1. 引言
足迹在现实的案发现场中出现率很高，足迹检验自然是刑事检验工作的重点，有些案件中的足迹检验甚至可以说决定整个案件告破与否[1]。足迹分析在十九世纪中叶就开始逐渐被使用于刑事案件的侦破工作中，通过对现场遗留足迹的大小、形状、表面痕迹等与嫌疑人进行比对从而确定嫌疑人。民国时期，在冯文尧的著作《刑事警察科学知识全书》中就有专门的篇章“足迹”一章详细记述了足迹检验的研究成果，它介绍了有关于足迹、足迹提取方式、足迹与人体关系的内容，并且已经对步幅特征的类型进行了初步科学的划分。
中华人民共和国成立后，足迹分析技术自上世纪五十年代起便被从苏联学习吸收后广泛应用于公安工作对于刑事犯罪与一般违法行为的侦查工作中，这时主要被用于认定犯罪嫌疑人所着鞋履而无法直接认定人身。二十世纪六十年代左右全国开始推广以马玉林同志为代表研究总结出的步法追踪侦查手段，这一手段主要研究步态与步幅，补充了原先足迹分析只能认定鞋履而在人身认定方面留下的空白，该方法在不断实战运用中得到了充分检验、补充和完善。自二十世纪八十年代开始，随着计算机等新兴技术的发展，对于足迹检验以及步幅分析的研究进入新阶段。我国学者广泛结合运用计算机、人体运动学、数学等方面分析研究足迹形成过程中受到的来自人体、环境的影响，努力从足迹中研究提取出更多能够用于人身认定的信息与线索，提高了我国在足迹分析与刑事方面应用的水平，丰富了实战中足迹分析手段，确保其能够运用于更多情况。在未来的案件侦破技术发展过程中，仍然会是相关侦查部门侦查技术发展、探究的主要方向[2]。
步幅特征，是指在成趟足迹中反映出双足协调搭配迈步动作的特征，是行走运动特征在成趟足迹中的一种反应形式。双足的搭配关系，是指在成趟足迹中，紧相邻的左右足足迹之间的最近距离和左右足的角度：步长、步宽、步角。步长、步宽、步角用来揭示人的行走运动规律，可进行定量化检验，所以对现场足迹的分析与检验非常重要[3]。智能手机，作为高科技产物越来越多的出现在人们的生活当中，几乎所有年轻人都使用或拥有过智能手机，它在我们生活中扮演了重要的角色[4]。犯罪嫌疑人在作案过程中或是作案完毕离开现场过程中，有一定概率一边使用手机一边行走，使得其所留足迹所呈现的步幅特征与正常行走时所留足迹的步幅特征并不完全相同，甚至差别很大，故本文利用实验的方式试图探究、归纳使用手机对步幅特征的影响。
2. 实验
2.1. 实验设计
实验地点：标准篮球场，为橡胶地面，实验采集足迹的器材为一块长5米的胶片厚约1.5厘米，材质较硬，整体较重，不易被实验对象在行走过程中带离原位。
实验对象：学生(5人)，均为二十至二十一周岁健康男性，预先实验确保他们并无病态步伐。
实验过程：实验人员事先将胶片平铺于距篮球场一侧10米处，并在距离篮球场边缘白线40米处画一道平行白线，作为一次实验的终点。实验开始前，实验人员先询问实验对象个人信息，包括姓名、年龄、性别、身高、体重、惯用手等，再向其告知实验大致流程、实验要求、实验注意事项等，等实验对象、实验人员、实验场地均准备完毕后，实验开始。
各名实验对象均着运动鞋踩入盛有石灰粉塑料箱内，在鞋底均匀沾上石灰粉后，静止立于篮球场一侧的白线前，在听到实验人员的“开始”口令后，立即沿直线向垂直于白线方向走出，左右脚踏出均可，在篮球场地面上及胶片上留下自身成趟足迹，行走40米后在地面所画白线处停止，实验人员随即上前，并选取胶片上清晰且动作自然的连续的7步，进行测量并记录左步长、右步长、左步宽、右步宽、左步角、右步角等数据各三组。记录完毕后，为保证实验对象不被前一趟足迹干扰，将场地及胶片上的石灰粉清理干净后，进行下一组实验，实验对象按照要求做出惯用手刷短视频、惯用手看小说、双手打游戏、惯用手发语音、惯用手接打电话等动作并重复上述实验过程。实验人员记录各组数据后汇总成表格，并求出平均数。
2.2. 实验内容
实验过程中，在测量正常行走的步幅特征时，如图1所示，要求实验对象不使用手机，并用自然的动作在实验场地上行走，留下成趟足迹。
Figure 1. Diagram of walking normally
图1. 正常行走示意图
在测量使用惯用手刷短视频行走的步幅特征时，如图2所示，要求实验对象使用惯用手的手指平行于手机长边划动，浏览至少2个短视频的同时在实验场地上行走，留下成趟足迹。
Figure 2. Diagram of walking while watching short videos
图2. 刷短视频行走示意图
在测量使用惯用手看小说行走的步幅特征时，如图3所示，要求实验对象惯用手的手指平行于手机短边划动，浏览至少2页小说内容的同时在实验场地上行走，留下成趟足迹。
