基于落腳步態(tài)特征的足別量化分析

董家英薛寶坤恩克吉亞

（1 中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035；2 鞏留縣公安局 新疆 伊犁 835400；3 烏拉蓋公安局 內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000）

基于落腳步態(tài)特征的足別量化分析

董家英1薛寶坤2恩克吉亞3

（1 中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035；2 鞏留縣公安局 新疆 伊犁 835400；3 烏拉蓋公安局 內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000）

足跡作為犯罪現(xiàn)場(chǎng)上最常見(jiàn)的一種痕跡物證，具有遺留率、發(fā)現(xiàn)率、提取率高等特點(diǎn)，利用足跡落腳部位步態(tài)特征對(duì)左右足跡進(jìn)行比較，并引入統(tǒng)計(jì)分析方法加以研究，極大地豐富了足別分析和足跡檢驗(yàn)的方法。

步態(tài)特征 足別分析 量化檢驗(yàn)

通過(guò)實(shí)際的辦案和現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，殘缺足跡占所提取足跡的70%以上，這類足跡由于遺留面積小，可以利用的特征少，所以很難準(zhǔn)確判別足別，而準(zhǔn)確識(shí)別殘缺足跡的留痕部位及區(qū)分左右足跡是足跡檢驗(yàn)的關(guān)鍵所在，是分析、鑒定的前提和基礎(chǔ)，搞好這項(xiàng)工作關(guān)系到殘缺足跡的利用率問(wèn)題。

本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，收集刑案高發(fā)人群足跡樣本，對(duì)左右足落腳角度、落腳方向等特征量測(cè)量統(tǒng)計(jì)并分析比較，歸納總結(jié)出落腳部位步法特征與左右足別的關(guān)系，并引入聚類分析的方法在一定可靠地概率下進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而得出利用落腳步態(tài)特征區(qū)分足別的可行性方法。

1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

油墨捺印本，A3復(fù)印紙，直角測(cè)量尺，直尺，量角器，分規(guī)，統(tǒng)計(jì)軟件等。

1.2 樣本來(lái)源

隨機(jī)抽取中國(guó)刑警學(xué)院年齡在20～30歲、身體健康狀況良好、行走運(yùn)動(dòng)正常的學(xué)員100名及其所穿鞋作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

1.3 特征選取標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)中將主要針對(duì)步態(tài)特征中的踏痕，并以踏痕兩端點(diǎn)的連線與足跡中心線所構(gòu)成角度進(jìn)行分析與研究。

落腳部位步態(tài)特征的位置通常位于足跡的后邊緣。由落腳部位的兩個(gè)端點(diǎn)連線與足跡中心線相交構(gòu)成的外側(cè)下角作為落腳角，如圖1所示。以足跡中心線為準(zhǔn)，按照各個(gè)足跡的落腳點(diǎn)位置（內(nèi)、中、外）進(jìn)行選取并標(biāo)記描繪，如圖2所示。

圖1 落腳角度

圖2 落腳點(diǎn)位置（內(nèi)、中、外）

令實(shí)驗(yàn)者分別捺印油墨平面穿鞋足跡，在本實(shí)驗(yàn)中，所選取的落腳角定義為踏痕中兩個(gè)端點(diǎn)的連線與足跡中心線所構(gòu)成的左側(cè)下角，如圖1所示，測(cè)量∠1。大部分人在行走的過(guò)程中，不同的足別所遺留的落腳角不盡相同，甚至有很大的區(qū)別，當(dāng)以踏痕中兩個(gè)端點(diǎn)的連線與足跡中心線所構(gòu)成的左側(cè)的角度作為本實(shí)驗(yàn)所記錄研究的落腳角時(shí)，針對(duì)左足跡樣本所測(cè)量并記錄下的落腳角通常為鈍角。針對(duì)右足跡樣本所測(cè)量并記錄下的落腳角通常為銳角。

2 實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)及分析

2.1 數(shù)據(jù)測(cè)量與正態(tài)檢驗(yàn)

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量，我們得出100名本科生的左足跡落腳角平均值為104.52°，而右足跡落腳角的平均值為73.58°由統(tǒng)計(jì)學(xué)可知正態(tài)性檢驗(yàn)的任意一個(gè)系數(shù)檢驗(yàn)的sig值小于0.05，或兩個(gè)系數(shù)檢驗(yàn)的sig值均小于0.05，資料不服從正態(tài)分布，如果均數(shù)與中位數(shù)相差較大，也可能不是正態(tài)分布資料。對(duì)上述兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示左右足跡樣本數(shù)據(jù)的中位數(shù)與均數(shù)相差很小，且兩組數(shù)據(jù)的兩個(gè)系數(shù)檢驗(yàn)的sig值均大于0.05，故我們可以得出結(jié)論：該兩組數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布 ，即實(shí)驗(yàn)取得的左右足跡兩組樣本落腳角數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

表1 左足跡樣本數(shù)據(jù)的頻數(shù)表分析變量：左足跡落腳角度；樣本例數(shù)n=100

表2 右足跡樣本數(shù)據(jù)的頻數(shù)表分析變量：右足跡落腳角度；樣本例數(shù) n=100

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與討論

上述統(tǒng)計(jì)，兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。因此，我們可以使用均數(shù)描述其集中程度，標(biāo)準(zhǔn)差描述其離散程度。統(tǒng)計(jì)得出左足跡樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為14.028，右足跡樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為12.197，故可得出左腳足跡落腳角的離散程度大于右腳足跡落腳角的離散程度。左、右足跡樣本頻數(shù)表如表1、表2所示；左、右足跡樣本數(shù)據(jù)直方圖如圖3、圖4所示。

