全国公安机关鞋样本数据库应用系统的应用与优化

金益锋，白艳平，石 峰，鲁玺龙，林 敏，刘伟平

（公安部物证鉴定中心，北京 100038）

上世纪七、八十年代，我国的刑事技术人员就已经认识到鞋样本在侦查破案中的重要作用，并开始探索建设鞋样本数据库的方法和技术。我国最早建立的鞋样本数据库采用人工建立鞋底花纹照片库、手动检索模式。90年代末，部分省市开始探索计算机建库，此时建立的数据库可以实现单机操作、本地半自动检索模式。随着计算机模式识别技术及网络传输技术的快速发展，目前我国已经建立起“全国公安机关鞋样本数据库应用系统”（以下简称“鞋样本数据库”），真正实现了计算机建库、网络传输、远程自动检索模式。鞋样本数据库紧贴实际工作需求，依托公安网络，实现本地或远程对鞋样本图片及其品牌、生产厂家、式样、颜色、材质、价格、销售范围等文字信息的自动查询和检索[1-2]。

1 鞋样本数据库的基本情况

鞋样本数据库2011年7月建设完成并向全国省、地市级公安机关开通，该系统由鞋种类样本数据库、检索比对引擎和应用平台三部分组成，按照“一级建库，多级应用”方式建设与应用。目前已收集55万种份鞋样本数据，完成全国1万多起案件的查询，鞋印查中率达56%。从2011年至2015年初，鞋样本数据库采用地方用户上传案件和现场鞋印、公安部物证鉴定中心（以下简称“中心”）负责查询的协查模式，经过3年半的运行，已经有一千多家稳定的协查用户。为充分发挥数据库的作用，提高查询效率，2015年初鞋样本数据库开通了地方用户直查模式，直查用户可于案发的第一时间自行在中心的总库中进行查询，实现了鞋样本数据库实时、高效的运转。目前鞋样本数据库已向全国300余家用户开通直查，并且直查用户在可控范围内将陆续增加。

2 鞋样本数据库的应用现状

2.1 为检索鞋样提供高效的途径

在案发现场提取到的鞋印，无论是完整的还是残缺的，是清晰的还是模糊的，只要能够反映出几个花纹块，就可以通过鞋样本数据库快速检索鞋样，检索反馈速度达到秒级。鞋样本数据库高效的查询、比对功能代替了传统的走访、调查，有效地节省了基层公安机关的人力和物力。通过鞋样本数据库获取鞋样本信息的案例不胜枚举，在此不再赘述。

2.2 为分析作案人个体特征提供有效的数据支持

利用现场鞋印推算遗留鞋的鞋码是分析犯罪嫌疑人身高等信息的重要手段，当现场鞋印模糊或反映不完整，甚至仅反映出部分花纹块时，可以通过鞋样本数据库查找同种鞋底花纹的鞋样本，参照鞋样本计算现场鞋印的鞋码，从而分析出犯罪嫌疑人的身高等个体特征。2014年某村两村民被杀，现场提取到的鞋印较模糊，边缘反映不清晰，仅部分凸起花纹块较清晰，无法直接利用该鞋印分析犯罪嫌疑人的个体特征。将鞋印录入鞋样本数据库进行查询，迅速查出鞋种，办案人员将现场鞋印和实物样本进行分析比对，推断出现场鞋印的鞋码，并进一步分析身高等个体特征，依据有关线索进一步缩小侦查范围，进而成功摸排出犯罪嫌疑人，并在犯罪嫌疑人家中提取到作案用鞋，此案得以迅速告破。

