實時監(jiān)測警犬嗅探行為的裝置和使用方法探析

孫 勇 陳方園

一、研究背景與意義

在警犬進行搜爆安檢作業(yè)時，判斷其發(fā)現(xiàn)目標氣味的唯一方法即是犬的示警行為，在警犬進行追蹤作業(yè)時，判斷其作業(yè)狀態(tài)依靠的是訓導員對犬行為的觀察和經(jīng)驗積累。警犬技術訓練和實戰(zhàn)使用的經(jīng)驗證明，犬是動物，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，重則造成重大后果。在作業(yè)條件復雜的環(huán)境中，在持續(xù)時間長或內(nèi)容單調(diào)的工作中，警犬的嗅覺會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，如何及時發(fā)現(xiàn)和避免這些情況，則要依靠訓導員的經(jīng)驗。研制一種警犬嗅探監(jiān)測裝置，攻關警犬清醒狀態(tài)下嗅覺行為監(jiān)控和表達，運用可讀取和記錄數(shù)據(jù)的儀表實時監(jiān)測警犬嗅覺作業(yè)，突破警犬的嗅認狀態(tài)完全依靠人為經(jīng)驗進行主觀判斷的瓶頸，實現(xiàn)儀器報警與警犬示警同步，確保警犬執(zhí)行任務的可靠性，同時及時發(fā)現(xiàn)警犬工作中的假嗅、不嗅、漏嗅，防止出現(xiàn)漏搜、誤報等工作事故和失誤研究勢在必行。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在21世紀初，日本Y.Hirano等用腦電儀測定犬的嗅覺反應，發(fā)現(xiàn)腦電快波與氣味有正相關性，國內(nèi)王立光等用腦電研究警犬嗅覺功能測定方法，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段等因素的相關性，以上研究需要在犬頭部預埋電位，有的則需要對犬進行麻醉。2010年前后，國內(nèi)學者將氣流傳感器通過氣流導管與嗅吸氣罩連接來實現(xiàn)測試犬的鼻吸動力，向測試清醒狀態(tài)下犬的嗅覺功能邁出了堅實的一步，但離實戰(zhàn)使用還有差距。

2014～2017年，本課題科研團隊采用了以熱敏式風速儀為主要元件測試警犬鼻吸氣流。該結(jié)構較為復雜，導致口籠厚度較大，影響犬的嗅探習慣。而且傳感器內(nèi)采用加熱元件，溫度較高影響犬對氣味的判斷，溫度較低又會導致監(jiān)測不準。也嘗試用轉(zhuǎn)子傳感器檢測氣流流速，但是扇片轉(zhuǎn)動傳感導致數(shù)據(jù)傳輸滯后，同時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣性干擾了讀數(shù)的即時性和準確率。

三、警犬吸氣頻率及深吸行為監(jiān)測裝置工作原理

綜上所述，課題組調(diào)整思路，研制一種警犬嗅探檢測裝置，通過吸氣頻率和吸氣時長來監(jiān)測警犬嗅探行為。利用導電橡膠膜片和金屬箔開關構成呼吸監(jiān)測結(jié)構，再襯在特制警犬口籠內(nèi)外側(cè)即可。導電橡膠膜片構成呼吸開關閥，金屬箔開關則用于監(jiān)測導電橡膠膜片的開關頻率和時長。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，從而避免對犬的嗅探習慣產(chǎn)生影響。同時，該結(jié)構對氣流沒有任何影響，避免影響氣流中氣味分子，使得監(jiān)測精度得到進一步提高。如圖所示，圖1是整體結(jié)構示意圖，圖2是圖1中口籠本體中正視部分結(jié)構示意圖，圖3是橡膠薄膜與開關觸點組合形成的開關結(jié)構示意圖，圖4是檢測電路板結(jié)構示意圖，圖5是橡膠薄膜結(jié)構示意圖。

