立體鞋印花紋特征變化的量化統(tǒng)計(jì)與比較分析

高 毅 劉自超 孫 杰

（1 中國刑事警察學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系 遼寧 沈陽 110035；2 痕跡檢驗(yàn)鑒定技術(shù)公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 遼寧 沈陽 110035 ；

3 太谷縣公安局刑警大隊(duì) 山西 晉中 030600）

1 引言

在立體穿鞋足跡的檢驗(yàn)鑒定實(shí)務(wù)中，往往會(huì)出現(xiàn)其本身花紋形態(tài)與立體痕跡和石膏制取模型不同的情況，一方面鞋子在軟質(zhì)客體上形成立體足跡后鞋底花紋與立體鞋印存在巨大差異，另一方面鞋印在經(jīng)過拍照提取和石膏制模提取后，再經(jīng)過測(cè)量各類特征會(huì)發(fā)生變化，這給出具正確的分析鑒定意見帶來了巨大的挑戰(zhàn)，尤其是在疑難案件中認(rèn)識(shí)或解釋某些差異點(diǎn)時(shí)更是引起諸多麻煩。對(duì)于此類問題，國內(nèi)和國外相關(guān)文獻(xiàn)都曾提到立體鞋印在提取之后可能會(huì)發(fā)生變化，而很少討論鞋底花紋到立體足跡再到各種提取方法后每類特征可能發(fā)生的變化，更未從定量層面通過實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)研究數(shù)據(jù)，并形成可靠結(jié)論，因此有必要對(duì)不同鞋樣在形成立體鞋印及石膏模型過程中引起的特征變化進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原理與方法

在實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的可形成立體鞋印的地面有[1]泥土地面、砂石地面等。這些承痕體具有不同的物理結(jié)構(gòu)（如粗糙、細(xì)膩、平坦、凸凹等）和性質(zhì)（如彈性、硬度、干濕度等），對(duì)足跡形成特點(diǎn)有很大的影響。立體鞋印提取，利用熟石膏（CaSO4·H2O）溶于水后快速凝結(jié)、干燥且變形小的性質(zhì)，制作石膏模型提取立體足跡[2]。

選用鞋底花紋較好的平底鞋，分別在干土地面和沙土地面上正常行走，形成成趟足跡。選取一枚花紋反映較為清晰的立體足跡，利用勘查光源進(jìn)行觀察，再利用數(shù)碼照相機(jī)、三腳架、比例尺等器材在自然光下分別進(jìn)行拍照提取，分析足跡特征。利用石膏制模提取干土地面和沙土地面所遺留的立體足跡。測(cè)量原始鞋底花紋、石膏檢材后模型反映鞋底花紋特征、原始立體鞋印3組數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄。同一人穿用不同花紋類型的鞋，重復(fù)進(jìn)行以上實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)器材

觀察工具：數(shù)碼照相機(jī)、現(xiàn)場勘查光源、比例尺、分規(guī)、三腳架、手套、平底鞋；提取工具：石膏粉、清水、骨架、圍墻、標(biāo)簽。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 鞋樣一的實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)收集

選取第一種組合型花紋鞋作為實(shí)驗(yàn)樣本，分別取得其在沙土、泥土上的立體成趟足跡及其石膏制模，鞋底花紋圖案如圖1～5所示。

圖1 原始鞋樣

圖2 土質(zhì)立體足跡

圖3 土質(zhì)石膏檢材

圖4 沙土立體足跡

圖5 沙土石膏檢材

通過對(duì)以上5個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本的花紋大小、花紋形態(tài)、特定花紋間距離等特征進(jìn)行觀察和測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，如表1所示。

表1 鞋樣一組合型花紋種類鞋底特征變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（單位：cm）

通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：

（1）從鞋底花紋到立體足跡再到石膏檢材，花紋大小呈現(xiàn)出逐步變大的情況。

（2）從鞋底花紋到立體足跡，殘缺小圓形部分形態(tài)丟失變?yōu)樾∩刃?，但在石膏檢材中，小扇形殘缺部位恢復(fù)并增添新的特征，變?yōu)橥暾膱A形。可見，石膏制模會(huì)使足跡新添一些原始鞋底花紋和立體足跡沒有的花紋，在立體足跡檢驗(yàn)鑒定中要加以注意。

