Модели и алгоритмы реконструкции и экспертизы аварийных событий дорожно-транспортных происшествий на базе логического искусственного интеллекта

Д.А. ЧУВИКОВ
МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ 
РЕКОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЕРТИЗЫ 
АВАРИЙНЫХ СОБЫТИЙ 
ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ 
ПРОИСШЕСТВИЙ 
НА БАЗЕ ЛОГИЧЕСКОГО 
ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
МОНОГРАФИЯ
Москва
ИНФРА-М
2020

УДК [656.08+004.8](075.4)
ББК 39.3:32.813
 
Ч82
Р е ц е н з е н т ы:
Варламов О.О., доктор технических наук, профессор кафедры ИУ-5 
«Системы обработки информации и управления» Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (национального исследовательского университета), директор ООО «НИИ МИВАР»;
Остроух А.В., доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизированные системы управления» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), действительный член Российской академии естествознания
Чувиков Д.А.
Ч82  
Модели и алгоритмы реконструкции и экспертизы аварийных 
событий дорожно-транспортных происшествий на базе логического 
искусственного интеллекта : монография / Д.А. Чувиков. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 305 с. — DOI 10.12737/1220729.
ISBN 978-5-16-016711-4 (print)
ISBN 978-5-16-109298-9 (online)
Цель монографии — создание методики, объединенных экспертных и имитационных моделей, а также алгоритмов и программно-моделирующих средств реконструкции и экспертизы аварийных событий ДТП для автоматизации принятия решений сотрудником экспертного центра. 
Разработаны методика объединения и алгоритмы совместной работы экспертной системы, построенной на базе логического искусственного интеллекта (миварного подхода), и системы имитационного моделирования в целях решения задач 
реконструкции и экспертизы ДТП; модели реконструкции и экспертизы ДТП в формализме базы знаний двудольных ориентированных миварных сетей, включающие 
формулы анализа тормозных качеств автомобиля, определения скоростных показателей автомобиля в условиях конкретной ДТС, формулы расчета различных случаев: скольжения автомобиля при торможении, движении автомобиля на криволинейных участках дороги, наезда автомобиля на пешехода при равномерном движении 
и неограниченной видимости; методика генерации интерфейсов для конструктора 
экспертных систем, основанного на концепции миварного подхода; специальное математическое обеспечение в виде экспертной системы «Анализ ДТП», позволившее 
снизить трудоемкость процесса расчета спорных ДТП, возникновение ошибок при 
расчете и повысить достоверность и объективность полученных результатов, а также 
скорость и качество самих расчетов.
Может быть полезна специалистам экспертных учреждений, страховых компаний, образовательных учреждений в области экспертизы, а также беспилотного автотранспорта в части объективного анализа и экспертизы ДТП. 
УДК [656.08+004.8](075.4)
ББК 39.3:32.813
ISBN 978-5-16-016711-4 (print)
ISBN 978-5-16-109298-9 (online)
© Чувиков Д.А., 2020

D.A. CHUVIKOV
MODELS AND ALGORITHMS 
OF RECONSTRUCTION 
AND EXAMINATION OF EMERGENCY 
EVENTS OF ROAD ACCIDENTS 
BASED ON LOGIC 
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
MONOGRAPH
Moscow 
INFRA-M
2020

R e v i e w e r s :
Varlamov O.O., doсtor of technical sciences, professor of the department of 
IU-5 «Automatic Information Processing and Control Systems» of Bauman 
Moscow State Technical University, director of the RI MIVAR;
Ostroukh A.V., doсtor of technical sciences, professor of the department of 
automated control systems of Moscow Automobile and Road Construction 
State Technical University (MADI), full member of the Russian Academy of 
Natural History
Chuvikov D.A.
 
