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3D-Unfallaufnahmeverfahren

3D-Scanner und Fotogrammetrie in der Forensik

Von Jörg Arnold, dipl.phys.ETHZ, Wissenschaftlicher Dienst, Stadtpolizei Zürich undMarcel Braun, Unfalltechnischer Dienst, Stadtpolizei Zürich

Jeder Verkehrsunfall ist einzigartig und stellt für die ausrückenden Einsatzkräfte eine neue Herausforderung dar. Retten, allenfalls Lö-schen, Bergen und die Sicherung der Unfallstelle haben absolute Pri-orität.Noch in dieser ersten Interventionsphase beginnt mit der Spurensi-cherung die Untersuchung des Ereignisses. Häufig gehört auch eine Rekonstruktion des Unfallablaufes dazu – sei es zur Beantwortung der Schuldfrage, sei es zur Eruierung der Unfallursache, sei es zur Prä-vention.Spurenkundliche Grundlage der Unfallrekonstruktion ist die Spurensi-cherung. Es gilt, möglichst umfassend die vorhandenen Spuren und Spurenbilder zu finden, zu dokumentieren und zu sichern.

In diesem Beitrag stellen wir die verschiedenen 3D-Scanner vor, die der Wissenschaftliche Dienst (WD) und der Unfalltechnische Dienst (UTD) der Stadtpolizei Zü-rich in der interdisziplinären Fallar-beit getestet hat.

Wir versuchen, die neuen Mög-lichkeiten der modernen foto-grammetrischen Technologien und des 3D-Scannens bekannt zu ma-chen.

Bei Kriminalfällen gilt es eben-falls, neben der klassischen Spu-rensicherung den Tatort und die Situationsspuren möglichst um-fassend und im Gesamtkontext zu dokumentieren.

Dabei gewinnt die 3D-Vermes-sung immer mehr an Bedeutung, da für die juristische Beurteilung einer Straftat der Tatablauf von eminenter Wichtigkeit ist.

Eines der Resultate lautet: Es gibt ihn nicht, den Scanner der alle Aufgaben lösen kann. Aber: Alle fotogrammetrischen Technologien und das 3D-Scannen können be-liebig kombiniert werden – und da-mit lassen sich (nahezu) alle Pro-blemstellungen lösen.

Stereofotogrammetrie seit 1933, Mehrbildfotogramme-trie ab 1989:Bei der Stereokamera sind zwei kalibrierte Messkameras auf einer fixen Basis und in einem bekannten Winkel zueinander montiert.

Pro Aufnahme entsteht ein Bildpaar, dessen Bezugssystem vollständig definiert ist. Da pro Be-lichtung ein Bildpaar erzeugt wird, ist die Stereokamera speziell nachts sehr effizient.

Neue Möglichkeiten und BedürfnisseSowohl in der Kriminaltechnik wie in der Unfalltechnik sind die Anfor-derungen der Untersuchungsbe-hörden an die Rekonstruktion und

an entsprechende Gutachten lau-fend gestiegen.

Die modernen Verfahren zur Dokumentation eines Ereignisortes helfen mit, diesen Anforderungen zu genügen.

Visualisierung der ResultateFür den Gutachter eröffnen sich neue Möglichkeiten, seine Resul-tate darzustellen. Die Resultate werden so für den interessierten Laien nachvollziehbar.

Streifenlicht-OptometrieDas System ATOS II von GOM er-laubt es, sowohl sehr kleine Ob-jekte als auch ganze Fahrzeuge mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung 3D zu scannen. Dies er-möglicht der Kriminaltechnik und der Unfalltechnik dreidimensionale Objekte mit großer Präzision fest-zuhalten.

3D-LASER-Scanner (Puls-laufzeit-Verfahren)Im Bergbau und in der Architektur resp. dem Denkmalschutz werden seit einigen Jahren 3D-LASER-Scanner mit dem Pulslaufzeit-Ver-

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fahren eingesetzt. Diese Systeme können Objekte bis zu 300 m und mehr Entfernung in einer Messung erfassen. Je nach Gerät und Auflö-sung dauert ein Scan bis zu 45 Mi-nuten. Durch die hohe Reichweite können auch sehr ausgedehnte Unfallstellen einfach aufgenom-men werden.

