基于落脚步态特征的足别量化分析

董家英薛宝坤恩克吉亚

（1 中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035；2 巩留县公安局 新疆 伊犁 835400；3 乌拉盖公安局 内蒙古 锡林郭勒 026000）

基于落脚步态特征的足别量化分析

董家英1薛宝坤2恩克吉亚3

（1 中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035；2 巩留县公安局 新疆 伊犁 835400；3 乌拉盖公安局 内蒙古 锡林郭勒 026000）

足迹作为犯罪现场上最常见的一种痕迹物证，具有遗留率、发现率、提取率高等特点，利用足迹落脚部位步态特征对左右足迹进行比较，并引入统计分析方法加以研究，极大地丰富了足别分析和足迹检验的方法。

步态特征 足别分析 量化检验

通过实际的办案和现场勘察发现，残缺足迹占所提取足迹的70%以上，这类足迹由于遗留面积小，可以利用的特征少，所以很难准确判别足别，而准确识别残缺足迹的留痕部位及区分左右足迹是足迹检验的关键所在，是分析、鉴定的前提和基础，搞好这项工作关系到残缺足迹的利用率问题。

本文通过大量实验，收集刑案高发人群足迹样本，对左右足落脚角度、落脚方向等特征量测量统计并分析比较，归纳总结出落脚部位步法特征与左右足别的关系，并引入聚类分析的方法在一定可靠地概率下进行验证，进而得出利用落脚步态特征区分足别的可行性方法。

1 实验原理及实验方法

1.1 实验器材

油墨捺印本，A3复印纸，直角测量尺，直尺，量角器，分规，统计软件等。

1.2 样本来源

随机抽取中国刑警学院年龄在20～30岁、身体健康状况良好、行走运动正常的学员100名及其所穿鞋作为实验对象。

1.3 特征选取标准及实验方法

本实验中将主要针对步态特征中的踏痕，并以踏痕两端点的连线与足迹中心线所构成角度进行分析与研究。

落脚部位步态特征的位置通常位于足迹的后边缘。由落脚部位的两个端点连线与足迹中心线相交构成的外侧下角作为落脚角，如图1所示。以足迹中心线为准，按照各个足迹的落脚点位置（内、中、外）进行选取并标记描绘，如图2所示。

图1 落脚角度

图2 落脚点位置（内、中、外）

令实验者分别捺印油墨平面穿鞋足迹，在本实验中，所选取的落脚角定义为踏痕中两个端点的连线与足迹中心线所构成的左侧下角，如图1所示，测量∠1。大部分人在行走的过程中，不同的足别所遗留的落脚角不尽相同，甚至有很大的区别，当以踏痕中两个端点的连线与足迹中心线所构成的左侧的角度作为本实验所记录研究的落脚角时，针对左足迹样本所测量并记录下的落脚角通常为钝角。针对右足迹样本所测量并记录下的落脚角通常为锐角。

2 实验统计及分析

2.1 数据测量与正态检验

通过对数据的测量，我们得出100名本科生的左足迹落脚角平均值为104.52°，而右足迹落脚角的平均值为73.58°由统计学可知正态性检验的任意一个系数检验的sig值小于0.05，或两个系数检验的sig值均小于0.05，资料不服从正态分布，如果均数与中位数相差较大，也可能不是正态分布资料。对上述两组数据进行正态性检验，结果显示左右足迹样本数据的中位数与均数相差很小，且两组数据的两个系数检验的sig值均大于0.05，故我们可以得出结论：该两组数据服从正态分布 ，即实验取得的左右足迹两组样本落脚角数据服从正态分布。

表1 左足迹样本数据的频数表分析变量：左足迹落脚角度；样本例数n=100

表2 右足迹样本数据的频数表分析变量：右足迹落脚角度；样本例数 n=100

2.2 实验数据的分析与讨论

上述统计，两组实验数据服从正态分布。因此，我们可以使用均数描述其集中程度，标准差描述其离散程度。统计得出左足迹样本数据标准差为14.028，右足迹样本数据的标准差为12.197，故可得出左脚足迹落脚角的离散程度大于右脚足迹落脚角的离散程度。左、右足迹样本频数表如表1、表2所示；左、右足迹样本数据直方图如图3、图4所示。

