涂海波，唐國(guó)鋒，陳明，蔣理，高毅

(重慶市公安局九龍坡區(qū)分局，重慶 400039;中國(guó)刑警學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系，遼寧沈陽(yáng) 110035）

基于鞋底磨損形態(tài)的足別判定

涂海波，唐國(guó)鋒，陳明，蔣理，高毅

(重慶市公安局九龍坡區(qū)分局，重慶 400039;中國(guó)刑警學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系，遼寧沈陽(yáng) 110035）

鞋底磨損是指人在運(yùn)動(dòng)的過程中鞋底與地面或足之間通過機(jī)械的、化學(xué)的相互作用產(chǎn)生的鞋底物質(zhì)的逐漸損失。人體足底壓力分布反映有關(guān)足的解剖結(jié)構(gòu)、功能及整個(gè)身體姿勢(shì)控制等情況，同時(shí)與鞋底磨損情況也密不可分，它是造成鞋底磨損的原因之一。鞋底磨損由于往往是在鞋子穿用過程中形成的，必然受人體行走時(shí)力的大小、方向以及受力部位及行走習(xí)慣動(dòng)作等因素影響，即與步法特征有關(guān)。

鞋底磨損;足別判別;鞋印;足跡

鞋底磨損是鞋在穿用過程中與地面摩擦、擠壓，使鞋底外表面形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而形成的特征。長(zhǎng)期來看，鞋底磨損的位置、大小都將發(fā)生改變。不過這些變化并未對(duì)足別的判定帶來影響，因?yàn)榭傮w磨損的趨勢(shì)流向是不變的。

本文對(duì)大量人群在不同年齡階段所穿用的鞋的磨損情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，歸納總結(jié)出起、落足部位磨損特征與步法特征的關(guān)系，依據(jù)樣本人群各自的步法特征中腳的著力點(diǎn)、著力面、著力大小和所穿鞋子的相應(yīng)部位的磨損點(diǎn)、磨損面、磨損的輕重程度以及形成鞋印相對(duì)部位反映出的壓力點(diǎn)、壓力面、壓力大小三者相互一致的機(jī)理，對(duì)鞋底各個(gè)區(qū)域磨損趨勢(shì)進(jìn)行標(biāo)畫，進(jìn)而得出利用穿鞋足跡磨損特征區(qū)分足別的可行性方法［1］。

一、鞋底磨損的理論基礎(chǔ)

鞋底磨損是指人在運(yùn)動(dòng)的過程中鞋底與地面或足之間通過機(jī)械的、化學(xué)的相互作用產(chǎn)生的鞋底物質(zhì)的逐漸損失。無(wú)論同一人所穿用的鞋子種類是否相同，其磨損特征的造痕體，即該穿鞋人的足是相同的。因此，磨損出現(xiàn)的位置、形狀、尺寸等特征可以很好地反映出穿鞋人的行走習(xí)慣特征。鞋底的磨損與人體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能相對(duì)應(yīng)，是人的特殊的行走運(yùn)動(dòng)習(xí)慣、運(yùn)步方式所產(chǎn)生的，因此鞋底的磨損特征和形態(tài)具有相對(duì)穩(wěn)定性。這就為現(xiàn)場(chǎng)穿鞋足跡，特別是殘缺足跡的左右足別判定提供了條件。

二、足底壓力分布與鞋底磨損相關(guān)性

人體足底壓力分布反映有關(guān)足的解剖結(jié)構(gòu)、功能及整個(gè)身體姿勢(shì)控制等情況，同時(shí)與鞋底磨損情況也密不可分，它是造成鞋底磨損的原因之一。所以首先應(yīng)該弄清足底壓力分布與鞋底受力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而通過鞋底的磨損情況去區(qū)分足別。

(一)足底的壓力分布介紹

足底的壓力分布如圖1所示。

圖1 足底壓力分布

由足底壓力分布圖可知，大部分人的足底壓力主要分布在趾區(qū)、掌區(qū)以及跟區(qū)。趾區(qū)主要體現(xiàn)在拇趾及二趾這兩個(gè)部位。掌區(qū)的壓力分布由于赤足解剖結(jié)構(gòu)的原因，第一跖趾關(guān)節(jié)面積較大，并作為掌區(qū)內(nèi)側(cè)主要支撐部位，導(dǎo)致足底壓力較大。同時(shí)，第五跖趾關(guān)節(jié)作為掌區(qū)外側(cè)的主要支撐點(diǎn)雖然也承受較大壓力，但由于其解剖結(jié)構(gòu)較小，故壓力分布較第一跖趾關(guān)節(jié)要小一些。因此在靜態(tài)足跡中，掌區(qū)內(nèi)側(cè)壓力分布往往大于掌區(qū)外側(cè)。跟區(qū)的壓力分布主要集中在跟后部及跟區(qū)中心，由于落足習(xí)慣，在足跟偏外側(cè)居多。弓區(qū)的壓力分布也由于弓區(qū)縱弓結(jié)構(gòu)使得受力主要集中在外側(cè)，而弓區(qū)內(nèi)側(cè)的壓力分布很小［2］。

