案犯走后，张丽挣扎着解开绑绳，抱着哭泣的女儿拨通了报警电话。侦查人员赶到现场后，发现了更多有价值的线索。案犯是通过卸下房门玻璃的方式进入室内的，并且在作案前掐断了电话线，显然具有一定的反侦查意识。被害人回忆，案犯年龄大约40岁左右，身高1米72上下，方脸，手大肉厚，身体很健壮，说话带有通辽或阜新一带的口音，身上有明显的异味，嘴里的酒气很重。
这起案件的作案手法与2000年杨林子村的案件高度相似：都是凌晨作案，目标都是平房区，都使用手电筒照射被害人眼睛进行威胁，都有捆绑被害人的行为，作案后都抢劫少量现金和财物。辽阳警方立刻将两起案件串并侦查，判断是同一人所为。然而，就在警方加大侦查力度时，周边地区又接连发生了多起类似案件，仅在辽阳地区，短短几个月内就有五起报案，作案手法如出一辙。
侦查人员对所有案件进行梳理后，总结出了案犯的作案模式：作案时间固定在凌晨零点至四点之间，这个时间段是人体睡眠最深沉的时刻，反抗能力最弱；作案地点均选择平房区，因为平房易于通过卸玻璃、撬门等方式进入，且逃生路线灵活；作案目标优先选择家中没有男性的住户，若发现家中有男性，则仅实施盗窃后迅速离开，若没有男性，则会实施强奸行为，尤其偏好侵害未成年女性；作案工具多为随身携带的刀具、手电筒、绑绳，或就地取材使用被害人家里的鞋带、电线等；作案后仅抢劫少量现金和便于携带的财物，不恋战，迅速撤离。
除了作案模式，案犯的个人特征也逐渐清晰起来。根据多名被害人的描述，案犯为单人作案，年龄在40岁左右，身高1米72左右，方脸，体格健壮，手部较大且厚实；作案时通常穿着米色夹克衫、浅色汗衫，有时会穿深色半大衣和深色裤子；身上有明显异味，推测个人卫生条件较差；作案时经常带有酒气，且在现场有饮水、进食甚至排便等行为，显得十分随意；个别案件的目击者反映，案犯作案后骑一辆28型自行车逃离。
更重要的是，现场勘查人员在多起案件中提取到了关键物证。在2001年9月19日、2002年11月16日、2003年11月4日的三起案件现场，提取到了案犯的生物检材；在2001年12月25日和2003年11月4日的案件现场，提取到了一枚清晰的指纹。这些物证成为了日后确认案犯身份的关键，但在当时，由于指纹库信息有限，生物检材比对技术也不够发达，暂时无法直接锁定嫌疑人。
为了尽快侦破案件，辽阳警方成立了以刑侦支队副支队长为组长的专案组，对案犯的身份和落脚点展开全面分析。专案组通过对案件细节的研判，得出了一系列初步结论。首先，案犯极有可能是农村人，且长期单独作案。从案犯的穿着打扮来看，其衣物档次较低，行为习惯也比较粗糙，见饮料就喝、见水果就吃，连手帕这种小物件都会顺手拿走，这些特征都符合经济条件较差、没有固定收入来源的农村人员的生活习性。同时，案犯在多起案件中都表现出独来独往的特点，从未有同伙出现，说明其性格可能比较孤僻，不擅长与人合作。
其次，案犯的籍贯很可能是内蒙古通辽市，且与辽宁阜新地区有较深的社会关系。专案组通过与周边县市公安机关联系，发现类似案件在阜新、葫芦岛等地均有发生，而在内蒙古通辽市的发案数量最多。更关键的是，案犯在不同地区的作案行为存在明显差异：在辽阳作案时，主要抢劫现金和贵重首饰，很少拿大件物品；而在通辽作案时，不仅抢劫财物，还会将被害人的衣物、食品、生活用品等全部带走。这种差异表明，通辽很可能是案犯的居住地，他在老家作案时更加肆无忌惮，也更需要生活用品；而在辽阳等外地作案时，更注重财物的便携性，以便快速逃离。
进一步的时间线分析更印证了这一判断。2002年1月19日至2月8日，正值春节期间，案犯在阜新连续作案六起；2003年1月7日至6月25日，又是春节前后，案犯再次在阜新作案16起。尤其是2003年上半年非典疫情期间，各地都采取了严格的人员流动管控措施，案犯却能在阜新频繁作案，说明他在当地有相对固定的落脚点，且有熟人提供掩护，社会关系比较深厚。
再次，案犯具有丰富的犯罪经验，但极有可能从未被公安机关打击处理过。从作案手法来看，案犯撬门、卸玻璃的技巧十分娴熟，进入室内后分工明确，威胁、捆绑、抢劫、强奸等环节一气呵成，显然是惯犯。但奇怪的是，案犯在多起案件中都没有刻意隐藏自己的痕迹，甚至在现场留下了指纹和生物检材，这种“大胆”的行为让专案组感到困惑。经过反复讨论，专案组认为，案犯之所以如此肆无忌惮，很可能是因为他之前的犯罪行为从未被警方发现，没有留下案底，因此不担心指纹等物证会暴露自己的身份。
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