生物力學(xué)與仿真技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：生物力學(xué)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：個(gè)性化；股骨；假體；仿真

中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0244-02

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)、仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助臨床診斷、手術(shù)等應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在骨科臨床領(lǐng)域的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助骨科智能導(dǎo)航術(shù)成為骨科手術(shù)的首選方案。此應(yīng)用在處理人工關(guān)節(jié)置換方面的意義也尤為重大，它不僅可以改變傳統(tǒng)手術(shù)醫(yī)生只能依靠平時(shí)經(jīng)驗(yàn)在大腦里進(jìn)行術(shù)前模擬的狀況，而且實(shí)現(xiàn)了手術(shù)設(shè)計(jì)方案的資源共享，更重要的是可以有效地解決移植人工假體后引起的并發(fā)癥等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方案，一是依據(jù)個(gè)性化數(shù)據(jù)，量體裁衣，設(shè)計(jì)、制造在形態(tài)學(xué)、生物力學(xué)、材料力學(xué)等方面能最佳適應(yīng)個(gè)體股骨假體解剖特點(diǎn)的個(gè)性化、定制式的人工股骨假w；二是手術(shù)前仿真模擬、演練移植假體過(guò)程、精確預(yù)知移植后的效果。運(yùn)用逆向工程技術(shù)原理及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用于術(shù)前手術(shù)仿真、移植假體設(shè)計(jì)制造等提供了現(xiàn)實(shí)途徑， 為臨床制定個(gè)性化股骨假體置換術(shù)前手術(shù)設(shè)計(jì)方案，確定股骨假體型號(hào)及手術(shù)預(yù)見效果，提供實(shí)體模型和設(shè)計(jì)依據(jù)[1]。

2個(gè)性化股骨假體移植的計(jì)算機(jī)仿真研究的具體實(shí)施方案

首先選取適合的成人股骨標(biāo)本，運(yùn)用逆向工程技術(shù)原理，采用醫(yī)用CT技術(shù)結(jié)合數(shù)字化三維醫(yī)學(xué)影像交互式控制系統(tǒng)Mimics軟件重建活體股骨三維模型，然后根據(jù)Billing等定義及立體解析幾何的原理，使用計(jì)算機(jī)輔助精準(zhǔn)、半自動(dòng)化地測(cè)量股骨頭直徑、容積及中心位置、股骨頸直徑、頸干角、髖臼前傾及外展角度、髖臼窩半徑等重要解剖參數(shù)，再應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)逼近曲面擬合算法及有限元力學(xué)分析ANSYS等工具軟件，虛擬理想化人工股骨假體模型，研究其形態(tài)；虛擬其移植過(guò)程，比較活體股骨關(guān)節(jié)重建模型及假體移植后的力學(xué)分布曲線，為人工股骨假體置換術(shù)前三維可視化、優(yōu)化手術(shù)方案以及研制適合各人不同體質(zhì)、高匹配度及最佳力學(xué)曲線分布的定制股骨假體移植等提供技術(shù)支持、實(shí)體模型和設(shè)計(jì)依據(jù)，在條件成熟時(shí)，將此技術(shù)應(yīng)用于臨床實(shí)驗(yàn)，具體在以下六個(gè)方面進(jìn)行實(shí)施。

（1）選取適合的成人股骨標(biāo)本，利用逆向工程技術(shù)原理，根據(jù)Billing等定義及立體解析幾何的原理，探討出一種精準(zhǔn)、簡(jiǎn)便的股骨頸前傾角測(cè)量方法，推導(dǎo)出股骨頸前傾角公式，采用公式法計(jì)算右側(cè)前傾角結(jié)果，對(duì)比傳統(tǒng)測(cè)量結(jié)果；

（2）基于上述方法和測(cè)量過(guò)程，系統(tǒng)測(cè)量左右側(cè)髖臼前傾及外展角度、髖臼窩半徑等重要解剖學(xué)參數(shù)，為人工股骨假體置換手術(shù)及個(gè)性化定制假體設(shè)計(jì)提供解剖學(xué)基礎(chǔ)并初步探討臨床應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)[2]；

