足底壓力特征與身高相關(guān)性研究*

宋庚益 李星宇 宋奇凡 李靜泉 康崇偉 丁 浩

江蘇警官學(xué)院，江蘇 南京 210031

在科技日益發(fā)達(dá)的今日，各種新技術(shù)出現(xiàn)在犯罪現(xiàn)場的勘驗中，足跡檢驗方式依靠其易采集和穩(wěn)定的特點(diǎn)有著極強(qiáng)的證明力。足跡能夠作為重要的痕跡物證，其原因是基于它較長時期的穩(wěn)定性。在辦案中證明，足部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能持續(xù)數(shù)年甚至十幾年[2]。足跡是犯罪嫌疑人最易留在現(xiàn)場的一種證據(jù)，且其個性化特征豐富，能有效刻畫犯罪嫌疑人的身高、體重、行走習(xí)慣等特征，為案件初期的刑事偵查提供詳細(xì)的方向指導(dǎo)。在辦案中，大眾所最為熟知的以DNA技術(shù)為主的生物檢材盡管能夠很好地對人身進(jìn)行識別，但卻無法像足跡一樣體現(xiàn)如此豐富的細(xì)節(jié)。

在當(dāng)今的刑事偵查實踐中，足跡提取，是一種重要的物證鑒定手段。因此，對犯罪現(xiàn)場遺留的足跡進(jìn)行快速正確的分析，顯得尤為重要。多年來，在辦案中，由于足跡檢驗出現(xiàn)較早，刑警技術(shù)人員已經(jīng)積累了大量實踐經(jīng)驗，形成了一套較為完整的體系。對于現(xiàn)場足跡的相關(guān)提取、保存等技術(shù)均已發(fā)展出較為成熟的方法。但與此同時，由于新媒體的發(fā)展，足跡作為一種關(guān)鍵性證據(jù)已經(jīng)被大眾所熟知，許多犯罪嫌疑人在實施犯罪時往往刻意對足跡進(jìn)行偽裝，以達(dá)到誤導(dǎo)偵查人員的目的，這使得在當(dāng)今的足跡檢驗中，僅僅依靠一種方法進(jìn)行判斷是一種危險和不負(fù)責(zé)任的行為。

在本文中，主要尋找研究青年男性在自然行走過程中，所體現(xiàn)出的足部前后重壓點(diǎn)之間的距離與身高之間的關(guān)系，采用先進(jìn)的Zebris步態(tài)分析系統(tǒng)對足底壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、歸納和整理，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過計算現(xiàn)場足跡重壓點(diǎn)之間的距離來推測發(fā)罪嫌疑人的身高，并用已存的方式進(jìn)行驗證。

一、研究內(nèi)容和方法

(一)原理和定義

原理：本實驗采取的度量方法有平均數(shù)、方差、正態(tài)分布。在統(tǒng)計學(xué)中，平均數(shù)是反映數(shù)據(jù)集中趨勢的一項指標(biāo)。方差經(jīng)常用于統(tǒng)計分布程度上的測量，統(tǒng)計中的方差(樣本方差)是每個樣本值與全體樣本值的平均數(shù)之差的平方值的平均數(shù)。方差越大則波動性越大，穩(wěn)定性越差，反之，則波動性越小，穩(wěn)定性越好。正態(tài)分布是許多統(tǒng)計方法的理論基礎(chǔ)，平均數(shù)分析、方差分析均要求分析的指標(biāo)服從正態(tài)分布，許多統(tǒng)計方法雖然不要求分析指標(biāo)服從正態(tài)分布，但統(tǒng)計量要近似正態(tài)分布，因而大樣本時這些統(tǒng)計推斷方法也是以正態(tài)分布為理論基礎(chǔ)的。定義：身高/足掌重壓點(diǎn)和足底重壓點(diǎn)之間的距離。

(二)實驗對象

本實驗采取30名健康男性青年學(xué)生作為實驗對象，年齡20.5歲±1.6歲，身高178±7cm，體重75.25±10kg，每個實驗對象髖，膝，踝關(guān)節(jié)活動正常，行走均無明顯異常，無扁平足，高足弓等足部疾病。

(三)實驗器材和實驗方法

本實驗選用Zebris足底壓力分布測量系統(tǒng)及其配套軟件。該系統(tǒng)是具有世界先進(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)。Zebris足底壓力分布測量系統(tǒng)具有高精度、大量程、分析功能完善等特點(diǎn)。首先讓20名實驗對象在實驗室內(nèi)的Zebris足底壓力分布測量系統(tǒng)壓力采集器上進(jìn)行正常行走，每次行走來回一次，每個實驗對象來回行走20次，待數(shù)據(jù)采集完畢后，導(dǎo)出Zebris足底壓力分布測量系統(tǒng)自動制做出的每次行走所形成的足底壓力分布圖。對于個人數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的研究，我們選取了一名20歲的男青年作為樣本，使用Zebris足底壓力分析系統(tǒng)采集了其100次行進(jìn)中的足底壓力樣本的壓力數(shù)據(jù)。在得到這些樣本壓力數(shù)據(jù)后，我們分析了每一個樣本壓力數(shù)據(jù)后，選擇測量前腳掌重壓點(diǎn)與后腳掌重壓點(diǎn)之間的距離，并將所得的左右足各一百份數(shù)據(jù)與該個體的身高進(jìn)行商運(yùn)算(身高/前腳掌重壓點(diǎn)與后腳掌重壓點(diǎn)之間的距離)，得出200份比值。對這200份比值進(jìn)行處理，并在Excel中制作成表格并繪制其圖表。

(四)目標(biāo)