3D-LASER-Scanner (Pha-senvergleichs-Verfahren)Seit kurzem sind 3D-LASER-Scan-ner mit dem Phasenvergleichs-Verfahren erhältlich. Diese Sy-steme können Objekte bis zu 50 m und mehr Entfernung in einer Mes-sung erfassen. Je nach Gerät und Auflösung dauert ein Scan bis zu 5 Minuten. Durch die hohe Aufnah-megeschwindigkeit und die kurze Minimalentfernung, bei der bereits gescannt werden kann, können sowohl Unfallstellen wie auch Fahrzeuge sehr rasch und einfach aufgenommen werden.

3D-LASER-Scanner von ZFDer 3D-LASER-Scanner von ZF (Phasenvergleichs- Verfahren) ist seit Anfang 2006 durch die Stadt-polizei Zürich gemietet. Bei opti-malen Verhältnissen können Ob-jekte bis zu 50 m Distanz in einer Messung erfasst werden. Wegen der hohen Aufnahmegeschwindig-keit und der kurzen Minimalentfer-nung, bei der bereits gescannt werden kann, setzen wir den 3D-LASER-Scanner sowohl für die Er-fassung von Unfallstellen wie auch von Fahrzeugen ein.

Streifenlicht-Optometrie in der KriminaltechnikDas System ATOS II und neu ATOS III kann je nach gewählter Basis mit einer räumlichen Auflösung von Mikrometern bis Millimetern 3D-scannen.

3D-Fotogrammetrie-System TriTopEin Teil des ganzen 3D-Scanner-systems von GOM ist das 3D-Mehrbildfotogrammetrie-Modul Tritop, mit dem Mehrfach-Scans zusammengesetzt werden kön-nen.

Aufgrund der hervorragenden räumlichen Auflösung des ATOS II Systems können auch sehr kleine Strukturen und Formspurenbilder gescannt werden.

Je nach Fall und Fragestellung kann es sehr hilfreich sein, aus dem Innern eines Objekts auf die Spuren an der Oberfläche zu schauen.

Für die Dokumentation von Blutspurenbildern und deren Inter-pretation werden Tachymeter ein-gesetzt, um die räumliche Vertei-lung von Blutspuren zu vermessen.

Wir möchten uns an dieser Stelle für die ausgezeichnete Zusammenarbeit mit den übrigen Mitarbeitern des Un-falltechnischen Dienstes der Stadtpolizei Zürich und des Wissenschaftlichen Dienstes der Stadtpolizei Zürich be-danken.

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Rekonstruktion eines Un-falles auf der A52 vom 11. Juli 2006Die interdisziplinäre Zusammenar-beit des Wissenschaftlichen Dienstes (WD), des Unfalltech-nischen Dienstes (UTD) der Stadt-polizei Zürich, des Verkehrszugs Hinwil (RSO-VZH), des Unfallfoto-dienstes (UFD) sowie der Tech-nischen Kontrolle (TVZ-TK) der Kantonspolizei Zürich im Auftrag der Staatsanwaltschaft See/Ober-land führte zur Klärung der Unfall-ursache.

Unfallhergang A52 (6 Personenwagen, 6 Todesopfer, 4 Verletzte)Die kriminaltechnische Untersu-chung der Kontaktspuren, die An-wendung der verfügbaren foto-grammetrischen Technologien und des 3D-Scannens sowie die Unfal-lanalyse – basierend auf den Ge-setzen der klassischen Physik – liefern folgendes Resultat:

Aus unbekannten Gründen ge-riet der auf dem Überholstreifen Richtung Hinwil fahrende Mit-subishi Sigma nach rechts auf den Normalstreifen und kollidierte in einem spitzen Winkel mit seiner rechten Fahrzeugseite (Vorderrad) mit der linken Fahrzeugseite (Hin-terrad) des etwas langsamer auf dem Normalstreifen in dieselbe Richtung fahrenden Ford Ka.