（3）股骨三維可視化和形態(tài)學(xué)研究。采用股骨螺旋CT數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字化三維醫(yī)學(xué)影像交互式控制系統(tǒng)Mimics軟件，半自動(dòng)分割髖臼窩、股骨頭、股骨頸及股骨干，利用體素重建的方法對(duì)股骨假體及股骨同時(shí)進(jìn)行三維重建，從不同的角度觀察股骨三維立體及其周圍重要組織的毗鄰關(guān)系，并在模型上進(jìn)行三維解剖學(xué)測(cè)量，探討其臨床應(yīng)用，并為股骨假體移植、微創(chuàng)手術(shù)、立體定位、導(dǎo)航系統(tǒng)及仿真人工假體設(shè)計(jì)提供三維可視化模型[3]；

（4）利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)完整股骨及股骨假體間接觸配合進(jìn)行分析，構(gòu)建正常成年人股骨三維有限元模型，模擬直接暴力作用股骨干橫界面生物力學(xué)研究，計(jì)算骨與假體接觸后的載荷情況，垂直水平面分別加載300-500N載荷，觀察載荷不斷增加后關(guān)節(jié)及股骨的應(yīng)力曲線分布，提示股骨干以其內(nèi)側(cè)中下1/3交界處的應(yīng)力最大，從而為假體材料和植入后的研究提供有限元力學(xué)分析基礎(chǔ)。

（5）根據(jù)所測(cè)得的相關(guān)解剖學(xué)參數(shù)，設(shè)計(jì)個(gè)性化形態(tài)學(xué)的假體模型，同時(shí)模擬具有理想形態(tài)學(xué)的人工股骨假體植入。導(dǎo)入3D功能模塊，虛擬三維空間精確調(diào)整假體移植進(jìn)人體中的位置。在計(jì)算機(jī)中成功仿真實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制假體等手術(shù)，并可預(yù)見和評(píng)估手術(shù)的結(jié)果，從而制定出最優(yōu)的手術(shù)方案?；颊咚璧膫€(gè)性化股骨假體和髖臼杯的型號(hào)將以報(bào)告的形式輸出，為提高手術(shù)成功率及延長(zhǎng)假體植入的壽命提供了一條新的、精確合理的途徑。

（6）經(jīng)過(guò)所有樣本的虛擬仿真測(cè)試，得到一套有效的治療步驟，將其應(yīng)用到具體臨床實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步總結(jié)其存在的問(wèn)題，驗(yàn)證利用計(jì)算機(jī)輔助治療股骨假體移植的方法優(yōu)于傳統(tǒng)治療手術(shù)方案，其臨床應(yīng)用價(jià)值更高。

3 個(gè)性化股骨假體移植的計(jì)算機(jī)仿真研究的技術(shù)路線

在實(shí)施過(guò)程中，特別要注重標(biāo)本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，同時(shí)在定制個(gè)性化假體過(guò)程中，重建假體三維模型、選取適合材料進(jìn)行假體定制、利用仿真系統(tǒng)進(jìn)行假體移植，都是手術(shù)方案設(shè)計(jì)的重要組成部分。個(gè)性化股骨假體移植的計(jì)算機(jī)仿真研究具體實(shí)施的技術(shù)路線：

