基于鞋底磨損形態的足別判定

涂海波，唐國鋒，陳明，蔣理，高毅

(重慶市公安局九龍坡區分局，重慶 400039;中國刑警學院痕跡檢驗技術系，遼寧沈陽 110035）

基于鞋底磨損形態的足別判定

涂海波，唐國鋒，陳明，蔣理，高毅

(重慶市公安局九龍坡區分局，重慶 400039;中國刑警學院痕跡檢驗技術系，遼寧沈陽 110035）

鞋底磨損是指人在運動的過程中鞋底與地面或足之間通過機械的、化學的相互作用產生的鞋底物質的逐漸損失。人體足底壓力分布反映有關足的解剖結構、功能及整個身體姿勢控制等情況，同時與鞋底磨損情況也密不可分，它是造成鞋底磨損的原因之一。鞋底磨損由于往往是在鞋子穿用過程中形成的，必然受人體行走時力的大小、方向以及受力部位及行走習慣動作等因素影響，即與步法特征有關。

鞋底磨損;足別判別;鞋印;足跡

鞋底磨損是鞋在穿用過程中與地面摩擦、擠壓，使鞋底外表面形態結構發生變化而形成的特征。長期來看，鞋底磨損的位置、大小都將發生改變。不過這些變化并未對足別的判定帶來影響，因為總體磨損的趨勢流向是不變的。

本文對大量人群在不同年齡階段所穿用的鞋的磨損情況進行統計，歸納總結出起、落足部位磨損特征與步法特征的關系，依據樣本人群各自的步法特征中腳的著力點、著力面、著力大小和所穿鞋子的相應部位的磨損點、磨損面、磨損的輕重程度以及形成鞋印相對部位反映出的壓力點、壓力面、壓力大小三者相互一致的機理，對鞋底各個區域磨損趨勢進行標畫，進而得出利用穿鞋足跡磨損特征區分足別的可行性方法［1］。

一、鞋底磨損的理論基礎

鞋底磨損是指人在運動的過程中鞋底與地面或足之間通過機械的、化學的相互作用產生的鞋底物質的逐漸損失。無論同一人所穿用的鞋子種類是否相同，其磨損特征的造痕體，即該穿鞋人的足是相同的。因此，磨損出現的位置、形狀、尺寸等特征可以很好地反映出穿鞋人的行走習慣特征。鞋底的磨損與人體的形態結構和生理功能相對應，是人的特殊的行走運動習慣、運步方式所產生的，因此鞋底的磨損特征和形態具有相對穩定性。這就為現場穿鞋足跡，特別是殘缺足跡的左右足別判定提供了條件。

二、足底壓力分布與鞋底磨損相關性

人體足底壓力分布反映有關足的解剖結構、功能及整個身體姿勢控制等情況，同時與鞋底磨損情況也密不可分，它是造成鞋底磨損的原因之一。所以首先應該弄清足底壓力分布與鞋底受力的對應關系，進而通過鞋底的磨損情況去區分足別。

(一)足底的壓力分布介紹

足底的壓力分布如圖1所示。

圖1 足底壓力分布

由足底壓力分布圖可知，大部分人的足底壓力主要分布在趾區、掌區以及跟區。趾區主要體現在拇趾及二趾這兩個部位。掌區的壓力分布由于赤足解剖結構的原因，第一跖趾關節面積較大，并作為掌區內側主要支撐部位，導致足底壓力較大。同時，第五跖趾關節作為掌區外側的主要支撐點雖然也承受較大壓力，但由于其解剖結構較小，故壓力分布較第一跖趾關節要小一些。因此在靜態足跡中，掌區內側壓力分布往往大于掌區外側。跟區的壓力分布主要集中在跟后部及跟區中心，由于落足習慣，在足跟偏外側居多。弓區的壓力分布也由于弓區縱弓結構使得受力主要集中在外側，而弓區內側的壓力分布很小［2］。

(二)足底壓力分布與鞋底壓力分布的關系

通過足底壓力測量系統，顯示同一人足底壓力分布與鞋底壓力分布對應關系如圖2所示。

圖2 赤足足跡與穿鞋足跡間的壓力分布對比

通過壓力分布圖對比可知足底壓力分布與鞋底壓力分布基本上是相互對應的。如圖2鞋底壓力分布圖的趾區部位的主要壓力體現在拇趾與二趾的部位，與足底壓力分布一致;掌區部位也與足底壓力分布掌區部位一致，反映出了掌區內側壓力大于掌區外側壓力分布的特征;鞋底壓力分布跟區部位壓力主要集中在跟后部偏外，與足底壓力分布一致。這就說明了足底的壓力分布是較好體現在鞋底上的。而磨損的重要類型之一為擠壓磨損，即垂直向下的分力造成的鞋底部位磨損，所以，從磨損的外在表現形式來看，鞋底在趾區、掌區表現為內側磨損大于外側磨損，而在弓區和跟區表現為外側磨損大于內側磨損。因此，從現場足跡所反映的鞋底磨區域來判別，往往表現為左足跡鞋掌部右側磨損區域和程度大于左側區域，弓跟部左側磨損區域和程度大于右側區域，而右足跡則反之［3］。