 
Models and algorithms of reconstruction and examination of emergency events of road accidents based on logic artifi
 cial intelligence : 
monograph / D.A. Chuvikov. — Moscow : INFRA-M, 2020. — 305 p. — 
DOI 10.12737/1220729.
ISBN 978-5-16-016711-4 (print)
ISBN 978-5-16-109298-9 (online)
The purpose of this monograph is to create a methodology combining expert 
and simulation models, as well as algorithms and software-modeling tools, for the reconstruction and examination of emergency road accident events and for automating decisionmaking by an expert-centre employee.
The following results were obtained from the research: a method for combining 
an expert system, based on logical artifi
 cial intelligence (Mivar-based approach) and 
a simulation system for solving problems of reconstruction and examination of emergency 
events of road accidents were developed; algorithms for the joint work of an expert system 
based on logical artifi
 cial intelligence (Mivar-based approach) and simulation systems 
were developed; models of reconstruction and examination of emergency events of road 
accidents were developed in the formalism of the knowledge-base of bipartite-oriented 
Mivar networks, which include the analysis of formulas for the braking qualities of the 
vehicle, determining the speed characteristics of the vehicle in a specifi
 c road transport 
situation, calculating formulas for various cases: vehicle slippage during braking, driving 
along curved sections of the road, hitting a pedestrian with uniform traffi
  c and unlimited 
visibility; a method for generating interfaces for the design of expert systems, based 
on the concept of the Mivar-based approach, was developed; a special software in the 
form of expert systems «Analysis MVA» (Motor Vehicle Accidents) in order to reduce 
the complexity of the process of calculating the disputed traffi
  c accidents, reduce the 
occurrence of errors in the calculation, increase the accuracy and objectivity of obtained 
results, reduce the requirements for the qualifi
 cation of experts and also en-hance the 
speed and quality of calculations. 
The results presented in the monograph could prove useful to: specialists in the fi
 eld of 
expert institutions, insurance companies, educational institutions in the fi
 eld of expertise, 
as well as in the objective analysis and examination of road accidents involving unmanned 
vehicles.
ISBN 978-5-16-016711-4 (print)
ISBN 978-5-16-109298-9 (online)
© Chuvikov D.A., 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ ...................................................................... 14
ВВЕДЕНИЕ 
...................................................................................................... 15
ГЛАВА 1. ОБЗОРНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ......... 19
1.1. Постановка задачи первой главы ..................................................... 19
1.1.1. Экспертное моделирование ................................................... 19
1.1.1.1. Ретроспективный анализ ЭС ................................... 19
1.1.1.2. Общая структура ЭС ................................................ 23
1.1.1.3. Требования к разрабатываемым ЭС ....................... 25
1.1.1.4. Преимущества и недостатки применения ЭС ....... 26
1.1.2. Имитационное моделирование .............................................. 27
1.1.2.1. Ретроспективный анализ ИМ .................................. 28
1.1.2.2. Разновидности и инструментарии ИМ 
................... 32
1.1.2.3. Требования к разрабатываемым имитационным
моделям 
................................................................................... 35
1.1.2.4. Преимущества и недостатки применения ИМ ...... 36
1.2. Исследование предметной области анализа и экспертизы ДТП .. 36
1.2.1. Автотехническая экспертиза.................................................. 37
1.2.2. Процедура исследования ДТП 
............................................... 39
1.2.3. Основные вопросы, на которые отвечает эксперт  
при судебной независимой экспертизе после ДТП ....................... 39
1.2.4. Основные проблемы, с которыми сталкивается сотрудник
ЭКЦ при анализе ДТП ...................................................................... 40
1.2.5. Исследование существующих СИМ для реконструкции
ДТП ..................................................................................................... 40
1.2.6. Исследование сред для разработки ЭС по различным  
предметным областям 
....................................................................... 43
1.2.7. Анализ научных трудов, посвященных реконструкции   
и экспертизе ДТП .............................................................................. 44
1.3. Выводы первой главы ....................................................................... 46
ГЛАВА 2. СИСТЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ЭС И СИМ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ ЭКСПЕРТИЗЫ АВАРИЙНЫХ
СОБЫТИЙ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ ..... 48
2.1. Постановка задач второй главы ....................................................... 48
5 