4 討論

個(gè)性化股骨假體移植的計(jì)算機(jī)仿真研究首先探討一種精準(zhǔn)、簡(jiǎn)便的股骨頸前傾角測(cè)量方法，對(duì)股骨三維可視化和形態(tài)學(xué)進(jìn)行研究，結(jié)合數(shù)字化三維醫(yī)學(xué)影像交互式控制系統(tǒng)Mimics軟件，利用體素重建的方法對(duì)股骨假體及股骨同時(shí)進(jìn)行三維重建，并在模型上進(jìn)行三維解剖學(xué)測(cè)量，探討其臨床應(yīng)用，并為人工假體設(shè)計(jì)提供三維可視化模型，再利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)完整股骨及股骨假體間接觸配合進(jìn)行分析，構(gòu)建正常成年人股骨三維有限元模型，模擬具有理想形態(tài)學(xué)的人工股骨假體植入。根據(jù)所測(cè)得的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)理想形態(tài)學(xué)的假體模型，導(dǎo)入3D功能模塊，虛擬三度空間精確調(diào)整假體植入體中的位置并在計(jì)算機(jī)中成功的實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制假體等手術(shù)，并可預(yù)見和評(píng)估手術(shù)的結(jié)果，從而制定出最優(yōu)的手術(shù)方案，進(jìn)行具體臨床實(shí)驗(yàn)。

該研究根據(jù)人工股骨假體置換術(shù)前三維可視化、優(yōu)化手術(shù)方案以及研制適合個(gè)體差異的個(gè)性股骨假體產(chǎn)品，來(lái)解決股骨假體移植手術(shù)由于術(shù)后經(jīng)常出現(xiàn)假體松動(dòng)、術(shù)后多種并發(fā)癥，從而造成假體關(guān)節(jié)脫位、返修等諸多問(wèn)題。為臨床制定股骨假體置換術(shù)前方案，確定股骨假體型號(hào)及手術(shù)預(yù)見效果，提供實(shí)體模型和設(shè)計(jì)依據(jù)，研究成果可以顯著降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、提高手術(shù)成功率，減少術(shù)后并發(fā)癥，延長(zhǎng)假體的壽命，提高假體匹配率[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉斌.股骨頭壞死與骨折計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[2] 吳淑琴.股骨皮質(zhì)骨生物力學(xué)特性研究[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（2）：216-220.

第2篇：生物力學(xué)與仿真技術(shù)范文

關(guān)鍵詞 虛擬原型 機(jī)電一體化 技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著全球經(jīng)濟(jì)的增速發(fā)展，制造行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，競(jìng)爭(zhēng)的核心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到以創(chuàng)新技術(shù)和高附加值為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。作為制造行業(yè)的企業(yè)，一方面為了企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，提高產(chǎn)品在制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，就必須解決其產(chǎn)品的“T（時(shí)間）”、“Q（產(chǎn)品質(zhì)量）”、“C（成本）”、“S（售后服務(wù)）”、“E（環(huán)境）” 等難題。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)高新技術(shù)的快速發(fā)展，全球性的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷向多元化方向發(fā)展，面對(duì)無(wú)法預(yù)測(cè)的市場(chǎng)需求以及用戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求，企業(yè)就必須盡快改變品種，更新設(shè)計(jì)，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)的周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，這樣才能夠應(yīng)對(duì)快速多變的市場(chǎng)需求以及用戶的需求，進(jìn)而使企業(yè)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

1虛擬原型技術(shù)的基本原理

虛擬原型技術(shù)是一種以CAX/DFX技術(shù)為基礎(chǔ)的并行設(shè)計(jì)思想，與傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)思想相比，最大的優(yōu)點(diǎn)在于它將多領(lǐng)域技術(shù)設(shè)計(jì)的不同功能的子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，通過(guò)一定的關(guān)系形成一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。從構(gòu)成上看，虛擬原型是由不同工具開發(fā)的子模型組成的模型聯(lián)合體，主要包括：產(chǎn)品的CAD模型、外觀模型、功能和性能仿真模型以及電氣和控制模型等。借助于這種技術(shù)，工程師們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)械模型，利用各學(xué)科等領(lǐng)域的理論在虛擬工況環(huán)境下分析產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)，進(jìn)一步進(jìn)行可視化處理，并根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善和優(yōu)化。通過(guò)虛擬原型技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在實(shí)物樣機(jī)制造出來(lái)之前，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件在很大程度對(duì)產(chǎn)品的總體性能進(jìn)行了解，從而縮短研制時(shí)間，降低系統(tǒng)研制成本，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

