立体足迹提取方法进展研究

杨映辉

(中国人民公安大学，北京 100038)

立体足迹提取方法进展研究

杨映辉

(中国人民公安大学，北京 100038)

目前犯罪现场立体足迹的提取方法分为光学记录法和制模法，而针对立体足迹制模材料的研究方向进展情况提出牙科超硬石膏应用于立体足迹提取的设想并对其前景进行了展望。

立体足迹;提取方法;进展

足迹是人类生活中足与地面等客体接触时留下的痕迹，即人在进行站立、行走等活动时自身重量 (人体重力)和人体肌力通过足作用于地面等物质客体上形成的痕迹，俗称脚印［1］。在刑事技术研究领域，主要研究的是在犯罪活动中以及与犯罪活动相关的过程中，留下的足迹。足迹有很多分类方式，比如根据造型客体的不同可以分为赤足足迹和穿鞋、袜足迹;根据承受客体的表面变化形态，分为立体足迹和平面足迹。

一、足迹检验的重要性

足迹在一定程度上反映了遗留人的人身特征，以及赤足或鞋袜的细节特征。另外，由于犯罪活动是在一定时间和空间内进行的，所留下的足迹是犯罪活动过程的反映［2］。1786年足迹检验首次由苏格兰的一位警官应用于刑事案件中［3］，而现在足迹检验已经成为刑事技术的最重要的组成部分之一。芬兰国家调查局工作人员Markku Liukkonen在1996年进行了一项名为“足迹或工具检验人员在法庭科学实验室中承担的责任”的问卷调查工作。他们向78个法庭实验室发出了问卷，其中的62个位于欧洲的27个国家，16个位于欧洲以外的6个国家［4］。根据该机构的调查数据显示，设有足迹或工具实验室的36个法庭科学实验室每年办理案件的总量是79775件，其中排第一的是穿鞋足迹相关的检验，共有28093件，而大多数人认为应该排在第一位的指纹相关的检验排在第二位，共有20624件。虽然以上数据不能完全说明足迹检验在法庭科学领域全球范围内的重要性，但在一定程度上还是能够让人对足迹检验的重要性有一个客观的认识。

二、立体足迹的提取方法

根据足迹的承痕客体的是否发生塑性形变，将足迹分为立体足迹和平面足迹。立体足迹较之于平面足迹，不仅能反映出足接触部位的立体形象，而且能很好的反映出人行走运动的动力形态特征［5］。因此，如何完整、准确、快速的在犯罪现场提取足迹显得尤为重要。目前，提取立体足迹的方法主要是利用光学记录以及制模的方法。

(一)光学记录法

1．拍照法

在现场处理任何物证之前，首要的步骤就是拍照记录，因为拍照固定是无损记录和提取现场物证的形态、状态，以及其与周围环境的关系的最后方式。拍摄现场足迹照片是最简便有效的记录和提取现场足迹的方式之一，当然也是首要的方式。主要是利用照相器材，通过配光的变化增强反差，对现场单个出现的足迹以及成趟出现的足迹，进行记录提取。随着照相器材的发展，逐渐淘汰了老式胶片相机，目前的数码单反相机不仅在操作上更为简便，而且数码存储卡容量大，支持即拍即看功能，可以方便地对不合格的现场照片进行重拍。另外，配合计算机及有限或无线网络可以实现远距离瞬时传送，方便快捷地使不在现场附近的技术人员及时入库查询，使指挥人员及专家第一时间了解现场情况，让信息第一时间得到有效利用，为案件的侦破节约了时间成本。

当然拍照法是作为一种提取立体足迹的方法，也存在一些不足。其中一方面是配光的好坏直接影响到照片的质量。由于立体足迹往往与背景通常为一种物质构成，拍摄时只能利用测光照明产生的阴影来表现痕迹的立体分布，其他照相方法没有任何效果。只有从立体纹线的横向方向照射才有可能在凹陷区产生阴影，顺着纹线方向照射不会形成阴影区。因此必须选择纹线的横向方向照射立体痕迹［6］。由于立体足迹，尤其是穿鞋足迹，鞋底花纹大多数不是同一方向的，因此，无论从哪个方向配光，必然会损失一部分细节特征;另一方面，由于立体足迹有上下两个表面，且上下两个表面不在同一平面上，拍照时由于光圈和焦距的因素，导致景深是有一定的范围的，如果立体足迹的上下两个平面之间的距离超过景深的范围则保证一个平面清楚的情况下，另一个平面就是模糊的，这是一个无法回避的问题。因此，拍照法存在一定的缺陷，它是我们进一步使用其他方法提取立体足迹之前，必须的也是至关重要的步骤。

2．激光三维扫描法

三维扫描技术诞生于上世纪90年代。基于三维扫描技术的三维扫描仪是一种侦测并分析现实世界中无题或环境的形状 (几何构造)和外观数据 (如颜色、表面反照率等性质)，并将搜集到的数据用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。三维扫描单个足迹用时短，一般不超过5秒。通过计算机软件可对得到的三维立体图形进行任意旋转，放大缩小进行观察。

