实时监测警犬嗅探行为的装置和使用方法探析

孙 勇 陈方园

一、研究背景与意义

在警犬进行搜爆安检作业时，判断其发现目标气味的唯一方法即是犬的示警行为，在警犬进行追踪作业时，判断其作业状态依靠的是训导员对犬行为的观察和经验积累。警犬技术训练和实战使用的经验证明，犬是动物，和人一样，有注意力的集中和分散状态，警犬尽善尽美的表现需要良好的工作状态。犬在工作中如果出现马虎大意，轻则贻误战机，重则造成重大后果。在作业条件复杂的环境中，在持续时间长或内容单调的工作中，警犬的嗅觉会出现疲劳现象，如何及时发现和避免这些情况，则要依靠训导员的经验。研制一种警犬嗅探监测装置，攻关警犬清醒状态下嗅觉行为监控和表达，运用可读取和记录数据的仪表实时监测警犬嗅觉作业，突破警犬的嗅认状态完全依靠人为经验进行主观判断的瓶颈，实现仪器报警与警犬示警同步，确保警犬执行任务的可靠性，同时及时发现警犬工作中的假嗅、不嗅、漏嗅，防止出现漏搜、误报等工作事故和失误研究势在必行。

二、国内外研究现状

早在21世纪初，日本Y.Hirano等用脑电仪测定犬的嗅觉反应，发现脑电快波与气味有正相关性，国内王立光等用脑电研究警犬嗅觉功能测定方法，发现了警犬嗅觉与温度、湿度、饱食度以及一天中不同时段等因素的相关性，以上研究需要在犬头部预埋电位，有的则需要对犬进行麻醉。2010年前后，国内学者将气流传感器通过气流导管与嗅吸气罩连接来实现测试犬的鼻吸动力，向测试清醒状态下犬的嗅觉功能迈出了坚实的一步，但离实战使用还有差距。

2014～2017年，本课题科研团队采用了以热敏式风速仪为主要元件测试警犬鼻吸气流。该结构较为复杂，导致口笼厚度较大，影响犬的嗅探习惯。而且传感器内采用加热元件，温度较高影响犬对气味的判断，温度较低又会导致监测不准。也尝试用转子传感器检测气流流速，但是扇片转动传感导致数据传输滞后，同时转子的转动惯性干扰了读数的即时性和准确率。

三、警犬吸气频率及深吸行为监测装置工作原理

综上所述，课题组调整思路，研制一种警犬嗅探检测装置，通过吸气频率和吸气时长来监测警犬嗅探行为。利用导电橡胶膜片和金属箔开关构成呼吸监测结构，再衬在特制警犬口笼内外侧即可。导电橡胶膜片构成呼吸开关阀，金属箔开关则用于监测导电橡胶膜片的开关频率和时长。如此，即可将口笼的厚度降至与现有常用口笼几乎一致的程度，从而避免对犬的嗅探习惯产生影响。同时，该结构对气流没有任何影响，避免影响气流中气味分子，使得监测精度得到进一步提高。如图所示，图1是整体结构示意图，图2是图1中口笼本体中正视部分结构示意图，图3是橡胶薄膜与开关触点组合形成的开关结构示意图，图4是检测电路板结构示意图，图5是橡胶薄膜结构示意图。

如图1～图5所示，监测器本体①和嵌在本体对应警犬鼻子位置的呼吸检测装置，呼吸监测装置包括：监测开关②、单片机和电池，监测开关包括监测电路板③和覆盖在监测电路板的橡胶薄膜④；监测电路板中间具有立柱，橡胶薄膜套设在立柱上，并可沿着立柱移动；监测电路板上具有4个开关触点，橡胶薄膜朝向监测电路板的一面涂覆有导电层，橡胶薄膜与开关触点组合形成开关；监测电路板上还具有若干通孔；监测开关连接单片机的输入端，单片机的输出端通过无线信号连接至少一个终端，终端上具有屏幕。

图 1：整体结构示意图

图 2：图1中监测器本体中正视部分结构示意图（①为监测器本体；②为监测开关）

图3：橡胶薄膜与开关触点组合形成的开关结构示意图（③为监测电路板，④为橡胶薄膜）

图 4：检测电路板结构示意图

图 5：橡胶薄膜结构示意图

橡胶薄膜与检测电路板形成类似呼吸阀的作用，在警犬吸气时，橡胶薄膜被从检测电路板通过的气体带动，而吸附在检测电路板上，开关触点导通，单片机监测到后，即可进行一次计数，而后单片机根据单位时间内的计数数量，计算出犬的呼吸频率，通过无线信号发送至人员的手持终端中，该手持终端可以是具有无线连接功能的手机、平板电脑，或者其他自制或采购设备，只要能够满足无线传输协议即可。而无线传输协议可以采用蓝牙、WiFi、近场无线电等多种现有技术，其效果并无不同。

由于橡胶薄膜本身重量极低，驱动其移动的气流非常微小，因此，开放式的口笼即可，从而避免采用全封闭设计，影响犬对气味的判断。为了避免因警犬的运动导致橡胶薄膜不规则抖动的影响，4个开关触点相互串联，这样，只有4个开关触点全部被导通才能被计为一次有效吸气。为了防止水汽导致金属氧化失去导电能力，开关触点表面覆金，导电层同样为金制。监测器与平时犬所带的常规口笼并无太大差异，而犬在日常的训练和工作中，已经完全适应了常规口笼。因此，本监测器完全符合犬的行为习惯，其透气性也与常规口笼一致，不干扰犬的嗅探动作，也不会降低犬的气体吸入量。训导员可以直接通过手持终端读取到犬的呼吸频率及其变化，从而更客观地监测犬的嗅探行为，避免主观臆断，马虎忽略，提高识别效率。

四、应用方法

（一）单犬应用数据累积和程序设定

在警犬嗅觉作业过程中，正常的嗅探行为，警犬的呼吸频率是正常的。嗅探到目标气味时，警犬的嗅探行为出现变化，表现在频率极速增强，或吸气时间突然加长，随后出现示警行为。检测器接收到频率异常信号，编程为报警信号。

（二）判定警犬发现目标气味

嗅探监测器编程完毕，每一个嗅探监测器对应相应的警犬。警犬配戴监测器进行搜爆安检作业、缉毒作业、血迹和物证搜索作业、人体气味鉴别作业等，以警犬示警行为和监测器报警判定警犬发现目标气味。

（三）判定警犬真嗅和假嗅行为

警犬配戴监测器进行嗅嗅源作业，当训导员下令警犬嗅嗅源同时，监测器报警，判定警犬真嗅，充分感受嗅源。监测器无读数，排除设备故障因素，判定警犬假嗅。警犬配戴监测器进行搜爆安检作业、缉毒作业、血迹和物证搜索作业、人体气味鉴别作业时，警犬示警，监测器无报警，排除设备故障因素，判定警犬可能错误示警，需要分析警犬示警原因。

（四）判定警犬漏搜行为

警犬无示警行为，但监测器报警，应指挥警犬重新嗅闻路过区域，防止警犬因兴奋而忘记示警。警犬表现出嗅闻行为，但监测器无读数，应指挥警犬重新嗅闻路过区域，防止警犬漏搜。

（五）警犬追踪作业

应将警犬的把线行为与监测器读数综合考量，确定警犬追踪作业是否正确。

监测器的使用要结合警犬日常训练和实践行为不断调试，增强警犬捕获气味敏锐示警和准确率，突出首发命中能力，通过分析存储数据，客观施训，科学使用，实现警犬技术专业化、规范化和实战化建设。