Figure 3. Diagram of walking while reading novels
图3. 看小说行走示意图
在测量使用双手打游戏行走的步幅特征时，如图4所示，要求实验对象所玩游戏需要将屏幕横屏置于两手之间，双手操作手机且双手的至少一根手指在游玩过程中均保持动态运动，在开始持续玩游戏后在实验场地上行走，留下成趟足迹。
Figure 4. Diagram of walking while playing video games with both hands
图4. 双手打游戏行走示意图
在测量发语音行走的步幅特征时，如图5所示，要求实验对象在出发前听实验人员发送的一段包含简单问题的语音，听完后出发，同时手指摁住屏幕下方的语音键，在回答上述语音问题的同时，在实验场地上行走，并留下成趟足迹。
Figure 5. Diagram of walking while sending voice messages
图5. 发语音行走示意图
在测量打电话行走的步幅特征时，如图6所示，要求实验对象向实验人员拨打电话，在实验人员接通后开始行进，在完成与实验人员的日常对话的同时在实验场地上行走，留下成趟足迹。
Figure 6. Diagram of walking while making a phone call
图6. 打电话行走示意图
2.3. 实验结果
Table 1. Experimental data for subject 1
表1. 实验对象1的实验数据
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
左步长/cm |
65.0 |
54.2 |
48.7 |
38.9 |
47.0 |
57.5 |
右步长/cm |
65.7 |
54.4 |
48.8 |
40.5 |
48.7 |
60.1 |
左步宽/cm |
4.6 |
4.5 |
3.9 |
3.9 |
6.2 |
5.6 |
右步宽/cm |
4.8 |
4.5 |
4.0 |
4.3 |
5.9 |
5.4 |
左步角/˚ |
10.0 |
13.0 |
13.3 |
9.3 |
12.7 |
12.7 |
右步角/˚ |
6.7 |
12.0 |
9.0 |
10.7 |
8.0 |
8.3 |
实验对象1年龄20周岁，男，身高175 cm，体重65 kg。表1显示，与正常行走的步长相比，实验对象1在各种使用手机行走的情况下步长均有减小，特别是双手打游戏行走的步长减小程度最大，同时惯用手看小说行走以及发语音行走时的步长减小程度也相对较大，推测与实验对象进行该项目时的专注度有关，实验对象对行为的专注度越高，其步长改变也就越大。另外，实验对象1在各种情况下右步长均略微大于左步长。
实验对象1在使用惯用手刷短视频、看小说时，步宽均有所减小，发语音行走、打电话行走时，步宽均有所增大。推测其在发语音行走以及打电话行走的过程中均有思考和言语交流的行为，使受试者保持平衡的任务变得更加困难，也可能导致保持平衡姿势相关的肌肉容易产生疲劳[5]，使得实验对象注意力分散，从而导致步宽增大。
与正常行走的步角相比，实验对象1在除双手打游戏以外的使用手机行走的情况下步角均增大，相比正常行走的右步角短于左步角，双手打游戏行走时，右步角增大，左步角减小，右步角长于左步角。
Table 2. Experimental data for subject 2
表2. 实验对象2的实验数据
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
左步长/cm |
81.9 |
65.9 |
57.1 |
52.1 |
58.0 |
63.7 |
右步长/cm |
81.3 |
67.0 |
63.9 |
55.6 |
59.0 |
65.4 |
左步宽/cm |
−2.2 |
2.1 |
−0.8 |
1.3 |
−1.3 |
−0.6 |
右步宽/cm |
−0.1 |
0.8 |
−0.4 |
1.6 |
−2.8 |
0.2 |
左步角/˚ |
2.7 |
13.0 |
8.3 |
10.3 |
9.0 |
10.0 |
右步角/˚ |
5.0 |
9.3 |
8.7 |
7.7 |
11.0 |
8.3 |
实验对象2年龄20岁，男，身高176 cm，体重66 kg。表2显示，和实验对象1相同，其在各种使用手机行走的情况下步长均短于正常行走状态下的步长，同样的，双手打游戏行走时的步长缩小程度最大，惯用手看小说行走以及发语音行走时的步长减小程度也相对较大。除正常行走的情况外，实验对象2的右步长也是均略大于左步长。
