警犬鉴别行为识别比对分析方法的研究

高一龙 吴德华 宋珍华 李金锋 田家麟 刘锁英

目前，一些国家已经认可警犬气味鉴别结论，把气味鉴别的结果作为证据之一，甚至有些案件还可能是唯一的证据。荷兰、比利时、英国、波兰等多个国家均接受警犬的鉴别结果作为法庭证据。但在国内，警犬鉴别的鉴定结果只能作为提供犯罪线索的依据和佐证参考，尚不能作为法庭证据。其主要原因在于，警犬在进行气味鉴别过程中，气味识别结果的表达是通过其行为作出的。而对这种鉴别结果行为的确认，是由警犬训导员或相关专家凭经验肉眼观察后判断的。由于训导员或专家对警犬鉴别行为本身的认知和经验不一，均可造成对同一鉴别行为的不同结论。同时，警犬在进行气味识别作业时，其鉴别行为表现是否正常，气味鉴别结论表达的鉴别行为是否和日常训练时表现的一致，都有必要进行确认，这些因素均会对气味鉴别结论产生影响。因此，在现实工作中，有人认为警犬鉴别缺乏客观的判断标准，鉴别结论不能作为法庭证据来证明犯罪。为了更好地发挥警犬气味鉴别在刑案侦破中的作用，必须解决警犬鉴别行为识别判定这一关键技术问题。

本研究拟解决以下两个关键技术问题：1.针对各种鉴别行为识别比对方法，采取可信度这个指标来评估警犬鉴别的正确率、错误率，并验证这些方法的科学性、有效性；2.将计算机智能检测与分析的技术引入警犬气味鉴别行为识别过程中，通过对警犬鉴别的整个过程进行全程视频图像记录，对警犬鉴别行为进行跟踪记录和差异比对，深入研究警犬鉴别行为与气味鉴定结果之间的客观联系，研究确定其中的重要关联参数，应用计算机分析技术对警犬的鉴别行为进行智能检测与分析、比对识别，将有助于科学判断警犬气味鉴别结论的科学性、稳定性、客观性，是警犬鉴别发展的必然方向。警犬鉴别行为识别系统研制成功并投入应用，将可极大推动警犬气味鉴别技术的发展，增强警犬技术服务于实战的水平。

一、警犬气味鉴别的方法以及鉴别过程的行为表现

（一）警犬气味鉴别的方法

警犬进行气味鉴别作业的能力，不仅包括警犬对某一具体案件鉴定条件的适应能力，更主要的是建立一整套完整、可信、科学的气味鉴别操作方法。在近一个世纪的气味鉴别实践中，常用的鉴别方法主要有直接鉴别法、罐内或瓶内鉴别法、管式鉴别法和气孔鉴别法等。

（二）鉴别过程的行为表现

警犬的鉴别行为，总体主要可分为感受嗅源气味、对被鉴物气味的分化（分析）、对号反应3个部分。其中，警犬对被鉴物气味的分化是鉴别行为的中心环节，犬不通过分化，不能称为鉴别。因此，通常所指的鉴别关键行为，都体现在这一部分当中，要求警犬能对被鉴物仔细嗅认，逐个分化，对号反应果断正确。

警犬鉴别行为的整个流程主要包括：嗅嗅源、进形式、形式中（逐一嗅认）、反应和返回这5项。当鉴别犬发现其中一个罐内含有所求物气味后，即发生＂配对＂反应，并以“静卧、趴罐、吠叫”等行为进行示警；如果鉴别罐中没有所求物气味，则＂非配对＂，犬也就不反应。警犬鉴别的流程以及行为表现，见下表。

表1警犬鉴别的流程以及行为表现

一个符合法庭科学要求的警犬气味鉴别犬， 必须遵循下列行为原则： 犬必须是很乐意去进行气味鉴别，犬应确实具备气味鉴别的能力，工作人员能明显感觉到鉴别犬的行为表现是很欢快，自己非常乐意去工作； 犬并不优先喜爱犯罪嫌疑人的气味； 必须具有一个标准的鉴别形式； 犬进行鉴别的地点及犬在鉴别时不受训导员的任何影响，训导员不能有任何的暗示； 在没有相同气味时， 犬必须有一种明显的表现形式。

