孫 勇 陳方園

一、研究背景與意義

在警犬進(jìn)行搜爆安檢作業(yè)時(shí)，判斷其發(fā)現(xiàn)目標(biāo)氣味的唯一方法即是犬的示警行為，在警犬進(jìn)行追蹤作業(yè)時(shí)，判斷其作業(yè)狀態(tài)依靠的是訓(xùn)導(dǎo)員對(duì)犬行為的觀察和經(jīng)驗(yàn)積累。警犬技術(shù)訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)使用的經(jīng)驗(yàn)證明，犬是動(dòng)物，和人一樣，有注意力的集中和分散狀態(tài)，警犬盡善盡美的表現(xiàn)需要良好的工作狀態(tài)。犬在工作中如果出現(xiàn)馬虎大意，輕則貽誤戰(zhàn)機(jī)，重則造成重大后果。在作業(yè)條件復(fù)雜的環(huán)境中，在持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)或內(nèi)容單調(diào)的工作中，警犬的嗅覺會(huì)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免這些情況，則要依靠訓(xùn)導(dǎo)員的經(jīng)驗(yàn)。研制一種警犬嗅探監(jiān)測(cè)裝置，攻關(guān)警犬清醒狀態(tài)下嗅覺行為監(jiān)控和表達(dá)，運(yùn)用可讀取和記錄數(shù)據(jù)的儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)警犬嗅覺作業(yè)，突破警犬的嗅認(rèn)狀態(tài)完全依靠人為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷的瓶頸，實(shí)現(xiàn)儀器報(bào)警與警犬示警同步，確保警犬執(zhí)行任務(wù)的可靠性，同時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)警犬工作中的假嗅、不嗅、漏嗅，防止出現(xiàn)漏搜、誤報(bào)等工作事故和失誤研究勢(shì)在必行。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在21世紀(jì)初，日本Y.Hirano等用腦電儀測(cè)定犬的嗅覺反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)腦電快波與氣味有正相關(guān)性，國內(nèi)王立光等用腦電研究警犬嗅覺功能測(cè)定方法，發(fā)現(xiàn)了警犬嗅覺與溫度、濕度、飽食度以及一天中不同時(shí)段等因素的相關(guān)性，以上研究需要在犬頭部預(yù)埋電位，有的則需要對(duì)犬進(jìn)行麻醉。2010年前后，國內(nèi)學(xué)者將氣流傳感器通過氣流導(dǎo)管與嗅吸氣罩連接來實(shí)現(xiàn)測(cè)試犬的鼻吸動(dòng)力，向測(cè)試清醒狀態(tài)下犬的嗅覺功能邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，但離實(shí)戰(zhàn)使用還有差距。

2014～2017年，本課題科研團(tuán)隊(duì)采用了以熱敏式風(fēng)速儀為主要元件測(cè)試警犬鼻吸氣流。該結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致口籠厚度較大，影響犬的嗅探習(xí)慣。而且傳感器內(nèi)采用加熱元件，溫度較高影響犬對(duì)氣味的判斷，溫度較低又會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)。也嘗試用轉(zhuǎn)子傳感器檢測(cè)氣流流速，但是扇片轉(zhuǎn)動(dòng)傳感導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸滯后，同時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性干擾了讀數(shù)的即時(shí)性和準(zhǔn)確率。

三、警犬吸氣頻率及深吸行為監(jiān)測(cè)裝置工作原理

綜上所述，課題組調(diào)整思路，研制一種警犬嗅探檢測(cè)裝置，通過吸氣頻率和吸氣時(shí)長(zhǎng)來監(jiān)測(cè)警犬嗅探行為。利用導(dǎo)電橡膠膜片和金屬箔開關(guān)構(gòu)成呼吸監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，再襯在特制警犬口籠內(nèi)外側(cè)即可。導(dǎo)電橡膠膜片構(gòu)成呼吸開關(guān)閥，金屬箔開關(guān)則用于監(jiān)測(cè)導(dǎo)電橡膠膜片的開關(guān)頻率和時(shí)長(zhǎng)。如此，即可將口籠的厚度降至與現(xiàn)有常用口籠幾乎一致的程度，從而避免對(duì)犬的嗅探習(xí)慣產(chǎn)生影響。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)對(duì)氣流沒有任何影響，避免影響氣流中氣味分子，使得監(jiān)測(cè)精度得到進(jìn)一步提高。如圖所示，圖1是整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中口籠本體中正視部分結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是橡膠薄膜與開關(guān)觸點(diǎn)組合形成的開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是檢測(cè)電路板結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是橡膠薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1～圖5所示，監(jiān)測(cè)器本體①和嵌在本體對(duì)應(yīng)警犬鼻子位置的呼吸檢測(cè)裝置，呼吸監(jiān)測(cè)裝置包括：監(jiān)測(cè)開關(guān)②、單片機(jī)和電池，監(jiān)測(cè)開關(guān)包括監(jiān)測(cè)電路板③和覆蓋在監(jiān)測(cè)電路板的橡膠薄膜④；監(jiān)測(cè)電路板中間具有立柱，橡膠薄膜套設(shè)在立柱上，并可沿著立柱移動(dòng)；監(jiān)測(cè)電路板上具有4個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)，橡膠薄膜朝向監(jiān)測(cè)電路板的一面涂覆有導(dǎo)電層，橡膠薄膜與開關(guān)觸點(diǎn)組合形成開關(guān)；監(jiān)測(cè)電路板上還具有若干通孔；監(jiān)測(cè)開關(guān)連接單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)的輸出端通過無線信號(hào)連接至少一個(gè)終端，終端上具有屏幕。

圖 1：整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2：圖1中監(jiān)測(cè)器本體中正視部分結(jié)構(gòu)示意圖（①為監(jiān)測(cè)器本體；②為監(jiān)測(cè)開關(guān)）

