足跡踏痕特征與步角相關(guān)關(guān)系研究

高 毅

(中國刑警學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系，遼寧沈陽 110035)

0 引 言

在現(xiàn)代足跡檢驗(yàn)中，刑事技術(shù)人員越來越認(rèn)識到步態(tài)特征中踏痕的價值。實(shí)際辦案證明，利用踏痕推測犯罪嫌疑人的年齡具有可行性，甚至往往能起到關(guān)鍵的作用。足跡學(xué)理論指出：人的行走運(yùn)動是一種習(xí)慣動作的循環(huán)往復(fù)，這種習(xí)慣動作穩(wěn)定的基礎(chǔ)是大腦運(yùn)動中樞神經(jīng)動力定型的結(jié)果，日積月累便固定成為自己的步法特征，并直接反映在足跡中的踏痕、步角等步態(tài)特征上。雖然踏痕特征在一定時期內(nèi)具有相對穩(wěn)定性，但由于每個人的行走習(xí)慣，運(yùn)步方式，落腳角度等的不同，導(dǎo)致踏痕大小發(fā)生變化，從而使年齡分析出現(xiàn)偏差。

本文將通過收集大量18～40年齡人群的足跡樣本，對踏痕的落腳點(diǎn)、躍變點(diǎn)等深入分析，精確測量踏痕大小、步角等特征參數(shù)，并與實(shí)際年齡進(jìn)行對比研究，從而得出步角與相應(yīng)踏痕之間的相關(guān)關(guān)系，統(tǒng)計步角的大小與所對應(yīng)的踏痕推測的年齡準(zhǔn)確概率，從而總結(jié)出足跡分析中關(guān)于踏痕推測年齡更為準(zhǔn)確的理論與實(shí)踐方法。

1 基本原理與概念

1.1 踏痕與步角的概念及選取標(biāo)準(zhǔn)

踏痕是落足階段的主體痕跡。踏痕位于足跡后跟后部，痕起緣為足跡后邊緣(落足點(diǎn))，呈弧形，痕止緣呈弧形或弓弦形(躍變點(diǎn))。在立體足跡中，痕底呈一斜面，止緣有向后開口的橫條裂紋。在平面足跡中，踏痕處有時出現(xiàn)空缺，或出現(xiàn)重疊擦蹭狀的線條。

落腳點(diǎn)，指足跟區(qū)后側(cè)某部位最先接觸承痕體時的一點(diǎn)，由于踏痕是瞬間形成的，因此，跟區(qū)與地面接觸時具有的速度和能量決定踏痕的效果，鞋和地面條件及接觸的角度對效果也有明顯的影響。跟區(qū)最先與地面接觸的部位往往是位置最低的區(qū)域，與地面作用力大、作用時間長，能量釋放多，效果最明顯，稱之為落腳點(diǎn)。落腳瞬間跟區(qū)后部與地面作用，該作用范圍在跟區(qū)內(nèi)外側(cè)邊緣上的起止點(diǎn)稱為內(nèi)外側(cè)端點(diǎn)，也稱為躍變點(diǎn)。端點(diǎn)到落腳點(diǎn)的距離，稱之為踏痕半徑。躍變點(diǎn)通常位于落腳點(diǎn)內(nèi)外側(cè)對稱位置上，但是在留痕人年紀(jì)較大、落腳點(diǎn)明顯偏外和鞋跟后部結(jié)構(gòu)特殊等情況下，也可能失去對稱性。穿鞋足跡落腳點(diǎn)與踏痕躍變點(diǎn)的確定有時需要利用鞋邊緣，所穿鞋足跡踏痕的落腳點(diǎn)往往是落足痕跡反映凹陷最深，鞋跟后側(cè)堆土最高的痕跡反映，有的穿鞋足跡伴有擦痕，擦痕中心線與赤足踏痕的痕起緣的交點(diǎn)即是赤足的落腳點(diǎn)，而擦痕的兩條痕跡邊緣與鞋跟邊緣所交內(nèi)外測兩點(diǎn)則為踏痕的內(nèi)外側(cè)躍變點(diǎn)。