二、鉴别行为识别比对的基本方法

（一）训导员自身判定法

鉴别警犬根据嗅源气味寻找索求物，进行鉴别作业，对嫌疑人的气味进行认证。训导员根据警犬鉴别的行为表现以及 “静卧、扒罐、吠叫”等反应行为或没有任何示警表示，对警犬气味鉴别作业的结果，进行主观认定。采用该判定方法，在进行鉴别作业时，训导员不能对警犬有任何示意行为。

（二）专家现场评定法

训导员携带警犬进行气味鉴别作业时，由3 位专家组成的考评小组现场观摩，并根据训导员和鉴别警犬的行为表现，进行打分评定做出鉴别结论。

（三）视频记录专家评定法

训导员携带警犬进行气味鉴别作业时，警犬鉴别的整个过程被摄录下来。随后将警犬鉴别的视频，递交由3 位专家组成的鉴别考评小组，根据训导员和鉴别警犬的行为表现，进行打分评定做出鉴别结论。

（四）计算机自动识别评定法

在训导员携带警犬进行气味鉴别作业时，借助视频记录来对警犬的鉴别的行为进行分析评定的方法，通过建立能够对视频记录进行自动分析的计算机行为智能分析系统，将警犬鉴别需要的关键行为定量指标精确的从视频序列中提取出来，节省宝贵的时间并提高鉴别效率，使鉴别行为的观察、分析和研究具有再现性和较高可靠性，目前行为自动智能分析系统在小鼠、家畜等动物中应用较为成功，警犬的鉴别行为自动智能分析系统正在研发试用过程中。

（五）日常训练行为综合评定法（数据库）

将警犬日常训练和正式鉴别作业的鉴别的整个过程录下来，对每头气味鉴别犬和训导员建立日常训练/使用鉴别行为综合视频数据库，用科学统计的方法根据每头警犬既以100次以上训练统计得出的准确率为基础，综合评价对于某案件气味鉴别的准确率。

（六）专家实时视频评定法

当训导员携带警犬进行气味鉴别作业时，由3 位专家组成的鉴别考评小组，并不进入警犬鉴别作业现场，而是通过摄像视频实时观察警犬鉴别的整个过程，专家们将根据训导员和鉴别警犬的行为表现，进行打分评定做出鉴别结论。

（七）专家实时视频与日常训练综合评定相结合的评定方法

将警犬日常训练和正式鉴别作业的鉴别的整个过程录下来，对每头气味鉴别犬和训导员建立日常训练/使用鉴别行为综合视频数据库，用科学的方法根据每头警犬既往100次以上训练成绩，分析统计得出的准确率为基础，评价对于某案件气味鉴别的准确率；当训导员携带警犬进行气味鉴别作业时，由3位专家组成的鉴别考评小组，并不进入警犬鉴别作业现场，而是通过摄像视频实时观察警犬鉴别的整个过程，专家们将根据训导员和鉴别警犬的行为表现，进行打分评定做出鉴别结论。

三、试验部分

（一）试验材料与方法

1.试验材料

微型多探头摄像系统一套(DF-2038，中国)、5头德国牧羊犬(通过警犬鉴别考核)、磨口瓶、镊子、医用纱布(15cmx7.5cm)、PE塑料手套、鉴别罐。

2.试验方法

试验方案是基于“配对-非配对”设计而成的。把需要鉴别的A个体气味放到嗅源罐中，如果在6个鉴别罐中(即配物)有一个罐中含有A气味，即进行“配对”实验(A=A)，犬通过示警反应(如静窝、扒罐、吠叫)找出相同气味；如果在配物中没有A气味，即进行“非配对”(A≠B)，犬没有反应。每次试验时，实验员通过投硬币确定犬做“配对”还是“非配对”实验，并且“A”气味放置位置通过掷骰子确定，这样可以有效地减少训犬员对犬的影响。进行气味鉴别时，如果犬不反应，允许训犬员把嗅源罐与鉴别罐混在一起，让犬再做一次鉴别。并且每次鉴别都要更换鉴别罐。全程监控摄录警犬鉴别行为，并将视频存储到数据库中。

3.样品采集

（1）现采现用

确定A个体为“犯罪分子”，用镊子把干净的医用纱布平铺放到A手中，握紧拳头采集气味1分钟，再用镊子把它放到磨口瓶中密封保存；选定7名“嫌疑犯”(包括A)，用相同的方法采集其手部气味1分钟，分别放到磨口瓶中密封保存；按照上节所述实验方法进行鉴别。