图3 左足迹样本数据频数直方图

图4 右足迹样本数据频数直方图

由以上的分析及图示，利用统计软件对该两组数据不同组段内数据出现的概率进行计算并得出结果，如表3所示。

表3 左右足落脚角概率分布比较 X为落脚角，单位：°

结合以上图表及数据分析，讨论如下：

左右足迹左侧下角落脚角在42°～62°间时，分析确定为左脚足迹的概率为0。当左右足迹左侧下角落脚角在63°～68°这个区间时，分析确定为左脚足迹的概率不大，明显低于右脚足迹出现的概率。当左右足迹左侧下角落脚角在102°以上时，分析确定为左脚足迹的概率为0。而左右足迹左侧下角落脚角在88°～102°这个区间时，该脚为左脚的概率大于该脚为右脚的概率。所以通过实验统计，我们可以发现，当足迹左侧下角的落脚角度大于88°时，该足迹为左脚所留概率大于右脚。反之，当小于等于88°时，该足迹为右脚所留概率大于左脚。

2.3 实验取样时各项指标的误差分析

本文统计分析出的各项数据在实战运用中难免会有一定的误差，产生误差的原因如下：

（1）本实验样本均取自警院学员，走路姿态标准、端正，无严重的外落与内落情况，具有一定的局限性。

（2）本实验采用概率统计的方法分析研究落脚部位步态特征左右足迹差异，要求收集的样本数要很大，故需要进一步补充增加样本数量，以减少对实验结果的误差。

（3）对样本测量时产生的误差。样本足迹收取后，人为的对样本足迹落脚角的标划与测量会产生一定的操作误差。

3 实验数据聚类分析法比较

我们可以用聚类分析的方法对现场提取的足迹的落脚角度与我们在实验中所提取的样本数据间进行分析与研究。通过运用现场足迹的落脚角度分别与左右脚相应的样本数据计算距离，距离小者即说明该现场足迹的落脚角度属于相对应的左脚或右脚样本数据可能性大，即相应地该现场所提取足迹为左脚或右脚所遗留的可能性更大。

绝对值距离公式如下：

其中，d表示绝对值距离，xk表示样本数据，x表示现场足迹落脚角度，n表示样本数据总数。

现在我们已知：n=100，k=1，2，3，……100。

现举一例，试加以说明：我们先假设在现场提取到一枚足迹，经测量，其落脚角x=90°。则

因为d左＜d右，因此该枚足迹为左脚的可能性大于右脚。

在此，我们分别模拟从现场中提取男性左右足迹各10枚，通过多组实验和示例证明和说明聚类分析方法分析现场足迹的准确性和可行性，如表4，表5所示。

表4 现场左脚足迹落脚角与两组样本数据的聚类分析

表5 现场右足迹落脚角与两组样本数据的聚类分析

由以上两表我们可以看出，利用聚类分析的方法处理现场足迹的落脚角，对现场足迹所遗留足别的分析检验具有较高的准确性与可行性。

4 结论

根据实验数据和观测，我们得出以下结论：

（1）综上分析，我们发现足迹在落脚部位多反映为偏外落足，左右脚足迹落脚角度皆服从正态分布，且左脚足迹的左侧下角落脚角度平均值要大于右脚足迹的左侧下角落脚角度，且离散程度大于右脚。

（2）经多次试验计算，我们可以得出当现场提取的足迹左侧下角落脚角度大于88°时，则该足迹为左脚所留概率大于右脚。反之，当现场提取的足迹左侧下角落脚角度小于等于88°时，则该足迹为右脚所留概率大于左脚。

（3）左右足迹在落脚部位步态反映上确有差异，并且利用该差异在分析左右足别上具有一定的准确性和可行性，但在实战中要多方面结合分析足迹遗留者的性别，年龄，鞋种，足迹长、宽等综合分析。

[1]汤澄清.步态分析技术与足迹量化检验初探[J].警察技术，2008，（3）.

[2]高尔滨.现场足迹检验鉴定中的起、落脚特征[J].刑事技术，2008，（3）.

[3]龚光鲁.概率论与数理统计[M].北京：清华大学出版社，2006.

（责任编辑：孟凡骞）

D918.3

A

2014-09-26

董家英（1962-），女，辽宁营口人，中国刑警学院痕迹检验技术系高级实验师，主要从事痕迹检验研究。