步角是指左右足跡各自的中心線與其同側(cè)的步行線相交所構(gòu)成的角度。步角一般可分為：外展步、直行步、內(nèi)收步、不對稱步。足跡中心線與同側(cè)步行線相交于后跟的為外展步，根據(jù)其展角的大小分為：大外展(展角在20°以上)、中外展(展角在10°～20°之間)、小外展(展角在5°～10°之間)。足跡中心線與同側(cè)步行線相交于足前方的為內(nèi)收角，也叫內(nèi)八字步。足跡中心線與同側(cè)步行線相交于后跟的角度小于5°或兩線平行者為直行步。左右足跡步角相差5°以上者即為不對稱步。不對稱步分為：一直行一外展，一直行一內(nèi)收，一外展一內(nèi)收。因各人差異不同，左右步角通常情況下不等，這也為實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證提供了條件。

1.2 利用踏痕分析年齡的科學(xué)依據(jù)

人體的生理機(jī)能隨著年齡的增長而變化，從而導(dǎo)致足跡特征也隨著發(fā)生相應(yīng)的變化。引起足跡特征變化的機(jī)制主要包括：肌力的變化；軟組織的變化；關(guān)節(jié)的變化和重心的變化等諸多因素。18歲以前，行走習(xí)慣尚未定型，18～25 歲左右人體肌力和韌帶強(qiáng)度達(dá)到高峰，持續(xù)到28～30歲后肌力逐漸下降。30～40歲相對穩(wěn)定變化慢，這一時期踏痕特征也表現(xiàn)較為穩(wěn)定，40歲以后肌力下降增快，50歲以后更快，這就導(dǎo)致落足時足底與地面之間夾角逐漸變小，踏痕的面積、范圍逐漸變大；單足支撐時間越來越短，步角變大，落足點(diǎn)外移；同時，軟組織彈性下降，皮膚松弛；關(guān)節(jié)滑液變少，活動性下降，重心的變化等使得踏痕特征與年齡有較好的相關(guān)性。因此，基于此可以根據(jù)踏痕的變化比較準(zhǔn)確地推斷留痕人年齡。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

立體足跡承痕臺，單反相機(jī)，長線，直角比例尺，角度測量儀，分規(guī)，鋼直尺，記號筆，數(shù)據(jù)分析軟件等。

2.2 實(shí)驗(yàn)樣本

隨機(jī)抽取學(xué)院身體狀況良好、行走姿態(tài)正常的中青年男、女本科生、研究生及干訓(xùn)學(xué)員150名及其正常行走所遺留的成趟立體足跡作為實(shí)驗(yàn)對象。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

令實(shí)驗(yàn)者分別行走過立體足跡承痕臺的沙土表面，分別測量立體足跡的踏痕和步角大小，踏痕形態(tài)特征的位置在足跡的后邊緣，由落足點(diǎn)到踏痕外側(cè)躍變點(diǎn)的連線構(gòu)成，如圖1。步角的選取和標(biāo)畫以足跡的各自中心線和其同側(cè)步行線相交角，如圖2。對所測量的數(shù)據(jù)運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)理統(tǒng)計的方法進(jìn)行統(tǒng)計、分析，并對誤差加以分析和解釋，得出步角的大小與所對應(yīng)踏痕對年齡推測的相關(guān)性。

圖1

圖2

3 實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量與收集

對實(shí)驗(yàn)所得男女共150人次所留的樣本足跡的踏痕半徑與步角進(jìn)行測量，踏痕半徑與步角選定采用上述確定的方法，然后選取單個樣本中左右步角相差較大的踏痕進(jìn)行測量比較，并拍照記錄。樣本測量的示意照片如圖3、圖4。

圖3

圖4

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

為了直觀地說明步角與踏痕在不同樣本中所表現(xiàn)出的關(guān)系，我們對150對踏痕半徑與步角進(jìn)行統(tǒng)計分析，將單個樣本中大步角對應(yīng)的踏痕半徑所推測的理論年齡與測量者實(shí)際年齡的對比分類，進(jìn)行統(tǒng)計，見表1，統(tǒng)計所得各分析數(shù)據(jù)占總樣本比例見圖5。

表1 大、小步角與踏痕分析所對應(yīng)實(shí)際年齡分類統(tǒng)計

圖5 步角對應(yīng)踏痕分析得理論年齡與實(shí)際年齡對應(yīng)情況比例圖

根據(jù)圖表可知，小步角對應(yīng)的踏痕長所推測的理論年齡更接近真實(shí)年齡的樣本數(shù)，占總樣本個數(shù)的比例最高，根據(jù)概率統(tǒng)計學(xué)的規(guī)律，在實(shí)踐中我們應(yīng)選取小步角對應(yīng)的踏痕長進(jìn)行年齡分析為宜。