Gemäss dem Spurverlauf auf der Fahrbahn waren der Mitsubishi und der Ford nach dem ersten Kontakt eine kurze Strecke ohne gegenseitigen Kontakt unterwegs. Danach gelangte die linke Seite/Front des Ford wieder in den Fahr-weg des Mitsubishi und die zwei Fahrzeuge verkeilten sich im Be-reich der Beifahrertür-Vorderkante des Mitsubishi und der Kotflügel-hinterkante (links) des Ford.

Sie blieben in diesem Zustand bis zur Kollision mit dem auf dem Überholstreifen Richtung Zürich entgegenkommenden Audi. Dabei kollidierte die Fahrzeugfront des Mitsubishi zuerst und die Fahr-zeugfront des Ford (Sekunden-bruchteile) später mit der Front des Audi (Hauptkollision).

Bei der auf dem Überholstrei-fen der Fahrbahn Richtung Zürich erfolgten Hauptkollision wurde der Mitsubishi Sigma durch den An-prall des Audi (und des Ford) fast gestoppt und in eine Drehung im Uhrzeigersinn versetzt.

Dadurch geriet der Kotflügel hinten links des Mitsubishi in den Fahrweg des auf dem Normalstrei-fen Richtung Zürich fahrenden Subaru Justy. Der Subaru Justy prallte mit seiner Front gegen den Kotflügel hinten links des Mit-subishi. Dadurch wurde die Uhr-zeigersinn-Drehrichtung des Mit-subishi unvermittelt in eine Drehung im Gegen-Uhrzeigersinn geändert.

Der hinter dem Subaru Justy auf dem Normalstreifen herfahren-de Subaru Impreza prallte an-schliessend mit seiner linken Front gegen den A-Säulen-/Dachvorder-kantenbereich der Fahrerseite vom auf der linken Seite liegenden Mit-subishi und unterstützte die nun stattfindende Drehung des Mit-subishi im Gegen-Uhrzeigersinn weiter.

Nach der Kollision mit dem Mit-subishi bewegten sich sowohl der Subaru Justy als auch der Subaru Impreza im Gegen-Uhrzeigersinn drehend an ihre Unfallendstand-orte.

Der hintere Unterbodenbereich des Mitsubishi seinerseits kolli-dierte bei seiner weiteren Bewe-gung in die Unfallendlage mit der rechten hintere Ecke des sich ebenfalls im Gegen-Uhrzeigersinn an seinen Unfallendstandort be-wegenden Ford.

Durch die Hauptkollision wurde der auf dem Überholstreifen Rich-tung Zürich fahrende Audi vorne links nach unten gepresst resp. rechts angehoben und in eine Dre-hung im Uhrzeigersinn versetzt. Als sich der Audi 180° gedreht hat-te, war er rechts soweit angeho-ben, dass er eine Schräglage zur Fahrbahn aufwies. In diesem Au-genblick kollidierte der ursprüng-lich auf dem Überholstreifen hinter dem Audi fahrende Citroën sozu-sagen frontal mit dem Audi resp. der Citroën unterfuhr den rechts angehobenen Audi. Durch die Kol-lision wurde der Audi noch etwas weiter im Uhrzeigersinn gedreht und in seine Unfall-Endlage ver-schoben während der Citroën sei-nerseits kollisionsbedingt auf der rechten Fahrzeugseite verzögert und in eine Drehung im Uhrzeiger-sinn versetzt wurde. Bei seiner weiteren Auslaufbewegung prallte der Citroën mit der rechten Fahr-zeugseite gegen die südliche Leit-planke und bewegte sich schliess-lich an seinen Unfallendstandort.

Die bei den polizeilichen Befra-gungen der Auskunftspersonen gemachten Aussagen betreffend die Fahrtrichtungen der Fahrzeuge und die von diesen benützten Fahrstreifen, lassen sich wider-spruchsfrei mit den Befunden aus den spurenkundlichen Untersu-chungen und der Unfallanalyse vereinbaren.