鞋种类繁多，不同品牌不同系列的鞋子可能采用相同的鞋底花纹。因此一枚现场鞋印通过鞋底花纹数据库进行检索，往往会检索出多种品牌的鞋样。鞋样本数据库的查询结果信息丰富，能够全面反馈鞋样本的图片、品牌、生产厂家、式样、颜色、材质、价格、销售范围等信息。办案人员可以结合案件信息和鞋样本信息分析刻画犯罪嫌疑人的生活层次和消费水平。2014年某地发生一起盗窃案，当地办案人员依据现场鞋印在本地市场找到相同的鞋样，但是考虑到案件性质，办案人员认为所找到的鞋样价格较高，不符合犯罪嫌疑人的消费水平。于是将现场鞋印上传至鞋样本数据库，要求帮助查询鞋种。经查询，在数据库中找到另一品牌的鞋样，该鞋价格较低，符合案件的整体情况。

2.3 为串并案件提供参考

不同案件提取的现场鞋印会出现清晰程度不同、残缺程度及位置不同等现象，对于此类案件往往很难通过鞋印串并。实践中，通过鞋样本数据库查询鞋种，然后通过分析磨损程度及磨损程度与案发时间的相互关系等，并结合作案手段等因素，可在案件串并中发挥一定的参考作用。2015年，某地发生一起盗窃案，办案机关在侦查过程中发现与之前发生的两起案件作案手段类似，由于现场鞋印条件所限无法直接进行串并案，于是将三起案件中提取的现场鞋印均上传至数据库进行查询。经查询发现三起案件的现场鞋印均来源于同一鞋样，结合案发时间及磨损的程度，技术人员认为可并案侦查，后案件告破。

2.4 为分析作案人数提供辅助支持

现场鞋印来源较多，有案发前生活中相关人员遗留的鞋印，有作案人作案时遗留的鞋印，也有案发后抢救人员或其他进入现场人员遗留的鞋印。对于这些鞋印，办案人员要一一进行排查，最后确定哪些或哪种鞋印是作案人所遗留。但是排查过程艰难，且有时很难排尽，往往会影响办案人员分析作案人数。2012年某地发现4具尸体，现场提取到多枚足迹。经排查，其中两种鞋印无法排除，于是将两种鞋印均上传至鞋样本数据库，经查询，确定了两种鞋印的鞋样，在当地找到其中一种鞋样的销售商后，通过商家监控录像一一排查此种鞋子的购买人，发现该鞋印遗留人不是作案人，故此确定作案人仅1人。

2.5 其他作用

鞋样本数据库培养了具有丰富鞋底花纹形态知识的技术队伍。鞋样本数据库培养了专业的技术人员，该类技术人员长期从事鞋底花纹入库、特征提取及查询工作。久而久之，技术人员对鞋底花纹的敏感性不断增强，大脑中会记忆大量鞋底花纹，如常见品牌的鞋底花纹、鞋底花纹中的重点信息及特殊标识、鞋底花纹及鞋印花纹的镜像对应关系等。技术人员掌握的这些花纹形态方面的知识有时会在案件中发挥独特的作用。2013年某地发生一起枪支盗窃案，现场提取到比较清晰的鞋印，鞋印前掌上的鞋底花纹是代表该品牌的数字361，由于鞋印上反映出的花纹与鞋底花纹是镜像关系，普通的检验人员很难在鞋印上读出361。但是当鞋印上传到鞋样本数据库后，数据库技术人员第一时间解读出鞋子的品牌并很快在数据库中查中。

鞋样本数据库中的特征图有助于寻找鞋样本。由于现场鞋印的条件所限，往往不能直观、清晰地反映出鞋底花纹，通过数据库可清晰地绘制现场鞋印的鞋底花纹二值图，该二值图仅有黑白两值，故花纹形态清晰可见，利用二值图寻找现场鞋印不失为一种很好的方法。2014年某地发生一起杀人案，提取案件现场鞋印，上传至数据库后未检索到相同鞋种。为便于办案人员更好地认识现场鞋印反映出的鞋底花纹，技术人员将现场鞋印的特征图发给办案单位，办案单位据此特征图很快在本地市场查找到相同鞋种。