(二)足底壓力分布與鞋底壓力分布的關(guān)系

通過足底壓力測(cè)量系統(tǒng)，顯示同一人足底壓力分布與鞋底壓力分布對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 赤足足跡與穿鞋足跡間的壓力分布對(duì)比

通過壓力分布圖對(duì)比可知足底壓力分布與鞋底壓力分布基本上是相互對(duì)應(yīng)的。如圖2鞋底壓力分布圖的趾區(qū)部位的主要壓力體現(xiàn)在拇趾與二趾的部位，與足底壓力分布一致;掌區(qū)部位也與足底壓力分布掌區(qū)部位一致，反映出了掌區(qū)內(nèi)側(cè)壓力大于掌區(qū)外側(cè)壓力分布的特征;鞋底壓力分布跟區(qū)部位壓力主要集中在跟后部偏外，與足底壓力分布一致。這就說明了足底的壓力分布是較好體現(xiàn)在鞋底上的。而磨損的重要類型之一為擠壓磨損，即垂直向下的分力造成的鞋底部位磨損，所以，從磨損的外在表現(xiàn)形式來看，鞋底在趾區(qū)、掌區(qū)表現(xiàn)為內(nèi)側(cè)磨損大于外側(cè)磨損，而在弓區(qū)和跟區(qū)表現(xiàn)為外側(cè)磨損大于內(nèi)側(cè)磨損。因此，從現(xiàn)場(chǎng)足跡所反映的鞋底磨區(qū)域來判別，往往表現(xiàn)為左足跡鞋掌部右側(cè)磨損區(qū)域和程度大于左側(cè)區(qū)域，弓跟部左側(cè)磨損區(qū)域和程度大于右側(cè)區(qū)域，而右足跡則反之［3］。

三、步法特征與鞋底磨損情況的聯(lián)系

鞋底磨損由于往往是在鞋子穿用過程中形成的，因此必然受人體行走時(shí)力的大小、方向、受力部位及行走習(xí)慣動(dòng)作等因素影響，即與步法特征有關(guān)。事實(shí)上，人在行走時(shí)足必然要通過鞋與地面反復(fù)發(fā)生作用，因此在鞋底上必然會(huì)反映出人行走的動(dòng)作習(xí)慣特征即鞋底的磨損特征。所以說鞋底磨損特征是人行走運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作習(xí)慣特征在所穿鞋子鞋底上的綜合反映。這種鞋底磨損特征又以形象特征出現(xiàn)在鞋印中。

(一)落足階段鞋底磨損特點(diǎn)

落腳時(shí)后跟最先著地，以一定角度產(chǎn)生一個(gè)向前下方的踏力作用于地面。這個(gè)踏力分解成一個(gè)水平向前和一個(gè)垂直向下的作用力，向前的力產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，在大多數(shù)情況下，是后側(cè)端外側(cè)最先踏地。因此，底后端外側(cè)受到的沖擊負(fù)荷最大。鞋經(jīng)過一段時(shí)間的穿用，跟后緣附近的落腳部位經(jīng)常與地面摩擦，使得這一部分的表面物質(zhì)剝落形成落足磨損，所以后跟承受著最大的磨損。因此，從步法特征落足部位磨損情況來看，左足跡跟區(qū)磨損情況為左外側(cè)大于右外側(cè)，而右足跡跟區(qū)磨損情況右外側(cè)大于左外側(cè)，如圖3所示。

