Методы фотограмметрии и LiDAR

Расследование и реконструкция дорожно-транспортных происшествий (ДТП) в России и других странах остается важным и очень актуальным вопросом. Основная ответственность за процедуру расследования возложена на соответствующие государственные органы. Однако, как и в ряде других стран, исследованием причин ДТП в определенных ситуациях могут заниматься частные организации.  

В таких случаях помогают современные технологии, в частности с применением беспилотных летательных аппаратов, оснащенных полезной нагрузкой в виде специального оборудования: визуальных, инфракрасных, тепловизионных камер, LiDAR и модулей RTK для высокоточного позиционирования. Результаты проведенных испытаний позволяют сделать вывод о том, что новые методы исследования и реконструкции ДТП намного быстрее, точнее и безопаснее, чем существующие традиционные методики.

Одной из ключевых проблем расследования ДТП является сбор и анализ данных на месте инцидента. При этом следователи сталкиваются с двумя фундаментальными, но конкурирующими проблемами: 

  • тщательность и длительность сбора информации сбор информации,
  • необходимостью как можно быстрее возобновить движение на трассе.

Традиционные подходы к расследованию и их сложности

Традиционные методики расследования и реконструкции ДТП все еще активно применяются в России и других странах. Более того, существует определенное сопротивление внедрению новых подходов, хотя все более очевидным становится усложнение ситуации и возрастающая трудоемкость привычных решений. 

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Дорожная полиция во многих российских регионах все чаще использует дроны. Но преимущественно для мониторинга дорожного движения, наблюдения за водителями и преследования нарушителей.

Традиционные методики, обычно использующиеся дорожной полицией для реконструкции обстоятельств дорожно-транспортных происшествий, полагаются на нехитрый набор инструментов: 

  • рулетку и/или дорожное мерное колесо; 
  • блокнот для наброска эскиза; 
  • ручку / карандаш; 
  • мел для разметки на дороге; 
  • фотоаппарат для фотодокументации. 
Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Пример составления схемы ДТП вручную. Сегодня можно составлять такие схемы с помощью специальных компьютерных программ, однако пока это еще доминирующий тренд. Альтернативой могло бы стать использование дронов с соответствующим оборудованием и ПО. Это ускорило бы процесс и повысило точность реконструкции.

Основные недостатки современных методов сбора данных: 

  • требует значительных затрат времени на месте аварии, а сотрудники полиции часто требуются для выполнения иных задач; 
  • вызывает проблемы с нормальным трафиком на автостраде с соответствующими экономическими и социальными последствиями; 
  • потенциально может привести к потере ценных данных из-за недостаточной детализации эскиза; 
  • создает ненужные риски для сотрудников полиции и гражданских лиц в процессе сбора данных (довольно нередко случаются ДТП даже со смертельным исходом уже после аварии, когда сотрудники полиции выполняют свои обязанности по расследованию предыдущего ДТП).

На примере российской практики фиксации ДТП по традиционным методам аналитики обращают внимание на следующие недостатки: 

  • значительное время на выполнение процедуры – от 20 минут до 1 часа – приводит к созданию “пробок” на трассе или городской улице,
  • негативное влияние таких факторов, как личностные качества инспекторов, погодных условий и времени суток во время проведения расследования,
  • нет возможности провести дополнительный сбор данных без выезда на место ДТП,
  • недостаток человеческих ресурсов, финансовых средств и оборудования на проведение более детальных исследований происшествия. 
Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Алгоритм оформления ДТП согласно российским стандартам и процессуальным нормам.

Эти обстоятельства побуждают искать новые, более продвинутые, безопасные и менее дорогостоящие технологии и методики исследования. Сегодня они связаны с развитием цифровых технологий, включая цифровую обработку изображений, технологии компьютерного зрения (в частности, масштабно-инвариантной трансформации признаков (scale-invariant feature transform, SIFT) и искусственного интеллекта. С технологией компьютерного зрения, а также с методами фотограмметрии также связана методика анализа структуры из движения (structure from motion analysis – SfM). Но этого было бы недостаточно, если бы собирать информацию приходилось по-прежнему на земле. 

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Квадрокоптер DJI Inspire помогает сотрудникам ГИБДД выполнять мониторинг ситуации на подведомственных дорогах

Однако сегодня существуют недорогие и эффективные технологии, позволяющие выполнять практически весь комплекс мероприятий по реконструкции ДТП при минимальном участии людей непосредственно на месте аварии. Речь идет о беспилотных летательных аппаратах, “вооруженных” соответствующим оборудованием. 