与实验对象1不同，实验对象2在使用惯用手刷短视频行走、双手打游戏行走以及打电话行走的过程中均有将搭跟步变为分跟步的结果，而看小说行走时步宽略微增大，发语音行走时呈现左步宽增大、右步宽减小的结果。
与正常行走所形成足迹的步角相比而言，使用手机的各种情况下行走时步角均增大，其中惯用手刷短视频时左右步角的变化程度最大。
Table 3. Experimental data for subject 3
表3. 实验对象3的实验数据
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
左步长/cm |
83.4 |
73.1 |
64.8 |
62.7 |
68.5 |
65.0 |
右步长/cm |
81.8 |
69.8 |
65.4 |
59.7 |
72.7 |
66.5 |
左步宽/cm |
4.5 |
3.7 |
4.5 |
4.8 |
4.4 |
4.2 |
右步宽/cm |
2.7 |
4.9 |
5.5 |
6.5 |
4.8 |
4.2 |
左步角/˚ |
9.3 |
9.3 |
11.0 |
8.7 |
7.7 |
8.0 |
右步角/˚ |
9.3 |
10.0 |
9.3 |
12.3 |
13.0 |
13.7 |
实验对象3年龄21岁，男，身高178 cm，体重68.5 kg。表3显示，与前两位实验对象不同的是，实验对象3的左右步长间的关系没有明确的规律可循；同样，他使用手机行走时的步长均小于正常行走的步长，以双手打游戏为减小程度最大。
实验对象3的步宽基本上呈现使用手机时左步宽不变或变小右步宽增大的规律，除了双手打游戏行走时二者均是变大。
值得注意的是，实验对象3使用手机时的左右步角较正常行走时相比呈现出一边增大、另一边减小或不变的规律，推测与其使用手机后持续关注屏幕偏离行走的直线有关。
实验对象4年龄21岁，男，身高180 cm，体重81 kg。表4显示，各种使用手机的状态下该名实验对象均出现了步长短于正常行走步长的情况，但不同的是，其减小幅度最大的是发语音行走时的步长，这与前几名实验对象不同，但其双手打游戏行走时的步长减小程度依旧很大。
Table 4. Experimental data for subject 4
表4. 实验对象4的实验数据
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
左步长/cm |
85.7 |
55.7 |
54.8 |
55.5 |
52.6 |
54.3 |
右步长/cm |
77.5 |
56.2 |
54.2 |
55.7 |
54.8 |
58.0 |
左步宽/cm |
5.6 |
2.9 |
5.2 |
5.0 |
2.0 |
2.7 |
右步宽/cm |
6.7 |
4.0 |
5.8 |
5.2 |
1.9 |
1.4 |
左步角/˚ |
11.7 |
13.7 |
19.0 |
14.7 |
16.0 |
19.7 |
右步角/˚ |
8.0 |
20.7 |
18.3 |
15.3 |
20.3 |
18.7 |
实验对象4在步宽方面均表现出使用手机行走时的步宽小于正常行走时的步宽，尤其是发语音行走以及打电话行走时的步宽减小程度最大。
相比正常行走时的左右步角，实验对象4在其他各种使用手机行走的情况下的左右步角均增大，在打电话行走的情况下步角增大了约一倍。
Table 5. Experimental data for subject 5
表5. 实验对象5的实验数据
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
左步长/cm |
71.7 |
62.3 |
64.1 |
56.8 |
67.4 |
68.6 |
右步长/cm |
73.7 |
65.8 |
65.8 |
63.1 |
66.7 |
68.4 |
左步宽/cm |
4.6 |
0.9 |
1.3 |
-0.5 |
0.3 |
0.4 |
右步宽/cm |
4.0 |
3.0 |
1.1 |
-0.6 |
1.2 |
2.8 |
左步角/˚ |
5.7 |
13.7 |
10.3 |
13.3 |
11.0 |
11.3 |
右步角/˚ |
11.0 |
13.3 |
10.3 |
9.0 |
10.0 |
10.7 |