2虛擬原型的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用

2.1虛擬原型的關(guān)鍵技術(shù)

雖然虛擬原型技術(shù)還處于發(fā)展的初期階段，還沒(méi)有形成一個(gè)完整的技術(shù)體系，但是一些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。主要包括系統(tǒng)總體技術(shù)、支撐環(huán)境技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多領(lǐng)域協(xié)同仿真技術(shù)、一體化建模和信息/過(guò)程管理技術(shù)等。

2.1.1系統(tǒng)總體技術(shù)

系統(tǒng)總體技術(shù)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全局出發(fā)，規(guī)定和協(xié)調(diào)子系統(tǒng)的運(yùn)行和支持虛擬原型開發(fā)的各部分之間的關(guān)系，使各個(gè)部分組成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)信息、資源的共享，最終完成總體的設(shè)計(jì)?？傮w技術(shù)主要涉及規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、集成技術(shù)和方法以及系統(tǒng)的運(yùn)行模式等。

2.1.2支撐環(huán)境技術(shù)

虛擬原型支撐環(huán)境技術(shù)是一個(gè)支持并管理產(chǎn)品全生命周期虛擬化設(shè)計(jì)過(guò)程與性能評(píng)估的活動(dòng)，支持分布異地的團(tuán)隊(duì)采用協(xié)同 CAX/DFX 技術(shù)來(lái)開發(fā)和實(shí)施虛擬樣機(jī)工程的集成應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)。這種技術(shù)能提供相應(yīng)數(shù)據(jù)、模型、CAX/DFX 設(shè)計(jì)工具等，而且還能支持復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)活動(dòng)。更重要的是這種技術(shù)還能支持虛擬原型開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中組織、過(guò)程和技術(shù)三個(gè)重要組成部分的有機(jī)結(jié)合，并對(duì)虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)/模型以及項(xiàng)目進(jìn)行管理和優(yōu)化，支持不同工具，能夠?qū)⒉煌膽?yīng)用系統(tǒng)集成。

2.1.3虛擬原型技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

虛擬原型技術(shù)是有多學(xué)科技術(shù)支撐的一門新興綜合性技術(shù)，發(fā)展前景廣闊，市場(chǎng)巨大。虛擬原型技術(shù)面對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員與用戶之間的相互聯(lián)系更加緊密，縮短研制的周期，降低技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在國(guó)內(nèi)，由于虛擬原型技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，使設(shè)計(jì)人員對(duì)其越來(lái)越親睞，從各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的研究到開發(fā)模式研究亦逐漸形成一定的規(guī)模。這樣必將促進(jìn)這一先進(jìn)制造技術(shù)的推廣和應(yīng)用，增強(qiáng)我國(guó)企業(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)能力，提高我國(guó)企業(yè)在世界制造業(yè)中的地位。虛擬原型技術(shù)在一些較發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用涉及到汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等眾多領(lǐng)域。

3虛擬原型技術(shù)與機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

虛擬原型技術(shù)是一種以先進(jìn)建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真技術(shù)、信息管理技術(shù)、交互式用戶界面技術(shù)等為基礎(chǔ)的嶄新的產(chǎn)品開發(fā)的方法，與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想和方法比較具有很多的優(yōu)點(diǎn)?？梢酝葡耄瑢⑻摂M原型技術(shù)融入到機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中將會(huì)使機(jī)電一體化技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，也將會(huì)產(chǎn)生一種先進(jìn)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。所以，對(duì)于兩者之間的關(guān)系我們可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析和認(rèn)識(shí)：

