基于彈頭發射痕跡特征分析的檢測方案研究

李波+李磊

摘 要：彈頭發射痕跡是指槍彈在發射過程中，由槍支機件在穩固定位和規則性動作下同彈頭的固定部位發生機械作用留下的痕跡。這些痕跡反映了槍支機件動作部位的外表結構特點，一般不會受到射擊人、射手扣動扳機施力大小和射擊方向、距離等不同因素的影響，具有清晰、穩定、特征明顯、再現性好等特點。通過研究彈頭發射痕跡的形成、變化規律以及對其進行分析和效驗，一方面可以區分發射槍支的型號和認定發射槍支，從而由痕跡找到發射槍支，在由槍支找到持槍人，提供破案的線索，為司法部門快速、準確地偵破槍擊大案提供有力的支持與科學依據；另一方面還可以用于研究槍彈痕跡的形成機理及顯微形態，檢查槍械、槍彈的性能與狀況。

關鍵詞：彈頭 發射痕跡 特征分析 檢測方案

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0067-03

1 彈頭發射痕跡的形成機理

彈頭發射痕跡的形成是一個非常復雜的過程，它涉及到槍支、槍彈的結構特點，以及發射過程中一系列物理化學反應及機械作用。只有弄清發射痕跡的形成機理，才能了解彈頭痕跡的本質特征。

1.1 槍支的構造與特點

槍支通常是體積小、結構復雜的輕型射擊武器，其零件總數較多，不同槍支之間的性能、結構差別很大，但是彈頭發射痕跡形成的部件主要是槍管。槍管是發射彈頭的主要造痕體，作為造痕體，它具有良好的穩定性，這為利用射擊彈頭上的痕跡，對形成此痕跡的造痕體槍管進行同一認定提供了良好的條件。

槍管部分位于槍支前部，系無縫鋼管。根據其內壁的構造特點，可分為彈膛、坡膛和線膛（來復線或者膛線）3個區域。

（1）彈膛位于槍管的后部，是容納子彈并使子彈正確定位的場所，彈膛的形狀和尺寸與槍支所發射子彈的彈殼外形尺寸相一致。

（2）坡膛是槍膛與彈頭相配的部分，即發射前彈頭在彈膛內所處的位置，它是連接彈膛和線膛的過渡部分，其尺寸及形狀必須保證彈頭啟動時易于嵌入膛線，密封火藥氣體以及保證彈頭運動位置的正確，故坡膛通常設計成錐形，由后向前逐步變小成坡度，以保證彈頭發射時順利進入線膛區。

（3）根據陀螺穩定原理，急速旋轉的陀螺將保持定軸轉動而不會翻到。因此，如果發射彈頭具有一定的自轉速度時，在空中飛行就能保持頭部始終向前而不會翻滾。通過在槍管膛線內壁加工若干條均勻分布的螺旋形的溝槽，便可使彈頭在脫離槍口、獲得一定的初速的同時，具有足夠的自旋角速度，從而保證在空中飛行的穩定性。線膛內壁的這些溝槽稱為膛線，其中凸起部分稱為陽膛線，凹陷部分稱為陰膛線。與線膛形狀尺寸相關的參數有：①陽膛線直徑；②膛線數目。膛線的多少一般隨著口徑的大小而定；③膛線的旋向和纏度，膛線的旋向即是膛線的旋轉方向，膛線的纏度為膛線的導程與槍管口徑的比值；④膛線的寬度，即陰陽膛線所在圓上的弦長；⑤膛線深度，它是指陽膛線表面在直徑方向上高出陰膛線表面的尺寸，大小必須保證彈頭嵌入膛線后，彈頭圓柱部能夠保證導引和密封火藥氣體。

1.2 彈頭的構造特點

彈頭是用來直接殺傷和破壞目標的槍彈重要組成部分。根據彈頭的外部形狀，整個彈頭可分為頭部、圓柱部和尾部三部分。（1）彈頭頭部的形狀特點，是由空氣阻力對彈頭飛行速度的影響及彈頭對目標作用效果決定的；（2）圓柱部分在發射時，用于密封槍管、導引彈頭在膛內旋轉。其直徑略大于槍管口徑，兩者比值通常為：d2=（1.03-1.04）d，其中：d2為彈頭圓柱部分的直徑，d為槍管直徑；（3）為減小渦流阻力，彈頭尾部常呈截錐形，對于射程較近的手槍彈頭，一般沒有尾錐部。彈頭的結構和材料一般應滿足兩個要求：一是具有較好的殺傷效果、合適的重量，能夠滿足射擊精度的要求和在有效的射程內保證彈頭的低伸性；二是在彈頭的結構設計上，要保證彈頭具有一定的強度和適當的塑性，使彈頭在發射時能夠順利嵌入膛線，披甲不過分變形和破裂，對膛線磨損小，因而彈頭披甲的材料多用銅鋅、復銅鋼或銅鎳合金制成。

