利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)對壓痕的初步探索

林　瑜，陳俊岐，殷安靜

(1.深圳市公安局坪山分局 刑警大隊(duì)，廣東 深圳 518118；

2.深圳市公安局 刑警支隊(duì)技術(shù)處，廣東 深圳 518040)

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利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)對壓痕的初步探索

林瑜1，陳俊岐2，殷安靜2

(1.深圳市公安局坪山分局 刑警大隊(duì)，廣東 深圳 518118；

2.深圳市公安局 刑警支隊(duì)技術(shù)處，廣東 深圳 518040)

摘要：壓痕是人在行走過程中由重力和肌力共同作用下形成的，是步態(tài)特征之一。本文運(yùn)用了Foot Scan足底壓力分析系統(tǒng)對足跡動力形態(tài)特征進(jìn)行研究，更科學(xué)地對足底壓力進(jìn)行分析，為論證足跡檢驗(yàn)科學(xué)性、服務(wù)偵查辦案做初步探索。

關(guān)鍵詞：步態(tài)特征；壓痕；足底壓力

一、引言

足跡是人類生活中足與地面等物質(zhì)客體接觸時留下的痕跡，即特指人赤足或者穿著鞋、襪等物的足在行走過程中留在地面或者物體表面上的印痕，足跡也是犯罪現(xiàn)場出現(xiàn)頻率最高的物證之一[1]。步態(tài)特征是指足跡中反映留痕人行走習(xí)慣、行走姿勢及身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的特征。步態(tài)特征本身具有反映行走運(yùn)動的本質(zhì)特殊性，可以用來個體識別。壓痕是足跡特征中的重要組成部分，根據(jù)其出現(xiàn)位置，可分為趾壓、跖壓、弓壓和跟壓。[2][3]

足底壓力分析系統(tǒng)Foot Scan，它可用于對赤足或者穿鞋條件下跑步、行走等不同運(yùn)動狀態(tài)的分析，并對足跡壓強(qiáng)進(jìn)行測量，還可將測量分析情況進(jìn)行視圖轉(zhuǎn)化和標(biāo)識。[4]通過對該項(xiàng)足底壓力分布測量技術(shù)的研究，可以為足跡分析檢驗(yàn)技術(shù)理論體系的發(fā)展提供至關(guān)重要的技術(shù)支撐。本文依據(jù)人體足底力學(xué)分析，運(yùn)用Foot Scan足底壓力測量系統(tǒng)，通過對足底壓力的測量進(jìn)行個體識別及相關(guān)問題的初步探索。

二、實(shí)驗(yàn)過程

(一)實(shí)驗(yàn)儀器介紹

Foot Scan足底壓力步態(tài)分析系統(tǒng)由比利時公司研制生產(chǎn)，是一套具有世界先進(jìn)水平和代表性的三維動態(tài)足底壓力步態(tài)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個foot scan box、一個測力平板和一套軟件。其硬件主要包括由多個大小為0.5cm×0.7cm、密度為4個/cm2的微型壓力傳感器構(gòu)成的傳感器陣列，信號采集和處理部件及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。軟件主要有數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)分析和顯示模塊、資料查詢模塊等。

圖1　Foot Scan足底壓力步態(tài)分析系統(tǒng)測量效果圖

Foot Scan的工作原理是受測者從壓力平板上行走時，系統(tǒng)以每秒100～500Hz的動態(tài)掃描頻率掃描測量自足跟著地至趾尖離地期間的足底各部位壓力隨時間的動態(tài)分布，掃描成像，并在計(jì)算機(jī)顯示器上將主要受力區(qū)和非受力區(qū)等顯示為顏色不同的區(qū)域(如圖1)。

(二)思路設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)中測量足底各部位壓強(qiáng)的大小，通過對壓強(qiáng)進(jìn)行分析，確定步態(tài)特征中壓痕是否具有可靠性。

(三)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)開始前，記錄測試者的姓名、出生年月及體重等信息。從中選擇身體健康、行走正常的35名20至50歲的男性，編號1到35。具體信息見下表：

序號年齡體重(kg)序號年齡體重(kg)121681931762216520327832266213365422702234705226723347262273243570722712536738226726407392370274075102369284073112465294265122470304371132473314565142565324575152571334570163068344775173065355070183175

