足底壓力特征與身高相關性研究*

宋庚益 李星宇 宋奇凡 李靜泉 康崇偉 丁 浩

江蘇警官學院，江蘇 南京 210031

在科技日益發達的今日，各種新技術出現在犯罪現場的勘驗中，足跡檢驗方式依靠其易采集和穩定的特點有著極強的證明力。足跡能夠作為重要的痕跡物證，其原因是基于它較長時期的穩定性。在辦案中證明，足部結構的穩定性能持續數年甚至十幾年[2]。足跡是犯罪嫌疑人最易留在現場的一種證據，且其個性化特征豐富，能有效刻畫犯罪嫌疑人的身高、體重、行走習慣等特征，為案件初期的刑事偵查提供詳細的方向指導。在辦案中，大眾所最為熟知的以DNA技術為主的生物檢材盡管能夠很好地對人身進行識別，但卻無法像足跡一樣體現如此豐富的細節。

在當今的刑事偵查實踐中，足跡提取，是一種重要的物證鑒定手段。因此，對犯罪現場遺留的足跡進行快速正確的分析，顯得尤為重要。多年來，在辦案中，由于足跡檢驗出現較早，刑警技術人員已經積累了大量實踐經驗，形成了一套較為完整的體系。對于現場足跡的相關提取、保存等技術均已發展出較為成熟的方法。但與此同時，由于新媒體的發展，足跡作為一種關鍵性證據已經被大眾所熟知，許多犯罪嫌疑人在實施犯罪時往往刻意對足跡進行偽裝，以達到誤導偵查人員的目的，這使得在當今的足跡檢驗中，僅僅依靠一種方法進行判斷是一種危險和不負責任的行為。

在本文中，主要尋找研究青年男性在自然行走過程中，所體現出的足部前后重壓點之間的距離與身高之間的關系，采用先進的Zebris步態分析系統對足底壓力數據進行采集、歸納和整理，并對采集數據進行分析，通過計算現場足跡重壓點之間的距離來推測發罪嫌疑人的身高，并用已存的方式進行驗證。

一、研究內容和方法

(一)原理和定義

原理：本實驗采取的度量方法有平均數、方差、正態分布。在統計學中，平均數是反映數據集中趨勢的一項指標。方差經常用于統計分布程度上的測量，統計中的方差(樣本方差)是每個樣本值與全體樣本值的平均數之差的平方值的平均數。方差越大則波動性越大，穩定性越差，反之，則波動性越小，穩定性越好。正態分布是許多統計方法的理論基礎，平均數分析、方差分析均要求分析的指標服從正態分布，許多統計方法雖然不要求分析指標服從正態分布，但統計量要近似正態分布，因而大樣本時這些統計推斷方法也是以正態分布為理論基礎的。定義：身高/足掌重壓點和足底重壓點之間的距離。

(二)實驗對象

本實驗采取30名健康男性青年學生作為實驗對象，年齡20.5歲±1.6歲，身高178±7cm，體重75.25±10kg，每個實驗對象髖，膝，踝關節活動正常，行走均無明顯異常，無扁平足，高足弓等足部疾病。

(三)實驗器材和實驗方法

本實驗選用Zebris足底壓力分布測量系統及其配套軟件。該系統是具有世界先進水平和代表性的三維動態足底壓力步態分析系統。Zebris足底壓力分布測量系統具有高精度、大量程、分析功能完善等特點。首先讓20名實驗對象在實驗室內的Zebris足底壓力分布測量系統壓力采集器上進行正常行走，每次行走來回一次，每個實驗對象來回行走20次，待數據采集完畢后，導出Zebris足底壓力分布測量系統自動制做出的每次行走所形成的足底壓力分布圖。對于個人數據穩定性的研究，我們選取了一名20歲的男青年作為樣本，使用Zebris足底壓力分析系統采集了其100次行進中的足底壓力樣本的壓力數據。在得到這些樣本壓力數據后，我們分析了每一個樣本壓力數據后，選擇測量前腳掌重壓點與后腳掌重壓點之間的距離，并將所得的左右足各一百份數據與該個體的身高進行商運算(身高/前腳掌重壓點與后腳掌重壓點之間的距離)，得出200份比值。對這200份比值進行處理，并在Excel中制作成表格并繪制其圖表。