Современные технологии реконструкции ДТП с помощью беспилотных летательных аппаратов

Фотограмметрия

Метод фотограмметрии уже получил некоторое распространение и даже частичное признание, так как в своей основе содержит ряд знакомых по другим отраслям применения технологий и методик. Фотограмметрический метод ценится за простоту использования, значительную экономию времени и высокое качество информации. Фотограмметрия, если брать ее более широкое определение, помогает определить форму, размеры, положение и другие параметры объектов с помощью фотоизображений, созданных соответствующим образом, при помощи соответствующей техники и программных средств.   

Впрочем, для более широкого применения методов фотограмметрии и рассматриваемого далее метода с использованием модуля LiDAR нужны разъяснения процессуального и технического характера. Первый касается такого важного момента, как обоснованность применения фотограмметрии для следственных действий и возможности использования ее результатов в качестве доказательной базы в суде. Второй вопрос относится к применению различных соответствующих инструментов и достаточно сложного оборудования, а также подготовки соответствующего персонала. 

Рассмотрим эти моменты, чтобы понять, почему фотограмметрические методы с применением БПЛА имеют большую перспективу для детального и полного расследования и реконструкции ДТП. 

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Схема ДТП, составленная с помощью комплекса “Ракурс” (оборудование + ПО). В данном случае использовалось оборудование для наземной съемки (фотограмметрия с близкой дистанции со всеми ее недостатками), а не дроны с камерой (фотограмметрия с воздуха или с большой дистанции).

Первый момент касается соответствия фотограмметрического метода процессуальным нормам. Здесь, как выясняется, все соответствует нормам Уголовно-процессуального Кодекса РФ (УПК РФ). Фотограмметрическая съемка, а точнее ее результаты, уже как минимум с прошлого десятилетия рассматриваются в качестве другой формы фотофиксации обстоятельств происшествия на месте расследования.

Фотограмметрическая съемка помогает провести экспертное исследование, помочь следствию и суду (если таковой будет) детально выяснить обстановку накануне, в ходе и по завершении происшествия. Фотограмметрия позволяет лучше и полнее передать множество деталей и элементов обстановки, важных для следствия предметов, включая различные вещественные доказательства, следы (следы шин, например,) и различные свойства этих деталей пространственного, цветового и иного характера. 

Второй вопрос касается технической стороны процесса фотограмметрической съемки. Современные технологии позволяют теперь использовать для выполнения съемки (масштабной, детальной, узловой) беспилотные летательные аппараты, “вооруженные” соответствующей съемочной техникой. До последнего времени в отечественной процессуальной практике расследования ДТП применялась наземная фотограмметрия с соответствующим набором техники. 

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Пример использования наземной фотограмметрии с близкого расстояния для восстановления всех обстоятельств ДТП на основе исследования поврежденного автомобиля

Однако она при всех ее достоинствах имеет все тот же, вышеописанный недостаток, – требует значительного времени работы специалистов на месте происшествия со всеми негативными последствиями как для безопасности следователей и гражданских, так и для движения транспорта по дороге. Применение же дронов с соответствующим оборудованием (например, DJI Phantom 4 RTK или дронов серии Matrice) в отечественной практике расследования ДТП пока не зафиксировано.   

Между тем уже известны первые успешные опыты применения дронов со специальным оборудованием (в них участвовали системы DJI) для реконструкции дорожно-транспортных происшествий. В качестве элемента доказательной базы использовалась съемка следов от автомобильных шин и расчет скорости по ним. Тесты показали, что аэрофотограмметрия с дрона предоставляет более качественные и точные данные по сравнению с фотограмметрией с близкого расстояния (то есть с земли).  

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Одним из лучших и сравнительно недорогих инструментов воздушной фотограмметрии может стать квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK

Для повышения точности специалисты использовали комплекс датчиков,  наземную станцию для точного позиционирования, а также программное обеспечение для управления и планирования полетов. Это позволило значительным образом снизить сложность и трудоемкость операций по реконструкции ДТП по сравнению с уже существующими подходами, использующими многопозиционными фотографии. Практика применения показала, что фотограмметрия, выполняемая с помощью дронов, представляет собой более точный и эффективный способ сбора информации при реконструкции ДТП. При этом использовались как смоделированные сцены автомобильных аварий, так и реальные ситуации. В последнем случае речь идет о совместной работе канадской полиции и компании Pix4D, выпускающей программное обеспечение для беспилотных решений. Они использовали совместную работу для расследования ДТП, применяя при этом как фотограмметрию, так и лазерное сканирование для 3D-моделирования ситуации. Вот почему следует также рассмотреть еще одну новейшую методику реконструкции ДТП – создание 3D-моделей с помощью комплексов LiDAR.

