基于3种足弓参数的足弓与步幅特征的相关性研究

史洪飞

(南京森林警察学院， 江苏南京 210023)

基于3种足弓参数的足弓与步幅特征的相关性研究

史洪飞

(南京森林警察学院， 江苏南京 210023)

足迹是犯罪现场最常见的痕迹之一，足弓作为脚的一部分，对足迹有着不可忽视的影响。通过查阅相关材料，确定了衡量足弓高低的3个参数：足印系数、比值系数和足弓系数，并对各系数的计算和测定进行了实证研究；通过实验，获取了302个实验对象在正常行走、快速大步、快速小步、慢速正常、快速正常、倒退行走等6种行走状态下赤足成趟的足迹样本及赤脚单个足迹样本；运用SPSS软件对足印系数、比值系数、足弓系数与步幅特征进行了相关性分析。研究结果表明：足印系数、比值系数、足弓系数等3种足弓参数与正常、快速大步、快速小步、快速正常、慢速正常、倒行行走的步幅特征均不存在显著的相关性。进而从数量关系上证明了足弓对步幅特征的影响较小。

足弓参数； 足弓； 步幅特征； 相关性

0 序言

足迹是重要的痕迹物证[1]，足弓影响足迹的形态、人的行走方式等[2]，所以足弓对足迹的影响至关重要。而现阶段国内外关于足弓的研究又多应用于医学及运动学领域[3]，在医学中足部损伤多半在于足弓损伤，燕晓宇在《正常足弓的维持及临床学意义》中从足弓结构角度，认为跟骨为内、外侧纵弓的共同后臂，其骨折可破坏正常足弓的骨韧带结构而导致创伤性平足的发生[4]；在运动学方面足弓与运动能力也有着一定关系，李建设等人在《男性摔跤运动员足弓与平衡、弹跳能力的关系》一文中就详细阐述了足弓与运动能力的相关问题[5]。而在足弓与人体形态方面，邱海在《人体足弓类型评价参数自动提取、可靠性分析及分类结果一致性研究》[6]中，从人体形态学，依据比值系数、足弓系数及脚印系数3种足弓参数，将人脚分为高弓足、正常弓足和低弓足(又称扁平足)3种类型。然而关于足弓及其相关参数与足迹的相关性研究则几乎为空白。本文利用SPSS软件[7]分析研究3种足弓参数与步幅特征的相关性，对足迹的研究具有一定的推动作用。

1 实验部分

1.1 实验器材

A3纸、油墨、30 cm长直尺、油墨滚筒、海绵垫。

1.2 样本来源

南京森林警察学院男生182人，女生120人。

1.3 实验方法

将A3纸平铺在地面，在海绵垫上均匀涂抹油墨，被测量对象赤足站在海绵上，使足底沾取适量油墨，随后让被测量对象站立在A3纸上留下赤足足迹，捺印完成后将捺印足迹收集好，并在相应捺印足迹的A3纸上记录被测量人员的姓名、性别。

1.4 数据测量方法

1.4.1 足弓参数的测量

常用的足弓参数有3种：比值系数、足弓系数及脚印系数，由于这些系数涉及足迹的面积及多种特征点线(垂线、最凹点、切线等)，在缺乏专业测量仪器的情况下，本文利用Photoshop对3种足弓参数进行测量。

根据表1：由于部分测量无法直接完成，需做辅助线条。

表1 足弓定义及图形表达形式表

(1)足迹中心线：找出第二趾痕的中心点，和赤足足迹足跟区内外缘最突点连线的中点连接起来，此直线即足迹中心线，如若第二趾没有出现的，选取拇趾与第三趾痕的间距中点。

(2)足迹足掌内缘最突点与足跟内缘最突点的切线：由于后续实验涉及到比值系数，所以需要做该切线加以测量。过足掌内缘的最突点与足跟内缘的最突点做切线，同时过足弓内缘的最凹点a做该切线的垂线，交切线及足弓外缘于b、c两点。

(3)足迹长度三等分：在Photoshop中将图片打开，在视图中打开网格线，用旋转选项将之前做好的足迹中心线旋转至与网格平行，用切片选项选取除脚趾外的足迹区域，右键三等分，并选择画笔工具按住Shift重合于三等分线画线条，最后取消切片工具将图片旋转至原样。

1.4.2 足迹大小的测量

(1)足长的测量：确定足迹中心线。找出第二趾痕的中心点，和赤足足迹足跟区内外缘最突点连线的中点连接起来，此直线即足迹中心线，如若第二趾没有出现的，选取拇趾与第三趾痕的间距中点；分别对赤足足迹最长趾的前缘突出点和后跟后缘最突出点各做一条切线，测量两切线间的足迹中心线的距离即为赤足足迹的长度。

(2)前掌宽的测量：分别以前掌痕内缘和外缘最突点做足迹中心线的平行线，测量两平行线之间的距离即为前掌宽。

(3)足弓宽的测量：在足弓痕最窄处做一条垂直于足迹中心线的直线，测量此直线与足弓痕内外缘交点之间的距离，即为足弓痕的宽度。

(4)足跟宽的测量：在后跟痕的最宽处做一条垂直于足迹中心线的直线，测量此直线与后跟内外缘的交点间的距离，即为后跟痕的宽度。

(5)足迹面积的测量：查看照片的属性，确定每一平方英寸的照片有多少像素；然后在Photoshop中打开照片，用套索工具选取需要被测量的部位，通常情况下这一步难以做到准确选取，此时可以按住Alt键进行微调，使套索工具的边界与被测量部位的边界重合；在直方图中查看该区域的总像素，用总像素除以每一平方英寸的总像素，得出该区域的平方英寸大小；最后将该值乘以6.451 6换算为cm2，求出足迹的面积。