2.3.2 鞋樣二的實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)收集

選取第二種塊狀組合花紋鞋作為實(shí)驗(yàn)樣本，分別取得其在沙石、泥土上的立體成趟足跡及其石膏制模，鞋底花紋圖案如圖6～10所示。

圖6 原始鞋樣

圖7 土質(zhì)立體足跡

圖8 土質(zhì)石膏檢材

圖9 沙土立體足跡

圖10 沙土石膏檢材

通過對(duì)以上5個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本的花紋大小、花紋形態(tài)、特定花紋間距離等特征進(jìn)行觀察和測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，如表2所示。

表2 鞋樣二塊狀組合型花紋種類鞋底特征變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（單位：cm）

通過實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：

（1）從鞋底花紋到立體足跡沒有發(fā)生變化，但石膏檢材的花紋大小卻發(fā)生增大的情況。

（2）特定花紋間距離在石膏模型中明顯變大，但在立體足跡中難以得到觀測(cè)。

（3）對(duì)于花紋內(nèi)部的更加細(xì)微的紋線，在立體足跡中完全得不到反映，但在石膏模型中存在部分留存的情況（沙石地面立體足跡的石膏模型僅足弓外側(cè)留存，土質(zhì)地面立體足跡的石膏模型跖指處花紋留存）。

（4）在足跟后部存在3條條狀圖案組成的有斷點(diǎn)的三角形，在石膏模型中斷點(diǎn)被石膏填充，形成了完整的三角形圖案[3]。

2.3.3 不同鞋底花紋的實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)收集

通過大量實(shí)驗(yàn)，綜合對(duì)刑事案件現(xiàn)場常見不同鞋底花紋的25雙樣鞋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總和比較分析，如表3所示。

表3不同鞋底花紋種類實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)表

通過分析，我們得出：

（1） 從總體上看，石膏模型花紋大小普遍大于或同于原始鞋印的花紋大小，而立體足跡的花紋大小沒有較強(qiáng)的規(guī)律性，呈現(xiàn)出有時(shí)大于、有時(shí)等于、甚至有時(shí)小于原始鞋印花紋大小的情況；對(duì)于特定花紋間距離也反映出上述規(guī)律[4]。

（2） 相比于立體足跡，石膏制模能夠更全面的反映出鞋底花紋特征，但是其在反映花紋形象存在一些規(guī)律性的變化：一些細(xì)小的花紋特征會(huì)消失，我們稱之為消極的特征變化；石膏模型相比原始鞋印會(huì)增添一些新的花紋特征，它常常出現(xiàn)在原始花紋連接的端點(diǎn)處或兩條花紋靠近的部位，甚至?xí)虼烁淖儾糠衷蓟y的形態(tài)，我們稱之為積極的特征變化[5]。

（3）從本實(shí)驗(yàn)可以看出，鞋底花紋與立體足跡、石膏模型之間本身就存在一定的變化[6]，在檢驗(yàn)實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)尤為注意，不能因此而輕易做出否定同一的結(jié)論。盡管立體足跡本身和石膏模型均與鞋底花紋存在一定的差異，然而石膏模型的差異經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可以看出更加穩(wěn)定和具備規(guī)律性[7]。

3 鞋印特征變化的比較研究

國外對(duì)于拍照提取法，學(xué)者認(rèn)為通過這種方法，確實(shí)常會(huì)造成一些問題，例如當(dāng)照相機(jī)的取景平面與鞋印平面不平行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生透視變形；甚至即使取景平面與整個(gè)鞋印平行，也無法得到準(zhǔn)確反應(yīng)的鞋印照片，這在拍攝沙子泥土和雪中較深鞋印的照片里很常見。拍攝凹凸不平的鞋印時(shí)，立體鞋印被轉(zhuǎn)換成平面的鞋印圖像，照片不能準(zhǔn)確反映實(shí)際鞋印的各種尺寸。雖然是由于表面凹凸不平而非拍攝造成的，但在解釋照片中的立體鞋印時(shí)，時(shí)常會(huì)遇到這類問題。這種觀點(diǎn)與本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是符合的。