但是刑事案件现场复杂多变，三维扫描技术应用于现场立体痕迹提取，对扫描仪有较高的要求，如要考虑便携式设计，且尽可能适应较恶劣的环境影响。特别是多数结构光扫描仪在使用时受到环境光的影响［7］。该技术也存在设备造价高，维护困难，对技术人员操作水平要求严等缺陷，不利于基层实践部门推广使用。

(二)制模法

立体足迹在拍照固定提取之后，最适当的方式应当是制模［8］。目前，用于制模的材料主要有石膏制模、石蜡、硅橡胶、弹性藻酸盐以及硫磺等材料。

1．石膏制模

足迹制模被用于刑事科学技术要追溯到1854年Hugoulin第一个将巴黎石膏 (即普通石膏)用于立体足迹的制模［9］。普通石膏制模目前是我国基层公安机关技术部门最常用的方法。其主要步骤有打围墙，调石膏，灌石膏，放骨架，二次灌注，封签标号，取模等。根据承痕客体的不同，还要进行一些前处理。比如，粉尘立体足迹要提前在足迹上喷撒固定剂;雪足迹还要将调制石膏液的水降到零度;积水中的足迹要提前对水做处理等。

在条件较好的情况下，石膏制模能够较为完整的将现场足迹的特征记录下来，模型直观，细节特征反应性较好，并且成本较低，一直受到基层办案部门的青睐。然而，该方法在长期的实践中也暴露出了一些问题，如操作较为复杂，倾倒时机不易掌握，因此要求操作人员有较高的技术水准。在调制石膏的过程中，容易导致粉尘飞扬，污染环境，长期操作影响技术人员的生命健康。另外，普通石膏凝固时间长，强度较差，模型在取出和保管时易破损，需要加骨架已增加其强度。由于其价格低廉，在公安机关普及率高，多年以来，一直被基层广泛使用。而国外在上世纪90年代已使用牙科石代替了普通石膏。

2．石蜡制模

石蜡制模主要用于床铺、棉纱、棉毛等纺织物软基承痕客体上的立体足迹的提取。由于纺织物渗透力强，质地柔软，石膏需要用水调制，而且比重较大，极易破坏足迹。而石蜡具有质轻，易凝固，在适当温度下渗透力不强，因此，作为软基承痕客体上的提取材料是比较合适的。

3．硅橡胶制模

在重大案件中，对于局部细小的足迹，可用硅橡胶制作模型。因为硅橡胶足迹模型有弹性，不易断裂、破碎，而且造型细腻，更能反映出足迹的特征［10］。早期的硅橡胶制模法是在干净的玻璃板上，用调墨刀按比例混合硅橡胶、月桂酸二丁基锡 (触媒剂)、正硅酸乙酯 (交联剂)，待调拌均匀后，轻轻涂于足迹上，约一个小时候干燥取出即可。现在，使用硅胶枪结构简单，使用方便，操作安全。然而，使用国外的硅胶材料成本过高，国内的硅胶材料价格仅稍低于国外，且制作的模型韧性较差，不利于保存，在基层很少使用。

4．弹性藻酸盐糊剂制模

弹性藻酸盐糊剂是一种牙科口腔制模材料，主要用于牙冠阴模的制作，也可用于立体足迹和潜血足迹的提取。

提取立体足迹主要是通过混合胶结剂和藻酸盐糊剂，调和均匀后倒入足迹中，待凝结成形后即可。该材料用于提取立体足迹凝固迅速，特征清晰，但模型易收缩变形，强度较差。

国外，Sarena Wiesner等人发表了藻酸盐用于提取潜血足迹的研究成果［11］。血足迹的提取，通常有三个不同方向的尝试。第一是在原始位置增强血足迹，然后提取［12］;第二种是基于提取材料也具有增强的功能，提取和增强同时进行的理论［13］;第三种是先提取足迹然后化学增强［14］。Adair经过测试多种提取材料，认为藻酸盐材料是最好的［15］。国内也有将其用于提取深色织物上潜血足迹的文献发表［16］。

5．硫磺制模法

硫磺制模主要是应用于雪足迹的制模。1995年加拿大警察部门已有较为成熟的一套操作流程［17］。国内，2012年中国人民公安大学研究生常冉对雪足迹硫磺制模进行了系统的研究，并在《刑事技术》杂志发表了其研究成果［18］。该方法主要是通过加热将硫磺粉熔化，再将熔化的硫磺液体通过引流渠倾倒于立体雪足迹上，待其固化成型后取出即可。该方法操作简便、快速，提取时间短，能够有效的将雪地足迹上的特征较为完整清晰的提取下来，具有实践价值。