找到身高H和足跟重壓點(diǎn)到足掌重壓點(diǎn)的距離L的相關(guān)性聯(lián)系。從而能夠通過計算現(xiàn)場足跡重壓點(diǎn)之間的距離來推測發(fā)罪嫌疑人的身高，為案件的偵破提供線索。

二、實驗數(shù)據(jù)分析處理

(一)個人穩(wěn)定性分析

根據(jù)上述方法，我們首先需要對單個個體數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性進(jìn)行測試研究。個體數(shù)據(jù)縱向穩(wěn)定性是進(jìn)行本次實驗的前提條件，也是不同個體進(jìn)行橫向?qū)Ρ鹊幕A(chǔ)，只有在確定了單個個體數(shù)據(jù)的價值后，大批次的數(shù)據(jù)才可以進(jìn)行橫向的分析比較，得出結(jié)論。

對這200份比值數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，我們得到左足數(shù)據(jù)的平均值為9.82，數(shù)據(jù)方差為0.066；右足數(shù)據(jù)的平均值為10.28，方差為0.166。結(jié)合左右足比值數(shù)據(jù)的方差和圖像(表1，2；圖1，2，3，4)，可以得出該比值的離散程度很小，可以被用來支持進(jìn)行下一步實驗。對于單個人數(shù)據(jù)左足數(shù)據(jù)離散程度比右足小，我們通過對這100次實驗過程的觀察，認(rèn)為這一現(xiàn)象的產(chǎn)生和單個人的行走方式、儀器的本身誤差有關(guān)。每一次個體的行走方式都會因為心情、速度等多種因素而發(fā)生變化。我們認(rèn)為這兩個誤差都可以接受，并不影響下一步橫向數(shù)據(jù)的對比。

表1 左足比值的區(qū)間分布

表2 右足比值的區(qū)間分布

圖1 左足數(shù)據(jù)分布圖

圖2 右足數(shù)據(jù)分布圖

(二)集體穩(wěn)定性分析

從以上實驗中得出的壓力圖像中可以看出，每個青年男性都有其壓力分布的特點(diǎn)，說明不同人有著不同的足底壓力分布情況，但是從Zebris步態(tài)分析系統(tǒng)中得出的足底壓力分布圖像可以看出大部分青年男性的黑色點(diǎn)狀曲線既合力的移動路徑，每次行走時的足底與地面的作用方式也不相同。但從整體上看，大部分青年男性的黑色點(diǎn)狀曲線都是偏離壓力的最大值，為了保證數(shù)據(jù)的有效性，在參與實驗的20個個體所留下的數(shù)據(jù)中，舍去那些黑色點(diǎn)狀曲線位于足底壓力最大值的數(shù)據(jù)共計2個個體?，F(xiàn)對于剩余18個個體數(shù)值進(jìn)行縱向分析，符合要求的樣本情況如下(見表3)。

在證明集體穩(wěn)定性前，我們需要先驗證集體樣本的分布是否符合正態(tài)分布，將數(shù)據(jù)用Excel簡單處理后，導(dǎo)出并輸入SPSS21.0分析軟件，得到左足特定比值的Sig值為0.075>0.05，而右足特定比值的Sig值為0.15>0.05，故此集體樣本符合正態(tài)分布。

將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后用spss21.0計算出左腳特定比值的方差為0.707425，右腳特定比值方差為0.856270。兩組方差均接近于0，所以綜合以上實驗內(nèi)容得出結(jié)論：集體實驗對象的特定比值趨于穩(wěn)定。

在此基礎(chǔ)上，本實驗所采用數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性得到了全面的論證，證明了實驗結(jié)論的可靠性，我們能夠達(dá)成此次實驗的目的。

表3 各實驗對象身高與左右足壓力比值

三、實驗結(jié)論

在經(jīng)過個人以及集體數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性論證后，基本可以確認(rèn)本文所采用的方法得出的數(shù)據(jù)是可以進(jìn)行定量分析的可靠數(shù)據(jù)。綜合所取的18個個體的數(shù)據(jù)，我們可以得到如下結(jié)論：在20左右的青年男性中，其身高與足底重壓點(diǎn)之間的比值分布于一定的區(qū)間內(nèi)，左腳為9.38-10.30，右腳為9.52-10.36。(圖3，4)。

在左足的18組數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)總體偏小，分布靠前，但仍符合正態(tài)分布的要求，我們截取了包含95%數(shù)據(jù)的值作為上限(10.30)和下限(9.38)，并以此為最終的結(jié)果；而右足數(shù)據(jù)的分布雖然較為分散，但其主體仍與左足數(shù)據(jù)一樣屬于正態(tài)分布，同樣截取包含95%數(shù)據(jù)的值作為上限(10.36)和下限(9.52)。通過這兩個區(qū)間，我們便可以大致計算出相關(guān)足跡所對應(yīng)的人的身高范圍，左右足跡數(shù)據(jù)不同，它們之間是相互印證的關(guān)系，若同時采取兩者所得的范圍進(jìn)行收縮，其結(jié)論應(yīng)當(dāng)更為準(zhǔn)確有效。

圖3 所有樣本左足數(shù)據(jù)正態(tài)分布直方圖

圖4 所有樣本右足數(shù)據(jù)正態(tài)分布直方圖

四、實驗結(jié)語

本實驗基于Zebris足底壓力步態(tài)分析系統(tǒng)，初步進(jìn)行了足底壓力與身高相關(guān)性研究，但由于實驗儀器掌握情況等原因，造成實驗數(shù)據(jù)的不完善，同時足底重壓點(diǎn)分布也受地面條件和行走動作等其他因素影響，要準(zhǔn)確反應(yīng)青年人足部重壓點(diǎn)距離與身高的分布規(guī)律，還需要擴(kuò)大實驗對象數(shù)量，在今后的實驗中繼續(xù)研究。