（1）從產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)的思想來(lái)看，傳統(tǒng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)通常是相對(duì)簡(jiǎn)單規(guī)范化的串行開發(fā)過(guò)程，這種設(shè)計(jì)思想雖然是復(fù)雜的開發(fā)活動(dòng)變得可理解、可管理，但是它沒(méi)有考慮到產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)之間的并行關(guān)系，導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，開發(fā)成本高。前期的環(huán)節(jié)對(duì)后期的環(huán)節(jié)考慮少，導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工次數(shù)很高，更重要的是沒(méi)有充分估計(jì)產(chǎn)品的可制造性，很難在早期發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，尤其是對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

（2）從今后產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的范疇，虛擬原型技術(shù)必然可以應(yīng)用到機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中。機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基于多領(lǐng)域技術(shù)（計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)等）融合、交互，數(shù)字化、虛擬化也是今后發(fā)展的趨勢(shì)。

第3篇：生物力學(xué)與仿真技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】交通事故；再現(xiàn)；關(guān)鍵技術(shù)

一、我國(guó)道路交通事故的現(xiàn)狀分析

我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量和駕駛?cè)藬?shù)量迅猛增長(zhǎng)，截止2014年1月，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已達(dá)2.5億輛，駕駛?cè)艘堰_(dá)2.75億人，每百戶家庭擁有汽車21.5輛，按照國(guó)際通行的每百戶家庭20輛車的”汽車社會(huì)”標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)已經(jīng)快步進(jìn)入“汽車社會(huì)”。到去年底，我國(guó)公路總里程已達(dá)424萬(wàn)公里，居世界第一。但是，交通參與人的文明素質(zhì)、守法意識(shí)與飛速發(fā)展的車輛和道路沒(méi)有同步前進(jìn)。大量的交通違法行為引發(fā)多起交通事故，造成了相當(dāng)數(shù)量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，道路交通安全形勢(shì)非常嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年發(fā)生的交通事故達(dá)數(shù)十萬(wàn)起，每年因交通事故死亡人數(shù)近達(dá)數(shù)萬(wàn)人，已經(jīng)連續(xù)十余年居世界第一。以2013年為例，全國(guó)共涉及人員傷亡的道路交通事故20多萬(wàn)起，造成近10萬(wàn)人死亡。其中，發(fā)生一次死亡3人以上道路交通事故834起，發(fā)生一次死亡5人以上的道路交通事故209起，發(fā)生一次死亡10人以上道路交通事故16起?？梢哉f(shuō)，目前我國(guó)的道路交通安全形勢(shì)異常嚴(yán)峻！

二、道路交通事故再現(xiàn)

道路交通事故再現(xiàn)的兩大核心任務(wù)是確定事故車輛車速及碰撞發(fā)生位置，碰撞發(fā)生位置一般是根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡的突變等證據(jù)而直接進(jìn)行判斷，而事故車輛車速則必須根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡再依據(jù)相關(guān)理論進(jìn)行計(jì)算才能獲得。由此可知，事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡是事故再現(xiàn)的基礎(chǔ)，其包括人體痕跡、車體痕跡、路面痕跡、其他痕跡。其中人體痕跡主要指人體損傷等；車體痕跡主要指車輛變形；路面痕跡指事故中遺留在事故現(xiàn)場(chǎng)的痕跡，包括車輛制動(dòng)距離，行人拋距等；其他痕跡則包括監(jiān)控視頻、鞋、帽、玻璃碎片等。