实验对象5年龄21岁，男，身高176 cm，体重66 kg。表5显示，与前四名实验对象相同，该名实验对象在使用手机行走的情况下左右步长均短于正常行走的步长，且双手打游戏行走时左右步长减小幅度最大。
与实验对象4相同，实验对象5各种情况下的步宽均变小，甚至在双手打游戏行走的时候由原来正常行走时的分跟步变为搭跟步。
在使用惯用手刷短视频行走的情况下，实验对象5的左右步角均为增大且增大幅度最大，其余情况下均呈现左步角增大、右步角减小的规律。
2.4. 实验分析
将实验所得各组左右足的步长、步宽、步角数据分别、共同取平均数后，以正常行走为标准，计算使用手机行走的各种情况下，三种步幅数据平均值较正常行走数据的增减幅度，以百分比形式表示并保留两位小数，得到表6~8。
从表6中可以看出正常行走状态下平均左步长大于平均右步长，而使用手机行走时二者关系相反，推测这与使用手机后导致注意力分散以及身体力量分布改变有关。双手打游戏行走时的平均左右步长为各使用手机行走情况下最小的，与其需要高度集中的注意力有关，另外，同样是仅有信息输入的行为，看小说行走需要阅读、理解文字，较刷短视频行走的靠音频接收信息需要更高的注意力，故平均步长更小；同样是需要有言语输出的行为，推测发语音行走时需要更多言语输入，而在打电话行走时，会有靠听觉接受的过程，需要思考的专注度更低，故发语音行走的平均步长更小。
Table 6. Average step length and its fluctuation range
表6. 平均步长及其增减幅度
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
平均左步长/cm |
77.5 |
62.2 |
57.9 |
53.2 |
58.7 |
61.8 |
平均右步长/cm |
76.0 |
62.6 |
59.6 |
54.9 |
60.4 |
63.7 |
平均步长/cm |
76.8 |
62.4 |
58.8 |
54.1 |
59.6 |
62.8 |
平均左步长增减幅度 |
0 |
−19.70% |
−25.31% |
−31.33% |
−24.25% |
−20.23% |
平均右步长增减幅度 |
0 |
−17.57% |
−21.54% |
−27.75% |
−20.53% |
−16.20% |
平均步长增减幅度 |
0 |
−18.70% |
−23.49% |
−29.61% |
−22.46% |
−18.29% |
此外，经过计算步长的增减幅度，可以发现，双手打游戏行走的平均左右步长的减小幅度均为最大，而在各种使用手机行走的情况下，平均左步长的减小幅度均大于平均右步长5%以内；刷短视频行走、看小说行走、打游戏行走、发语音行走、打电话行走时平均步长均有不同程度的减小，其减小程度约在百分之十五到百分之三十之间，其中平均步长在看小说行走、双手打游戏行走以及发语音行走的情况下，步长减小幅度都相当大，都超过了20%，甚至在双手打游戏的情况下，减小达到29.61%，接近30%，而在单独每个实验对象的实验结果中，在使用手机行走的各种情况下，步长也均是明显小于正常行走状态下的步长，足以见得使用手机会使得步长小于正常行走时的步长。
Table 7. Average step width and its fluctuation range
表7. 平均步宽及其增减幅度
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
平均左步宽/cm |
3.4 |
2.8 |
2.8 |
2.9 |
2.3 |
2.5 |
平均右步宽/cm |
3.6 |
3.5 |
3.2 |
3.4 |
2.2 |
2.8 |
平均步宽/cm |
3.5 |
3.1 |
3.0 |
3.2 |
2.3 |
2.6 |
平均左步宽增减幅度 |
0 |
−16.86% |
−16.67% |
−14.51% |
−31.76% |
−27.45% |
平均右步宽增减幅度 |
0 |
−4.07% |
−10.74% |
−5.00% |
−38.15% |
−21.85% |
平均步宽增减幅度 |
0 |
−10.29% |
−13.62% |
−9.62% |
−35.05% |
−24.57% |
从表7中数据得出，使用手机行走后，平均左步宽、平均右步宽、平均步宽均小于正常行走时的步宽。除去发语音行走时左右步宽的平均值较为接近外，其余使用手机行走的情况下，平均右步宽均大于平均左步宽，这一结果与左右平均步长的大小关系相反。与步长一样，看小说、发语音行走的步宽因其注意力需求更大，比刷短视频、打电话行走的步宽小。
