全國公安機關鞋樣本數據庫應用系統(tǒng)的應用與優(yōu)化

金益鋒，白艷平，石 峰，魯璽龍，林 敏，劉偉平

（公安部物證鑒定中心，北京 100038）

上世紀七、八十年代，我國的刑事技術人員就已經認識到鞋樣本在偵查破案中的重要作用，并開始探索建設鞋樣本數據庫的方法和技術。我國最早建立的鞋樣本數據庫采用人工建立鞋底花紋照片庫、手動檢索模式。90年代末，部分省市開始探索計算機建庫，此時建立的數據庫可以實現(xiàn)單機操作、本地半自動檢索模式。隨著計算機模式識別技術及網絡傳輸技術的快速發(fā)展，目前我國已經建立起“全國公安機關鞋樣本數據庫應用系統(tǒng)”（以下簡稱“鞋樣本數據庫”），真正實現(xiàn)了計算機建庫、網絡傳輸、遠程自動檢索模式。鞋樣本數據庫緊貼實際工作需求，依托公安網絡，實現(xiàn)本地或遠程對鞋樣本圖片及其品牌、生產廠家、式樣、顏色、材質、價格、銷售范圍等文字信息的自動查詢和檢索[1-2]。

1 鞋樣本數據庫的基本情況

鞋樣本數據庫2011年7月建設完成并向全國省、地市級公安機關開通，該系統(tǒng)由鞋種類樣本數據庫、檢索比對引擎和應用平臺三部分組成，按照“一級建庫，多級應用”方式建設與應用。目前已收集55萬種份鞋樣本數據，完成全國1萬多起案件的查詢，鞋印查中率達56%。從2011年至2015年初，鞋樣本數據庫采用地方用戶上傳案件和現(xiàn)場鞋印、公安部物證鑒定中心（以下簡稱“中心”）負責查詢的協(xié)查模式，經過3年半的運行，已經有一千多家穩(wěn)定的協(xié)查用戶。為充分發(fā)揮數據庫的作用，提高查詢效率，2015年初鞋樣本數據庫開通了地方用戶直查模式，直查用戶可于案發(fā)的第一時間自行在中心的總庫中進行查詢，實現(xiàn)了鞋樣本數據庫實時、高效的運轉。目前鞋樣本數據庫已向全國300余家用戶開通直查，并且直查用戶在可控范圍內將陸續(xù)增加。

2 鞋樣本數據庫的應用現(xiàn)狀

2.1 為檢索鞋樣提供高效的途徑

在案發(fā)現(xiàn)場提取到的鞋印，無論是完整的還是殘缺的，是清晰的還是模糊的，只要能夠反映出幾個花紋塊，就可以通過鞋樣本數據庫快速檢索鞋樣，檢索反饋速度達到秒級。鞋樣本數據庫高效的查詢、比對功能代替了傳統(tǒng)的走訪、調查，有效地節(jié)省了基層公安機關的人力和物力。通過鞋樣本數據庫獲取鞋樣本信息的案例不勝枚舉，在此不再贅述。

2.2 為分析作案人個體特征提供有效的數據支持

利用現(xiàn)場鞋印推算遺留鞋的鞋碼是分析犯罪嫌疑人身高等信息的重要手段，當現(xiàn)場鞋印模糊或反映不完整，甚至僅反映出部分花紋塊時，可以通過鞋樣本數據庫查找同種鞋底花紋的鞋樣本，參照鞋樣本計算現(xiàn)場鞋印的鞋碼，從而分析出犯罪嫌疑人的身高等個體特征。2014年某村兩村民被殺，現(xiàn)場提取到的鞋印較模糊，邊緣反映不清晰，僅部分凸起花紋塊較清晰，無法直接利用該鞋印分析犯罪嫌疑人的個體特征。將鞋印錄入鞋樣本數據庫進行查詢，迅速查出鞋種，辦案人員將現(xiàn)場鞋印和實物樣本進行分析比對，推斷出現(xiàn)場鞋印的鞋碼，并進一步分析身高等個體特征，依據有關線索進一步縮小偵查范圍，進而成功摸排出犯罪嫌疑人，并在犯罪嫌疑人家中提取到作案用鞋，此案得以迅速告破。