（2）延时使用

确定A个体为“犯罪分子”，用相同的方法采集手部气味1分钟，放到磨口瓶中敞口延时l小时；选定7名嫌疑犯(包括A)，用相同的方法采集的气味样品分别放到磨口瓶中密封保存；按照上述实验方法进行鉴别。依此方法延时6小时，然后按照上述实验方法进行鉴别。每次采样时供味者需用流水洗手、晾干半小时后采集气味，并且所有的供味者为同种族、性别以及相同的工作环境。

4.警犬鉴别行为评判标准

本项目试验采用全程视频监控的方式，对德国牧羊犬的气味鉴别行为进行考评打分。气味鉴别行为的统计项目参数包括：鉴别前状态、嗅嗅源、形式中和反应这4项。各项测试评分标准见表2，犬气味鉴别流程的每项行为均为5分制。

表2 警犬气味鉴别的流程以及行为打分标准

5.试验数据的统计分析

（1）可信度计算公式：在本项目鉴别实验中，采取可信度来评估犬鉴别的正确率和错误率，其计算公式为：可信度 = 配对实验中的正确率/非配对实验中的错误率×100%。

（2）变异系数CV(Coefficient of Variance)：标准差与均值的比率，可以衡量比较鉴别犬鉴别行为的差异性和稳定性。公式为：CV＝σ/µ。

（3）所有气味鉴别行为的相关数据，均应用SPSS20.0软件进行统计。

（二）试验结果

1.行为识别比对方法的应用可信度

表3 不同行为比对方法配对鉴别实验和非配对鉴别实验的正确率

表4 不同行为识别比对方法可信度结果比较

由表3、4可以看出，在这7组不同行为识别比对方法中，专家实时视频与日常训练综合评定法这组的可信度最高，其可信度值为6.16±0.93，极显著高于计算机自动识别评定法（3.25±0.36，P＜0.01）、显著高于专家现场评定法（4.38±0.55，P＜0.05）、视频记录专家评定法（4.78±0.52，P＜0.05）、专家实时视频评定法（4.61±0.49，P＜0.05）；而视频记录专家评定法、专家现场评定法显著高于计算机自动识别评定法（3.25±0.36，P＜0.05）；计算机自动识别评定法（3.25±0.36）效果最差。

表5警犬气味鉴别行为的差异性

2.警犬鉴别行为的稳定性/差异性研究

由表5可以看出，这5头鉴别犬在鉴别前状态、嗅嗅源、形式中和反应情况这4个气味鉴别行为指标方面有一定的差异性：鉴别前状态这个行为指标，小野的得分最高（4.86±0.36），显著高于杰克的得分（4.38±0.55，P＜0.05），但与杰西、马丁、颜兰相的得分无显著差异；嗅嗅源这个行为指标，颜兰相的得分最高（4.86±0.36），小野次之（4.86±0.36），它们极显著高于杰克的得分（3.88±1.31，P＜0.01），但与杰西、马丁的得分无显著差异，而杰西、马丁的得分显著高于杰克的得分（3.88±1.31，P＜0.05）；形式中这个行为指标，小野的得分最高（4.86±0.36），显著高于杰克的得分（4.06±1.48，P＜0.05），但与杰西、马丁、颜兰相的得分无显著差异；反应情况这个行为指标，小野的得分最高（4.86±0.36），显著高于杰克的得分（3.31±2.36，P＜0.05），但与杰西、马丁、颜兰相的得分无显著差异。

由表5可以看出，这五头鉴别犬在鉴别前状态、嗅嗅源、形式中和反应情况这4个气味鉴别行为的变异系数（CV）中也有一定的差异，总体来看，小野的变异系数（CV=0.07）较低，相对于其他5头犬具有明显优势，而颜兰相这头犬除了在嗅嗅源这个气味鉴别行为方面变异系数（CV=0.06）稍高于小野，在其他鉴别前状态、形式中和反应情况这3个鉴别行为的变异系数分别为0.38、0.13和0.38。

