利用足底步态分析系统对压痕的初步探索

林　瑜，陈俊岐，殷安静

(1.深圳市公安局坪山分局 刑警大队，广东 深圳 518118；

2.深圳市公安局 刑警支队技术处，广东 深圳 518040)



利用足底步态分析系统对压痕的初步探索

林瑜1，陈俊岐2，殷安静2

(1.深圳市公安局坪山分局 刑警大队，广东 深圳 518118；

2.深圳市公安局 刑警支队技术处，广东 深圳 518040)

摘要：压痕是人在行走过程中由重力和肌力共同作用下形成的，是步态特征之一。本文运用了Foot Scan足底压力分析系统对足迹动力形态特征进行研究，更科学地对足底压力进行分析，为论证足迹检验科学性、服务侦查办案做初步探索。

关键词：步态特征；压痕；足底压力

一、引言

足迹是人类生活中足与地面等物质客体接触时留下的痕迹，即特指人赤足或者穿着鞋、袜等物的足在行走过程中留在地面或者物体表面上的印痕，足迹也是犯罪现场出现频率最高的物证之一[1]。步态特征是指足迹中反映留痕人行走习惯、行走姿势及身体结构特点的特征。步态特征本身具有反映行走运动的本质特殊性，可以用来个体识别。压痕是足迹特征中的重要组成部分，根据其出现位置，可分为趾压、跖压、弓压和跟压。[2][3]

足底压力分析系统Foot Scan，它可用于对赤足或者穿鞋条件下跑步、行走等不同运动状态的分析，并对足迹压强进行测量，还可将测量分析情况进行视图转化和标识。[4]通过对该项足底压力分布测量技术的研究，可以为足迹分析检验技术理论体系的发展提供至关重要的技术支撑。本文依据人体足底力学分析，运用Foot Scan足底压力测量系统，通过对足底压力的测量进行个体识别及相关问题的初步探索。

二、实验过程

(一)实验仪器介绍

Foot Scan足底压力步态分析系统由比利时公司研制生产，是一套具有世界先进水平和代表性的三维动态足底压力步态分析系统。该系统包括一个foot scan box、一个测力平板和一套软件。其硬件主要包括由多个大小为0.5cm×0.7cm、密度为4个/cm2的微型压力传感器构成的传感器阵列，信号采集和处理部件及计算机系统。软件主要有数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块、数据分析和显示模块、资料查询模块等。

图1　Foot Scan足底压力步态分析系统测量效果图

Foot Scan的工作原理是受测者从压力平板上行走时，系统以每秒100～500Hz的动态扫描频率扫描测量自足跟着地至趾尖离地期间的足底各部位压力随时间的动态分布，扫描成像，并在计算机显示器上将主要受力区和非受力区等显示为颜色不同的区域(如图1)。

(二)思路设计

本实验中测量足底各部位压强的大小，通过对压强进行分析，确定步态特征中压痕是否具有可靠性。

(三)实验准备

在实验开始前，记录测试者的姓名、出生年月及体重等信息。从中选择身体健康、行走正常的35名20至50岁的男性，编号1到35。具体信息见下表：

序号年龄体重(kg)序号年龄体重(kg)121681931762216520327832266213365422702234705226723347262273243570722712536738226726407392370274075102369284073112465294265122470304371132473314565142565324575152571334570163068344775173065355070183175

(四)样本采集方法

35名测试者穿着踩有油墨的皮鞋分别在铺放了纸张的压力测试板上正常行走2—3趟，每一趟都利用足底步态分析系统(Foot Scan)采集左右各两枚足迹的足底力学数据，同时收集3—4枚油墨加层鞋印。通过对鞋底压力、压强数据变化的分析，寻找足迹压痕相应的变化规律，并结合对油墨鞋印压痕特征的观察和比对研究，来验证压痕的可靠性，从而为现场足迹分析中压痕特征的观测以及压痕特征的选用提供正确的方法。

(五)数据处理

利用SPSS统计软件对数据进行分析，找出同一人足迹压痕特征稳定性以及稳定压强所在区域，以证明压痕具有可靠性，可以用来对个体进行同一认定。

三、数据分析

(一)个体组内数据分析及解释

应用SPSS 13.0软件对数据进行处理，对被试1所踩五趟足迹中足迹各部位的压强数据进行信度检验。得出数据如下表：

Reliability Statistics

表中Cronbach’s Alpha表示所分析项目的可信度。可信度为0.65，在0.6—0.7之间表示其结果可信。也就是说，该个体足底各部分的压强比较稳定，具有较好的可信性，对于辨认个体具有重要作用。

同时，通过对个体足底各分区的压强测量发现：个体在形成足迹时，部分区域压强的稳定性高，部分区域的稳定性稍差，但变化不大。

图2　1号被试第二趟足迹压强曲线

图3　1号被试第三趟足迹压强曲线

根据上图，观察可以发现左脚趾区，第一至第五跖区及跟中区压强相对于其他区域，稳定性更好；右脚则脚趾区、第一跖区、第三跖区以及足跟区域压强相对稳定。

(二)利用综合法分析年龄

1．利用“年龄=跟压痕纵向直径(cm)×5”对35名测试者足底压痕进行分析。[5]在没有对35名测试者年龄进行分组前，用此方法对35名测试者的足迹鞋印进行测量并计算年龄。年龄的测量计算结果为：20至30岁有17人，30至40岁有11人，40至50岁有7人。