圖3：橡膠薄膜與開關(guān)觸點(diǎn)組合形成的開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖（③為監(jiān)測(cè)電路板，④為橡膠薄膜）

圖 4：檢測(cè)電路板結(jié)構(gòu)示意圖

圖 5：橡膠薄膜結(jié)構(gòu)示意圖

橡膠薄膜與檢測(cè)電路板形成類似呼吸閥的作用，在警犬吸氣時(shí)，橡膠薄膜被從檢測(cè)電路板通過的氣體帶動(dòng)，而吸附在檢測(cè)電路板上，開關(guān)觸點(diǎn)導(dǎo)通，單片機(jī)監(jiān)測(cè)到后，即可進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，而后單片機(jī)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)數(shù)量，計(jì)算出犬的呼吸頻率，通過無線信號(hào)發(fā)送至人員的手持終端中，該手持終端可以是具有無線連接功能的手機(jī)、平板電腦，或者其他自制或采購設(shè)備，只要能夠滿足無線傳輸協(xié)議即可。而無線傳輸協(xié)議可以采用藍(lán)牙、WiFi、近場(chǎng)無線電等多種現(xiàn)有技術(shù)，其效果并無不同。

由于橡膠薄膜本身重量極低，驅(qū)動(dòng)其移動(dòng)的氣流非常微小，因此，開放式的口籠即可，從而避免采用全封閉設(shè)計(jì)，影響犬對(duì)氣味的判斷。為了避免因警犬的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致橡膠薄膜不規(guī)則抖動(dòng)的影響，4個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)相互串聯(lián)，這樣，只有4個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)全部被導(dǎo)通才能被計(jì)為一次有效吸氣。為了防止水汽導(dǎo)致金屬氧化失去導(dǎo)電能力，開關(guān)觸點(diǎn)表面覆金，導(dǎo)電層同樣為金制。監(jiān)測(cè)器與平時(shí)犬所帶的常規(guī)口籠并無太大差異，而犬在日常的訓(xùn)練和工作中，已經(jīng)完全適應(yīng)了常規(guī)口籠。因此，本監(jiān)測(cè)器完全符合犬的行為習(xí)慣，其透氣性也與常規(guī)口籠一致，不干擾犬的嗅探動(dòng)作，也不會(huì)降低犬的氣體吸入量。訓(xùn)導(dǎo)員可以直接通過手持終端讀取到犬的呼吸頻率及其變化，從而更客觀地監(jiān)測(cè)犬的嗅探行為，避免主觀臆斷，馬虎忽略，提高識(shí)別效率。

四、應(yīng)用方法

（一）單犬應(yīng)用數(shù)據(jù)累積和程序設(shè)定

在警犬嗅覺作業(yè)過程中，正常的嗅探行為，警犬的呼吸頻率是正常的。嗅探到目標(biāo)氣味時(shí)，警犬的嗅探行為出現(xiàn)變化，表現(xiàn)在頻率極速增強(qiáng)，或吸氣時(shí)間突然加長(zhǎng)，隨后出現(xiàn)示警行為。檢測(cè)器接收到頻率異常信號(hào)，編程為報(bào)警信號(hào)。

（二）判定警犬發(fā)現(xiàn)目標(biāo)氣味

嗅探監(jiān)測(cè)器編程完畢，每一個(gè)嗅探監(jiān)測(cè)器對(duì)應(yīng)相應(yīng)的警犬。警犬配戴監(jiān)測(cè)器進(jìn)行搜爆安檢作業(yè)、緝毒作業(yè)、血跡和物證搜索作業(yè)、人體氣味鑒別作業(yè)等，以警犬示警行為和監(jiān)測(cè)器報(bào)警判定警犬發(fā)現(xiàn)目標(biāo)氣味。

（三）判定警犬真嗅和假嗅行為

警犬配戴監(jiān)測(cè)器進(jìn)行嗅嗅源作業(yè)，當(dāng)訓(xùn)導(dǎo)員下令警犬嗅嗅源同時(shí)，監(jiān)測(cè)器報(bào)警，判定警犬真嗅，充分感受嗅源。監(jiān)測(cè)器無讀數(shù)，排除設(shè)備故障因素，判定警犬假嗅。警犬配戴監(jiān)測(cè)器進(jìn)行搜爆安檢作業(yè)、緝毒作業(yè)、血跡和物證搜索作業(yè)、人體氣味鑒別作業(yè)時(shí)，警犬示警，監(jiān)測(cè)器無報(bào)警，排除設(shè)備故障因素，判定警犬可能錯(cuò)誤示警，需要分析警犬示警原因。

（四）判定警犬漏搜行為

警犬無示警行為，但監(jiān)測(cè)器報(bào)警，應(yīng)指揮警犬重新嗅聞路過區(qū)域，防止警犬因興奮而忘記示警。警犬表現(xiàn)出嗅聞行為，但監(jiān)測(cè)器無讀數(shù)，應(yīng)指揮警犬重新嗅聞路過區(qū)域，防止警犬漏搜。

（五）警犬追蹤作業(yè)

應(yīng)將警犬的把線行為與監(jiān)測(cè)器讀數(shù)綜合考量，確定警犬追蹤作業(yè)是否正確。

監(jiān)測(cè)器的使用要結(jié)合警犬日常訓(xùn)練和實(shí)踐行為不斷調(diào)試，增強(qiáng)警犬捕獲氣味敏銳示警和準(zhǔn)確率，突出首發(fā)命中能力，通過分析存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，客觀施訓(xùn)，科學(xué)使用，實(shí)現(xiàn)警犬技術(shù)專業(yè)化、規(guī)范化和實(shí)戰(zhàn)化建設(shè)。