1.5 数据处理方法

使用IBM SPSS Statistics 22进行数据分析。

1.6 实验结果

由于数据过多，受篇幅限制，故只列出部分数据，见表2～表7。

设左右步长为Lp,Rp，左右步宽Lw,Rw,左右步角La,Ra，比值系数、足弓系数、脚印系数参数依次为Sc,Ac,Fc。

2 结果分析与讨论

2.1 统计

在正常、快速大步、快速小步、慢速正常、快速正常、倒行6种行走状态下赤足成趟足迹的步幅特征与比值系数、足弓系数和脚印系数均为连续性变量，采用Pearson相关分析比较比值系数、足弓系数和正常、快速大步、快速小步、慢速正常、快速正常、倒行6种行走状态下赤足成趟足迹的步幅特征的相关性，结果如表8～表19。

表2 3种足弓参数与快速大步步幅特征数据统计表

表3 3种足弓参数与快速小步步幅特征数据统计表

表4 3种足弓参数与正常行走步幅特征数据统计表

表5 3种足弓参数与倒行步幅特征数据统计表

表6 3种足弓参数与快速正常步幅特征数据统计表

表7 3种足弓参数与慢速正常步幅特征数据统计表

表8 右脚足弓参数与正常行走步幅特征的相关性分析

表9 右脚足弓参数与快速大步行走步幅特征的相关性分析

由表8可知，右脚比值系数、右足弓系数、右脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

由表9可知，右脚比值系数、右足弓系数、右脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与快速大步行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

由表10可知，右脚比值系数、右足弓系数、右脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与快速小步行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

由表11可知，右脚比值系数、右足弓系数、右脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与快速正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

由表12可知，右脚比值系数、右足弓系数、右脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与慢速正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

由表13可知，右脚比值系数、右足弓系数、右脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与倒行行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表10 右脚足弓参数与快速小步行走步幅特征的相关性分析

表11 右脚足弓参数与快速正常行走步幅特征的相关性分析

表12 右脚足弓参数与慢速正常行走步幅特征的相关性分析

表13 右脚足弓参数与倒行行走步幅特征的相关性分析

由表14可知，左脚比值系数、左足弓系数、左脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表14 左脚足弓参数与正常行走步幅特征的相关性分析

由表15可知，左脚比值系数、左足弓系数、左脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表15 左脚足弓参数与快速大步步幅特征的相关性分析

由表16可知，左脚比值系数、左足弓系数、左脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与快速小步行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表16 左脚足弓参数与快速小步步幅特征的相关性分析

由表17可知，左脚比值系数、左足弓系数、左脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与快速正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表17 左脚足弓参数与快速正常步幅特征的相关性分析

由表18可知，左脚比值系数、左足弓系数、左脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，足弓参数与慢速正常行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表18 左脚足弓参数与慢速正常步幅特征的相关性分析

由表19可知，左足弓系数、左脚印系数与左右步长、左右步宽、左右步角的p值大于0.05，不存在显著性，左比值系数与右步角存在显著性，r=0.282，p=0.047呈弱度相关。足弓参数与倒行行走的步幅特征不存在相关性或者仅存微弱的相关性。

表19 左脚足弓参数与倒行行走步幅特征的相关性分析

2.2 讨论

通过足弓参数与步幅特征的相关性分析发现两者不具有相关性或仅存微弱的相关性。可能有以下原因：(1)由于实验测量仪器的精确度可能存在偏差，在对被调查对象的足弓参数与步幅特征进行计算与测量时存在误差。(2)研究可能存在“非过失误差”，这在数值计算中往往是无法避免的， 在建立数学模型时， 对被描述的实际问题进行了抽象和简化，忽略了一些次要因素， 这样建立起来的数学模型其实只是复杂客观现象的一种近似描述，这种数学模型与实际问题之间存在着一定的差别。(3)被实验人年龄在20～22之间，没有覆盖所有年龄，具有一定的局限性。(4) 样本数量少，相关性可能不明显。

3 结语

(1)在快速大步中，足弓系数、足印系数、比值系数与左右步长、左右步宽、左右步角不存在显著的相关性，不能证明两者之间相互的影响。

(2)在快速小步中，足弓系数、足印系数、比值系数与左右步长、左右步宽、左右步角不存在显著的相关性，不能证明两者之间相互的影响。

(3)在快正常行走中，足弓系数、足印系数、比值系数与左右步长、左右步宽、左右步角不存在显著的相关性，不能证明两者之间相互的影响。

(4)在快速正常行走中，足弓系数、足印系数、比值系数与左右步长、左右步宽、左右步角不存在显著的相关性，不能证明两者之间相互的影响。

(5)在慢速正常行走中，足弓系数、足印系数、比值系数与左右步长、左右步宽、左右步角不存在显著的相关性，不能证明两者之间相互的影响。

(6)在倒行行走中，足弓系数、足印系数、比值系数与左右步长、左右步宽、左右步角不存在显著的相关性，仅在左比值系数与右步角上存在微弱的弱度相关，也不能充分证明两者之间相互的影响。

通过足弓系数、足印系数、比值系数这3种足弓参数与6种步幅特征进行相关性分析发现两者之间不存在显著的相关性或仅存在微弱的相关性，为公安工作在探究足弓与步幅特征之间排除研究误区，缩小研究方向。如果能引入足弓高低参数，或者采用更加先进的仪器和充足的实验样本，能够将足弓参数与步幅联系起来，将通过足弓来判断人行走的步幅特征。

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D918.91

中央高校课题赤足足迹与人体步幅特征数量关系研究基金(LGYB201611)。

史洪飞(1981—)， 男， 山东菏泽人， 讲师。研究方向为刑事技术。

(责任编辑陈小明)