(四)樣本采集方法

35名測試者穿著踩有油墨的皮鞋分別在鋪放了紙張的壓力測試板上正常行走2—3趟，每一趟都利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)(Foot Scan)采集左右各兩枚足跡的足底力學(xué)數(shù)據(jù)，同時收集3—4枚油墨加層鞋印。通過對鞋底壓力、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)變化的分析，尋找足跡壓痕相應(yīng)的變化規(guī)律，并結(jié)合對油墨鞋印壓痕特征的觀察和比對研究，來驗(yàn)證壓痕的可靠性，從而為現(xiàn)場足跡分析中壓痕特征的觀測以及壓痕特征的選用提供正確的方法。

(五)數(shù)據(jù)處理

利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出同一人足跡壓痕特征穩(wěn)定性以及穩(wěn)定壓強(qiáng)所在區(qū)域，以證明壓痕具有可靠性，可以用來對個體進(jìn)行同一認(rèn)定。

三、數(shù)據(jù)分析

(一)個體組內(nèi)數(shù)據(jù)分析及解釋

應(yīng)用SPSS 13.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對被試1所踩五趟足跡中足跡各部位的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行信度檢驗(yàn)。得出數(shù)據(jù)如下表：

Reliability Statistics

表中Cronbach’s Alpha表示所分析項(xiàng)目的可信度?？尚哦葹?.65，在0.6—0.7之間表示其結(jié)果可信。也就是說，該個體足底各部分的壓強(qiáng)比較穩(wěn)定，具有較好的可信性，對于辨認(rèn)個體具有重要作用。

同時，通過對個體足底各分區(qū)的壓強(qiáng)測量發(fā)現(xiàn)：個體在形成足跡時，部分區(qū)域壓強(qiáng)的穩(wěn)定性高，部分區(qū)域的穩(wěn)定性稍差，但變化不大。

圖2　1號被試第二趟足跡壓強(qiáng)曲線

圖3　1號被試第三趟足跡壓強(qiáng)曲線

根據(jù)上圖，觀察可以發(fā)現(xiàn)左腳趾區(qū)，第一至第五跖區(qū)及跟中區(qū)壓強(qiáng)相對于其他區(qū)域，穩(wěn)定性更好；右腳則腳趾區(qū)、第一跖區(qū)、第三跖區(qū)以及足跟區(qū)域壓強(qiáng)相對穩(wěn)定。

(二)利用綜合法分析年齡

1．利用“年齡=跟壓痕縱向直徑(cm)×5”對35名測試者足底壓痕進(jìn)行分析。[5]在沒有對35名測試者年齡進(jìn)行分組前，用此方法對35名測試者的足跡鞋印進(jìn)行測量并計(jì)算年齡。年齡的測量計(jì)算結(jié)果為：20至30歲有17人，30至40歲有11人，40至50歲有7人。

(1)20至30歲17人穿鞋足底跟壓峰值分布：

單位：N

(2)30至40歲11人穿鞋足底跟壓峰值分布：

單位：N

(3)40至50歲7人穿鞋足底跟壓峰值分布：

單位：N

2．利用足底壓力分析系統(tǒng)導(dǎo)出35名測試者足底壓力峰值進(jìn)行分析。對35名測試者進(jìn)行年齡分組，對35名測試者總計(jì)行走每個人2趟足跡的足底壓力峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)如下。

(1)20至30歲15人穿鞋足底跟壓峰值分布：

單位：N

從表中信息可以看出，20至30歲穿鞋足底壓力峰均值大小為：左腳>右腳；變異系數(shù)大小為： 右腳>左腳，這說明20至30歲人穿鞋足底壓力峰值左腳大于右腳。

分別選?。焊髤^(qū)(X10)、跟中區(qū)(X9)及第二跖區(qū)(X4)的壓力峰值分布與對應(yīng)的捺印樣本如圖4至圖6:

圖4　20歲左右腳壓強(qiáng)峰值分布圖

圖5　20歲左腳捺印樣本　　圖6　20歲右腳捺印樣本

(2)30至40歲10人穿鞋足底跟壓峰值分布：

單位：N

從表中信息可以看出，30至40歲穿鞋足底壓力峰均值大小為：右腳>左腳；變異系數(shù)大小為：右腳>左腳，這說明30至40歲人穿鞋足底壓力峰值為右腳大于左腳。

壓力峰值分布與對應(yīng)的捺印樣本如圖7至圖9：

圖7　30歲左右腳壓強(qiáng)峰值分布圖

圖8　30歲左腳捺印樣本　　圖9　30歲右腳捺印樣本

(3)40至50歲10人穿鞋足底跟壓峰值分布：

單位：N

從表中信息可以看出，40至50歲穿鞋足底壓力峰均值大小為：左腳>右腳；變異系數(shù)大小為：右腳>左腳，這說明40至50歲人穿皮鞋足底壓力峰值為左腳大于右腳。