圖3 落足階段鞋跟主要磨損部位

另外，人們?cè)诖┯眯瑫r(shí)會(huì)發(fā)生損壞，出現(xiàn)破洞、折斷、裂紋、磨損等，為繼續(xù)穿用而進(jìn)行修補(bǔ)并在足跡中留下相應(yīng)修補(bǔ)痕跡。鞋底的修補(bǔ)通常是釘掌、換底、粘膠底、釘耐磨塊和縫線等，所反映的修補(bǔ)特征主要包括修補(bǔ)的形狀、位置及與花紋和其他痕跡的位置關(guān)系。由步法特征造成的嚴(yán)重磨損多出現(xiàn)在掌區(qū)第一、二跖部位以及跟區(qū)外后側(cè)，這對(duì)區(qū)分左右足別具有很高的利用價(jià)值，所以應(yīng)該重視磨損造成的孔洞、修補(bǔ)部位。如一個(gè)足跡跟區(qū)左后側(cè)出現(xiàn)釘掌痕跡，可以判定為是左腳;若足跡跟區(qū)右后側(cè)出現(xiàn)釘掌痕跡可以判定為是右腳。如圖5所示。

(二)起足階段鞋底磨損特點(diǎn)

在起足時(shí)，通過鞋底傳給地面的單位壓力，由腳掌跖趾部位至前尖逐漸增加。鞋前尖部位的磨損方式是磨粒磨損，鞋掌部位的磨損方式也一樣。鞋尖部位磨損面的大小、位置與趾蹬的部位及起足高低有關(guān)。起足高，磨損面小;起足低，磨損面大。鞋掌部位的磨損是由于跖趾關(guān)節(jié)長(zhǎng)期蹬地逐漸形成的，鞋底在這一部位受力較大，又經(jīng)常彎曲，因此磨損的速度較快。而在跖趾部位鞋底彎曲最為嚴(yán)重，因此前掌的磨損程度僅次于后跟。從整體鞋底的磨損程度看，前掌部位最重。起足階段的主體痕跡蹬痕是一次性后蹬在足跡中所形成的，具有隨機(jī)性，多次蹬地作用在鞋底上的反映是起足磨損。因此，從步法特征起足蹬痕部位磨損情況來看，鞋尖鞋掌區(qū)磨損嚴(yán)重情況為左足跡右外側(cè)大于左外側(cè)，而右足跡左外側(cè)大于右外側(cè)。如圖4所示。

圖4 起足階段鞋尖主要磨損部位

圖5 鞋跟修補(bǔ)特征

四、實(shí)驗(yàn)物質(zhì)的選取及實(shí)驗(yàn)方法

(一)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)的選取

為了研究穿鞋足跡所反映的磨損特征的規(guī)律，以便更好地區(qū)分左右足別，我們選取行走過程中腳的襯墊物——鞋子為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

我們清楚，要想真正將一種對(duì)象研究透徹，最好將這種對(duì)象的全部現(xiàn)象一個(gè)不少地加以收集記錄。研究足跡的磨損特征，并利用其特征的穩(wěn)定性判斷遺留足跡的足別，最好的途徑是將大量的樣本足跡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并加以隨機(jī)抽樣研究，以便得到左右足別磨損特征穩(wěn)定的規(guī)律。筆者認(rèn)為，鞋子是人行走時(shí)包裹在赤腳上的一層襯墊物，隨著穿用時(shí)間的延續(xù)，鞋底物質(zhì)的耗減形成磨損是不可避免的，正如我們以上所研究的，其磨損是足底壓力分布和步法特征等主要因素在襯墊物上的合作結(jié)果，造成的磨損部位和形態(tài)也具有相輔相成、因果對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系，可以真實(shí)地再現(xiàn)這種規(guī)律的便是不同足別的鞋底各自規(guī)律的形態(tài)磨損［4］。

為了更好地說明利用鞋底磨損形態(tài)判別足別的可行性，消除隨著年齡變化而形成的步法特征上的變化對(duì)磨損形態(tài)所帶來的影響，我們隨機(jī)選取20～30歲、30～40歲、40～50歲、50-60歲四個(gè)不同年齡段的人群穿用過的鞋子，并制作油墨樣本各100份，通過觀察來研究其鞋底出現(xiàn)的磨損和穿鞋樣本足跡所反映的磨損規(guī)律。

(二)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路

鞋底磨損形態(tài)的選取與標(biāo)畫:

1．隨機(jī)選取具有一定磨損特征的各類鞋種，根據(jù)足底壓力分布及步態(tài)特征的基本原理，標(biāo)畫并記錄每雙鞋底與捺印足跡的磨損區(qū)域，并連接趨勢(shì)線(如圖6、7所示)

圖6 鞋底磨損部位“S”形連線

2．對(duì)每雙鞋所捺印的足跡樣本進(jìn)行描述，例如:后跟磨損偏外或偏內(nèi)，鞋尖磨損偏外或偏內(nèi)等。

3．標(biāo)畫后跟區(qū)磨損與掌區(qū)磨損形態(tài)流向趨勢(shì)線(如圖8所示)，從圖中可看出2線與3線成喇叭狀開口。其中，2線為掌區(qū)磨損形態(tài)線，3線為落足后跟磨損形態(tài)線。