2.2. Концепция логического искусственного интеллекта  (миварного
подхода) ..................................................................................................... 48
2.3. Методика объединения ЭС и СИМ.................................................. 52
2.4. Подходы объединения ЭС и СИМ 
................................................... 55
2.5. Варианты взаимодействия ЭС и СИМ ............................................ 56
2.5.1. Передача данных между ЭС и СИМ через один СПД ........ 56
2.5.2. Передача данных между ЭС и СИМ через несколько  
СПД 
..................................................................................................... 57
2.5.3. Передача данных между пользователем и программным
комплексом СЭИМ ........................................................................... 59
2.6. Алгоритмы взаимодействия ЭС и СИМ 
.......................................... 60
2.6.1. Последовательный алгоритм взаимодействия ЭС и СИМ  
с учетом выбора доминирующей системы 
..................................... 61
2.6.2. Последовательно-параллельный алгоритм взаимодействия
ЭС и СИМ с учетом выбора доминирующей системы ................. 62
2.6.3. Параллельный алгоритм взаимодействия ЭС и СИМ 
......... 65
2.7. Способы передачи информации между ЭС и СИМ 
....................... 66
2.8. Модели совместимости ЭС и СИМ ................................................. 67
2.9. Алгоритм проверки совместимости ЭС и СИМ 
............................. 68
2.10. Универсальность методики объединения ЭС и СИМ ................. 69
2.11. Выводы второй главы 
...................................................................... 70
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ, АЛГОРИТМОВ
И СПЕЦИАЛЬНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ  
ПО АНАЛИЗУ  И ЭКСПЕРТИЗЕ ДТП 
...................................................... 72
3.1. Постановка задачи третьей главы 
.................................................... 72
3.2. Разработка специального математического обеспечения:  ЭС
«Анализ ДТП» 
........................................................................................... 72
3.2.1. Формализация знаний для прототипа ЭС «Анализ  
ДТП» ................................................................................................... 73
3.2.2. Разработка глобальной модели БЗ экспертной системы  
«Анализ ДТП» ................................................................................... 74
3.2.3. Структура алгоритма работы ЭС «Анализ ДТП» 
................ 76
3.2.4. Методика генерации интерфейсов для ЭС, созданных   
на КЭСМИ Wi!Mi 2.1 
........................................................................ 81
3.2.5. Описание ЭС «Анализ ДТП» 
................................................. 85
6 

3.2.6. Проверка корректности работы ЭС «Анализ ДТП» 
............ 87
3.2.6.1. Тормозные качества автомобиля ............................ 88
3.2.6.2. Скорость автомобиля ............................................... 88
3.2.6.3. Случаи скольжения автомобиля при  
торможении ............................................................................ 89
3.2.6.4. Движение автомобиля на криволинейных участках
дороги 
...................................................................................... 89
3.2.6.5. Наезд на пешехода при равномерном движении   
и неограниченной видимости 
............................................... 90
3.3. Обоснование оптимальности использования ЭС «Анализ  
ДТП» 
........................................................................................................... 91
3.4. Эффективность снижения количества ошибок в расчетах  
при  использовании ЭС «Анализ ДТП» ................................................. 93
3.5. Эффективность снижения временных затрат при использовании
ЭС «Анализ ДТП»..................................................................................... 95
3.6. Выводы третьей главы ...................................................................... 96
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭС И СИМ НА ПРИМЕРЕ
РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РАССЛЕДОВАНИЯ И ЭКСПЕРТИЗЫ ДТП ...... 98
4.1. Постановка задачи четвертой главы 
................................................ 98
4.2. Происшествие №1: ДТП Toyota Carib и Lexus RX ........................ 99
4.3. Происшествие №2: ДТП Volkswagen Polo и LADA  
(ВАЗ) 2114 ............................................................................................... 106
4.4. Происшествие №3: ДТП Hyundai Accent и Suzuki SX4 .............. 114
4.5. Происшествие №4: ДТП Citroen C6, наезд на пешехода ............ 123
4.6. Происшествие №5: ДТП Toyota Yaris, наезд на пешехода ......... 132
4.7. Выводы четвертой главы ................................................................ 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................ 143
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................... 145
ПРИЛОЖЕНИЕ №1 
..................................................................................... 167
ПРИЛОЖЕНИЕ №2 
..................................................................................... 242
П.2.1. Задача №1: Определение безопасной дистанции грузового  
ТС.............................................................................................................. 242
П.2.2. Задача №2: Определение величины тормозного пути ТС 
....... 248
7 

П.2.3. Задача №3: Определение возможности предотвращения  
ДТП 
........................................................................................................... 253
П.2.4. Задача №4: Определение скорости ТС перед торможением  
при движении под уклоном ................................................................... 258
П.2.5. Задача №5: Определение добавочной скорости ТС в начале
торможения 
.............................................................................................. 262
П.2.6. Задача №6: Установление факта нарушения ПДД  
по скоростному режиму в населенном пункте .................................... 266
П.2.7. Задача №7: Установление факта нарушения ПДД  
по скоростному режиму вне населенного пункта ............................... 271
П.2.8. Задача №8: Определить коэффициент сцепления покрытия
проезжей части с шинами ТС ................................................................ 275
П.2.9. Задача №9: Определение скорости ТС перед торможением  
при наезде на препятствие ..................................................................... 277
П.2.10. Задача №10: Определение максимальной скорости движения
ТС на криволинейном участке дороги ................................................. 280
П.2.11. Задача №11: Определение коэффициента сцепления покрытия
на криволинейном участке дороги без поперечного уклона ............. 283
П.2.12. Задача №12: Определение критической скорости  
опрокидывания, снаряженного ТС ....................................................... 285
П.2.13. Задача №13: Определение технической возможности водителя
в избежании наезда на пешехода .......................................................... 288
П.2.14. Задача №14: Определение условия безопасного перехода  
полосы движения ТС пешеходом ......................................................... 293
П.2.15. Задача №15: Определение возможности водителя  
к  предотвращению ДТП 
........................................................................ 300
 