如圖1～圖5所示，監(jiān)測器本體①和嵌在本體對應警犬鼻子位置的呼吸檢測裝置，呼吸監(jiān)測裝置包括：監(jiān)測開關②、單片機和電池，監(jiān)測開關包括監(jiān)測電路板③和覆蓋在監(jiān)測電路板的橡膠薄膜④；監(jiān)測電路板中間具有立柱，橡膠薄膜套設在立柱上，并可沿著立柱移動；監(jiān)測電路板上具有4個開關觸點，橡膠薄膜朝向監(jiān)測電路板的一面涂覆有導電層，橡膠薄膜與開關觸點組合形成開關；監(jiān)測電路板上還具有若干通孔；監(jiān)測開關連接單片機的輸入端，單片機的輸出端通過無線信號連接至少一個終端，終端上具有屏幕。

圖 1：整體結(jié)構示意圖

圖 2：圖1中監(jiān)測器本體中正視部分結(jié)構示意圖（①為監(jiān)測器本體；②為監(jiān)測開關）

圖3：橡膠薄膜與開關觸點組合形成的開關結(jié)構示意圖（③為監(jiān)測電路板，④為橡膠薄膜）

圖 4：檢測電路板結(jié)構示意圖

圖 5：橡膠薄膜結(jié)構示意圖

橡膠薄膜與檢測電路板形成類似呼吸閥的作用，在警犬吸氣時，橡膠薄膜被從檢測電路板通過的氣體帶動，而吸附在檢測電路板上，開關觸點導通，單片機監(jiān)測到后，即可進行一次計數(shù)，而后單片機根據(jù)單位時間內(nèi)的計數(shù)數(shù)量，計算出犬的呼吸頻率，通過無線信號發(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、平板電腦，或者其他自制或采購設備，只要能夠滿足無線傳輸協(xié)議即可。而無線傳輸協(xié)議可以采用藍牙、WiFi、近場無線電等多種現(xiàn)有技術，其效果并無不同。

由于橡膠薄膜本身重量極低，驅(qū)動其移動的氣流非常微小，因此，開放式的口籠即可，從而避免采用全封閉設計，影響犬對氣味的判斷。為了避免因警犬的運動導致橡膠薄膜不規(guī)則抖動的影響，4個開關觸點相互串聯(lián)，這樣，只有4個開關觸點全部被導通才能被計為一次有效吸氣。為了防止水汽導致金屬氧化失去導電能力，開關觸點表面覆金，導電層同樣為金制。監(jiān)測器與平時犬所帶的常規(guī)口籠并無太大差異，而犬在日常的訓練和工作中，已經(jīng)完全適應了常規(guī)口籠。因此，本監(jiān)測器完全符合犬的行為習慣，其透氣性也與常規(guī)口籠一致，不干擾犬的嗅探動作，也不會降低犬的氣體吸入量。訓導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)測犬的嗅探行為，避免主觀臆斷，馬虎忽略，提高識別效率。

四、應用方法

（一）單犬應用數(shù)據(jù)累積和程序設定

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。嗅探到目標氣味時，警犬的嗅探行為出現(xiàn)變化，表現(xiàn)在頻率極速增強，或吸氣時間突然加長，隨后出現(xiàn)示警行為。檢測器接收到頻率異常信號，編程為報警信號。

（二）判定警犬發(fā)現(xiàn)目標氣味

嗅探監(jiān)測器編程完畢，每一個嗅探監(jiān)測器對應相應的警犬。警犬配戴監(jiān)測器進行搜爆安檢作業(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)測器報警判定警犬發(fā)現(xiàn)目標氣味。

（三）判定警犬真嗅和假嗅行為

警犬配戴監(jiān)測器進行嗅嗅源作業(yè)，當訓導員下令警犬嗅嗅源同時，監(jiān)測器報警，判定警犬真嗅，充分感受嗅源。監(jiān)測器無讀數(shù)，排除設備故障因素，判定警犬假嗅。警犬配戴監(jiān)測器進行搜爆安檢作業(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，警犬示警，監(jiān)測器無報警，排除設備故障因素，判定警犬可能錯誤示警，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)測器報警，應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)測器無讀數(shù)，應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)

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

監(jiān)測器的使用要結(jié)合警犬日常訓練和實踐行為不斷調(diào)試，增強警犬捕獲氣味敏銳示警和準確率，突出首發(fā)命中能力，通過分析存儲數(shù)據(jù)，客觀施訓，科學使用，實現(xiàn)警犬技術專業(yè)化、規(guī)范化和實戰(zhàn)化建設。