1.3 彈頭發射痕跡的形成過程

射擊彈頭上的痕跡主要是在發射過程中形成的，火藥的氣體壓力是產生彈痕的動力。撞針以一定的能量打燃底火，使發射彈藥燃燒后，彈頭在火藥氣體的作用下，克服彈殼口部對彈頭的拔彈阻力開始運動，經過坡膛區進入線膛區，由于彈頭圓柱部分的直徑是線膛區槍管直徑的1.03～1.04倍，因此彈頭在氣體作用下擠入線膛。槍管是高強度、高硬度的優質碳素結構鋼或者優質的合金結構鋼制作的，彈頭的披甲材料是由一定強度和較好柔韌性的黃銅、復銅鋼、低碳鍍銅鋼制作，而且不論彈頭還是鉛套，都對彈頭披甲受擠壓變形起到緩沖作用，所以彈頭在擠進線膛和在膛線內旋轉前進時，一方面受到線膛內壁、膛線棱邊、棱角的強烈擠壓和摩擦，彈頭披甲產生塑性變形；另一方面，彈頭表面與線膛內壁在緊壓接觸下發生相對運動，使彈頭在飛離槍口的時候，其披甲表面形成了反映槍管內表面的多種宏觀結構特征和微觀特征。因此，膛內火藥氣體的壓力作用于彈頭底部，迫使彈頭擠進線膛并在膛內旋轉前進，是彈頭痕跡形成的動力條件；槍管材料和彈頭材料性能上的重大差異是彈頭痕跡形成的物質條件；彈頭圓柱部分直徑略大于槍管口徑，致使彈頭在火藥氣體的作用下，擠進線膛并與膛內壁壓緊接觸是彈頭痕跡形成的作用條件。

1.4 射擊彈頭上的主要痕跡特征

射擊彈頭上殘留的痕跡，反映槍管內表面的宏觀特征和微觀特征。其宏觀特征（種類特征）是槍管內表面結構的表現，痕跡中的個別特征則是槍管內表面微觀特征的體現。按形成痕跡的時間、順序和作用部位性質的不同，彈頭上的痕跡可分為拔彈痕跡、坡膛痕跡（初生痕跡）和線膛痕跡（次生痕跡）。其中與槍管內表面密切相關的主要是線膛痕跡。

有線膛的槍支其槍管的內壁有凹凸膛線，凸起的是陽膛線，凹下的是陰膛線。反映在彈頭上的痕跡的凹凸方向相反，凹入的是陽膛線痕跡，凸起的是陰膛線痕跡。射擊彈頭的線膛痕跡是在彈頭擠進膛線和在膛內旋轉前進時，因擠壓、剪切、摩擦等作用所形成的，一般起始于彈頭的弧線部末端，貫穿圓柱部，中止于彈頭尾部前段。根據線膛的形成機理、特征反映以及其在痕跡檢驗中的作用，通常將線膛痕跡分為膛線痕跡、小線紋痕跡等。

1.4.1 膛線痕跡

射擊彈頭上的膛線痕跡是指彈頭在擠壓過程中，在披甲表面形成的凹陷條帶狀痕跡。由于槍管內陰、陽膛線對彈頭披甲擠壓力的大小不同，陽膛線兩棱邊側面對披甲的剪切、刮擦作用，致使彈頭披甲與陽膛線表面直接接觸部分產生壓縮變形，且呈凹陷狀，從而使陰陽膛線區別明顯。在被發射的彈頭上，陰陽膛線是成對出現的，主要存在彈頭的圓柱部分。

陽膛線痕跡主要由兩條棱線痕跡、條帶狀的凹陷區和起末端痕跡組成。它客觀地反映了槍管的內表面宏觀特征。因此，在槍管痕跡特征檢測中，膛線痕跡主要用來區分發射槍支的槍種，其主要幾何參數包括以下幾個方面。

（1）膛線痕跡的數量。射擊彈頭上陰陽膛線痕跡的數量等于槍管膛線的數量，不同種類槍支槍管膛線數量不一定相同，少的只有二三條，多的達到12條。我國的槍支大多數是4條或者6條。因此，可以通過對射擊彈上膛線痕跡數量的檢測區分槍支種類范圍。

（2）膛線痕跡的寬度。不同種類槍支的膛線痕跡寬度不相等，窄的只有半個多毫米，寬的可達到兩個毫米。在膛線痕跡檢測中膛線寬帶的測量很重要，不僅可以確定槍種范圍，而且對于槍支的認定有一定的價值。這是因為在槍管制造過程中，膛線寬帶都有一定的公差范圍，槍支在使用過程中膛線的磨損程度也不一樣，致使在發射后的彈頭上留下的膛線痕跡寬帶有一定的差別。

