立体鞋印花纹特征变化的量化统计与比较分析

高 毅 刘自超 孙 杰

（1 中国刑事警察学院痕迹检验技术系 辽宁 沈阳 110035；2 痕迹检验鉴定技术公安部重点实验室 辽宁 沈阳 110035 ；

3 太谷县公安局刑警大队 山西 晋中 030600）

1 引言

在立体穿鞋足迹的检验鉴定实务中，往往会出现其本身花纹形态与立体痕迹和石膏制取模型不同的情况，一方面鞋子在软质客体上形成立体足迹后鞋底花纹与立体鞋印存在巨大差异，另一方面鞋印在经过拍照提取和石膏制模提取后，再经过测量各类特征会发生变化，这给出具正确的分析鉴定意见带来了巨大的挑战，尤其是在疑难案件中认识或解释某些差异点时更是引起诸多麻烦。对于此类问题，国内和国外相关文献都曾提到立体鞋印在提取之后可能会发生变化，而很少讨论鞋底花纹到立体足迹再到各种提取方法后每类特征可能发生的变化，更未从定量层面通过实验得到相关研究数据，并形成可靠结论，因此有必要对不同鞋样在形成立体鞋印及石膏模型过程中引起的特征变化进行系统的总结研究。

2 实验部分

2.1 实验原理与方法

在实际工作中经常遇到的可形成立体鞋印的地面有[1]泥土地面、砂石地面等。这些承痕体具有不同的物理结构（如粗糙、细腻、平坦、凸凹等）和性质（如弹性、硬度、干湿度等），对足迹形成特点有很大的影响。立体鞋印提取，利用熟石膏（CaSO4·H2O）溶于水后快速凝结、干燥且变形小的性质，制作石膏模型提取立体足迹[2]。

选用鞋底花纹较好的平底鞋，分别在干土地面和沙土地面上正常行走，形成成趟足迹。选取一枚花纹反映较为清晰的立体足迹，利用勘查光源进行观察，再利用数码照相机、三脚架、比例尺等器材在自然光下分别进行拍照提取，分析足迹特征。利用石膏制模提取干土地面和沙土地面所遗留的立体足迹。测量原始鞋底花纹、石膏检材后模型反映鞋底花纹特征、原始立体鞋印3组数据，并进行记录。同一人穿用不同花纹类型的鞋，重复进行以上实验。

2.2 实验器材

观察工具：数码照相机、现场勘查光源、比例尺、分规、三脚架、手套、平底鞋；提取工具：石膏粉、清水、骨架、围墙、标签。

2.3 实验结果与分析

2.3.1 鞋样一的实验与数据收集

选取第一种组合型花纹鞋作为实验样本，分别取得其在沙土、泥土上的立体成趟足迹及其石膏制模，鞋底花纹图案如图1～5所示。

图1 原始鞋样

图2 土质立体足迹

图3 土质石膏检材

图4 沙土立体足迹

图5 沙土石膏检材

通过对以上5个实验样本的花纹大小、花纹形态、特定花纹间距离等特征进行观察和测量统计分析结果，如表1所示。

表1 鞋样一组合型花纹种类鞋底特征变化实验数据统计表（单位：cm）

通过实验分析发现：

（1）从鞋底花纹到立体足迹再到石膏检材，花纹大小呈现出逐步变大的情况。

（2）从鞋底花纹到立体足迹，残缺小圆形部分形态丢失变为小扇形，但在石膏检材中，小扇形残缺部位恢复并增添新的特征，变为完整的圆形。可见，石膏制模会使足迹新添一些原始鞋底花纹和立体足迹没有的花纹，在立体足迹检验鉴定中要加以注意。

2.3.2 鞋样二的实验与数据收集

选取第二种块状组合花纹鞋作为实验样本，分别取得其在沙石、泥土上的立体成趟足迹及其石膏制模，鞋底花纹图案如图6～10所示。

图6 原始鞋样

图7 土质立体足迹

图8 土质石膏检材

图9 沙土立体足迹

图10 沙土石膏检材

通过对以上5个实验样本的花纹大小、花纹形态、特定花纹间距离等特征进行观察和测量统计分析结果，如表2所示。

表2 鞋样二块状组合型花纹种类鞋底特征变化实验数据统计表（单位：cm）

通过实验分析发现：

（1）从鞋底花纹到立体足迹没有发生变化，但石膏检材的花纹大小却发生增大的情况。

（2）特定花纹间距离在石膏模型中明显变大，但在立体足迹中难以得到观测。

（3）对于花纹内部的更加细微的纹线，在立体足迹中完全得不到反映，但在石膏模型中存在部分留存的情况（沙石地面立体足迹的石膏模型仅足弓外侧留存，土质地面立体足迹的石膏模型跖指处花纹留存）。