(1)20至30岁17人穿鞋足底跟压峰值分布：

单位：N

(2)30至40岁11人穿鞋足底跟压峰值分布：

单位：N

(3)40至50岁7人穿鞋足底跟压峰值分布：

单位：N

2．利用足底压力分析系统导出35名测试者足底压力峰值进行分析。对35名测试者进行年龄分组，对35名测试者总计行走每个人2趟足迹的足底压力峰值进行统计分析的数据如下。

(1)20至30岁15人穿鞋足底跟压峰值分布：

单位：N

从表中信息可以看出，20至30岁穿鞋足底压力峰均值大小为：左脚>右脚；变异系数大小为： 右脚>左脚，这说明20至30岁人穿鞋足底压力峰值左脚大于右脚。

分别选取：跟后区(X10)、跟中区(X9)及第二跖区(X4)的压力峰值分布与对应的捺印样本如图4至图6:

图4　20岁左右脚压强峰值分布图

图5　20岁左脚捺印样本　　图6　20岁右脚捺印样本

(2)30至40岁10人穿鞋足底跟压峰值分布：

单位：N

从表中信息可以看出，30至40岁穿鞋足底压力峰均值大小为：右脚>左脚；变异系数大小为：右脚>左脚，这说明30至40岁人穿鞋足底压力峰值为右脚大于左脚。

压力峰值分布与对应的捺印样本如图7至图9：

图7　30岁左右脚压强峰值分布图

图8　30岁左脚捺印样本　　图9　30岁右脚捺印样本

(3)40至50岁10人穿鞋足底跟压峰值分布：

单位：N

从表中信息可以看出，40至50岁穿鞋足底压力峰均值大小为：左脚>右脚；变异系数大小为：右脚>左脚，这说明40至50岁人穿皮鞋足底压力峰值为左脚大于右脚。

压力峰值分布与对应的捺印样本如下图10至图15:

图10　40岁左右脚压强峰值分布图

图11　40岁左脚捺印样本　　图12　40岁右脚捺印样本

图13　50岁左右脚压强峰值分布图

图14　50岁左脚捺印样本　　图15　50岁右脚捺印样本

四、实验结论

通过对35名不同年龄、步态正常成年男性足底压强数据的测量的研究结果表明：

每名被试足底各部分压强均具有稳定性，具有较好的分析检验价值。由于每名被试的身体条件、年龄、生活环境、行走习惯的不同，行走时形成的压痕也不相同，因而具有差异性。

在穿鞋正常行走的情况下，人在20至30岁利用足底步态分析系统测量出压力值左脚大于右脚，但差值并不悬殊；在30至40岁时利用足底步态分析系统测量出压力值右脚大于左脚；在40至50岁时利用足底步态分析系统测量出压力值左脚大于右脚，但差值并不悬殊，且双脚压力值明显高于20至30岁人群的压力值。同时，不同人群每组数据基本稳定。利用综合法分析年龄，年龄=跟压痕纵向直径×5，在没有进行年龄分组前测量35组数据，得出3个年龄段跟压痕压力值数据与利用足底步态分析系统测量的分组人群数据基本吻合，印证了足底步态分析系统的可靠性。

实验结果还说明青年人在行走时，跟区受力最大。在现场利用压痕对年龄等因素进行分析时，应该先对跟区进行分析，然后再分析其他区域。通过对足迹压痕可靠性的分析，可以为案件侦查提供有力证据，可以通过建立步态特征压痕的压强数据库，快速、有效地筛选出犯罪嫌疑人。

五、结束语

本次实验中由于个体差异、样本数量及仪器掌握水平等原因，影响了数据的准确性，导致实验数据不完善，今后将根据办案实际不断修正、继续探索。

参考文献：

[1]史力民.足迹学[M].北京:中国人民公安大学出版社,2007.

[2]解云，张书杰，兰绍江等.中国刑事科学技术大全-痕迹检验[M].北京:中国人民公安大学出版社,2003:150.

[3]徐立根.物证技术学[M].北京:中国人民大学出版社，1999:253.

[4]汤澄清，史力民，黄愿.Footscan步态分析系统在足迹检验中的应用初探[J].刑事技术，2008(4):18-20.

[5]史力民，杜弢，高毅.从足底压力分布看步法特征的可靠性[J]．刑事技术，2007(4)：39-41.

(责任编辑孙超)

收稿日期：2016-04-05

作者简介：林瑜(1985-)，男，广东汕头人，深圳市公安局坪山分局助理工程师，主要从事痕迹检验研究；陈俊岐(1989-)，男，广东茂名人，深圳市公安局刑警支队技术处助理工程师，主要从事痕迹检验研究；殷安静(1982-)，男，贵州贵阳人，深圳市公安局刑警支队技术处工程师，主要从事痕迹检验研究。

中图分类号：DF794

文献标识码：A

文章编号：1672-2663(2016)02-0107-04

Use a foot gait analysis system preliminary exploration of the indentation

LIN Yu1, CHEN Jun-qi2，YIN An-jing2

(1.Pingshan Branch of Shenzhen Municipal Public Security Bureau, Shenzhen, Guangdong 518118；2.Detachment Division, Shenzhen Municipal Public Security Bureau, Shenzhen, Guangdong 518040)

Abstract:The indentation is formed under the function of gravity and muscle when people walks, is one of the gait features. In this paper, with the foot scan plantar pressure analysis system ,the author studies the dynamic characteristics of footprint, made a scientific analysis of plantar pressure, and do a preliminary exploration on the footprint test for scientific investigation case.

Key words：gait characteristics; indentation; plantar pressure