而對(duì)于立體足跡本身及模型檢材和樣本的變化，其認(rèn)為存在變形和制模材料的收縮膨脹是不可避免的。變形是指在鞋印形成或提取的過程中，由于各種原因妨礙或影響了特征的真實(shí)記錄或保留，造成鞋印對(duì)鞋底的反映模糊甚至錯(cuò)誤。在某些情況下，鞋印僅有非常微小的變形，根本察覺不到，它只是各個(gè)鞋印之間必然出現(xiàn)的變化的一部分。在其他情況下，變形較大也很明顯，導(dǎo)致鞋印的改變超出了正常變化的范圍。更極端的情形包括滑動(dòng)、重疊、扭轉(zhuǎn)和其他動(dòng)作，造成的變形通常能夠識(shí)別出來，但是對(duì)鞋印的解釋仍會(huì)引起關(guān)注。鞋印形成過程中發(fā)生變形的原因包括：

（1）形成鞋印時(shí)鞋子的非正常動(dòng)作，如滑動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、環(huán)轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)，或任何超出正常留痕的動(dòng)作?；瑒?dòng)在平面鞋印和立體鞋印中均可發(fā)生。當(dāng)鞋子接觸客體但還沒有抓緊，因而沿橫向或縱向滑過客體表面時(shí)，就產(chǎn)生了滑動(dòng)。鞋子與客體表面接觸而使客體移動(dòng)或垮掉時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。例如，鞋跟踏入松軟的泥土、沙子或雪地里時(shí)，鞋跟沒有抓住地面并繼續(xù)移動(dòng)或滑行，直到承痕客體提供足夠的摩擦力或被壓緊才停止。

（2）其他物質(zhì)的干擾，是指形成鞋印對(duì)夾在鞋子與客體表面之間的各種備樣的物質(zhì)，包括棍子、石塊、卵石、垃圾，以及人行走時(shí)在程子與客體之間能碰到的任何實(shí)物。

（3）形成鞋印時(shí)造成塌陷、形狀改變或作展的凸凹不平客體表面上也會(huì)發(fā)生變形。如床單上的鞋印、人體表面上出現(xiàn)的一些變形。雪、干沙子和疏松表面也時(shí)常是凹凸不平的，在鞋印形成過程中塌陷嚴(yán)重。

（4）遺留在某些潮濕、過飽和土壤表面的鞋印，常出現(xiàn)變形或鞋子尺寸不符的情況。當(dāng)鞋子踏入水分過飽和的土壤，隨后離開地面時(shí)，鞋印會(huì)稍微聚攏。這在過飽和黏土土壤、沼澤或濕地，以及河流或小溪沿岸尤為普遍。鞋子離開地面后，過飽和的土壤坍塌到鞋印里面產(chǎn)生變形。在這種情況下，鞋印不可能準(zhǔn)確反映鞋子的整體尺寸。塌陷的鞋印及其模型要比造痕鞋小，這些鞋印的殘型和照片能反映該變形。一項(xiàng)研究結(jié)果表明，水分過飽和的土渠或深的泥地中的鞋印與造痕鞋之間的尺寸存在差異。在下層為堅(jiān)固土壤、上面為淺層泥土的表面形成的鞋印與鞋底面的尺寸相差很小，鞋子常常向外推擠鞋印的側(cè)面。