（4）在足跟后部存在3条条状图案组成的有断点的三角形，在石膏模型中断点被石膏填充，形成了完整的三角形图案[3]。

2.3.3 不同鞋底花纹的实验与数据收集

通过大量实验，综合对刑事案件现场常见不同鞋底花纹的25双样鞋的实验结果进行统计汇总和比较分析，如表3所示。

表3不同鞋底花纹种类实验结果汇总统计表

通过分析，我们得出：

（1） 从总体上看，石膏模型花纹大小普遍大于或同于原始鞋印的花纹大小，而立体足迹的花纹大小没有较强的规律性，呈现出有时大于、有时等于、甚至有时小于原始鞋印花纹大小的情况；对于特定花纹间距离也反映出上述规律[4]。

（2） 相比于立体足迹，石膏制模能够更全面的反映出鞋底花纹特征，但是其在反映花纹形象存在一些规律性的变化：一些细小的花纹特征会消失，我们称之为消极的特征变化；石膏模型相比原始鞋印会增添一些新的花纹特征，它常常出现在原始花纹连接的端点处或两条花纹靠近的部位，甚至会因此改变部分原始花纹的形态，我们称之为积极的特征变化[5]。

（3）从本实验可以看出，鞋底花纹与立体足迹、石膏模型之间本身就存在一定的变化[6]，在检验实践中应当尤为注意，不能因此而轻易做出否定同一的结论。尽管立体足迹本身和石膏模型均与鞋底花纹存在一定的差异，然而石膏模型的差异经过实验可以看出更加稳定和具备规律性[7]。

3 鞋印特征变化的比较研究

国外对于拍照提取法，学者认为通过这种方法，确实常会造成一些问题，例如当照相机的取景平面与鞋印平面不平行时，会产生透视变形；甚至即使取景平面与整个鞋印平行，也无法得到准确反应的鞋印照片，这在拍摄沙子泥土和雪中较深鞋印的照片里很常见。拍摄凹凸不平的鞋印时，立体鞋印被转换成平面的鞋印图像，照片不能准确反映实际鞋印的各种尺寸。虽然是由于表面凹凸不平而非拍摄造成的，但在解释照片中的立体鞋印时，时常会遇到这类问题。这种观点与本文的实验结果是符合的。

而对于立体足迹本身及模型检材和样本的变化，其认为存在变形和制模材料的收缩膨胀是不可避免的。变形是指在鞋印形成或提取的过程中，由于各种原因妨碍或影响了特征的真实记录或保留，造成鞋印对鞋底的反映模糊甚至错误。在某些情况下，鞋印仅有非常微小的变形，根本察觉不到，它只是各个鞋印之间必然出现的变化的一部分。在其他情况下，变形较大也很明显，导致鞋印的改变超出了正常变化的范围。更极端的情形包括滑动、重叠、扭转和其他动作，造成的变形通常能够识别出来，但是对鞋印的解释仍会引起关注。鞋印形成过程中发生变形的原因包括：

（1）形成鞋印时鞋子的非正常动作，如滑动、扭转、环转、旋转，或任何超出正常留痕的动作。滑动在平面鞋印和立体鞋印中均可发生。当鞋子接触客体但还没有抓紧，因而沿横向或纵向滑过客体表面时，就产生了滑动。鞋子与客体表面接触而使客体移动或垮掉时，也会产生滑动。例如，鞋跟踏入松软的泥土、沙子或雪地里时，鞋跟没有抓住地面并继续移动或滑行，直到承痕客体提供足够的摩擦力或被压紧才停止。