根據(jù)能量守恒的原則，可以視為碰撞后車輛的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)換為熱能而通過(guò)車輛與路面的摩擦而被相關(guān)參與方吸收，由此計(jì)算出事故車輛車速，這一方面相對(duì)而言較為古老，新意看起來(lái)亦不足，但不可否認(rèn)的是，如果車輛在事故中完全制動(dòng)，則用這一方法所獲得的事故車輛車速的可靠性是很高的；其缺陷是，如果事故車輛未完全制動(dòng)，使得車路之間的摩擦系數(shù)不能正確給出，則無(wú)法使用此類方法獲得可靠的結(jié)果?；谛腥藪伨嗟氖鹿受囁儆?jì)算方法的研究很多，在早期人們通過(guò)物理試驗(yàn)并借助回歸分析方法獲得若干行人拋距與事故車輛車速之間的關(guān)系模型；而隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，亦有相關(guān)研究者借助仿真試驗(yàn)，對(duì)已有的模型進(jìn)行了進(jìn)一步的補(bǔ)充，事實(shí)證明，這些方法對(duì)于計(jì)算事故車速特別是車人碰撞事故中事故車輛的車速，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。但一如果碰撞未知的情況下，如何對(duì)事故車輛車速進(jìn)行預(yù)判呢？文獻(xiàn)中作者就此做了相關(guān)的研究工作，指出可以通過(guò)研究行人拋距與車輛制動(dòng)距離間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)事故車速、碰撞發(fā)生位置、車輛制動(dòng)情況等進(jìn)行預(yù)判，試驗(yàn)及案例證明，這些方法是有效的。這些方法的獲得，為更好地利用行人拋距、車輛制動(dòng)距離再現(xiàn)交通事故車速提供了支持，但需要注意到的是，有些方法特別是基于行人拋距的事故車速預(yù)估方法方面，尚缺乏理論驗(yàn)證，如能在理論上做出證明，則應(yīng)能使得這些方法的說(shuō)服力更強(qiáng)。在人體痕跡方面，此處主要指的是依據(jù)人體損傷對(duì)交通事故進(jìn)行再現(xiàn)分析，通過(guò)長(zhǎng)期的研究，學(xué)者們對(duì)人體不同部位的損傷與車速的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了研究，并得到了若干有價(jià)值的結(jié)論，這些工作為更好地利用人體損傷再現(xiàn)事故提供了方法支持。同時(shí)，因人體損傷涉及到損傷生物力學(xué)領(lǐng)域，故人們更多地是從行人保護(hù)、人體不同部位耐受極限以及碰撞后人體動(dòng)力學(xué)響應(yīng)等角度出發(fā)，對(duì)交通事故進(jìn)行再現(xiàn)研究分析，以獲得降低事故中行人傷害的相關(guān)措施，進(jìn)而提出改善道路交通安全、特別是汽車安全的具體對(duì)策。這些研究工作的開展，一般很難通過(guò)純理論的手段解決問(wèn)題，常需借助相關(guān)仿真軟件才能實(shí)現(xiàn)。

在車體痕跡這一塊，相關(guān)研究工作開展的較早，人們建立起車體變形與車速的若干對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)將車體視為彈性體，進(jìn)而在大量實(shí)驗(yàn)與理論研究基礎(chǔ)上，建立起了車輛變量與事故車速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，或者通過(guò)研究摩托車軸距的縮短而預(yù)估其碰撞的車速，隨著科技及技術(shù)手段的進(jìn)步，人們現(xiàn)在已經(jīng)開始嘗試著依據(jù)車輛擋風(fēng)玻璃的變形量預(yù)估車人碰撞事故中事故車輛的車速，并已經(jīng)取得了若干有建設(shè)性的成果。同人體損傷痕跡的研究方法一樣，車體損傷痕跡在事故再現(xiàn)中的應(yīng)用常需要借助仿真軟件才能實(shí)現(xiàn)。在其他痕跡方面，主要包括玻璃碎片、視頻監(jiān)控等痕跡信息在事故再現(xiàn)中的應(yīng)用研究。吉林大學(xué)許洪國(guó)教授團(tuán)隊(duì)根據(jù)其早期在事故再現(xiàn)實(shí)踐工作中的工作需要，提出了利用玻璃碎片拋距計(jì)算事故車速的思路，并提出了玻璃碎片廣義拋距、硬路面玻璃碎片拋物運(yùn)動(dòng)等模型，且將這些方面應(yīng)用到實(shí)際的事故再現(xiàn)分析中，結(jié)果顯示，效果較好。隨著我國(guó)道路視頻監(jiān)控的大力推廣普及，擁有視頻錄像的交通事故越來(lái)越多，對(duì)于此類事故，人們更愿意去調(diào)用視頻監(jiān)控錄像，再進(jìn)行合理的處理后，以獲得可靠的事故發(fā)生全過(guò)程。但比較特別的是，人們將視頻圖像技術(shù)用于事故再現(xiàn)領(lǐng)域，并非僅僅獲取事故車輛車速，更多的是用于再現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)，近年來(lái)無(wú)論是從技術(shù)層面還是從產(chǎn)品角度，都取得了若干豐富的成果。但因?yàn)檫@種痕跡信息并非每一例事故都擁有，因而由此而產(chǎn)生的相關(guān)技術(shù)、方法不可能作為事故再現(xiàn)領(lǐng)域的普及方法而大力推廣。