2007年，Graham和G.D.Sr.進(jìn)行了一項(xiàng)研究，目的是確定各種變形對(duì)鞋底花紋的形狀及其個(gè)別特征的影響，研究的主要內(nèi)容是在外力作用下鞋底的滑動(dòng)、彎曲及扭轉(zhuǎn)變形。具體做法是，給不同樣式的鞋人為添加大量不同尺寸的個(gè)別特征；然后，穿著這些鞋子行走、跳躍和扭轉(zhuǎn)，在一定的外力作用下形成變形的鞋印。研究證實(shí)，在比對(duì)檢驗(yàn)中需要考慮幾個(gè)重要的因素：在確實(shí)產(chǎn)生了變形的鞋印上，一些變形痕跡常常很明顯；盡管變形會(huì)稍微改變特征的準(zhǔn)確位置或形狀，但是這些改變通常并不妨礙檢驗(yàn)。僅有0.5%的變形平面鞋印由于缺乏足夠的細(xì)節(jié)特征而影響比對(duì)結(jié)果；不是所有的個(gè)別特征都以完全相同的方式顯見或出現(xiàn)在所研究的每一枚鞋印中。不過，仍然有71.25%的鞋印中存在較多的種類特證和個(gè)別特征，可做出同一認(rèn)定。

制模材料的收縮和膨脹：大多數(shù)制模材料的收縮或膨脹量都極小，對(duì)于鞋印模型來說完全微不足道。例如，大多數(shù)牙科石膏凝固時(shí)膨脹率小于0.05%。一些含有水狀膠質(zhì)藻酸鹽的制模材料的確存在收縮的問題，晾干后收縮率可達(dá)30%。但在立體足跡制模提取時(shí)通常很少使用這些材料。如果鞋印模型與嫌疑鞋之間存在明顯的尺寸差異，檢驗(yàn)人員可以首先聯(lián)系制模的人員，確認(rèn)所用制模材料的類型。

我們通過對(duì)比國外的有關(guān)鞋印的研究發(fā)現(xiàn)，國外更多的是從鞋底花紋本身的結(jié)構(gòu)特征，特別是形成鞋印的姿態(tài)動(dòng)作、鞋印遺留的地面土壤條件等引起鞋印的改變進(jìn)行了闡述。而沒有根據(jù)立體鞋印本身的特點(diǎn)從提取的角度開展研究。由于目前國內(nèi)對(duì)于立體鞋印的提取更多地采取石膏制模的方式，因此，本研究有針對(duì)性的對(duì)立體鞋印的石膏模型和原始足跡及鞋子進(jìn)行量化的統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析，以確保立體鞋印的花紋變化研究更客觀、全面，確保在足跡的檢驗(yàn)鑒定中更真實(shí)、準(zhǔn)確。

4 結(jié)論

綜上，可以看出，相對(duì)于立體足跡特征的現(xiàn)場拍照提取而言，盡管石膏制模后仍然出現(xiàn)一些特征的變化，但這些特征變化經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)存在較強(qiáng)的規(guī)律性，因此在面對(duì)立體穿鞋足跡時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇運(yùn)用石膏制模及其特征進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定。并且當(dāng)石膏模型特征與樣本特征出現(xiàn)差異時(shí)，即當(dāng)石膏模型的特征出現(xiàn)局部消失時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮是否為規(guī)律性的特征減少；當(dāng)特征并未減少消失，只是在形態(tài)上出現(xiàn)差異時(shí)，則需要對(duì)多枚樣本進(jìn)行重復(fù)石膏制模實(shí)驗(yàn)，確定該特征變形是否為規(guī)律性變形。

通過分析國外對(duì)各種提取足跡發(fā)生變化的討論，進(jìn)一步認(rèn)為：石膏模型出現(xiàn)局部特征的減少是因?yàn)橹颇２牧系氖湛s導(dǎo)致的，在某種情況下，由于石膏模型收縮，導(dǎo)致部分特征長度變短；而對(duì)某些特征變化而言，尤其是結(jié)合本文實(shí)驗(yàn)所指出的部分特征相互連接而形成新特征的情況，是因?yàn)槭嗟呐蛎浂鴮?dǎo)致特征相互連接。