壓力峰值分布與對應(yīng)的捺印樣本如下圖10至圖15:

圖10　40歲左右腳壓強(qiáng)峰值分布圖

圖11　40歲左腳捺印樣本　　圖12　40歲右腳捺印樣本

圖13　50歲左右腳壓強(qiáng)峰值分布圖

圖14　50歲左腳捺印樣本　　圖15　50歲右腳捺印樣本

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過對35名不同年齡、步態(tài)正常成年男性足底壓強(qiáng)數(shù)據(jù)的測量的研究結(jié)果表明：

每名被試足底各部分壓強(qiáng)均具有穩(wěn)定性，具有較好的分析檢驗(yàn)價值。由于每名被試的身體條件、年齡、生活環(huán)境、行走習(xí)慣的不同，行走時形成的壓痕也不相同，因而具有差異性。

在穿鞋正常行走的情況下，人在20至30歲利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)測量出壓力值左腳大于右腳，但差值并不懸殊；在30至40歲時利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)測量出壓力值右腳大于左腳；在40至50歲時利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)測量出壓力值左腳大于右腳，但差值并不懸殊，且雙腳壓力值明顯高于20至30歲人群的壓力值。同時，不同人群每組數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。利用綜合法分析年齡，年齡=跟壓痕縱向直徑×5，在沒有進(jìn)行年齡分組前測量35組數(shù)據(jù)，得出3個年齡段跟壓痕壓力值數(shù)據(jù)與利用足底步態(tài)分析系統(tǒng)測量的分組人群數(shù)據(jù)基本吻合，印證了足底步態(tài)分析系統(tǒng)的可靠性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果還說明青年人在行走時，跟區(qū)受力最大。在現(xiàn)場利用壓痕對年齡等因素進(jìn)行分析時，應(yīng)該先對跟區(qū)進(jìn)行分析，然后再分析其他區(qū)域。通過對足跡壓痕可靠性的分析，可以為案件偵查提供有力證據(jù)，可以通過建立步態(tài)特征壓痕的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)庫，快速、有效地篩選出犯罪嫌疑人。

五、結(jié)束語

本次實(shí)驗(yàn)中由于個體差異、樣本數(shù)量及儀器掌握水平等原因，影響了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不完善，今后將根據(jù)辦案實(shí)際不斷修正、繼續(xù)探索。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]解云，張書杰，蘭紹江等.中國刑事科學(xué)技術(shù)大全-痕跡檢驗(yàn)[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,2003:150.

[3]徐立根.物證技術(shù)學(xué)[M].北京:中國人民大學(xué)出版社，1999:253.

[4]湯澄清，史力民，黃愿.Footscan步態(tài)分析系統(tǒng)在足跡檢驗(yàn)中的應(yīng)用初探[J].刑事技術(shù)，2008(4):18-20.

[5]史力民，杜弢，高毅.從足底壓力分布看步法特征的可靠性[J]．刑事技術(shù)，2007(4)：39-41.

(責(zé)任編輯孫超)

收稿日期：2016-04-05

作者簡介：林瑜(1985-)，男，廣東汕頭人，深圳市公安局坪山分局助理工程師，主要從事痕跡檢驗(yàn)研究；陳俊岐(1989-)，男，廣東茂名人，深圳市公安局刑警支隊(duì)技術(shù)處助理工程師，主要從事痕跡檢驗(yàn)研究；殷安靜(1982-)，男，貴州貴陽人，深圳市公安局刑警支隊(duì)技術(shù)處工程師，主要從事痕跡檢驗(yàn)研究。

中圖分類號：DF794

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-2663(2016)02-0107-04

Use a foot gait analysis system preliminary exploration of the indentation

LIN Yu1, CHEN Jun-qi2，YIN An-jing2

(1.Pingshan Branch of Shenzhen Municipal Public Security Bureau, Shenzhen, Guangdong 518118；2.Detachment Division, Shenzhen Municipal Public Security Bureau, Shenzhen, Guangdong 518040)

Abstract:The indentation is formed under the function of gravity and muscle when people walks, is one of the gait features. In this paper, with the foot scan plantar pressure analysis system ,the author studies the dynamic characteristics of footprint, made a scientific analysis of plantar pressure, and do a preliminary exploration on the footprint test for scientific investigation case.

Key words：gait characteristics; indentation; plantar pressure