 
8 

CONTENTS 
LISTS OF ABBREVIATIONS ....................................................................... 14
INTRODUCTION ............................................................................................ 15
CHAPTER 1. REVIEW AND ANALYTICAL RESEARCH ..................... 19
1.1. Statement of the problem discussed in the First Chapter .................... 19
1.1.1. Expert modeling ........................................................................ 19
1.1.1.1. Retrospective analysis of the expert systems ............. 19
1.1.1.2. General structure of the expert system ....................... 23
1.1.1.3. Requirements for developed to the expert systems 
.... 25
1.1.1.4. Advantages and disadvantages of using to the expert 
systems 
..................................................................................... 26
1.1.2. Simulation modeling ................................................................. 27
1.1.2.1. Retrospective analysis of the simulation modeling 
.... 28
1.1.2.2. Varieties and tools of the simulation modeling 
.......... 32
1.1.2.3. The requirements for developing simulation  
models ...................................................................................... 35
1.1.2.4. Advantages and disadvantages of using the simulation 
modeling .................................................................................. 36
1.2. Research of the subject area of analysis and examination of road  
accidents 
...................................................................................................... 36
1.2.1. Autotechnical expertise 
............................................................. 37
1.2.2. Road accident investigation procedure ..................................... 39
1.2.3. The main questions that an expert answers in a forensic 
independent examination after road accident ..................................... 39 
1.2.4. The main problems faced by an employee of the Forensic 
Center in the analysis of road accidents 
.............................................. 40 
1.2.5. Research of existing systems of simulation modeling  
for reconstruction of road accidents 
.................................................... 40
1.2.6. Research environments for the development of expert systems 
in various subject areas ....................................................................... 43
1.2.7. Analysis of scientific works on the reconstruction  
and examination of road accidents 
...................................................... 44
1.3. Conclusions of the First Chapter ......................................................... 46
9 

CHAPTER 2. SYSTEM RESEARCH OF INTERACTION OF EXPERT 
SYSTEM AND SIMULATION SYSTEM  IN SOLVING THE PROBLEM 
OF EXAMINATION OF EMERGENCY EVENTS OF ROAD 
ACCIDENTS 
..................................................................................................... 48
2.1. Statement of the problems discussed in the Second Chapter .............. 48
2.2. The concept of Logical Artificial Intelligence (Mivar-based  
approach) 
..................................................................................................... 48
2.3. Methodology of combining expert system and simulation system 
..... 52
2.4. Approaches to combining expert system and simulation system 
........ 55
2.5. Methods of interaction between expert system and simulation  
system ......................................................................................................... 56
2.5.1. Data transfer between expert system and simulation system via 
one data transfer service 
...................................................................... 56
2.5.2. Data transfer between expert system and simulation system via 
several data transfer services 
............................................................... 57
2.5.3. Data transfer between user and software package of the expert 
simulation system 
................................................................................ 59
2.6. Algorithms of interaction between expert system and simulation 
system ......................................................................................................... 60
2.6.1. The sequential algorithm of the interaction between expert  
system and simulation system with taking into account the choice  
of the dominant system ....................................................................... 61
2.6.2. The sequential-parallel algorithm of the interaction between  
expert system and simulation system with taking into account  
the choice of the dominant system 
...................................................... 62
2.6.3. The parallel algorithm of the interaction between expert system 
and simulation system ......................................................................... 65
2.7. Methods of transferring information between expert system  
and simulation system 
................................................................................. 66
2.8. Models of compatibility of expert system and simulation system 
...... 67
2.9. Algorithm for checking the compatibility of expert system  
and simulation system 
................................................................................. 68 
2.10. Versatility of the method of combining an expert system  
and a simulation system 
.............................................................................. 69
2.11. Conclusions of the Second Chapter 
................................................... 70
10