三、展望

根据上文提到的统计数据，一定程度上反映了足迹研究是法庭科学研究的一个重要方面，而在足迹研究中，制模材料的研究也占了很大的比例。

多年以来，研究文献推荐使用巴黎石膏和牙科石膏作为犯罪现场足迹提取的材料。有些学者推荐使用种类繁多的可用的合成材料来制模［19］。目前研究的足迹制模材料也主要集中在石膏类材料和有机合成材料两类。笔者认为无论使用何种材料来用于犯罪现场立体足迹的提取，它应当满足一些条件:(1)绿色环保，无毒无害，不影响操作人员身体健康，不污染环境。(2)操作简便快速，方法易掌握。 (3)温度适应性强，凝结速度快。(4)模型线性膨胀率低，细节反映细腻，尺寸精度好，固化后能准确复制立体足迹形态。(5)模型抗压强度与抗弯强度都不低于现有的石膏模型，保存条件要求低。(6)原料易于购买，成本较适合。满足上述条件的制模材料是现阶段制模材料研究的靶向目标。

通过查阅大量资料，笔者认为牙科超硬石膏作为一种牙科用牙冠制模材料，基本符合上述条件。牙科制模材料有严格行业标准 (YY0462－2003)，对人体无毒副作用，且有一套完整严谨的操作流程，对细节特征的反映性能够满足刑事技术领域的应用，材料在各牙科材料销售点均可购买，价格适当。因此，对牙科超硬石膏应用于立体足迹的提取进行系统全面的研究具有十分重要的理论和实际意义。

［1］史力民．足迹学［M］．北京:中国人民公安大学出版社，2007．1．

［2］解云．痕迹检验 ［M］．北京:中国人民公安大学出版社，2003．39．

［3］D．Ernest Hamm，Track identification:an historical overview ［M］．J．Forensic Identify．，39(1989)333－338．

［4］ Markku Liukkonen，Heikki Majamaa，Johanna Vir-tanen，The role and duties of the shoeprint/Toolmark examiner in forensic laboratories［J］．Forensic Science International，82(1996)99－108

［5］罗亚平．痕迹检验教程 ［M］．北京:中国人民公安大学出版社，2004．71．

［6］刘建民，李钦，师选生．刑事照相与录像 ［M］．北京:中国人民公安大学出版社，2000．188．

［7］郭威．立体痕迹三维数据化检验初探 ［J］．中国人民公安大学学报 (自然科学版)，2008(4):12－13．

［8］ E．Du Pasquiera’，J．Hebrardb，P．Margota，Evaluation and comparison of castingmaterials in forensic sciences Applications to toolmarks and foot/shoe impressions［J］．Forensic Science International 82(1996)33－43．

［9］Hugoulin M．Solidification des empreintes de pas，sur les terrains les plus meubles en matiere criminelle．Annales d’hygiene publique et de medicine legale 1854．

［10］史力民．足迹学 ［M］．北京:中国人民公安大学出版社，2007．176．

［11］ SarenaWiesner，Elad Izraeli，Yaron Shor，AviDomb．Lifting Bloody Footwear Impressions Using Alginate Casts Followed by Chemical Enhancement［J］．Forensic Sci．2013(5):782 －788．

［12］Jaret Y，Heriau M，Donche A．Transfer of bloody fingerprints．JForensic Ident1997;47(1):38–41．

［13］ Parkin BH，Hartley K．The detection of fingerprints and othermarks in body fluids by the use of agar gels．Forensic Sci Int1987，35(4):267–75．

［14］ Adair TW．Casting two－dimensional bloody shoe prints from concrete，fabric and human skin:a review of several methods with recommendations．IABPA News 2005，21(1):4–8．

［15］ Sarena Wiesner，Elad Izraeli，Yaron Shor，AviDomb．Lifting Bloody Footwear Impressions Using Alginate Casts Followed by Chemical Enhancement［J］．JForensic Sci．2013(5):783．

［16］刘赛，罗亚平．藻酸盐材料在提取深色织物上潜血足迹的应用［J］．刑事技术，2012(2):7－8．

［17］ Cassidy Michael J．Footwear identification ［M］．Canada:Royal Canadian Mounted Police，1995:27－28．

［18］常冉，罗亚平．硫磺制模法提取雪地足迹的优势［J］．刑事技术，2012(4):32－33．

［19］ E．Du Pasquiera’，J．Hebrardb，P．Margota，Evaluation and comparison of casting materials in forensic sciences Applications to toolmarks and foot/shoe impressions［J］．Forensic Science International 82(1996)33－43．

(责任编辑 刘 敏)

Research on Extracting 3D Footprint M ethods

Yang Yinhui
(Chinese People＇s Public Security University，Beijing 100038)

There are two ways to extract 3D footprint on the crime scene，namely the optical recording method and themoldingmethod．This essay hasmade research on the development ofmoldingmaterials and put forward that die stone used by dentists can be also used in extracting 3D footprint．

3D Footprint;Extracting Method;Development

D918.91

A

1672—6057(2014)01－103－04

2013－12－30

中国人民公安大学基本科研业务费项目 (自然科学类)2013LGX03－10。

杨映辉，男，湖北襄阳人，中国人民公安大学2011级在读硕士研究生，研究方向:痕迹检验。