高 毅, 戴貝貝, 張 斌

(1.中國刑事警察學(xué)院, 遼寧沈陽 110035； 2.常德市公安局鼎城區(qū)公安分局刑偵大隊(duì)， 湖南常德 415101)

0 引言

在犯罪現(xiàn)場勘查中足跡是提取率最高的痕跡物證，但多為殘缺、變形的足跡。因此，為提高足跡的利用率，專業(yè)技術(shù)人員往往根據(jù)穿鞋足跡所反映的磨損特征及壓痕等步態(tài)特征來判斷殘缺、變形足跡的留痕部位或足別。而這類特征由于運(yùn)用有一定難度，不易于基層技術(shù)人員所掌握。鞋底花紋因具有研究的特殊性，可以為我們足跡檢驗(yàn)提供一個(gè)新的方向，有益于我們找到一種簡便、快捷的足跡分析方法。深入研究不同種類鞋子的花紋、樣式、工藝等特點(diǎn)，通過大量的實(shí)驗(yàn)，收集穿鞋足跡與足底部位比例關(guān)系的數(shù)據(jù)，通過量化相關(guān)特征的指標(biāo)，來找到確定殘缺足跡的足部位置和左右足別的方法。

1 鞋底花紋的設(shè)計(jì)原則和分類

在當(dāng)前的社會環(huán)境和居民生活質(zhì)量提高的背景下，鞋底的外觀和舒適感是更為重要的設(shè)計(jì)因素，而在其中，花紋設(shè)計(jì)的形態(tài)以及設(shè)置鞋底位置是重中之重。鞋花紋式樣歸為兩大類：普通類和特殊類。普通類鞋花樣式共兩種，自由花紋為一種，規(guī)則花紋則是另外的一種。

特殊花紋鞋如各類球類鞋、戶外鞋、登山(攀巖)鞋等，通常在體育運(yùn)動專業(yè)用，此種類鞋底的花紋形狀一般非常特殊，會出現(xiàn)較為深的凹槽，以適應(yīng)各種特殊的行走或者攀登環(huán)境。

鞋底花紋進(jìn)行細(xì)分可以按照凸起花紋的形狀和鞋底邊沿形狀進(jìn)行分類。按凸起花紋的形狀可以分為10個(gè)類型：波浪型、邊塊型、圓環(huán)型、交織型、線條型、物象型、火焰型、畦埂型、其他型、特殊型。

2 鞋底各區(qū)域劃分和壓力分布

2.1 鞋底各區(qū)域劃分

通過專用的分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以90名測試者的足底壓力值為分析對象發(fā)現(xiàn)，壓力值變化最大的是第2、3、4跖區(qū)。而足弓區(qū)由于其拱形結(jié)構(gòu)，所以很容易通過弓區(qū)的內(nèi)側(cè)受力情況直接就予以區(qū)分，并且由于第二趾至第四趾處受的壓力也很小，區(qū)分起來也是很容易。由此看來，對于穿鞋足跡而言，區(qū)分足跡的區(qū)域不應(yīng)當(dāng)特別詳細(xì)。

2.2 鞋底各區(qū)域壓力分布

實(shí)際上，耐磨性是是鞋子底部花紋設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的原則，而足底壓力則決定了鞋底的磨損情況。因此，人的足底壓力大小分布情況實(shí)際上會決定花紋分布和相關(guān)標(biāo)識的位置分布。故研究鞋底區(qū)域的各種力尤其是受到壓力的分布情況，實(shí)際上對足跡檢驗(yàn)有著非常大的作用。

任意抽取分析檢驗(yàn)的對象，先進(jìn)行行走，而后分析足底壓力的分布峰值來說明，圖1為隨機(jī)3位受測者足底壓力分布區(qū)域圖。

圖1 足底部位壓力分布圖

通過對受試者的分析發(fā)現(xiàn)，基于足跡壓強(qiáng)峰值問題來看，跖中區(qū)、跟區(qū)和第一跖確實(shí)是足底壓力分布的集中區(qū)。因此，對于磨損問題而言，第一跖區(qū)，第二跖區(qū)，即鞋底的內(nèi)側(cè)區(qū)及鞋跟區(qū)也應(yīng)當(dāng)常常作為磨損的嚴(yán)重區(qū)域。

3 鞋底各部位花紋特征分析

通過理論研究可知，足底各個(gè)位置的承壓力分布不同，那么，設(shè)計(jì)鞋底花紋的時(shí)候，應(yīng)該考慮人的足底的各種受力情況和結(jié)構(gòu)構(gòu)成情況。具體來講，應(yīng)該在鞋底壓力大的區(qū)域更加針對性的設(shè)計(jì)，如特別耐得住磨損的那種花紋類型?？梢哉f，鞋底花紋與受力關(guān)系的關(guān)聯(lián)性是非常強(qiáng)的。