（3）膛線痕跡的斜向。由膛線痕跡的傾斜方向可直接確定槍管膛線的旋向。槍管內的膛線有左旋和右旋兩種，反映在彈頭上分別形成了由右上往左下傾斜的痕跡和由左上往右下傾斜的痕跡。我國生產的槍支多為右旋。

（4）膛線痕跡的傾斜角。理論上，膛線痕跡的傾斜度與槍管膛線的纏度相等，不同纏度的槍支，留在彈頭上的膛線痕跡的斜度也不一樣。通過測量射擊彈頭上膛線痕跡的傾斜角度，指明發射槍種的范圍。

（5）陽膛線的磨損程度。槍管的磨損主要是受到火藥氣體的壓力和高溫影響，與彈頭摩擦后就逐漸燒蝕。同時，在槍管使用過程中，因保管或者擦拭不干凈等原因，會受到氧化和火藥殘渣的腐蝕。槍管內壁細屑脫落或者附上，加快了腐蝕，出現了磨損特征。槍管根據彈頭上的痕跡反映，可以判斷槍管的磨損狀況。

（6）陽膛線的起端和末端痕跡。彈頭上陽膛線痕跡靠近彈頭尖端的為起端痕跡，靠近彈底為末端痕跡。每支槍支，其起端、末端痕跡特征有所不同，主要是因為陽膛線起端、末端的結構形狀不同造成的。同一批同一機器生產的槍支，其陽膛線的起端、末端結構形狀會產生相似之處。此外，始末痕跡還與彈頭的直徑有關。一般來說，彈頭上陽膛線的始端痕跡與彈膛的膛線起點狀況相吻合，而末端痕跡與槍口的陽膛線的邊沿特點相關。凡是膛線各個端點磨損、銹蝕嚴重的，彈頭上始端、末端就會形成橢圓形、弧形的特征。

（7）膛線痕中的金屬卷屑痕跡。金屬卷屑痕跡是由陽膛線棱邊形成，一般在主要棱線痕跡的邊緣處反映的粗大奇特，甚至把彈頭外殼刮去一條，形成卷屑特征，也有一定的檢驗價值，由于金屬卷屑痕跡在主要棱線邊緣，因此在痕跡比對時做粗定位。

1.4.2 小線紋痕跡

小線紋痕跡是大致分布在射擊彈頭圓柱部分，具有一定斜度的線條狀的擦劃痕跡。小線紋痕跡是彈頭擠進膛線和在膛線內旋轉前進時，彈頭披甲表面受線膛內表面擠壓、摩擦作用形成的。因槍管陰陽膛線表面對彈頭披甲表面擠壓力大小不同，作用于彈頭披甲的擠壓摩擦力大小也不同，槍管陽膛線對彈頭披甲的擠壓、摩擦作用大，所以位于彈頭陽膛線痕跡區中的小線紋痕跡更為清晰、明顯。而且覆蓋在這個區域中的拔彈痕跡和坡膛痕跡上。

小線紋痕跡反映了槍管內表面的微觀特征，它不僅出現在陽膛線痕跡區，在陰膛線痕跡區、坡膛痕跡區，甚至在主次棱線痕跡中都可能出現。在線膛痕跡中，小線紋痕跡具有面廣、量多、出現頻率高的特點，尤其在陽膛線痕跡區更為明顯。小線紋痕跡主要用于認定發射槍支，它在射擊彈頭某部分上出現的數量、粗細、凹凸不平、線條間隔、分布流向、溝底峰谷形態、相互關系等都是重要的反映槍管內表面微觀形態的個別特征，在槍彈痕跡檢測中價值很高。實踐證明，在陽膛線痕跡區尾部的小線紋痕跡出現的頻率高，穩定性強，特征最為穩定，檢驗價值較大，往往成為認定發射槍支的首選痕跡。

膛線痕跡中的小線紋痕跡是槍支的重要特征，幾乎在一切彈頭痕跡的檢驗中都有出現，價值較大。這種痕跡反映了每支槍管內壁的構造、擦拭、使用和銹蝕等情況，只要槍管內壁的某部具有獨特之處，就必然會在彈頭的相應部位得到反映，即使其他個別特征模糊不清，利用局部的小線紋痕跡，也可以做出槍支的認定。