3 鞋样本数据库的优化情况

自鞋样本数据库开通运行以来，中心不断地研究总结使用情况，发现的问题主要表现在以下几个方面：硬件设备与查询规模不适应、查询算法与查询效率要求不适应、足迹特征提取与查询精度要求不适应等。为提高查询准确率，方便地方用户使用，进一步提高全国公安机关使用鞋样本数据库的积极性，中心于2016年对该系统进行了优化与升级，具体情况如下：

3.1 优化查询方式

硬件方面，结合云计算查询方案，增加查询节点服务器，提升高并发条件下的查询响应速度，提升系统查询性能。软件方面，设计兼容符合低容量工作站的分布式并发计算节点客户端、适合高并发的云计算集群调度服务、跨网段的云计算数据通讯模块组件、云计算数据缓存模块组件以及云计算查询队列升级。

3.2 建立高频发案专用鞋样库

鞋样本数据库上线5年多以来，中心根据使用鞋样本数据库的查询经验及各地市的查询结果，提炼了一批案发现场高频出现的鞋样本，建立高频发案专用鞋样本库，用户可以在该库中优先进行查询，节约查询时间，提高查中率和查中效率。

3.3 同步更新鞋样数据

数据的更新和替换是保持数据库活力的关键。一般情况下，由于鞋子样式及破损等原因，个人穿用的鞋子一至两年就会替换，而且替换后的鞋子会紧跟市场潮流，为了能够使鞋样本数据库充分发挥作用，数据库的建设也要跟上时代的步伐，及时采集新款式的鞋子（包括新推出的鞋底花纹），保持数据库信息的持续更新。鞋样本数据库以每年新增新鞋样数据5万种份的速度进行数据同步。同时会定期对过往数据进行备份清理，使鞋样本数据库的数据保持鲜活性。

3.4 新增鞋样上报功能

地方公安机关在办理案件过程中常会遇到犯罪嫌疑人穿的鞋在鞋样本数据库检索不到对应鞋样本数据的情况，此时具有鞋样本采集条件和能力的单位可以登录鞋样本直查客户端，进入鞋样本上传接口进行相应鞋样的上传，达到进一步扩大鞋样本数据扩容搜集，实现系统数据库共享和共建的设计目的。

3.5 升级特征绘制工具

鞋样本特征图是检索现场鞋印与鞋样的桥梁，特征图绘制的精准性直接影响检索结果的精准性。但是在数据库应用过程中，由于用户对鞋样花纹形态认识程度和绘制能力不一，致使部分案件查询效率与效果欠佳。为此，鞋样本数据库新增了多种现场鞋印特征提取和绘制工具，极大增加了特征提取和绘制的便捷性和快速性，有助于提升案件查询效率和效果。

4 鞋样本数据库的建设展望

4.1 增加鞋子商标检索模块

鞋子的商标信息是直接锁定鞋子品牌的关键信息。在有些案件中，现场鞋印或鞋帮上反映出的有效信息仅有鞋子商标信息。目前，鞋样本数据库可以通过图形对商标信息进行查询，但是针对性不强，检索商标的效率较低。为了对商标信息进行有效检索，鞋样本数据库中应增加商标检索模块，实现对商标的图形信息和文字信息有针对性地检索。

4.2 实现与“全国刑事案件现场足迹协查应用系统”的关联应用

现场遗留的许多足迹为残缺足迹，通过利用鞋样本数据库可以获取清晰、准确的鞋样本，然后与“全国刑事案件现场足迹协查应用系统”关联应用，利用该清晰、准确的鞋样本针对重点区域进行跨省协查串并，进而提升案件跨省串并效率。

4.3 实现与嫌疑人足迹采集仪的关联应用

目前，全国不少地方都已经配备了足迹采集仪，通过鞋样本数据库与足迹采集仪的关联应用，能够将采集到的鞋样本数据实时上传，扩展鞋样本数据收集的途径，增强鞋样本数据库数据的鲜活性。