图像的车辆行驶速度技术鉴定》.
[2]公安部文件GA/T643-2006《典型交通事故形态车辆行驶速度技术鉴定》附录B表B1.
[3]《交通法规汇编》 法律出版社.