從理論上而言，借助仿真軟件是能夠非常完美地再現(xiàn)任何一例交通事故的，且其所得的結(jié)亦是具有極高的說(shuō)服力，至少比任何僅依靠單一痕跡的事故再現(xiàn)結(jié)果的可靠性要高的多。但事實(shí)上，另外一個(gè)問(wèn)題卻凸顯出來(lái)了，那就是事故現(xiàn)場(chǎng)的痕跡問(wèn)題。事故再現(xiàn)的基礎(chǔ)是事故現(xiàn)場(chǎng)的痕跡，痕跡的好壞直接決定了事故再現(xiàn)結(jié)果的可靠性與精度，為了進(jìn)一步提高事故再現(xiàn)結(jié)果的精度與可靠性，人們開始嘗試加強(qiáng)對(duì)于事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡的提取方法進(jìn)行研究；另外一些學(xué)者開始探索接受這些不可靠痕跡給計(jì)算結(jié)果所帶來(lái)的不確定性問(wèn)題，即事故再現(xiàn)結(jié)果的不確定性分析問(wèn)題。對(duì)于前者，人們研究了事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡提取新方法、新設(shè)備以及事故現(xiàn)場(chǎng)所提取痕跡的不確定性問(wèn)題，文獻(xiàn)中作者較為全面地解決了基于攝影測(cè)量的事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡提取及標(biāo)定等技術(shù)，并開發(fā)了相應(yīng)的便攜式攝影測(cè)量設(shè)備，其產(chǎn)品在一些基層公安組織中得到應(yīng)用與推廣，而其他的相關(guān)研究工作亦非常之多，這些研究工作保證了新技術(shù)在事故再現(xiàn)領(lǐng)域的良好口碑。亦有學(xué)者對(duì)于事故現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)量痕跡的不確定性問(wèn)題做了相關(guān)研究，指出大多數(shù)測(cè)量所得參數(shù)服從正態(tài)分布，但注意到這些參數(shù)的真值其實(shí)是不知道的。故又有很多學(xué)者對(duì)事故再現(xiàn)結(jié)果的不確定性問(wèn)題開展了相關(guān)的研究，提出了若干解決事故再現(xiàn)結(jié)果不確定性問(wèn)題的方法。這些工作為提升事故再現(xiàn)結(jié)果的可靠性做出了卓越的貢獻(xiàn)，但在當(dāng)前的客觀環(huán)境下，大規(guī)模地推廣攝影測(cè)量技術(shù)，還有難度，對(duì)于一線交警而言，其更需要實(shí)用的事故現(xiàn)場(chǎng)痕跡信息采集技術(shù)，以保證其能夠輕松而又準(zhǔn)確地完成對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)的勘查工作。

結(jié)束語(yǔ)

本文以提升道路交通安全為研究目的，從交通事故再現(xiàn)及道路交通主動(dòng)安全兩個(gè)方面開展研究，以獲得用于分析研究道路交通安全的基本方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫軼軒.基于數(shù)據(jù)挖掘的道路交通事故分析研究[D].北京交通大學(xué)，2014.