穿鞋足迹鞋底花纹与足底部位相关性研究

高 毅, 戴贝贝, 张 斌

(1.中国刑事警察学院, 辽宁沈阳 110035； 2.常德市公安局鼎城区公安分局刑侦大队， 湖南常德 415101)

0 引言

在犯罪现场勘查中足迹是提取率最高的痕迹物证，但多为残缺、变形的足迹。因此，为提高足迹的利用率，专业技术人员往往根据穿鞋足迹所反映的磨损特征及压痕等步态特征来判断残缺、变形足迹的留痕部位或足别。而这类特征由于运用有一定难度，不易于基层技术人员所掌握。鞋底花纹因具有研究的特殊性，可以为我们足迹检验提供一个新的方向，有益于我们找到一种简便、快捷的足迹分析方法。深入研究不同种类鞋子的花纹、样式、工艺等特点，通过大量的实验，收集穿鞋足迹与足底部位比例关系的数据，通过量化相关特征的指标，来找到确定残缺足迹的足部位置和左右足别的方法。

1 鞋底花纹的设计原则和分类

在当前的社会环境和居民生活质量提高的背景下，鞋底的外观和舒适感是更为重要的设计因素，而在其中，花纹设计的形态以及设置鞋底位置是重中之重。鞋花纹式样归为两大类：普通类和特殊类。普通类鞋花样式共两种，自由花纹为一种，规则花纹则是另外的一种。

特殊花纹鞋如各类球类鞋、户外鞋、登山(攀岩)鞋等，通常在体育运动专业用，此种类鞋底的花纹形状一般非常特殊，会出现较为深的凹槽，以适应各种特殊的行走或者攀登环境。

鞋底花纹进行细分可以按照凸起花纹的形状和鞋底边沿形状进行分类。按凸起花纹的形状可以分为10个类型：波浪型、边块型、圆环型、交织型、线条型、物象型、火焰型、畦埂型、其他型、特殊型。

2 鞋底各区域划分和压力分布

2.1 鞋底各区域划分

通过专用的分析软件进行数据分析，以90名测试者的足底压力值为分析对象发现，压力值变化最大的是第2、3、4跖区。而足弓区由于其拱形结构，所以很容易通过弓区的内侧受力情况直接就予以区分，并且由于第二趾至第四趾处受的压力也很小，区分起来也是很容易。由此看来，对于穿鞋足迹而言，区分足迹的区域不应当特别详细。

2.2 鞋底各区域压力分布

实际上，耐磨性是是鞋子底部花纹设计中最为关键的原则，而足底压力则决定了鞋底的磨损情况。因此，人的足底压力大小分布情况实际上会决定花纹分布和相关标识的位置分布。故研究鞋底区域的各种力尤其是受到压力的分布情况，实际上对足迹检验有着非常大的作用。

任意抽取分析检验的对象，先进行行走，而后分析足底压力的分布峰值来说明，图1为随机3位受测者足底压力分布区域图。

图1 足底部位压力分布图

通过对受试者的分析发现，基于足迹压强峰值问题来看，跖中区、跟区和第一跖确实是足底压力分布的集中区。因此，对于磨损问题而言，第一跖区，第二跖区，即鞋底的内侧区及鞋跟区也应当常常作为磨损的严重区域。

3 鞋底各部位花纹特征分析

通过理论研究可知，足底各个位置的承压力分布不同，那么，设计鞋底花纹的时候，应该考虑人的足底的各种受力情况和结构构成情况。具体来讲，应该在鞋底压力大的区域更加针对性的设计，如特别耐得住磨损的那种花纹类型。可以说，鞋底花纹与受力关系的关联性是非常强的。

3.1 足跟部位对应鞋底花纹特点

这一部位，实际上是鞋子的大底最为承担受力的一个后跟的部位。这样的一个位置在中心的区域受到的承受力比较大，但是并不是落脚的边缘地区，因此必然会出现一种过度，即从深而浅。还有些鞋底的中心花纹比较梳，具体表现为一些马蹄形特点。甚至，有些时候会设计一些空穴中心花纹，这是为了实现防滑和减轻鞋跟重量等目的。而在一些鞋跟处，由于落脚的阶段对鞋子的破坏力比较大，因此花纹多为横条状，如图2所示。

3.2 弓区部位对应鞋底花纹特点

由于足弓区域都是为拱形的特殊结构，因此受到的压力必然很小，往往不容易被磨损和破坏，并且也会很薄。同时会将一些商标号置于此位置，如图3所示。

图2 鞋底跟区中心部位和后跟边缘花纹特征示意图

图3 鞋弓区部位：花纹特征示意图

3.3 掌区部位对应鞋底花纹特点

在鞋底的掌部后侧，也就是鞋的弓部区域和掌区域的过渡位置，实际上也不是受力位置。那么，在该地区也一定是从薄到厚的一个变化阶段。然而，作为掌的中区位置，受力非常大，因此承担着巨大的磨损任务，往往花纹特别复杂。同时，为了使这些花纹看起来美观大方，往往也会根据人的足底骨骼特点来设计，如图4所示。

图4 鞋底掌区部位花纹特征示意图

3.4 趾区部位对应鞋底花纹特点

这个区域，常常也会运用掌区的花纹特点，偶尔也会出现过渡形态的分界情况，在鞋尖前段出现弧形花纹的概率较高。由于人在行走时会蹬地而起，因此力量会集中于脚趾区域，因此这一位置也会出现复杂图案，如图5所示。

