基于鞋底磨損形態(tài)的足別判定

涂海波，唐國鋒，陳明，蔣理，高毅

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

基于鞋底磨損形態(tài)的足別判定

涂海波，唐國鋒，陳明，蔣理，高毅

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

鞋底磨損是指人在運動的過程中鞋底與地面或足之間通過機械的、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)、功能及整個身體姿勢控制等情況，同時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，必然受人體行走時力的大小、方向以及受力部位及行走習(xí)慣動作等因素影響，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足別的判定帶來影響，因為總體磨損的趨勢流向是不變的。

本文對大量人群在不同年齡階段所穿用的鞋的磨損情況進行統(tǒng)計，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、著力面、著力大小和所穿鞋子的相應(yīng)部位的磨損點、磨損面、磨損的輕重程度以及形成鞋印相對部位反映出的壓力點、壓力面、壓力大小三者相互一致的機理，對鞋底各個區(qū)域磨損趨勢進行標(biāo)畫，進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動的過程中鞋底與地面或足之間通過機械的、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)和生理功能相對應(yīng)，是人的特殊的行走運動習(xí)慣、運步方式所產(chǎn)生的，因此鞋底的磨損特征和形態(tài)具有相對穩(wěn)定性。這就為現(xiàn)場穿鞋足跡，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)、功能及整個身體姿勢控制等情況，同時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應(yīng)關(guān)系，進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，第五跖趾關(guān)節(jié)作為掌區(qū)外側(cè)的主要支撐點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?。?］。

(二)足底壓力分布與鞋底壓力分布的關(guān)系

通過足底壓力測量系統(tǒng)，顯示同一人足底壓力分布與鞋底壓力分布對應(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比

通過壓力分布圖對比可知足底壓力分布與鞋底壓力分布基本上是相互對應(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力的大小、方向、受力部位及行走習(xí)慣動作等因素影響，即與步法特征有關(guān)。事實上，人在行走時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反映出人行走的動作習(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動的動作習(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

落腳時后跟最先著地，以一定角度產(chǎn)生一個向前下方的踏力作用于地面。這個踏力分解成一個水平向前和一個垂直向下的作用力，向前的力產(chǎn)生相對運動和相對運動趨勢，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，人們在穿用鞋時會發(fā)生損壞，出現(xiàn)破洞、折斷、裂紋、磨損等，為繼續(xù)穿用而進行修補并在足跡中留下相應(yīng)修補痕跡。鞋底的修補通常是釘掌、換底、粘膠底、釘耐磨塊和縫線等，所反映的修補特征主要包括修補的形狀、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)，這對區(qū)分左右足別具有很高的利用價值，所以應(yīng)該重視磨損造成的孔洞、修補部位。如一個足跡跟區(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

在起足時，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 鞋跟修補特征

四、實驗物質(zhì)的選取及實驗方法

(一)實驗物質(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——鞋子為實驗對象。

我們清楚，要想真正將一種對象研究透徹，最好將這種對象的全部現(xiàn)象一個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行統(tǒng)計并加以隨機抽樣研究，以便得到左右足別磨損特征穩(wěn)定的規(guī)律。筆者認(rèn)為，鞋子是人行走時包裹在赤腳上的一層襯墊物，隨著穿用時間的延續(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、因果對應(yīng)的邏輯關(guān)系，可以真實地再現(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磨損形態(tài)所帶來的影響，我們隨機選取20～30歲、30～40歲、40～50歲、50-60歲四個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)計實驗思路

鞋底磨損形態(tài)的選取與標(biāo)畫:

1．隨機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，并連接趨勢線(如圖6、7所示)

圖6 鞋底磨損部位“S”形連線

2．對每雙鞋所捺印的足跡樣本進行描述，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)實驗數(shù)據(jù)的討論

對四個年齡段人群共400份實驗樣本的磨損特征分別進行描述與標(biāo)畫，每項特征所符合的樣本數(shù)量如表1、表2所示。

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

2．根據(jù)數(shù)據(jù)表可看出:左足跡起足磨損點偏右側(cè);落足磨損點偏左側(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)磨損高低趨勢呈現(xiàn)右高左低形態(tài);足跡整體磨損趨勢線呈反“S”形;掌區(qū)磨損趨勢與后跟區(qū)磨損趨勢呈喇叭狀，喇叭口朝向向右。

3．根據(jù)數(shù)據(jù)表可看出:右足跡起足磨損點偏左側(cè);落足磨損點偏右側(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)磨損高低趨勢呈現(xiàn)左高右低形態(tài);足跡整體磨損趨勢線呈“S”形;掌區(qū)磨損趨勢與后跟區(qū)磨損趨勢呈喇叭狀，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)實驗數(shù)據(jù)的分析與觀測，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提供了參考。

通過對捺印穿鞋足跡樣本的研究發(fā)現(xiàn)，對于現(xiàn)場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)磨損趨勢左高右低，同時跟區(qū)磨損偏向右側(cè)時，判斷為右足概率較高。

通過對捺印穿鞋足跡樣本的研究發(fā)現(xiàn)，對于現(xiàn)場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)磨損趨勢右高左低，同時跟區(qū)磨損偏向左側(cè)時，判斷為左足概率較高。

［1］史力民．足跡學(xué)［M］．北京:中國人民公安大學(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，2005，(4)．

［4］姚力．判別分析法在鞋底磨損特征檢驗中的應(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，中國刑警學(xué)院痕跡檢驗技術(shù)系講師，主要從事足跡檢驗方面的教學(xué)、科研、辦案工作。

本文為重慶市公安局科技攻關(guān)計劃項目(項目編號:2012-23)的階段性成果。