3.1 足跟部位對應(yīng)鞋底花紋特點(diǎn)

這一部位，實(shí)際上是鞋子的大底最為承擔(dān)受力的一個(gè)后跟的部位。這樣的一個(gè)位置在中心的區(qū)域受到的承受力比較大，但是并不是落腳的邊緣地區(qū)，因此必然會出現(xiàn)一種過度，即從深而淺。還有些鞋底的中心花紋比較梳，具體表現(xiàn)為一些馬蹄形特點(diǎn)。甚至，有些時(shí)候會設(shè)計(jì)一些空穴中心花紋，這是為了實(shí)現(xiàn)防滑和減輕鞋跟重量等目的。而在一些鞋跟處，由于落腳的階段對鞋子的破壞力比較大，因此花紋多為橫條狀，如圖2所示。

3.2 弓區(qū)部位對應(yīng)鞋底花紋特點(diǎn)

由于足弓區(qū)域都是為拱形的特殊結(jié)構(gòu)，因此受到的壓力必然很小，往往不容易被磨損和破壞，并且也會很薄。同時(shí)會將一些商標(biāo)號置于此位置，如圖3所示。

圖2 鞋底跟區(qū)中心部位和后跟邊緣花紋特征示意圖

圖3 鞋弓區(qū)部位：花紋特征示意圖

3.3 掌區(qū)部位對應(yīng)鞋底花紋特點(diǎn)

在鞋底的掌部后側(cè)，也就是鞋的弓部區(qū)域和掌區(qū)域的過渡位置，實(shí)際上也不是受力位置。那么，在該地區(qū)也一定是從薄到厚的一個(gè)變化階段。然而，作為掌的中區(qū)位置，受力非常大，因此承擔(dān)著巨大的磨損任務(wù)，往往花紋特別復(fù)雜。同時(shí)，為了使這些花紋看起來美觀大方，往往也會根據(jù)人的足底骨骼特點(diǎn)來設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 鞋底掌區(qū)部位花紋特征示意圖

3.4 趾區(qū)部位對應(yīng)鞋底花紋特點(diǎn)

這個(gè)區(qū)域，常常也會運(yùn)用掌區(qū)的花紋特點(diǎn)，偶爾也會出現(xiàn)過渡形態(tài)的分界情況，在鞋尖前段出現(xiàn)弧形花紋的概率較高。由于人在行走時(shí)會蹬地而起，因此力量會集中于腳趾區(qū)域，因此這一位置也會出現(xiàn)復(fù)雜圖案，如圖5所示。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

4.1 鞋底花紋對應(yīng)的足底部位各區(qū)域數(shù)據(jù)比較研究

通過分析300個(gè)樣本，分別測量對應(yīng)區(qū)域的鞋底花紋到鞋子頂尖部位的距離，用比值法推算，獲得波動范圍。

4.1.1 鞋號為25碼鞋的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對30份鞋號為25碼鞋的鞋底花紋樣本進(jìn)行測量，得出平均鞋印長為27.2cm，測得鞋尖到各部位長度數(shù)據(jù)表，如表1所示。

4.1.2 鞋號為26碼鞋的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對70份鞋號為26碼鞋的鞋底花紋樣本進(jìn)行測量，得出平均鞋印長為28.4 cm，測得鞋尖到各部位長度數(shù)據(jù)表，如表2所示。

圖5 鞋底趾區(qū)部位花紋特征示意圖

表1 25碼鞋鞋底花紋對應(yīng)各部位前后端到鞋尖距離及比例統(tǒng)計(jì)表 cm

表2 26碼鞋鞋底花紋對應(yīng)各部位前后端到鞋尖距離及比例統(tǒng)計(jì)表 cm

4.1.3 鞋號為27碼鞋的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對40份鞋號為27碼鞋的鞋底花紋樣本進(jìn)行測量，得出平均鞋印長為29.5 cm，測得鞋尖到各部位長度數(shù)據(jù)表，如表3所示。

表3 27碼鞋鞋底花紋對應(yīng)各部位前后端到鞋尖距離及比例統(tǒng)計(jì)表 cm

對以上鞋底各個(gè)部位前、后端比例數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出區(qū)間如表4所示。

表4 鞋底各個(gè)部位前、后端比例區(qū)間統(tǒng)計(jì)表 %

對140份穿鞋樣本足跡足底各個(gè)部位前、后端比例數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制出波動范圍的曲線圖，如圖6～11所示。

圖6 拇趾區(qū)域?qū)?yīng)鞋底花紋前后端比例曲線圖

圖7 小趾區(qū)域?qū)?yīng)鞋底花紋前后端比例曲線圖

依據(jù)統(tǒng)計(jì)圖得出，趾區(qū)中拇指前端所占比例范圍在5.5%～7.5%，后端所占比例范圍在17%～19.5%，小趾前端所占比例范圍在17.5%～19.5%，后端所占比例范圍在24%～26%。其中曲線圖橫軸表示為樣本數(shù)量關(guān)系，縱軸表示為比例區(qū)間(以下同)。