圖3 左足跡樣本數(shù)據(jù)頻數(shù)直方圖

圖4 右足跡樣本數(shù)據(jù)頻數(shù)直方圖

由以上的分析及圖示，利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)該兩組數(shù)據(jù)不同組段內(nèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率進(jìn)行計(jì)算并得出結(jié)果，如表3所示。

表3 左右足落腳角概率分布比較 X為落腳角，單位：°

結(jié)合以上圖表及數(shù)據(jù)分析，討論如下：

左右足跡左側(cè)下角落腳角在42°～62°間時(shí)，分析確定為左腳足跡的概率為0。當(dāng)左右足跡左側(cè)下角落腳角在63°～68°這個(gè)區(qū)間時(shí)，分析確定為左腳足跡的概率不大，明顯低于右腳足跡出現(xiàn)的概率。當(dāng)左右足跡左側(cè)下角落腳角在102°以上時(shí)，分析確定為左腳足跡的概率為0。而左右足跡左側(cè)下角落腳角在88°～102°這個(gè)區(qū)間時(shí)，該腳為左腳的概率大于該腳為右腳的概率。所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)足跡左側(cè)下角的落腳角度大于88°時(shí)，該足跡為左腳所留概率大于右腳。反之，當(dāng)小于等于88°時(shí)，該足跡為右腳所留概率大于左腳。

2.3 實(shí)驗(yàn)取樣時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的誤差分析

本文統(tǒng)計(jì)分析出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)在實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用中難免會(huì)有一定的誤差，產(chǎn)生誤差的原因如下：

（1）本實(shí)驗(yàn)樣本均取自警院學(xué)員，走路姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)、端正，無(wú)嚴(yán)重的外落與內(nèi)落情況，具有一定的局限性。

（2）本實(shí)驗(yàn)采用概率統(tǒng)計(jì)的方法分析研究落腳部位步態(tài)特征左右足跡差異，要求收集的樣本數(shù)要很大，故需要進(jìn)一步補(bǔ)充增加樣本數(shù)量，以減少對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。

（3）對(duì)樣本測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的誤差。樣本足跡收取后，人為的對(duì)樣本足跡落腳角的標(biāo)劃與測(cè)量會(huì)產(chǎn)生一定的操作誤差。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)聚類分析法比較

我們可以用聚類分析的方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提取的足跡的落腳角度與我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中所提取的樣本數(shù)據(jù)間進(jìn)行分析與研究。通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)足跡的落腳角度分別與左右腳相應(yīng)的樣本數(shù)據(jù)計(jì)算距離，距離小者即說(shuō)明該現(xiàn)場(chǎng)足跡的落腳角度屬于相對(duì)應(yīng)的左腳或右腳樣本數(shù)據(jù)可能性大，即相應(yīng)地該現(xiàn)場(chǎng)所提取足跡為左腳或右腳所遺留的可能性更大。

絕對(duì)值距離公式如下：

其中，d表示絕對(duì)值距離，xk表示樣本數(shù)據(jù)，x表示現(xiàn)場(chǎng)足跡落腳角度，n表示樣本數(shù)據(jù)總數(shù)。

現(xiàn)在我們已知：n=100，k=1，2，3，……100。

現(xiàn)舉一例，試加以說(shuō)明：我們先假設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)提取到一枚足跡，經(jīng)測(cè)量，其落腳角x=90°。則

因?yàn)閐左＜d右，因此該枚足跡為左腳的可能性大于右腳。

在此，我們分別模擬從現(xiàn)場(chǎng)中提取男性左右足跡各10枚，通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)和示例證明和說(shuō)明聚類分析方法分析現(xiàn)場(chǎng)足跡的準(zhǔn)確性和可行性，如表4，表5所示。

表4 現(xiàn)場(chǎng)左腳足跡落腳角與兩組樣本數(shù)據(jù)的聚類分析

表5 現(xiàn)場(chǎng)右足跡落腳角與兩組樣本數(shù)據(jù)的聚類分析

由以上兩表我們可以看出，利用聚類分析的方法處理現(xiàn)場(chǎng)足跡的落腳角，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)足跡所遺留足別的分析檢驗(yàn)具有較高的準(zhǔn)確性與可行性。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀測(cè)，我們得出以下結(jié)論：

（1）綜上分析，我們發(fā)現(xiàn)足跡在落腳部位多反映為偏外落足，左右腳足跡落腳角度皆服從正態(tài)分布，且左腳足跡的左側(cè)下角落腳角度平均值要大于右腳足跡的左側(cè)下角落腳角度，且離散程度大于右腳。

（2）經(jīng)多次試驗(yàn)計(jì)算，我們可以得出當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)提取的足跡左側(cè)下角落腳角度大于88°時(shí)，則該足跡為左腳所留概率大于右腳。反之，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)提取的足跡左側(cè)下角落腳角度小于等于88°時(shí)，則該足跡為右腳所留概率大于左腳。

（3）左右足跡在落腳部位步態(tài)反映上確有差異，并且利用該差異在分析左右足別上具有一定的準(zhǔn)確性和可行性，但在實(shí)戰(zhàn)中要多方面結(jié)合分析足跡遺留者的性別，年齡，鞋種，足跡長(zhǎng)、寬等綜合分析。

[1]湯澄清.步態(tài)分析技術(shù)與足跡量化檢驗(yàn)初探[J].警察技術(shù)，2008，（3）.

[2]高爾濱.現(xiàn)場(chǎng)足跡檢驗(yàn)鑒定中的起、落腳特征[J].刑事技術(shù)，2008，（3）.

[3]龔光魯.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

（責(zé)任編輯：孟凡騫）

D918.3

A

2014-09-26

董家英（1962-），女，遼寧營(yíng)口人，中國(guó)刑警學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事痕跡檢驗(yàn)研究。