基于鞋底磨损形态的足别判定

涂海波，唐国锋，陈明，蒋理，高毅

(重庆市公安局九龙坡区分局，重庆 400039;中国刑警学院痕迹检验技术系，辽宁沈阳 110035）

基于鞋底磨损形态的足别判定

涂海波，唐国锋，陈明，蒋理，高毅

(重庆市公安局九龙坡区分局，重庆 400039;中国刑警学院痕迹检验技术系，辽宁沈阳 110035）

鞋底磨损是指人在运动的过程中鞋底与地面或足之间通过机械的、化学的相互作用产生的鞋底物质的逐渐损失。人体足底压力分布反映有关足的解剖结构、功能及整个身体姿势控制等情况，同时与鞋底磨损情况也密不可分，它是造成鞋底磨损的原因之一。鞋底磨损由于往往是在鞋子穿用过程中形成的，必然受人体行走时力的大小、方向以及受力部位及行走习惯动作等因素影响，即与步法特征有关。

鞋底磨损;足别判别;鞋印;足迹

鞋底磨损是鞋在穿用过程中与地面摩擦、挤压，使鞋底外表面形态结构发生变化而形成的特征。长期来看，鞋底磨损的位置、大小都将发生改变。不过这些变化并未对足别的判定带来影响，因为总体磨损的趋势流向是不变的。

本文对大量人群在不同年龄阶段所穿用的鞋的磨损情况进行统计，归纳总结出起、落足部位磨损特征与步法特征的关系，依据样本人群各自的步法特征中脚的着力点、着力面、着力大小和所穿鞋子的相应部位的磨损点、磨损面、磨损的轻重程度以及形成鞋印相对部位反映出的压力点、压力面、压力大小三者相互一致的机理，对鞋底各个区域磨损趋势进行标画，进而得出利用穿鞋足迹磨损特征区分足别的可行性方法［1］。

一、鞋底磨损的理论基础

鞋底磨损是指人在运动的过程中鞋底与地面或足之间通过机械的、化学的相互作用产生的鞋底物质的逐渐损失。无论同一人所穿用的鞋子种类是否相同，其磨损特征的造痕体，即该穿鞋人的足是相同的。因此，磨损出现的位置、形状、尺寸等特征可以很好地反映出穿鞋人的行走习惯特征。鞋底的磨损与人体的形态结构和生理功能相对应，是人的特殊的行走运动习惯、运步方式所产生的，因此鞋底的磨损特征和形态具有相对稳定性。这就为现场穿鞋足迹，特别是残缺足迹的左右足别判定提供了条件。

二、足底压力分布与鞋底磨损相关性

人体足底压力分布反映有关足的解剖结构、功能及整个身体姿势控制等情况，同时与鞋底磨损情况也密不可分，它是造成鞋底磨损的原因之一。所以首先应该弄清足底压力分布与鞋底受力的对应关系，进而通过鞋底的磨损情况去区分足别。

(一)足底的压力分布介绍

足底的压力分布如图1所示。

图1 足底压力分布

由足底压力分布图可知，大部分人的足底压力主要分布在趾区、掌区以及跟区。趾区主要体现在拇趾及二趾这两个部位。掌区的压力分布由于赤足解剖结构的原因，第一跖趾关节面积较大，并作为掌区内侧主要支撑部位，导致足底压力较大。同时，第五跖趾关节作为掌区外侧的主要支撑点虽然也承受较大压力，但由于其解剖结构较小，故压力分布较第一跖趾关节要小一些。因此在静态足迹中，掌区内侧压力分布往往大于掌区外侧。跟区的压力分布主要集中在跟后部及跟区中心，由于落足习惯，在足跟偏外侧居多。弓区的压力分布也由于弓区纵弓结构使得受力主要集中在外侧，而弓区内侧的压力分布很小［2］。

(二)足底压力分布与鞋底压力分布的关系

通过足底压力测量系统，显示同一人足底压力分布与鞋底压力分布对应关系如图2所示。

图2 赤足足迹与穿鞋足迹间的压力分布对比

通过压力分布图对比可知足底压力分布与鞋底压力分布基本上是相互对应的。如图2鞋底压力分布图的趾区部位的主要压力体现在拇趾与二趾的部位，与足底压力分布一致;掌区部位也与足底压力分布掌区部位一致，反映出了掌区内侧压力大于掌区外侧压力分布的特征;鞋底压力分布跟区部位压力主要集中在跟后部偏外，与足底压力分布一致。这就说明了足底的压力分布是较好体现在鞋底上的。而磨损的重要类型之一为挤压磨损，即垂直向下的分力造成的鞋底部位磨损，所以，从磨损的外在表现形式来看，鞋底在趾区、掌区表现为内侧磨损大于外侧磨损，而在弓区和跟区表现为外侧磨损大于内侧磨损。因此，从现场足迹所反映的鞋底磨区域来判别，往往表现为左足迹鞋掌部右侧磨损区域和程度大于左侧区域，弓跟部左侧磨损区域和程度大于右侧区域，而右足迹则反之［3］。

