关于开展肢体动作与足迹行走运动特征变化相关性研究的必要性分析

柴新乐 王毅

摘 要：通过介绍足迹行走运动特征和对比人体行走运动形态研究的不同思路，提出肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究的研究内容并对开展该研究进行必要性分析，最后对该研究警务应用前景进行展望。

关键词：肢体动作；足迹行走运动特征；必要性

一、足迹行走运动特征简介

（一）足迹的行走运动特征概念

足迹（俗称脚印）是人类生活中足与物质客体接触时留下的痕迹，即人在进行站立、下蹲、行走和跳跃等活动时，自身重量和人体机理通过足作用于物质客体上形成的痕迹。足迹中行走运动特征是反映人体行走运动形态的特征，主要包括步幅特征和步态特征。随着步法特征检验技术的不断发展，关于行走运动特征的研究又涌现出一些新的成果，如行走动力形态特征、鞋底磨损特征等。行走动力形态特征检验技术和鞋底磨损特征检验技术等新的研究成果都进一步丰富和发展了行走运动特征检验技术。

（二）足迹的行走运动特征的检验依据

人体的行走运动是受人的神经系统支配的特殊且复杂的运动，人在习得走路之后，经过无数次的重复练习，形成独特的行走姿势和行走习惯，即行走运动形态人各不同，足迹的行走运动特征是人體行走运动形态的反映，足迹的行走运动特征的检验依据主要取决于人体行走运动形态的特定性、稳定性和反映性[1]。

1.行走运动形态的特定性

每个人的行走习惯和动作姿势各不相同，如动作幅度、动作方向及肢体关节配合特点不同，就形成了每个人行走姿势的个体特点，即行走运动的特定性。行走运动特定性的影响因素主要包括如下因素：人的先天遗传因素；后天生活环境的影响；不同职业的动作习惯因素；神经系统与人体运动规律特殊性的关系；人体健康状况等。

2.行走运动形态的稳定性

人在习得行走运动之后，经不断学习和反复练习，就可以形成以大脑皮质为主导的一套有一定顺序、间隔和相对稳定的条件反射活动，即大脑皮层行走运动动力定型，人的行走运动形态就具有了相对稳定的规律性。人的行走运动形态的稳定性主要影响因素包括：运动系统骨骼肌、骨、骨连结的解剖学形态和生理机能；神经系统的机能；人体健康状况等。

3.行走运动形态的反眏性

行走运动形态反映在单个足迹上为步态特征，反映在成趟足迹上为步幅特征，反映在已穿着过一定时间的鞋上为磨损特征。行走运动形态通过遗留的足迹反眏出来，而影响足迹遗留质量的因素主要包括：造痕客体（足、鞋和袜），承痕客体（地面、桌面等），作用力以及承痕介质等。足迹遗留质量越高，通常反映犯罪嫌疑人的个人特征也就越充分。

人体行走运动形态具有特定性、相对稳定性和反映性，因此依据人行走运动形态在行走的人群中区别某个人是完全可能的。由于足迹行走运动特征是人体行走运动形态的反映，所以可以依据足迹行走运动特征分析犯罪嫌疑人的人身特点和行走运动形态，从而达到缩小排查范围，提供侦查线索的目的。虽然足迹行走运动特征处在微量变化中，但可以保持其本质不变，仍然是自身的同一，表现处于相对稳定状态，即行走运动特征相对稳定性，同时每个人反映在足迹中的行走运动特征又因人而异，即行走运动特征的特定性。人行走运动形态可以被目击者观察并记录到脑海中或者被视频监控拍摄并记录下来，目击者大脑记忆和视频影像是对人行走运动形态的“动态”记录，而足迹行走运动特征是以步态特征、步幅特征或鞋底磨损特征的形式对人行走运动形态的“静态”记录，这就为我们研究个体行走运动形态提供了两种思路。

二、研究人体行走运动形态的两种思路对比

通过视频影像进行步态识别倾向于分析人体动态行走动作，通过足迹进行人体行走运动特征分析倾向于观察静态足迹外观。足迹鉴定专家依据犯罪嫌疑人足迹判断其行走运动形态在案件侦破过程中发挥了重要作用，随着视频监控的普及，现在越来越多的科研单位都投入到步态识别领域中，对监控视频中记录的人行走影像进行人的行走动作特点展开研究。通过足迹进行人体行走运动特征分析和通过视频影像进行人体步态特征识别体现了两种研究人体行走运动形态的思路，两者的异同点如表一所示。

以上两种研究人体行走运动形态的思路均具有明显的优缺点，开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究，可以有效地将足迹行走运动特征分析和步态识别技术结合起来，从而使人体行走运动形态分析过程更具体，更精准，更高效。

三、肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究的研究内容

人体的行走是全身运动系统协调控制的复杂综合运动过程，上肢的摆动、躯干的重心移动等因素都对人体行走习惯有明显影响，肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究应包括如下研究内容：

（一）上肢动作对足迹行走运动特征的影响

如人体作抽烟、打手机、手持物品等动作和手臂受伤等因素对足迹行走运动特征的影响。

（二）躯干动作对足迹行走运动特征的影响

如人体作扭身、屈身、下蹲，跳跃、快速奔跑和走路较轻等动作时对足迹行走运动特征的影响。

（三）伪装步态识别及伪装步态对足迹行走运动特征的影响

研究伪装步态及其对足迹行走运动特征的影响是提高步态自动识别精度的关键内容。

（四）身负重物的方式和重量对足迹行走运动特征的影响

如身负重物的方式有抱重物、背重物、扛重物和双人前后抬以及双人左右抬等方式，不同的负重方式和物体重量对足迹行走运动特征的影响不同。

四、开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究的必要性

2017年公安部印发《公安科技创新“十三五”专项规划》中提到，安全治理从人力密集向科技集约转变，侦查破案从循迹追踪向精准发力转变。随着大数据、云计算和人工智能等新兴技术的迅猛发展，各类新兴科技必将在警务应用方面发挥重要作用，足迹行走运动特征分析和这些新兴科技结合应用更是大势所趋，只有将足迹行走运动特征分析和步态识别技术结合起来[4]，才能发挥出利用行走运动形态及特征认定人身的重要作用，而只有开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究才能将足迹行走运动特征分析和步态识别技术结合变为可能。开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究的必要性主要体现在：

