可拓理論在催淚彈煙幕擴散效能評估中的應用*

商保利，呂 超，張 宇

（1.武警士官學校，杭州 310000；2.武警江蘇總隊，南京 210000）

0 引言

催淚彈在處置大規(guī)模群體性事件或解救人質行動中發(fā)揮著重要作用。其作用效果與空氣中的氣溶膠濃度有關，濃度越大，刺激效果越強烈，作戰(zhàn)效能越好。國內外專家學者對非致命彈藥的煙幕擴散效應進行了一些研究并取得了一定的成果。見文獻［1-5］。

可拓理論是以矛盾問題為研究對象，以矛盾問題的智能化處理為主要研究內容，以可拓方法論為主要研究方法的一門新興學科，對現(xiàn)代科學的發(fā)展具有重要意義?？赏乩碚撛谘b備效能評估方面具有較好的優(yōu)勢，不少專家，學者已將可拓理論應用于裝備的效能評估。

這些研究對催淚彈煙幕擴散效能研究具有一定的借鑒意義。而事實上，催淚彈的使用具有其特殊性，使用研究復雜多變，特別是煙幕擴散過程，涉及因素多，例如煙幕擴散粒徑、濃度的動態(tài)分布，不同工況下的釋放情況、作用時間和實際作用范圍等問題，這些問題是影響催淚彈擴散效能和戰(zhàn)術效果的重要因素?？茖W有效地進行催淚彈的作戰(zhàn)效能評估，具有一定的實際意義。

1 煙幕擴散效能指標體系的建立

1.1 指標建立的原則

評估的目的是用來給決策者提供決心依據(jù)，因此，越詳細越具體的評估指標對決心意圖越有幫助。但指標的個數(shù)越多，計算的工作量也就越多，指標聚合的難度也越大，因此，指標的個數(shù)不能過多；個數(shù)過少又不能完全反映任務真實情況，也不符合評估的要求。結合煙幕擴散的實際情況，指標的建立應符合如下原則：

1）完整性：所建立的指標體系必須包括所有關鍵因素。

2）完全獨立性：獨立性與完整性相對，指標體系涵蓋所有內容，但各指標之間盡量避免重疊部分。如果有重疊部分就相當于把某個重疊的指標多次評估，人為地增加了這個指標的權重。

3）極小性：既定條件下，用最少的指標數(shù)最清楚地表達問題。

4）客觀性：提取的指標必須符合客觀實際，不能圖方便使用與客觀事實不相符的指標。

5）可量化性：盡量提取可以量化的指標，以定量指標為主，確實無法使用定量指標的可以采用定性指標。定量指標的取值應盡量使用實驗測量的結果，降低主觀因素的干擾。

6）普遍適用性：同一個問題的評估指標應該具有一定的普遍適用性，便于比較和尋找普遍規(guī)律。

1.2 確定指標體系

根據(jù)實驗對催淚煙幕的測量結果，結合煙幕的實際使用環(huán)境和任務需求，遵循指標確立的原則，以可拓理論為基礎，把煙幕擴散效能作為基元，根據(jù)“一對象多征”的發(fā)散性得出各層指標，建立一個多層級的煙幕擴散效能評估的指標體系，如圖1 所示。

圖1 煙幕擴散指標體系

1）作用時限：催淚煙幕的作用時限包括起效時間和作用時間兩個次級指標。催淚彈的任務環(huán)境不是復雜多變就是情況緊急，點滴的時間都有可能導致局勢不同的走向，面對強對抗強暴力的情形，要求催淚煙幕起效快作用快，突出一個“快”的特點。

起效時間是指煙幕從彈體中噴出到能引起人體刺激效果的最低濃度值所用的時間，屬于成本型指標，數(shù)值越小越有利。

作用時間是指煙幕從能引起人體刺激效果到消散至無法引起人體刺激效果最低濃度值所持續(xù)的時間，屬于效益型指標，數(shù)值越大越有利。

2）作用范圍：催淚煙幕的作用范圍包括擴散范圍和有效范圍兩個次級指標，都屬于效益型指標，數(shù)值越大越有利。催淚煙幕在自身和外部環(huán)境的作用下向四周擴散，煙幕產生刺激效果需要催淚顆粒濃度達到一定的累積，因此，煙幕的作用范圍也就是煙幕濃度分布的范圍。

擴散范圍是指煙幕釋放后擴散至能夠檢測到煙幕顆粒的最大范圍，但這樣的數(shù)據(jù)并沒有實際的意義。文中定義的擴散范圍指能夠引起人體刺激效果的最低濃度值的范圍，即濃度值是50 μg/m的范圍。

有效范圍指普通人1 min 不可耐受的最低濃度的范圍，即濃度值是1 mg/m的范圍。

3）作用效果：煙幕的作用效果包括非致命性、刺激效應和粒徑分布3 個刺激指標。催淚煙幕的作用效果與刺激效應和粒徑分布有關，同時受到非致命性的制約。催淚煙幕的作用效果是指煙幕是如何對人體產生作用的，人體接觸煙幕后會產生怎樣的刺激效果，對人體產生何種反應，離開煙幕后人體又會留下什么樣的后果。