三、步法特征与鞋底磨损情况的联系

鞋底磨损由于往往是在鞋子穿用过程中形成的，因此必然受人体行走时力的大小、方向、受力部位及行走习惯动作等因素影响，即与步法特征有关。事实上，人在行走时足必然要通过鞋与地面反复发生作用，因此在鞋底上必然会反映出人行走的动作习惯特征即鞋底的磨损特征。所以说鞋底磨损特征是人行走运动的动作习惯特征在所穿鞋子鞋底上的综合反映。这种鞋底磨损特征又以形象特征出现在鞋印中。

(一)落足阶段鞋底磨损特点

落脚时后跟最先着地，以一定角度产生一个向前下方的踏力作用于地面。这个踏力分解成一个水平向前和一个垂直向下的作用力，向前的力产生相对运动和相对运动趋势，在大多数情况下，是后侧端外侧最先踏地。因此，底后端外侧受到的冲击负荷最大。鞋经过一段时间的穿用，跟后缘附近的落脚部位经常与地面摩擦，使得这一部分的表面物质剥落形成落足磨损，所以后跟承受着最大的磨损。因此，从步法特征落足部位磨损情况来看，左足迹跟区磨损情况为左外侧大于右外侧，而右足迹跟区磨损情况右外侧大于左外侧，如图3所示。

图3 落足阶段鞋跟主要磨损部位

另外，人们在穿用鞋时会发生损坏，出现破洞、折断、裂纹、磨损等，为继续穿用而进行修补并在足迹中留下相应修补痕迹。鞋底的修补通常是钉掌、换底、粘胶底、钉耐磨块和缝线等，所反映的修补特征主要包括修补的形状、位置及与花纹和其他痕迹的位置关系。由步法特征造成的严重磨损多出现在掌区第一、二跖部位以及跟区外后侧，这对区分左右足别具有很高的利用价值，所以应该重视磨损造成的孔洞、修补部位。如一个足迹跟区左后侧出现钉掌痕迹，可以判定为是左脚;若足迹跟区右后侧出现钉掌痕迹可以判定为是右脚。如图5所示。

(二)起足阶段鞋底磨损特点

在起足时，通过鞋底传给地面的单位压力，由脚掌跖趾部位至前尖逐渐增加。鞋前尖部位的磨损方式是磨粒磨损，鞋掌部位的磨损方式也一样。鞋尖部位磨损面的大小、位置与趾蹬的部位及起足高低有关。起足高，磨损面小;起足低，磨损面大。鞋掌部位的磨损是由于跖趾关节长期蹬地逐渐形成的，鞋底在这一部位受力较大，又经常弯曲，因此磨损的速度较快。而在跖趾部位鞋底弯曲最为严重，因此前掌的磨损程度仅次于后跟。从整体鞋底的磨损程度看，前掌部位最重。起足阶段的主体痕迹蹬痕是一次性后蹬在足迹中所形成的，具有随机性，多次蹬地作用在鞋底上的反映是起足磨损。因此，从步法特征起足蹬痕部位磨损情况来看，鞋尖鞋掌区磨损严重情况为左足迹右外侧大于左外侧，而右足迹左外侧大于右外侧。如图4所示。

图4 起足阶段鞋尖主要磨损部位

图5 鞋跟修补特征

四、实验物质的选取及实验方法

(一)实验物质的选取

为了研究穿鞋足迹所反映的磨损特征的规律，以便更好地区分左右足别，我们选取行走过程中脚的衬垫物——鞋子为实验对象。

我们清楚，要想真正将一种对象研究透彻，最好将这种对象的全部现象一个不少地加以收集记录。研究足迹的磨损特征，并利用其特征的稳定性判断遗留足迹的足别，最好的途径是将大量的样本足迹进行统计并加以随机抽样研究，以便得到左右足别磨损特征稳定的规律。笔者认为，鞋子是人行走时包裹在赤脚上的一层衬垫物，随着穿用时间的延续，鞋底物质的耗减形成磨损是不可避免的，正如我们以上所研究的，其磨损是足底压力分布和步法特征等主要因素在衬垫物上的合作结果，造成的磨损部位和形态也具有相辅相成、因果对应的逻辑关系，可以真实地再现这种规律的便是不同足别的鞋底各自规律的形态磨损［4］。