三、步法特征與鞋底磨損情況的聯系

鞋底磨損由于往往是在鞋子穿用過程中形成的，因此必然受人體行走時力的大小、方向、受力部位及行走習慣動作等因素影響，即與步法特征有關。事實上，人在行走時足必然要通過鞋與地面反復發生作用，因此在鞋底上必然會反映出人行走的動作習慣特征即鞋底的磨損特征。所以說鞋底磨損特征是人行走運動的動作習慣特征在所穿鞋子鞋底上的綜合反映。這種鞋底磨損特征又以形象特征出現在鞋印中。

(一)落足階段鞋底磨損特點

落腳時后跟最先著地，以一定角度產生一個向前下方的踏力作用于地面。這個踏力分解成一個水平向前和一個垂直向下的作用力，向前的力產生相對運動和相對運動趨勢，在大多數情況下，是后側端外側最先踏地。因此，底后端外側受到的沖擊負荷最大。鞋經過一段時間的穿用，跟后緣附近的落腳部位經常與地面摩擦，使得這一部分的表面物質剝落形成落足磨損，所以后跟承受著最大的磨損。因此，從步法特征落足部位磨損情況來看，左足跡跟區磨損情況為左外側大于右外側，而右足跡跟區磨損情況右外側大于左外側，如圖3所示。

圖3 落足階段鞋跟主要磨損部位

另外，人們在穿用鞋時會發生損壞，出現破洞、折斷、裂紋、磨損等，為繼續穿用而進行修補并在足跡中留下相應修補痕跡。鞋底的修補通常是釘掌、換底、粘膠底、釘耐磨塊和縫線等，所反映的修補特征主要包括修補的形狀、位置及與花紋和其他痕跡的位置關系。由步法特征造成的嚴重磨損多出現在掌區第一、二跖部位以及跟區外后側，這對區分左右足別具有很高的利用價值，所以應該重視磨損造成的孔洞、修補部位。如一個足跡跟區左后側出現釘掌痕跡，可以判定為是左腳;若足跡跟區右后側出現釘掌痕跡可以判定為是右腳。如圖5所示。

(二)起足階段鞋底磨損特點

在起足時，通過鞋底傳給地面的單位壓力，由腳掌跖趾部位至前尖逐漸增加。鞋前尖部位的磨損方式是磨粒磨損，鞋掌部位的磨損方式也一樣。鞋尖部位磨損面的大小、位置與趾蹬的部位及起足高低有關。起足高，磨損面小;起足低，磨損面大。鞋掌部位的磨損是由于跖趾關節長期蹬地逐漸形成的，鞋底在這一部位受力較大，又經常彎曲，因此磨損的速度較快。而在跖趾部位鞋底彎曲最為嚴重，因此前掌的磨損程度僅次于后跟。從整體鞋底的磨損程度看，前掌部位最重。起足階段的主體痕跡蹬痕是一次性后蹬在足跡中所形成的，具有隨機性，多次蹬地作用在鞋底上的反映是起足磨損。因此，從步法特征起足蹬痕部位磨損情況來看，鞋尖鞋掌區磨損嚴重情況為左足跡右外側大于左外側，而右足跡左外側大于右外側。如圖4所示。

圖4 起足階段鞋尖主要磨損部位

圖5 鞋跟修補特征

四、實驗物質的選取及實驗方法

(一)實驗物質的選取

為了研究穿鞋足跡所反映的磨損特征的規律，以便更好地區分左右足別，我們選取行走過程中腳的襯墊物——鞋子為實驗對象。

我們清楚，要想真正將一種對象研究透徹，最好將這種對象的全部現象一個不少地加以收集記錄。研究足跡的磨損特征，并利用其特征的穩定性判斷遺留足跡的足別，最好的途徑是將大量的樣本足跡進行統計并加以隨機抽樣研究，以便得到左右足別磨損特征穩定的規律。筆者認為，鞋子是人行走時包裹在赤腳上的一層襯墊物，隨著穿用時間的延續，鞋底物質的耗減形成磨損是不可避免的，正如我們以上所研究的，其磨損是足底壓力分布和步法特征等主要因素在襯墊物上的合作結果，造成的磨損部位和形態也具有相輔相成、因果對應的邏輯關系，可以真實地再現這種規律的便是不同足別的鞋底各自規律的形態磨損［4］。