ZusammenfassungDie primäre Unfallursache war die seitliche Kollision des Mitsubishi mit dem Ford.Durch diese Kollision gerieten die beiden Fahrzeuge in den Gegen-verkehrsraum, wo sich die Haupt-kollision und die Folgekollisionen abspielten.

In Fahrtrichtung Hinwil:Der Ford Ka fuhr zuvorderst •(Normalstreifen Richtung Hin-wil)Der Mitsubishi Sigma fuhr da-•hinter (Überholstreifen Richtung Hinwil) und kollidierte seitlich mit dem vorausfahrenden Ford Ka

In Fahrtrichtung Zürich:Der Audi A3 fuhr zuvorderst •(Überholstreifen Richtung Zü-rich) und kollidierte mit den ver-hakt entgegenkommenden Mit-subishi Sigma und Ford KaDer Subaru Justy (Normalstrei-•fen Richtung Zürich) fuhr nach dem Audi A3 und kollidierte mit dem Mitsubishi SigmaDer Subaru Impreza fuhr hinter •dem Subaru Justy (Normalstrei-fen Richtung Zürich) und kolli-dierte mit dem Mitsubishi Sig-maDer Citroën Saxo fuhr hinter •dem Audi A3 (Überholstreifen Richtung Zürich) und unterfuhr den Audi A3, der durch die Hauptkollision um 180° gedreht worden war

Es lassen sich bei allen Fahrzeu-gen keine unfallursächlichen Ge-schwindigkeitsübertretungen nachweisen.Den Lenkern resp. Lenkerinnen der in die Folgekollisionen verwi-ckelten Fahrzeuge kann weder ein zu geringer Abstand noch eine zu späte Reaktion nachgewiesen werden.

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3D-LASER-Scans der Unfallstelle

Detail-Scans des Trümmer-feldsNoch während die Bergungsar-beiten im Gang waren, konnte die ganze Unfallstelle mit dem 3D-LA-SER-Scanner vermessen werden.

Oberflächen-Scans der deformierten Unfallfahr-zeuge

Aufnehmen des Objektes mit mehreren ScansDie erfassten Scans werden über die Referenzpunkte in das „grobe“ 3D-Modell integriert. Anschliessend erfolgt eine Datenreduktion, indem mehrfach erfasste Bereich der Objekt-Oberfläche zusammengefasst werden. Durch das Festlegen der räumlichen Auflösung der Punktewol-ke kann eine weitere Reduktion der Daten erfolgen.

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Aufnehmen des Objektes mit mehreren Scans (Fortsetzung)

Wir möchten uns an dieser Stelle für die ausgezeichnete Zusammenarbeit beim Verkehrszug Hinwil, dem Unfallfotodienst und der Technischen Kontrolle der Kantonspolizei Zürich, dem Unfalltechnischen Dienst der Stadtpolizei Zürich, den weiteren an den Untersuchungen beteiligten Mitarbeitern des Wissenschaft-lichen Dienstes der Stadtpolizei Zürich und Herrn StA Bigler, Staatsanwaltschaft See/Oberland, bedan-ken.

INTERESSANTE HOMEPAGES[1] Unfallaufnahme-Forum:http://www.jpcity.de/Verkehrsun-fallaufnahme.htm[2] ROLLEIMETRIC:http://www.rollei.com/dt/pro-dukte/index_metric.html[3] ELCOVISION:http://www.elcovision.com[4] EYEWITNESS:http://www.photometrix.com.au/

products.html[5] GOM / ATOS-Scanner:http://www.gom.com/DE/index.html[6] Z+F 3D-LASER-Scanner:h t t p : / / w w w . z f - l a s e r .com/d_z_f-laserscanner.html[7] LEICA Geosystems:http://www.leica-geosystems.com/corporate/de/ndef/lgs_5570.htm

[8] RIEGL 3D-LASER-Scanner:http://www.riegl.com[9] TRIMBLE 3D-LASER-Scanner:h t t p : / / w w w . t r i m b l e .com/3dlaserscanners.shtml[10] FARO 3D-LASER-Scanner: http://www.iqvolution.com/de/Products/Laserscanners.php