1.4.3 坡膛痕跡

彈頭開始在坡膛內前進時并不旋轉，與槍管內壁的摩擦形成的痕跡為初生痕跡，也叫坡膛痕跡。當彈頭進入線膛旋轉區，沿著槍管內膛線向前做旋轉運動時，與槍管內壁形成的痕跡為次生痕跡。初生痕跡與彈頭的軸線平行；右旋的膛線，初生痕跡分布在膛線痕跡的左側；左旋的膛線，初生痕跡分布在膛線的右側。由于彈頭在膛線內是旋轉前進的，靠近尾部的坡膛痕跡被陽膛線痕跡覆蓋，因此，在彈頭上保留的穩定的坡膛痕跡為一三角形區域。三角形區域上分布著一些與彈頭軸線平行的底紋，這些線紋反映了槍管坡膛處的表面形貌特征，可以作為槍支檢驗。

1.4.4 彈頭發射痕跡特點

彈頭是使用富銅鋼、黃銅、紫銅等優質塑性材料制成，物體細膩、顆粒小，容易塑留清晰、穩定的痕跡特征，而槍支有關機件是使用優質堅硬的鋼材制造的，造痕性能良好，加上火藥氣體的作用力大、彈頭在槍支內受到嚴格的限制，留下的發射痕跡清晰、穩定、有規律，也容易通過實驗射擊再次獲得，即使通過千百次反復發射，只要機件沒有發生本質的變化，其主要的彈痕特征依然具有很強的再現性，變化不大，因此彈頭發射痕跡檢驗具有較高的準確性。

2 彈頭痕跡檢測方案的提出

根據彈頭發射痕跡特征分析，綜合槍彈痕跡專家的建議以及國內外的發展趨勢，論文中所設計的槍彈痕跡識別系統由圖像采集與存檔管理子系統和圖像處理與識別子系統組成。其中圖像采集與存檔管理子系統用于獲取清晰的彈頭痕跡圖，并將圖片與對應的彈頭、發射槍支一起進行存檔管理；圖像處理與識別子系統對采集的痕跡圖像進行各種預處理，提取圖像的痕跡特征，根據痕跡特征在數據庫中找出相似程度高的候選彈頭，通過人工輔助識別，最后確定發射彈頭的槍支。

2.1 彈頭發射痕跡采集部位的選擇

從彈頭的結構可知，整個彈頭由頭部、圓柱部分與尾部3部分組成。其中彈頭圓柱部分直徑最大，約為槍管直徑的 1.03～1.04倍，在槍彈發射過程中，彈頭圓柱部分充分受到線膛內壁、膛線棱邊、棱角以及膛線表面的強烈擠壓、摩擦產生塑性變形，因此彈頭圓柱部披甲上留下的射擊痕跡最明顯深刻。

通過上述對彈頭射擊痕跡組成及特征的分析可知，彈頭圓柱部分痕跡既包含有用于區分槍支種類的宏觀特征，如膛線痕跡主要存在于彈頭的圓柱部分，又包含了用于認定發射槍支、富含槍支個別特征的小線紋痕跡、拔彈痕跡、坡膛痕跡等。可以認定彈頭圓柱部分所含發射痕跡最為豐富且特征最為穩定、明顯，檢驗價值高，因此彈頭痕跡采集主要在彈頭圓柱部分。

對于不同型號的槍支發射的彈頭，其在彈頭圓柱部分產生的痕跡線清晰度會有一定的差別。如五四型槍支在靠近彈頭圓錐部分清晰，六四型槍支靠近圓柱底部痕跡線清晰。因此在采集圓柱部分的時候，根據彈頭的型號，確定采集彈頭發射痕跡的具體部位，從而保證采集到的是彈頭上痕跡特征最清晰和特征最明顯的部位。

2.2 彈頭發射痕跡的特征選擇與分析

彈頭圓柱部分包括的痕跡豐富，既有反映槍支有關機件表面特征的痕跡，又有偶然出現的非本質的痕跡。因此彈頭發射痕跡識別的關鍵是如何提取反映槍支本質區別的痕跡特征。根據彈頭發射痕跡形成機理的分析，系統將彈頭痕跡識別分為兩個步驟，即發射槍支種類的區分和射擊槍支的同一認定。

區分發射槍支種類可以有效地縮小搜索范圍，突出檢驗重點，減小檢驗槍種的數量，提高鑒定成效。射擊槍支的同一性認定，是彈頭痕跡檢驗系統的主要任務和最終目標。正確地認定射擊槍支可以給辦案人員提供有效的線索，同時能夠在法庭上提供關鍵的證據。

根據射擊彈頭上的痕跡特征，特別是反映射擊槍支特有的個別特征，以確定射擊槍支的具體內壁構造，是認定槍支的關鍵。槍支的個別特征主要是通過彈頭上的細小線紋反映出來的，因此如何得到細小線紋以及如何提取細小線紋痕跡特征是識別系統的關鍵環節。

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