鞋種類繁多，不同品牌不同系列的鞋子可能采用相同的鞋底花紋。因此一枚現(xiàn)場鞋印通過鞋底花紋數據庫進行檢索，往往會檢索出多種品牌的鞋樣。鞋樣本數據庫的查詢結果信息豐富，能夠全面反饋鞋樣本的圖片、品牌、生產廠家、式樣、顏色、材質、價格、銷售范圍等信息。辦案人員可以結合案件信息和鞋樣本信息分析刻畫犯罪嫌疑人的生活層次和消費水平。2014年某地發(fā)生一起盜竊案，當地辦案人員依據現(xiàn)場鞋印在本地市場找到相同的鞋樣，但是考慮到案件性質，辦案人員認為所找到的鞋樣價格較高，不符合犯罪嫌疑人的消費水平。于是將現(xiàn)場鞋印上傳至鞋樣本數據庫，要求幫助查詢鞋種。經查詢，在數據庫中找到另一品牌的鞋樣，該鞋價格較低，符合案件的整體情況。

2.3 為串并案件提供參考

不同案件提取的現(xiàn)場鞋印會出現(xiàn)清晰程度不同、殘缺程度及位置不同等現(xiàn)象，對于此類案件往往很難通過鞋印串并。實踐中，通過鞋樣本數據庫查詢鞋種，然后通過分析磨損程度及磨損程度與案發(fā)時間的相互關系等，并結合作案手段等因素，可在案件串并中發(fā)揮一定的參考作用。2015年，某地發(fā)生一起盜竊案，辦案機關在偵查過程中發(fā)現(xiàn)與之前發(fā)生的兩起案件作案手段類似，由于現(xiàn)場鞋印條件所限無法直接進行串并案，于是將三起案件中提取的現(xiàn)場鞋印均上傳至數據庫進行查詢。經查詢發(fā)現(xiàn)三起案件的現(xiàn)場鞋印均來源于同一鞋樣，結合案發(fā)時間及磨損的程度，技術人員認為可并案偵查，后案件告破。

2.4 為分析作案人數提供輔助支持

現(xiàn)場鞋印來源較多，有案發(fā)前生活中相關人員遺留的鞋印，有作案人作案時遺留的鞋印，也有案發(fā)后搶救人員或其他進入現(xiàn)場人員遺留的鞋印。對于這些鞋印，辦案人員要一一進行排查，最后確定哪些或哪種鞋印是作案人所遺留。但是排查過程艱難，且有時很難排盡，往往會影響辦案人員分析作案人數。2012年某地發(fā)現(xiàn)4具尸體，現(xiàn)場提取到多枚足跡。經排查，其中兩種鞋印無法排除，于是將兩種鞋印均上傳至鞋樣本數據庫，經查詢，確定了兩種鞋印的鞋樣，在當地找到其中一種鞋樣的銷售商后，通過商家監(jiān)控錄像一一排查此種鞋子的購買人，發(fā)現(xiàn)該鞋印遺留人不是作案人，故此確定作案人僅1人。

2.5 其他作用

鞋樣本數據庫培養(yǎng)了具有豐富鞋底花紋形態(tài)知識的技術隊伍。鞋樣本數據庫培養(yǎng)了專業(yè)的技術人員，該類技術人員長期從事鞋底花紋入庫、特征提取及查詢工作。久而久之，技術人員對鞋底花紋的敏感性不斷增強，大腦中會記憶大量鞋底花紋，如常見品牌的鞋底花紋、鞋底花紋中的重點信息及特殊標識、鞋底花紋及鞋印花紋的鏡像對應關系等。技術人員掌握的這些花紋形態(tài)方面的知識有時會在案件中發(fā)揮獨特的作用。2013年某地發(fā)生一起槍支盜竊案，現(xiàn)場提取到比較清晰的鞋印，鞋印前掌上的鞋底花紋是代表該品牌的數字361，由于鞋印上反映出的花紋與鞋底花紋是鏡像關系，普通的檢驗人員很難在鞋印上讀出361。但是當鞋印上傳到鞋樣本數據庫后，數據庫技術人員第一時間解讀出鞋子的品牌并很快在數據庫中查中。

鞋樣本數據庫中的特征圖有助于尋找鞋樣本。由于現(xiàn)場鞋印的條件所限，往往不能直觀、清晰地反映出鞋底花紋，通過數據庫可清晰地繪制現(xiàn)場鞋印的鞋底花紋二值圖，該二值圖僅有黑白兩值，故花紋形態(tài)清晰可見，利用二值圖尋找現(xiàn)場鞋印不失為一種很好的方法。2014年某地發(fā)生一起殺人案，提取案件現(xiàn)場鞋印，上傳至數據庫后未檢索到相同鞋種。為便于辦案人員更好地認識現(xiàn)場鞋印反映出的鞋底花紋，技術人員將現(xiàn)場鞋印的特征圖發(fā)給辦案單位，辦案單位據此特征圖很快在本地市場查找到相同鞋種。