4 实验数据统计分析

4.1 鞋底花纹对应的足底部位各区域数据比较研究

通过分析300个样本，分别测量对应区域的鞋底花纹到鞋子顶尖部位的距离，用比值法推算，获得波动范围。

4.1.1 鞋号为25码鞋的数据统计

对30份鞋号为25码鞋的鞋底花纹样本进行测量，得出平均鞋印长为27.2cm，测得鞋尖到各部位长度数据表，如表1所示。

4.1.2 鞋号为26码鞋的数据统计

对70份鞋号为26码鞋的鞋底花纹样本进行测量，得出平均鞋印长为28.4 cm，测得鞋尖到各部位长度数据表，如表2所示。

图5 鞋底趾区部位花纹特征示意图

表1 25码鞋鞋底花纹对应各部位前后端到鞋尖距离及比例统计表 cm

表2 26码鞋鞋底花纹对应各部位前后端到鞋尖距离及比例统计表 cm

4.1.3 鞋号为27码鞋的数据统计

对40份鞋号为27码鞋的鞋底花纹样本进行测量，得出平均鞋印长为29.5 cm，测得鞋尖到各部位长度数据表，如表3所示。

表3 27码鞋鞋底花纹对应各部位前后端到鞋尖距离及比例统计表 cm

对以上鞋底各个部位前、后端比例数据进行统计，得出区间如表4所示。

表4 鞋底各个部位前、后端比例区间统计表 %

对140份穿鞋样本足迹足底各个部位前、后端比例数据进行统计，绘制出波动范围的曲线图，如图6～11所示。

图6 拇趾区域对应鞋底花纹前后端比例曲线图

图7 小趾区域对应鞋底花纹前后端比例曲线图

依据统计图得出，趾区中拇指前端所占比例范围在5.5%～7.5%，后端所占比例范围在17%～19.5%，小趾前端所占比例范围在17.5%～19.5%，后端所占比例范围在24%～26%。其中曲线图横轴表示为样本数量关系，纵轴表示为比例区间(以下同)。

图8 第一跖区域对应鞋底花纹前后端比例曲线图

图9 第五跖区域对应鞋底花纹前后端比例曲线图

由图9可见，跖区中第一跖区前端所占比例范围在21%～23%，后端所在比例范围在41.5%～43.7%。第五跖区前端所占比例范围在28.5%～30.5%，后端所在比例范围在41.5%～44%。

图10 足弓区域对应鞋底花纹前后端比例曲线图

图11 跟区域对应鞋底花纹前后端比例曲线图

由图10可见，弓区前端所占比例范围在41.5%～44%，后端所在比例范围在69%～71%。跟区前端所占比例范围在69%～71%，后端所在比例范围在94%～96%。

4.2 穿鞋足迹与赤足各部位对比验证分析

对于鞋底花纹的所反映的足底各部位前、后端，可以计算出鞋底花纹对于足底部位的平均长度值，比较其与赤足部位的差距，得出两者的差异范围，如表5所示。

表5 鞋底花纹对应的足底部位前、后端与赤足对应部位的差值对照表 cm

由上述数据表明，在一个完整的鞋底花纹样本中，足底部位是可以反映在鞋底花纹上的，即鞋底的特殊花纹可以用以对应足底的各部位。以鞋尖为基准，鞋底特殊花纹表示为对应的鞋底部位，以图12为例，如第一跖区所对应的花纹，其花纹的上边沿表示为第一跖区的前端，花纹的下边沿表示为第一跖区的后端，通过测量得出第一跖区的数值范围，以此方法分别求出各部位的比例范围，经过计算得出它们在鞋底花纹样本中所占的比例，再进行比较可以发现不同鞋号的数值差异不大并具有相对稳定性。并与赤足各部位进行比较，发现虽然鞋底花纹对于足底部位的平均长度值与其赤足部位存在差异，但是差异均在±1 cm之内，因此，利用穿鞋足迹鞋底花纹分析判断足底部位是具有可行性的。

图12 穿鞋足迹第一跖区确定足底部位示意图

5 结论

根据鞋底各部位花纹特征分析，得出以下结论：

(1)从鞋底花纹特点来看，鞋底跟区中心部位花纹较为稀疏，可表现为圆环型、椭圆型、马蹄型，后跟边缘多表现为浅细或条块状花纹；弓区部位因足底受力较小故花纹表现为细浅或无花纹，容易出现商标、鞋号、厂号等标识性花纹；对于鞋掌部的中部地区，特别是内侧区域，花纹表现为特别粗和宽；趾区部位会出现趾区和掌区过渡段的条形花纹分界线。

(2)从鞋底花纹位置比例来看，对于趾区，对应的鞋底花纹应为以鞋尖为顶点，在鞋长为5.5%～26%范围内，且对应拇趾区域前端在5.5%～7.5%范围内，后端在17%～19.5%范围内；对于跖区，对应的鞋底花纹应为以鞋尖为顶点，在鞋长为21%～44%范围内，且对应第一跖区区域前端在21%～23%范围内，后端在41.5%～44%范围内左右；对于弓区，对应的鞋底花纹应为以鞋尖为顶点，在鞋长为41.5%～71%范围内，且对应弓区前端在41.5%～44%范围内，后端在69%～71%范围内；对于跟区，对应的鞋底花纹应为以鞋尖为顶点，在鞋长为68%～97%范围内，且对应弓区前端在68%～77%范围内，后端在94%～98%范围内。