为了更好地说明利用鞋底磨损形态判别足别的可行性，消除随着年龄变化而形成的步法特征上的变化对磨损形态所带来的影响，我们随机选取20～30岁、30～40岁、40～50岁、50-60岁四个不同年龄段的人群穿用过的鞋子，并制作油墨样本各100份，通过观察来研究其鞋底出现的磨损和穿鞋样本足迹所反映的磨损规律。

(二)设计实验思路

鞋底磨损形态的选取与标画:

1．随机选取具有一定磨损特征的各类鞋种，根据足底压力分布及步态特征的基本原理，标画并记录每双鞋底与捺印足迹的磨损区域，并连接趋势线(如图6、7所示)

图6 鞋底磨损部位“S”形连线

2．对每双鞋所捺印的足迹样本进行描述，例如:后跟磨损偏外或偏内，鞋尖磨损偏外或偏内等。

3．标画后跟区磨损与掌区磨损形态流向趋势线(如图8所示)，从图中可看出2线与3线成喇叭状开口。其中，2线为掌区磨损形态线，3线为落足后跟磨损形态线。

(三)实验数据的讨论

对四个年龄段人群共400份实验样本的磨损特征分别进行描述与标画，每项特征所符合的样本数量如表1、表2所示。

1．根据对400份不同年龄段的穿鞋足迹样本进行磨损特征标画以及数据统计可看出，年龄对鞋底磨损趋势形态所造成的影响不大。

2．根据数据表可看出:左足迹起足磨损点偏右侧;落足磨损点偏左侧;弓区磨损多出现于左侧;掌区磨损以足迹中心线为界，左侧面积基本都小于右侧面积;掌区磨损高低趋势呈现右高左低形态;足迹整体磨损趋势线呈反“S”形;掌区磨损趋势与后跟区磨损趋势呈喇叭状，喇叭口朝向向右。

3．根据数据表可看出:右足迹起足磨损点偏左侧;落足磨损点偏右侧;弓区磨损多出现于右侧;掌区磨损以足迹中心线为界，左侧面积基本都大于右侧面积;掌区磨损高低趋势呈现左高右低形态;足迹整体磨损趋势线呈“S”形;掌区磨损趋势与后跟区磨损趋势呈喇叭状，喇叭口朝向向左。

表1 右足符合特征的样本数量

表2 左足符合特征的样本数量

五、结论

根据实验数据的分析与观测，可得出以下结论:

起脚部位、落脚部位、足弓部位等处的磨损方向与位置较稳定，与人的年龄变化关系不大。

通过对不同年龄段人群穿用鞋的鞋底与足迹样本的收集与研究发现，利用现场足迹所反映的鞋底磨损特征及其规律判定足别具有可行性，这为残缺足迹的足别分析与检验提供了参考。

通过对捺印穿鞋足迹样本的研究发现，对于现场能够反映出鞋底磨损情况的残缺变形足迹，当鞋尖磨损偏向左侧，并且掌区磨损趋势左高右低，同时跟区磨损偏向右侧时，判断为右足概率较高。

通过对捺印穿鞋足迹样本的研究发现，对于现场能够反映出鞋底磨损情况的残缺变形足迹，当鞋尖磨损偏向右侧，并且掌区磨损趋势右高左低，同时跟区磨损偏向左侧时，判断为左足概率较高。

［1］史力民．足迹学［M］．北京:中国人民公安大学出版社，2007．105．

［2］袁刚，等．正常人足底压力分布及其影响因素分析［J］．中华物理医学与康复杂志，2004，(3)．

［3］张孝贵，周生龙．谈鞋底磨损形态与鞋印压痕形态的关系［J］．徐州工程学院学报，2005，(4)．

［4］姚力．判别分析法在鞋底磨损特征检验中的应用［J］．刑事技术，2009，(1)．

责任编辑:贾永生

D918

A

1009-3192(2013)06-0052-05

2013-11-11

涂海波，男，重庆市公安局九龙坡分局助理工程师;蒋理，男，重庆市公安局九龙坡分局助理工程师;唐国锋，男，重庆市公安局九龙坡分局工程师;陈明，男，重庆市公安局九龙坡分局工程师;高毅，男，硕士，中国刑警学院痕迹检验技术系讲师，主要从事足迹检验方面的教学、科研、办案工作。

本文为重庆市公安局科技攻关计划项目(项目编号:2012-23)的阶段性成果。