以上是從概率的角度對踏痕和步角的關(guān)系進(jìn)行了說明，下面的表格對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的150對樣本進(jìn)行分類，即在單個樣本數(shù)據(jù)中劃分為這樣3組數(shù)據(jù)，小步角對應(yīng)的踏痕長所推測的理論年齡，樣本的真實(shí)年齡，大步角對應(yīng)的踏痕長所推測的理論年齡，然后在樣本間將這3組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并繪制成3條擬合趨勢曲線，觀察它們的變化及規(guī)律，如圖6。

根據(jù)圖6可以看出，小步角對應(yīng)的踏痕長的曲線在真實(shí)年齡曲線的上方，局部重疊，只有少部分遠(yuǎn)離真實(shí)年齡曲線，大步角對應(yīng)踏痕長的曲線位于更上方，并有部分年齡遠(yuǎn)偏離實(shí)際年齡曲線。所以，分析所得小步角對應(yīng)的踏痕分析所得的理論年齡更接近真實(shí)年齡。

3.3 踏痕隨步角變化規(guī)律分析

為了得到踏痕隨步角的變化規(guī)律情況，將數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理，見表2。

表2 步角踏痕樣本數(shù)據(jù)的頻數(shù)表

圖6 步角對應(yīng)踏痕分析理論年齡與實(shí)際年齡關(guān)系圖

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，繪制出踏痕變化隨步角變化散點(diǎn)趨勢圖，如圖7所示。

圖7 踏痕變化隨步角變化規(guī)律散點(diǎn)趨勢圖

經(jīng)過刪除異常值后，所得的圖具有線性關(guān)系，圖表證明，在單位樣本中，隨著左右步角差逐漸增大，所測的左右踏痕長的差也逐漸增大，即依據(jù)選取大步角所測量的踏痕長分析年齡的值遠(yuǎn)離真實(shí)年齡，而依據(jù)選取小步角對應(yīng)踏痕長分析所得年齡值相對更為接近實(shí)際年齡。

4 結(jié)論與誤差分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析,得出以下結(jié)論:

(1)在公安實(shí)踐中，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)嫌疑人成趟足跡時，可利用現(xiàn)足跡的踏痕能更為準(zhǔn)確地推測嫌疑人的年齡，我們可以選取小步角所對應(yīng)的踏痕長作為年齡分析的數(shù)據(jù)為宜。

(2)在嫌疑人成趟足跡中，踏痕大小隨著步角的變化而變化，步角變大，踏痕的變化也相應(yīng)增加。 并且步角大的足跡對應(yīng)的踏痕長度大，步角小的對應(yīng)的踏痕長度小，實(shí)驗(yàn)樣本的真實(shí)年齡與較小步角所對應(yīng)的踏痕推測的年齡接近。

(3)在單個樣本中，左右步角近似相等時，所對應(yīng)的踏痕長度也基本相等，由踏痕推測的理論年齡也基本相近。

本文通過實(shí)驗(yàn)和樣本分析所統(tǒng)計出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和概率在實(shí)踐應(yīng)用中可能會有一定的誤差，誤差產(chǎn)生的原因如下：

(1)樣本來源均來自刑警學(xué)院在校學(xué)員及部分在職培訓(xùn)學(xué)員，具有一定的局限性。雖然生源來自全國各地，但由于參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)員均是通過嚴(yán)格的體檢，無羅圈腿等異變腿形，經(jīng)過長期警務(wù)化訓(xùn)練，行走步態(tài)相對比較端正、標(biāo)準(zhǔn)，無嚴(yán)重的外側(cè)與內(nèi)側(cè)落腳情況。

(2)本研究是基于數(shù)理統(tǒng)計的方法從概率角度通過實(shí)驗(yàn)分析踏痕與步角的對應(yīng)關(guān)系，故要求收集的樣本數(shù)要很大，雖然本文實(shí)驗(yàn)過程中取樣數(shù)量150例，但依然不足，所以也可能導(dǎo)致一定的誤差。

(3)對實(shí)驗(yàn)樣本觀測時出現(xiàn)的誤差。樣本足跡提取后，對樣本足跡相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察測量會產(chǎn)生人為因素的誤差。

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