非致命性是作用效果的前提，人體吸入催淚煙幕后不能致命，或者致命的劑量很高，正常情況下不能達到。人體吸入CS 的半數(shù)失能劑量是20 mg/（m·min），半數(shù)死亡劑量約為62 000 mg/（m·min），半數(shù)死亡劑量是半數(shù)失能劑量的3 000 多倍，非致命性較好。

刺激效應指催淚煙幕對人體的刺激效果，主要是作用人的眼睛、呼吸道和皮膚等部位，接觸后效果明顯，離開5 min～10 min 后癥狀消失。

粒徑分布主要指的是容易被人體吸入的粒徑分布。直徑1 μm～5 μm 的顆粒最易被機體吸收，直徑大于60 μm 的顆粒只能附著在鼻腔，直徑大于15 μm 的顆粒附著于上呼吸道，直徑大于10 μm 的顆粒在氣管上產生作用，無法進入肺泡。

2 煙幕擴散效能評估分析

2.1 評估模型的構建

煙幕擴散的評估是兩方面的綜合結果，既要涉及煙幕本身性質的因素，也要考慮外部環(huán)境和人員活動的影響，隨任務情況不同而發(fā)生變化，煙幕擴散效能的評估是個動態(tài)的過程。通常用來評估效能的方法有：層次分析法、指數(shù)法、模糊綜合評估法等，本文根據(jù)評估的動態(tài)特征選用可拓理論作為評估模型。

可拓理論以物元作為基本單位，把定量和定性相結合的方法解決實際問題，把事物、事物特征和相應的量值結合成整體來研究。依據(jù)物元理論把有序的三元組合R=（N，C，V）作為煙幕擴散效能研究的基本元，N 是煙幕擴散效能的信息物元，C 是擴散效能的各指標，V 是各指標對應的值。數(shù)學形式如下：

2.1.1 確定評估等級

為了使評估結果便于區(qū)分，更貼切實際情況，以實驗測量數(shù)據(jù)為基礎分成5 個不同等級，分別為很好、較好、一般、較差、很差。

2.1.2 確定經典域

根據(jù)劃分的等級標準，可以得到研究對象的經典域：

其中，N（j=1，2，…，m）是劃分的評估等級，文中m=5；C是效能評估的第i 指標（i=1，2，…，n）；C（k=1，2，…，n）是C的第C個下層指標；V=＜a，b＞是第C個指標對應的不同等級的取值范圍。

2.1.3 確定節(jié)域

節(jié)域是擴散效能各指標所有等級的值域：

其中，P 是物元系統(tǒng)指標體系所有等級；V=＜a，b＞是指標規(guī)定的C的值域，也就是P 的節(jié)域。

2.1.4 確定待評物元

將待評物元測量的數(shù)據(jù)用物元表示，即各指標值用物元表示：

其中，S 是待評對象，C是S 關于C的量值，也就是各指標取值。

2.1.5 單指標關聯(lián)度

單指標關聯(lián)度是指某一指標值在各等級范圍內的程度，數(shù)學含義是點到區(qū)間的距離，則關聯(lián)度K（v）的表達式為：

級別特征值j*是指待測對象落入某個等級并偏向另一個等級的程度。例如，j0=3，j*=2.4 表示待測對象落入第3 級別并偏向于第2 級別。通過對級別變量特征值的跟蹤測量可以實現(xiàn)動態(tài)評測，一段時間內特征值變化頻繁，表明發(fā)揮效能波動大、不穩(wěn)定；特征值變化波動小或幾乎不變，表明這段時間內效能發(fā)揮趨于平穩(wěn)。

2.1.8 一級指標權重確定

若指標結果落入的級別越大，則該指標應賦予更大的權重：

2.2 評估模型的計算

各等級的取值范圍直接影響評估的結果，因此，文中數(shù)據(jù)盡量采用實驗測量值，表1 為評估指標各等級的取值范圍，最后一列為指標現(xiàn)值，各數(shù)據(jù)均標準化到［0，1］區(qū)間內。

由表1 可以確定研究對象的經典域、節(jié)域和現(xiàn)值域，文中由于篇幅原因不一一列出?？捎嬎愠鯟對應的次級指標關于經典域的關聯(lián)函數(shù)，遵循保守觀點，關聯(lián)函數(shù)的值落入的級別越大，權重分配越大，求出指標C的權重為：

表1 各等級分類標準和現(xiàn)值

因此，該次評價結果為第1 級別，通過式子求得變量特征值為j*=1.59，說明精確的評價結果位于第1 級別和第2 級別之間，偏向于第2 級別。由此可得：催淚煙幕在實際任務中能夠很好地發(fā)揮效能。

3 結論

本文主要運用可拓理論對催淚煙幕半封閉空間內擴散效能進行分析評估。確立了指標建立的原則和規(guī)范，構建了擴散效能分析的指標體系，指明了研究問題的方向。選取以數(shù)據(jù)為核心的評估模型，搭建模型的評估方法，根據(jù)實際擴散情況進行分析評估，得出了分析結果。事實證明，可拓理論在催淚煙幕擴散效能評估方面具有較好的應用，對其他類型非致命彈藥的效能評估研究具有一定的借鑒意義。