（一）开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究是实现步态自动化识别的重要环节

目前足迹行走运动特征分析主要依据足迹鉴定专家的分析判断，这就要求足迹鉴定专家具有过硬的专业素养和丰富的足迹分析鉴定经验。如何将足迹分析技术同大数据、云计算和人工智能等新兴技术融合，是足迹学学科体系的重要研究课题，同样只有将足迹行走运动特征分析和新兴技术融合应用，才能使得步态自动化识别更精准。开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究有助于将足迹行走运动特征分析和新兴技术融合应用，是实现步态自动化识别的重要环节。

（二）开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究是改善步态识别精度的关键部分

目前步态识别技术的识别精度还不是很高，人的健康状况、负重 、衣着穿戴、地面状况和人的心理状态等因素都影响步态，这些影响因素制约着步态识别技术的识别精度。开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究，有助于改进步态识别技术中行走运动特征提取和分类方法、扩容步态数据库和丰富步态相关算法，进而提高步态识别技术的算法精度。随着步态数据库的逐渐完善和技术算法精度的逐渐提高，步态自动化识别技术的警务应用前景定会十分广阔，如实现步态自动化识别技术的警务化应用可以提高警方在视频库中寻找嫌疑目标的效率，实现串并案件[5]等。

（三）开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究是提高足迹利用效率的有力保障

刑事案件中犯罪嫌疑人的足迹出现率和足迹提取率都较高，但足迹的利用率不是很高，特别是利用足迹分析得出重要的侦查线索的案件更是少之又少，造成这种现象的原因除了多数足迹提取质量不高外，主要因为优秀足迹鉴定专家缺乏。足迹鉴定专家通过分析现场足迹可以得出大量犯罪嫌疑人信息，而大多数侦查人员由于足迹分析经验的不足很难通过分析嫌疑人足迹获取有价值信息，这大大降低了足迹的利用效率。开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究，将足迹行走运动特征分析和步态识别技术结合起来，总结出肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性规律，进而利用犯罪嫌疑人的足迹行走运动特征反推其行走运动形态，然后再利用步态识别技术依据嫌疑目标的行走运动形态在视频监控中搜索嫌疑目标，实现以足迹查人的目标；或者利用步态识别技术对视频中犯罪嫌疑人的行走运动形态进行分析，得出其步态特征和步幅特征，以便侦查人员根据步态特征和歩幅特征快速锁定嫌疑目标足迹，实现以人找足迹的目的。开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究，有助于步态识别技术和足迹行走运动特征分析融合应用，有利于我们快速的找到犯罪嫌疑人足迹，是提高足迹利用效率的有力保障。

（四）开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究是增强警方辨识伪装步态能力的重要基础

目前步态识别技术主要是针对人体正常行走运动状态下的步态动作进行识别，缺乏对人伪装和异常步态的相关行为变化特征的研究。犯罪分子在作案过程中，经常会出现跳跃、攀爬、快速奔跑、下蹲和走路动作较轻等异常行为，而且随着犯罪分子反侦查能力的增强，如犯罪分子会采用男扮女装，或者女扮男装，穿上内增高鞋来改变自身身高，穿臃肿的衣服或者紧身衣来伪装自己的体态或者改变肢体摆动幅度进而改变自身行走姿势等方式躲避侦查，嫌疑目标的这些异常行为和反侦查行为的出现，无疑增大了警方发现嫌疑目标的难度。开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究有助于提高步态识别技术对伪装和异常步态的识别能力，是增强警方辨识伪装步态能力的重要基础。

五、展望

利用步态识别技术对人的行走运动形态进行识别捕捉，利用遗留足迹对足迹行走运动特征进行分析，开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究，有助于我们将足迹行走运动特征分析和步态识别技术融合应用，必将进一步促进足迹分析技术和新型科技融合，既可以迅速地缩小侦查排查范围，从而极大提高排查效率，又可以有效地甄别出嫌疑人的伪装行为，为我们获取诉讼证据提供线索，这定将极大提高我们的侦查破案的效率。由此可见，开展肢体动作与足迹行走运动特征变化的相关性研究是极其有必要的，而且随着研究的逐渐深入，步态数据库的逐渐完善和技术算法精度的逐渐提高，融合足迹行走运动特征分析的步态识别技术的警务应用前景定会十分广阔[6]。

参考文献：

[1]史力民.足跡学[M].北京：中国人民公安大学出版社，2007.7：10-12.

[2]钟兴志，王晨升，刘丰，郭世龙.步态识别综述[J].软件.2013（04）：160-163.

[3]王科俊，侯本博.步态识别综述[J].中国图像图形学报.2007，12（7）：1152-1160.

[4]王彪，张万松，马晓贇.浅析视频侦查中步态特征的应用[J].辽宁警察学院学报.2017（05）：79-81.

[5]周晓宇.论足迹分析在视频侦查中的作用[J].净月书刊.2013（3）：48-51.

[6]田广，徐奕，杨小康.步态识别在智能视频监控系统中的应用前景[J].视频应用于工程，2011，4（15）：24-29.