（2）其他物质的干扰，是指形成鞋印对夹在鞋子与客体表面之间的各种备样的物质，包括棍子、石块、卵石、垃圾，以及人行走时在程子与客体之间能碰到的任何实物。

（3）形成鞋印时造成塌陷、形状改变或作展的凸凹不平客体表面上也会发生变形。如床单上的鞋印、人体表面上出现的一些变形。雪、干沙子和疏松表面也时常是凹凸不平的，在鞋印形成过程中塌陷严重。

（4）遗留在某些潮湿、过饱和土壤表面的鞋印，常出现变形或鞋子尺寸不符的情况。当鞋子踏入水分过饱和的土壤，随后离开地面时，鞋印会稍微聚拢。这在过饱和黏土土壤、沼泽或湿地，以及河流或小溪沿岸尤为普遍。鞋子离开地面后，过饱和的土壤坍塌到鞋印里面产生变形。在这种情况下，鞋印不可能准确反映鞋子的整体尺寸。塌陷的鞋印及其模型要比造痕鞋小，这些鞋印的残型和照片能反映该变形。一项研究结果表明，水分过饱和的土渠或深的泥地中的鞋印与造痕鞋之间的尺寸存在差异。在下层为坚固土壤、上面为浅层泥土的表面形成的鞋印与鞋底面的尺寸相差很小，鞋子常常向外推挤鞋印的侧面。

2007年，Graham和G.D.Sr.进行了一项研究，目的是确定各种变形对鞋底花纹的形状及其个别特征的影响，研究的主要内容是在外力作用下鞋底的滑动、弯曲及扭转变形。具体做法是，给不同样式的鞋人为添加大量不同尺寸的个别特征；然后，穿着这些鞋子行走、跳跃和扭转，在一定的外力作用下形成变形的鞋印。研究证实，在比对检验中需要考虑几个重要的因素：在确实产生了变形的鞋印上，一些变形痕迹常常很明显；尽管变形会稍微改变特征的准确位置或形状，但是这些改变通常并不妨碍检验。仅有0.5%的变形平面鞋印由于缺乏足够的细节特征而影响比对结果；不是所有的个别特征都以完全相同的方式显见或出现在所研究的每一枚鞋印中。不过，仍然有71.25%的鞋印中存在较多的种类特证和个别特征，可做出同一认定。

制模材料的收缩和膨胀：大多数制模材料的收缩或膨胀量都极小，对于鞋印模型来说完全微不足道。例如，大多数牙科石膏凝固时膨胀率小于0.05%。一些含有水状胶质藻酸盐的制模材料的确存在收缩的问题，晾干后收缩率可达30%。但在立体足迹制模提取时通常很少使用这些材料。如果鞋印模型与嫌疑鞋之间存在明显的尺寸差异，检验人员可以首先联系制模的人员，确认所用制模材料的类型。

我们通过对比国外的有关鞋印的研究发现，国外更多的是从鞋底花纹本身的结构特征，特别是形成鞋印的姿态动作、鞋印遗留的地面土壤条件等引起鞋印的改变进行了阐述。而没有根据立体鞋印本身的特点从提取的角度开展研究。由于目前国内对于立体鞋印的提取更多地采取石膏制模的方式，因此，本研究有针对性的对立体鞋印的石膏模型和原始足迹及鞋子进行量化的统计和对比分析，以确保立体鞋印的花纹变化研究更客观、全面，确保在足迹的检验鉴定中更真实、准确。

4 结论

综上，可以看出，相对于立体足迹特征的现场拍照提取而言，尽管石膏制模后仍然出现一些特征的变化，但这些特征变化经过实验研究发现存在较强的规律性，因此在面对立体穿鞋足迹时，应当优先选择运用石膏制模及其特征进行检验鉴定。并且当石膏模型特征与样本特征出现差异时，即当石膏模型的特征出现局部消失时，应当考虑是否为规律性的特征减少；当特征并未减少消失，只是在形态上出现差异时，则需要对多枚样本进行重复石膏制模实验，确定该特征变形是否为规律性变形。

通过分析国外对各种提取足迹发生变化的讨论，进一步认为：石膏模型出现局部特征的减少是因为制模材料的收缩导致的，在某种情况下，由于石膏模型收缩，导致部分特征长度变短；而对某些特征变化而言，尤其是结合本文实验所指出的部分特征相互连接而形成新特征的情况，是因为石膏的膨胀而导致特征相互连接。