(四)目標

找到身高H和足跟重壓點到足掌重壓點的距離L的相關性聯系。從而能夠通過計算現場足跡重壓點之間的距離來推測發罪嫌疑人的身高，為案件的偵破提供線索。

二、實驗數據分析處理

(一)個人穩定性分析

根據上述方法，我們首先需要對單個個體數據的穩定性進行測試研究。個體數據縱向穩定性是進行本次實驗的前提條件，也是不同個體進行橫向對比的基礎，只有在確定了單個個體數據的價值后，大批次的數據才可以進行橫向的分析比較，得出結論。

對這200份比值數據進行處理后，我們得到左足數據的平均值為9.82，數據方差為0.066；右足數據的平均值為10.28，方差為0.166。結合左右足比值數據的方差和圖像(表1，2；圖1，2，3，4)，可以得出該比值的離散程度很小，可以被用來支持進行下一步實驗。對于單個人數據左足數據離散程度比右足小，我們通過對這100次實驗過程的觀察，認為這一現象的產生和單個人的行走方式、儀器的本身誤差有關。每一次個體的行走方式都會因為心情、速度等多種因素而發生變化。我們認為這兩個誤差都可以接受，并不影響下一步橫向數據的對比。

表1 左足比值的區間分布

表2 右足比值的區間分布

圖1 左足數據分布圖

圖2 右足數據分布圖

(二)集體穩定性分析

從以上實驗中得出的壓力圖像中可以看出，每個青年男性都有其壓力分布的特點，說明不同人有著不同的足底壓力分布情況，但是從Zebris步態分析系統中得出的足底壓力分布圖像可以看出大部分青年男性的黑色點狀曲線既合力的移動路徑，每次行走時的足底與地面的作用方式也不相同。但從整體上看，大部分青年男性的黑色點狀曲線都是偏離壓力的最大值，為了保證數據的有效性，在參與實驗的20個個體所留下的數據中，舍去那些黑色點狀曲線位于足底壓力最大值的數據共計2個個體。現對于剩余18個個體數值進行縱向分析，符合要求的樣本情況如下(見表3)。

在證明集體穩定性前，我們需要先驗證集體樣本的分布是否符合正態分布，將數據用Excel簡單處理后，導出并輸入SPSS21.0分析軟件，得到左足特定比值的Sig值為0.075>0.05，而右足特定比值的Sig值為0.15>0.05，故此集體樣本符合正態分布。

將數據導出后用spss21.0計算出左腳特定比值的方差為0.707425，右腳特定比值方差為0.856270。兩組方差均接近于0，所以綜合以上實驗內容得出結論：集體實驗對象的特定比值趨于穩定。

在此基礎上，本實驗所采用數據的穩定性得到了全面的論證，證明了實驗結論的可靠性，我們能夠達成此次實驗的目的。

表3 各實驗對象身高與左右足壓力比值

三、實驗結論

在經過個人以及集體數據的穩定性論證后，基本可以確認本文所采用的方法得出的數據是可以進行定量分析的可靠數據。綜合所取的18個個體的數據，我們可以得到如下結論：在20左右的青年男性中，其身高與足底重壓點之間的比值分布于一定的區間內，左腳為9.38-10.30，右腳為9.52-10.36。(圖3，4)。

在左足的18組數據中，數據總體偏小，分布靠前，但仍符合正態分布的要求，我們截取了包含95%數據的值作為上限(10.30)和下限(9.38)，并以此為最終的結果；而右足數據的分布雖然較為分散，但其主體仍與左足數據一樣屬于正態分布，同樣截取包含95%數據的值作為上限(10.36)和下限(9.52)。通過這兩個區間，我們便可以大致計算出相關足跡所對應的人的身高范圍，左右足跡數據不同，它們之間是相互印證的關系，若同時采取兩者所得的范圍進行收縮，其結論應當更為準確有效。

圖3 所有樣本左足數據正態分布直方圖

圖4 所有樣本右足數據正態分布直方圖

四、實驗結語

本實驗基于Zebris足底壓力步態分析系統，初步進行了足底壓力與身高相關性研究，但由于實驗儀器掌握情況等原因，造成實驗數據的不完善，同時足底重壓點分布也受地面條件和行走動作等其他因素影響，要準確反應青年人足部重壓點距離與身高的分布規律，還需要擴大實驗對象數量，在今后的實驗中繼續研究。