3 鞋樣本數據庫的優(yōu)化情況

自鞋樣本數據庫開通運行以來，中心不斷地研究總結使用情況，發(fā)現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：硬件設備與查詢規(guī)模不適應、查詢算法與查詢效率要求不適應、足跡特征提取與查詢精度要求不適應等。為提高查詢準確率，方便地方用戶使用，進一步提高全國公安機關使用鞋樣本數據庫的積極性，中心于2016年對該系統(tǒng)進行了優(yōu)化與升級，具體情況如下：

3.1 優(yōu)化查詢方式

硬件方面，結合云計算查詢方案，增加查詢節(jié)點服務器，提升高并發(fā)條件下的查詢響應速度，提升系統(tǒng)查詢性能。軟件方面，設計兼容符合低容量工作站的分布式并發(fā)計算節(jié)點客戶端、適合高并發(fā)的云計算集群調度服務、跨網段的云計算數據通訊模塊組件、云計算數據緩存模塊組件以及云計算查詢隊列升級。

3.2 建立高頻發(fā)案專用鞋樣庫

鞋樣本數據庫上線5年多以來，中心根據使用鞋樣本數據庫的查詢經驗及各地市的查詢結果，提煉了一批案發(fā)現(xiàn)場高頻出現(xiàn)的鞋樣本，建立高頻發(fā)案專用鞋樣本庫，用戶可以在該庫中優(yōu)先進行查詢，節(jié)約查詢時間，提高查中率和查中效率。

3.3 同步更新鞋樣數據

數據的更新和替換是保持數據庫活力的關鍵。一般情況下，由于鞋子樣式及破損等原因，個人穿用的鞋子一至兩年就會替換，而且替換后的鞋子會緊跟市場潮流，為了能夠使鞋樣本數據庫充分發(fā)揮作用，數據庫的建設也要跟上時代的步伐，及時采集新款式的鞋子（包括新推出的鞋底花紋），保持數據庫信息的持續(xù)更新。鞋樣本數據庫以每年新增新鞋樣數據5萬種份的速度進行數據同步。同時會定期對過往數據進行備份清理，使鞋樣本數據庫的數據保持鮮活性。

3.4 新增鞋樣上報功能

地方公安機關在辦理案件過程中常會遇到犯罪嫌疑人穿的鞋在鞋樣本數據庫檢索不到對應鞋樣本數據的情況，此時具有鞋樣本采集條件和能力的單位可以登錄鞋樣本直查客戶端，進入鞋樣本上傳接口進行相應鞋樣的上傳，達到進一步擴大鞋樣本數據擴容搜集，實現(xiàn)系統(tǒng)數據庫共享和共建的設計目的。

3.5 升級特征繪制工具

鞋樣本特征圖是檢索現(xiàn)場鞋印與鞋樣的橋梁，特征圖繪制的精準性直接影響檢索結果的精準性。但是在數據庫應用過程中，由于用戶對鞋樣花紋形態(tài)認識程度和繪制能力不一，致使部分案件查詢效率與效果欠佳。為此，鞋樣本數據庫新增了多種現(xiàn)場鞋印特征提取和繪制工具，極大增加了特征提取和繪制的便捷性和快速性，有助于提升案件查詢效率和效果。

4 鞋樣本數據庫的建設展望

4.1 增加鞋子商標檢索模塊

鞋子的商標信息是直接鎖定鞋子品牌的關鍵信息。在有些案件中，現(xiàn)場鞋印或鞋幫上反映出的有效信息僅有鞋子商標信息。目前，鞋樣本數據庫可以通過圖形對商標信息進行查詢，但是針對性不強，檢索商標的效率較低。為了對商標信息進行有效檢索，鞋樣本數據庫中應增加商標檢索模塊，實現(xiàn)對商標的圖形信息和文字信息有針對性地檢索。

4.2 實現(xiàn)與“全國刑事案件現(xiàn)場足跡協(xié)查應用系統(tǒng)”的關聯(lián)應用

現(xiàn)場遺留的許多足跡為殘缺足跡，通過利用鞋樣本數據庫可以獲取清晰、準確的鞋樣本，然后與“全國刑事案件現(xiàn)場足跡協(xié)查應用系統(tǒng)”關聯(lián)應用，利用該清晰、準確的鞋樣本針對重點區(qū)域進行跨省協(xié)查串并，進而提升案件跨省串并效率。

4.3 實現(xiàn)與嫌疑人足跡采集儀的關聯(lián)應用

目前，全國不少地方都已經配備了足跡采集儀，通過鞋樣本數據庫與足跡采集儀的關聯(lián)應用，能夠將采集到的鞋樣本數據實時上傳，擴展鞋樣本數據收集的途徑，增強鞋樣本數據庫數據的鮮活性。