Использование LiDAR

Лазерное 3D-сканирование уже перестало быть чем-то экзотическим для специалистов в области общественной безопасности. Сегодня те или иные варианты данной технологии активно используются для самых различных ситуаций. В последние годы лазерное трехмерное сканирование становится привычной методикой для сбора информации и фиксации места дорожного происшествия. 

Данный инструмент позволяет решить следующие задачи: 

  • установить точное местоположение участников движения и пострадавших лиц, используя привязку к местности;
  • обнаружить и зафиксировать тормозной след автомобиля;
  • обнаружить и зафиксировать следы грязи и битое стекло;
  • обнаружить и зафиксировать повреждения участников движения; 
  • точно определить расстояние между объектами (с погрешностью до нескольких миллиметров);
  • предоставить для следствия данные о степени повреждения транспорта.

Для этого сейчас чаще всего используют наземные комплексы трехмерного лазерного сканирования, в частности весьма популярный и компактный Faro Focus 3D. Он позволяет воссоздать и сохранить в качестве доказательной базы объемную модель места преступления. 

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Лазерный сканер наземного базирования, который часто используется для трехмерной реконструкции ДТП Faro Focus 3D

Преимущества лазерного сканирования очевидны и доказаны на практике: 

  • высокий уровень автоматизации процесса получения и обработки данных;
  • возможность съемки труднодоступных и сложных объектов;
  • возможность использовать полученные данные в процессе следствия и судебных заседаниях;
  • нет необходимости выполнять повторную съемку;
  • оперативность и быстрота получения и обновления данных (по оценке экспертов, даже наземное использование сканеров сокращает работу специалистов почти на 90%);
  • более высокая точность и полнота информации по сравнению с 2D-моделями;
  • снижение роли человеческого фактора при получении результатов измерений. 

Указанные основные преимущества лазерного сканирования все же частично снижаются, если учесть, что такое оборудование пока преимущественно используется в наземной конфигурации. Процесс подготовки и использования такого инструментария включает следующие операции: 

  • погрузка, транспортировка, выгрузка, сборка и включение оборудования; 
  • необходимость установки сфер-маркеров;
  • ввод прибора в рабочий режим путем поиска нулевой точки и активизации лазера;
  • запуск, проведение и завершение операции по сканированию;
  • транспортировка (перенос) прибора на другое место для сканирования (без демонтажа);
  • передача данных из памяти сканера в ПК; 
  • отключение прибора, демонтаж устройства и сфер-маркеров, погрузка в транспортировочный контейнер и перевозка к месту хранения.

По времени этот процесс может занять в среднем от 30 минут и более. И это, если считать высокий уровень подготовки специалистов, что в реальной ситуации бывает далеко не всегда. 

Применение дронов для расследования и реконструкции дорожно-транспортных происшествий
Камера Zenmuse L1 с модулем LiDAR на подвесе с 3-осевой стабилизацией, установленном на промышленный квадрокоптер DJI Matrice 300

У метода, в котором используется LiDAR воздушного базирования, имеются преимущества перед описанным выше лазерным 3D-сканированием наземным оборудованием. При сохранении таких важных параметров, как высокое качество и точность сбора и обработки данных, беспилотные системы вместе с совместимым ПО обладают следующими важными характеристиками: 

  • предлагают более высокую скорость съемки и обработки информации (с передачей данных в реальном режиме времени);
  • транспортировка, подготовка и выполнение процедуры сканирования не требует большого времени и не мешает транспортному потоку; 
  • такой способ съемки (с воздуха) более безопасен для специалистов, гражданских и всего комплекса оборудования. Команде нет необходимости находиться прямо на месте ДТП и подвергать опасности свое здоровье и жизни в случае еще одного нарушения правил участниками движения;
  • выполнение съемки возможно не только днем, но и ночью или в условиях плохой видимости;
  • LiDAR воздушного базирования позволяет “увидеть” важные объекты, которые могут быть скрыты растительностью (например, на обочине дороги, в прилегающих лесопосадках и др.).

Речь, конечно же, не идет о том, что дроны с соответствующими фотокамерами и/или LiDAR полностью вытеснят другие инструменты для расследования дорожно-транспортных происшествий. Но они могут стать эффективным дополнением к уже существующим практикам, а в ряде ситуаций оказаться единственным решением для получения доказательств.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here