经过计算后得出，刷短视频行走、看小说行走、打游戏行走、发语音行走、打电话行走时平均步宽均有不同程度的减小，减小幅度位于百分之五至百分之四十之间。除发语音行走外，其余各情况下的平均左步宽减小幅度均大于平均右步宽5%以上，相差最多的是刷短视频行走时，左右步宽减小幅度相差12.79%。发语音行走和打电话行走时的平均步宽减小均超过20%，推测与其行走过程中注意力较为集中且有思考和言语输出的过程有关。
Table 8. Average step angle and its fluctuation range
表8. 平均步角及其增减幅度
|
正常行走 |
刷短视频行走 |
看小说行走 |
双手打游戏行走 |
发语音行走 |
打电话行走 |
平均左步角/˚ |
7.9 |
12.5 |
12.4 |
11.3 |
11.3 |
12.3 |
平均右步角/˚ |
8.0 |
13.1 |
11.1 |
11.0 |
12.5 |
11.9 |
平均步角/˚ |
7.9 |
12.8 |
11.8 |
11.1 |
11.9 |
12.1 |
平均左步角增减幅度 |
0 |
16.86% |
16.67% |
14.51% |
31.76% |
27.45% |
平均右步角增减幅度 |
0 |
4.07% |
10.74% |
5.00% |
38.15% |
21.85% |
平均步角增减幅度 |
0 |
10.29% |
13.62% |
9.62% |
35.05% |
24.57% |
表8中数据可以得出，使用手机行走后，平均左边步角、平均右步角、平均步角均大于正常行走时的步角大小，但是平均左、右步角的大小关系不定。
经过计算后得出，除去发语音行走时为左步角增加幅度小于右步角，其余各使用手机情况下，平均左步角的增加幅度均大于平均右步角约5%至15%。刷短视频行走、看小说行走、双手打游戏行走、发语音行走、打电话行走时平均步角均有大幅度增大，增大的幅度介于百分之四十到百分之六十五之间，比较步长和步宽的变化幅度更大，推测与其身体为了在视觉以及注意力的减弱情况下维持平衡，而相对增大步角有关，其中增幅最大的是惯用手刷短视频行走时，其大部分注意力用于收集手机上的视听信息，而使得步角增幅巨大。
2.5. 实验结论
根据实验结果显示，不同使用手机的方式对步幅特征产生了显著且多样的影响。总体而言，使用手机行走时，步长普遍减小，步宽也多数呈减小趋势，而步角则普遍增大。这些变化在不同实验对象间虽存在一定差异，但总体上呈现出一致的规律性。除去发语音行走外，其余各种使用手机行走的情况下，平均左右脚的步长、步宽数据的大小关系一定，且呈现出左脚步幅特征增减幅度均大于右脚。
无论是刷短视频、看小说、打游戏、发语音还是打电话，各种手机使用场景均导致步长显著缩短，其中双手打游戏对步长的影响最为显著，减小幅度接近30%。步宽方面，虽然不同手机使用场景对步宽的影响各异，但总体上仍呈现减小趋势，特别是在发语音和打电话时，步宽减小尤为明显。步角的变化则较为一致，所有手机使用场景均导致步角增大，这可能与使用手机时身体为了维持平衡而做出的自然调整有关。本实验仅测量三组足迹数据后取平均数，有些数据的误差比较大，即便是同一个人遗留的足迹，由于时间和场合的不同，也存在一定的差异[6]。故实验结论具有一定的偶然性，所归纳的规律也需要后续大量实验进行确证。
3. 结语
论文旨在探究行进中手机使用行为对步幅特征的影响，并分析不同使用手机方式对左右足步长、步宽、步角的影响程度。通过设计、进行实验以及分析、处理实验数据，我们发现：在不同使用手机行进的情况下，实验对象的步幅特征较自身都有明显变化，但个体与个体间的步幅特征变化差异较大；而这五名实验对象的平均左右步长、步宽整体上呈现左足略小于右足的状态，平均左右步幅特征的增减幅度基本呈现左足增减幅度大于右足。从整体而言，人在使用手机行走的过程中大多呈现步长减小、步宽减小、步角增大的趋势。论文研究也存在一定的局限性，例如：实验对象年龄分布较为单一，均为二十岁左右青年男性，结论难以推广至其余年龄段、性别个体，以及收集数据仅为三组步幅数据的平均值，具有一定的偶然性。这些局限性可能影响了我们对于使用手机行走步幅变化规律的理解，未来的研究将获取各年龄段、性别的实验对象的实验数据、以及收集其更为稳定的步幅数据，这将有助于得出更加全面的结论。
基金项目
江苏省大学生创新训练项目，使用手机行进对步幅特征影响研究(202410329049Y)。
NOTES
*通讯作者。