為了更好地說明利用鞋底磨損形態判別足別的可行性，消除隨著年齡變化而形成的步法特征上的變化對磨損形態所帶來的影響，我們隨機選取20～30歲、30～40歲、40～50歲、50-60歲四個不同年齡段的人群穿用過的鞋子，并制作油墨樣本各100份，通過觀察來研究其鞋底出現的磨損和穿鞋樣本足跡所反映的磨損規律。

(二)設計實驗思路

鞋底磨損形態的選取與標畫:

1．隨機選取具有一定磨損特征的各類鞋種，根據足底壓力分布及步態特征的基本原理，標畫并記錄每雙鞋底與捺印足跡的磨損區域，并連接趨勢線(如圖6、7所示)

圖6 鞋底磨損部位“S”形連線

2．對每雙鞋所捺印的足跡樣本進行描述，例如:后跟磨損偏外或偏內，鞋尖磨損偏外或偏內等。

3．標畫后跟區磨損與掌區磨損形態流向趨勢線(如圖8所示)，從圖中可看出2線與3線成喇叭狀開口。其中，2線為掌區磨損形態線，3線為落足后跟磨損形態線。

(三)實驗數據的討論

對四個年齡段人群共400份實驗樣本的磨損特征分別進行描述與標畫，每項特征所符合的樣本數量如表1、表2所示。

1．根據對400份不同年齡段的穿鞋足跡樣本進行磨損特征標畫以及數據統計可看出，年齡對鞋底磨損趨勢形態所造成的影響不大。

2．根據數據表可看出:左足跡起足磨損點偏右側;落足磨損點偏左側;弓區磨損多出現于左側;掌區磨損以足跡中心線為界，左側面積基本都小于右側面積;掌區磨損高低趨勢呈現右高左低形態;足跡整體磨損趨勢線呈反“S”形;掌區磨損趨勢與后跟區磨損趨勢呈喇叭狀，喇叭口朝向向右。

3．根據數據表可看出:右足跡起足磨損點偏左側;落足磨損點偏右側;弓區磨損多出現于右側;掌區磨損以足跡中心線為界，左側面積基本都大于右側面積;掌區磨損高低趨勢呈現左高右低形態;足跡整體磨損趨勢線呈“S”形;掌區磨損趨勢與后跟區磨損趨勢呈喇叭狀，喇叭口朝向向左。

表1 右足符合特征的樣本數量

表2 左足符合特征的樣本數量

五、結論

根據實驗數據的分析與觀測，可得出以下結論:

起腳部位、落腳部位、足弓部位等處的磨損方向與位置較穩定，與人的年齡變化關系不大。

通過對不同年齡段人群穿用鞋的鞋底與足跡樣本的收集與研究發現，利用現場足跡所反映的鞋底磨損特征及其規律判定足別具有可行性，這為殘缺足跡的足別分析與檢驗提供了參考。

通過對捺印穿鞋足跡樣本的研究發現，對于現場能夠反映出鞋底磨損情況的殘缺變形足跡，當鞋尖磨損偏向左側，并且掌區磨損趨勢左高右低，同時跟區磨損偏向右側時，判斷為右足概率較高。

通過對捺印穿鞋足跡樣本的研究發現，對于現場能夠反映出鞋底磨損情況的殘缺變形足跡，當鞋尖磨損偏向右側，并且掌區磨損趨勢右高左低，同時跟區磨損偏向左側時，判斷為左足概率較高。

［1］史力民．足跡學［M］．北京:中國人民公安大學出版社，2007．105．

［2］袁剛，等．正常人足底壓力分布及其影響因素分析［J］．中華物理醫學與康復雜志，2004，(3)．

［3］張孝貴，周生龍．談鞋底磨損形態與鞋印壓痕形態的關系［J］．徐州工程學院學報，2005，(4)．

［4］姚力．判別分析法在鞋底磨損特征檢驗中的應用［J］．刑事技術，2009，(1)．

責任編輯:賈永生

D918

A

1009-3192(2013)06-0052-05

2013-11-11

涂海波，男，重慶市公安局九龍坡分局助理工程師;蔣理，男，重慶市公安局九龍坡分局助理工程師;唐國鋒，男，重慶市公安局九龍坡分局工程師;陳明，男，重慶市公安局九龍坡分局工程師;高毅，男，碩士，中國刑警學院痕跡檢驗技術系講師，主要從事足跡檢驗方面的教學、科研、辦案工作。

本文為重慶市公安局科技攻關計劃項目(項目編號:2012-23)的階段性成果。