(三)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的討論

對(duì)四個(gè)年齡段人群共400份實(shí)驗(yàn)樣本的磨損特征分別進(jìn)行描述與標(biāo)畫，每項(xiàng)特征所符合的樣本數(shù)量如表1、表2所示。

1．根據(jù)對(duì)400份不同年齡段的穿鞋足跡樣本進(jìn)行磨損特征標(biāo)畫以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可看出，年齡對(duì)鞋底磨損趨勢(shì)形態(tài)所造成的影響不大。

2．根據(jù)數(shù)據(jù)表可看出:左足跡起足磨損點(diǎn)偏右側(cè);落足磨損點(diǎn)偏左側(cè);弓區(qū)磨損多出現(xiàn)于左側(cè);掌區(qū)磨損以足跡中心線為界，左側(cè)面積基本都小于右側(cè)面積;掌區(qū)磨損高低趨勢(shì)呈現(xiàn)右高左低形態(tài);足跡整體磨損趨勢(shì)線呈反“S”形;掌區(qū)磨損趨勢(shì)與后跟區(qū)磨損趨勢(shì)呈喇叭狀，喇叭口朝向向右。

3．根據(jù)數(shù)據(jù)表可看出:右足跡起足磨損點(diǎn)偏左側(cè);落足磨損點(diǎn)偏右側(cè);弓區(qū)磨損多出現(xiàn)于右側(cè);掌區(qū)磨損以足跡中心線為界，左側(cè)面積基本都大于右側(cè)面積;掌區(qū)磨損高低趨勢(shì)呈現(xiàn)左高右低形態(tài);足跡整體磨損趨勢(shì)線呈“S”形;掌區(qū)磨損趨勢(shì)與后跟區(qū)磨損趨勢(shì)呈喇叭狀，喇叭口朝向向左。

表1 右足符合特征的樣本數(shù)量

表2 左足符合特征的樣本數(shù)量

五、結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與觀測(cè)，可得出以下結(jié)論:

起腳部位、落腳部位、足弓部位等處的磨損方向與位置較穩(wěn)定，與人的年齡變化關(guān)系不大。

通過對(duì)不同年齡段人群穿用鞋的鞋底與足跡樣本的收集與研究發(fā)現(xiàn)，利用現(xiàn)場(chǎng)足跡所反映的鞋底磨損特征及其規(guī)律判定足別具有可行性，這為殘缺足跡的足別分析與檢驗(yàn)提供了參考。

通過對(duì)捺印穿鞋足跡樣本的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)能夠反映出鞋底磨損情況的殘缺變形足跡，當(dāng)鞋尖磨損偏向左側(cè)，并且掌區(qū)磨損趨勢(shì)左高右低，同時(shí)跟區(qū)磨損偏向右側(cè)時(shí)，判斷為右足概率較高。

通過對(duì)捺印穿鞋足跡樣本的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)能夠反映出鞋底磨損情況的殘缺變形足跡，當(dāng)鞋尖磨損偏向右側(cè)，并且掌區(qū)磨損趨勢(shì)右高左低，同時(shí)跟區(qū)磨損偏向左側(cè)時(shí)，判斷為左足概率較高。

［1］史力民．足跡學(xué)［M］．北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社，2007．105．

［2］袁剛，等．正常人足底壓力分布及其影響因素分析［J］．中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2004，(3)．

［3］張孝貴，周生龍．談鞋底磨損形態(tài)與鞋印壓痕形態(tài)的關(guān)系［J］．徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，(4)．

［4］姚力．判別分析法在鞋底磨損特征檢驗(yàn)中的應(yīng)用［J］．刑事技術(shù)，2009，(1)．

責(zé)任編輯:賈永生

D918

A

1009-3192(2013)06-0052-05

2013-11-11

涂海波，男，重慶市公安局九龍坡分局助理工程師;蔣理，男，重慶市公安局九龍坡分局助理工程師;唐國(guó)鋒，男，重慶市公安局九龍坡分局工程師;陳明，男，重慶市公安局九龍坡分局工程師;高毅，男，碩士，中國(guó)刑警學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系講師，主要從事足跡檢驗(yàn)方面的教學(xué)、科研、辦案工作。

本文為重慶市公安局科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2012-23)的階段性成果。