圖8 第一跖區(qū)域?qū)?yīng)鞋底花紋前后端比例曲線圖

圖9 第五跖區(qū)域?qū)?yīng)鞋底花紋前后端比例曲線圖

由圖9可見，跖區(qū)中第一跖區(qū)前端所占比例范圍在21%～23%，后端所在比例范圍在41.5%～43.7%。第五跖區(qū)前端所占比例范圍在28.5%～30.5%，后端所在比例范圍在41.5%～44%。

圖10 足弓區(qū)域?qū)?yīng)鞋底花紋前后端比例曲線圖

圖11 跟區(qū)域?qū)?yīng)鞋底花紋前后端比例曲線圖

由圖10可見，弓區(qū)前端所占比例范圍在41.5%～44%，后端所在比例范圍在69%～71%。跟區(qū)前端所占比例范圍在69%～71%，后端所在比例范圍在94%～96%。

4.2 穿鞋足跡與赤足各部位對比驗(yàn)證分析

對于鞋底花紋的所反映的足底各部位前、后端，可以計(jì)算出鞋底花紋對于足底部位的平均長度值，比較其與赤足部位的差距，得出兩者的差異范圍，如表5所示。

表5 鞋底花紋對應(yīng)的足底部位前、后端與赤足對應(yīng)部位的差值對照表 cm

由上述數(shù)據(jù)表明，在一個(gè)完整的鞋底花紋樣本中，足底部位是可以反映在鞋底花紋上的，即鞋底的特殊花紋可以用以對應(yīng)足底的各部位。以鞋尖為基準(zhǔn)，鞋底特殊花紋表示為對應(yīng)的鞋底部位，以圖12為例，如第一跖區(qū)所對應(yīng)的花紋，其花紋的上邊沿表示為第一跖區(qū)的前端，花紋的下邊沿表示為第一跖區(qū)的后端，通過測量得出第一跖區(qū)的數(shù)值范圍，以此方法分別求出各部位的比例范圍，經(jīng)過計(jì)算得出它們在鞋底花紋樣本中所占的比例，再進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)不同鞋號的數(shù)值差異不大并具有相對穩(wěn)定性。并與赤足各部位進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)雖然鞋底花紋對于足底部位的平均長度值與其赤足部位存在差異，但是差異均在±1 cm之內(nèi)，因此，利用穿鞋足跡鞋底花紋分析判斷足底部位是具有可行性的。

圖12 穿鞋足跡第一跖區(qū)確定足底部位示意圖

5 結(jié)論

根據(jù)鞋底各部位花紋特征分析，得出以下結(jié)論：

(1)從鞋底花紋特點(diǎn)來看，鞋底跟區(qū)中心部位花紋較為稀疏，可表現(xiàn)為圓環(huán)型、橢圓型、馬蹄型，后跟邊緣多表現(xiàn)為淺細(xì)或條塊狀花紋；弓區(qū)部位因足底受力較小故花紋表現(xiàn)為細(xì)淺或無花紋，容易出現(xiàn)商標(biāo)、鞋號、廠號等標(biāo)識性花紋；對于鞋掌部的中部地區(qū)，特別是內(nèi)側(cè)區(qū)域，花紋表現(xiàn)為特別粗和寬；趾區(qū)部位會出現(xiàn)趾區(qū)和掌區(qū)過渡段的條形花紋分界線。

(2)從鞋底花紋位置比例來看，對于趾區(qū)，對應(yīng)的鞋底花紋應(yīng)為以鞋尖為頂點(diǎn)，在鞋長為5.5%～26%范圍內(nèi)，且對應(yīng)拇趾區(qū)域前端在5.5%～7.5%范圍內(nèi)，后端在17%～19.5%范圍內(nèi)；對于跖區(qū)，對應(yīng)的鞋底花紋應(yīng)為以鞋尖為頂點(diǎn)，在鞋長為21%～44%范圍內(nèi)，且對應(yīng)第一跖區(qū)區(qū)域前端在21%～23%范圍內(nèi)，后端在41.5%～44%范圍內(nèi)左右；對于弓區(qū)，對應(yīng)的鞋底花紋應(yīng)為以鞋尖為頂點(diǎn)，在鞋長為41.5%～71%范圍內(nèi)，且對應(yīng)弓區(qū)前端在41.5%～44%范圍內(nèi)，后端在69%～71%范圍內(nèi)；對于跟區(qū)，對應(yīng)的鞋底花紋應(yīng)為以鞋尖為頂點(diǎn)，在鞋長為68%～97%范圍內(nèi)，且對應(yīng)弓區(qū)前端在68%～77%范圍內(nèi)，后端在94%～98%范圍內(nèi)。