3.警犬鉴别行为变量的因子分析

应用SPSS20.0软件的Facotor程序进行因子分化寻求对警犬气味鉴别过程起支配评价作用的行为变量，因子分析结果见表 6～8。

采用SPSS软件的Factor程序对警犬的气味鉴别行为变量进行因子分析，单变量描述性和原始分析结果为检验统计量，相关矩阵选定系数、显著性水平及K M O和Bartlett球形度检测（K），按主成分分析抽取出因子相关性矩阵后，根据提取特征值＞1的标准确定提取出的因子个数，并采用极大方差旋转方法得到各变量的因子负荷。结果发现：KMO值为0.719＞0.7，且Bartlett球形度检测通过显著性检验。说明这些犬的气味鉴别行为变量适合因子分析。由因子方差表（表6）可以看出，嗅嗅源这一行为变量的方差值最高，表明提取出的因子可以很好地描述这个行为指标。方差分解表（表8）也表明提取的因子能够解释4个行为指标的60.359以上。由因子成分矩阵表（表7）可以看出，抽取的因子1对警犬气味鉴别行为变量的评估指标主要集中在嗅嗅源这一行为变量上。以上结果说明嗅嗅源这个行为变量，在警犬鉴别中属于关键行为变量，对警犬鉴别结果有极其重要的影响。

表6因子方差表

表7因子成分矩阵表

表8 方差分解表

四、结论与讨论

（一）关于行为识别比对方法的应用可信度分析

在早期警犬鉴别实验中，只有“嫌疑犯=罪犯”的鉴别形式，但是通过“嫌疑犯≠罪犯”的鉴别，能评估犬鉴别的正确率和错误率，以此来评价犬鉴别的可信度，其计算公式为：可信度= 配对实验中的正确率/非配对实验中的错误率。

警犬的正确鉴别率就是其嗅觉鉴别人体器官气味差异型的表现。犬和目击证人是一对毫无关联的个体，两者作出同一认定，其可信度很高。Adene Schoon (1999) 研究后证实在管式鉴别操作方法中， 警犬对在相同条件下用钢管吸附的气味进行鉴别，其发生错误的比例为1/145， 而用纱布吸附的气味进行鉴别时，其错误率是2/200， 在经过法庭实践的配对及非配对气味鉴别实验中， 其可信度达44.4， 远远超过法庭规定的可信度不低于4.3的要求。

在本项目研究中，这7组不同行为识别比对方法，除了计算机自动识别评定法的警犬鉴别可信度为3.25±0.36，低于4.3这个指标，其余6组方法均达到了超过法庭规定的可信度不低于4.3的要求。这其中以专家实时视频与日常训练综合评定法其可信度（6.16±0.93）最高，效果最好，极显著高于计算机自动识别评定法，但与日常训练行为综合评定法（5.08±0.63）、训导员自身判定法（4.99±0.90）并无显著差异，这说明：（1）这3组评定警犬鉴别可信度方法的有效性是一致的；（2）警犬气味鉴别犬训导员的训练记录、视频摄录以及鉴别犬日常数据采集和参数分析是准确而到位的；（3）我们的警犬气味鉴别训导员训练是成功的，他们对自己犬的行为判定与解读是严谨的，气味鉴别中心已经训练出具有较高水平气味识别能力的气味鉴别犬。围绕这一技术，公安部南京警犬研究所在科信局的大力支持下，重点对鉴别犬的训练技术和相关的装备进行了研究，有效地提升了气味鉴别犬的训练水平，为优质气味鉴别犬的训练成功提供了技术保证。

总体来说，这7组不同行为识别方法评估警犬鉴别可信度的平均值为4.75±1.01，达到了作为法庭证据使用的技术参数要求。因此，本项目开展的警犬气味鉴别的可信度研究是科学有效的。

（二）警犬鉴别行为的稳定性/差异性

警犬气味鉴别结果主要是由鉴别前状态、嗅嗅源、形式中和反应情况这4个鉴别行为指标决定的。从这5头鉴别犬的实验数据来看，各个行为指标的分值尽管有一定的差异性，但还是有一定的规律可循的：这其中最关键的行为就是嗅嗅源，嗅嗅源认真细致得分高的，其反应相应的也是果断且结果正确。而嗅嗅源这个行为指标与鉴别前状态又密切相关，鉴别前状态犬神经兴奋、平衡自然，探究欲望就高，嗅闻气味的时间也较长，感知嗅源气味也细致充分，对结果认定反应的准确率也越高。数据结果也验证了这一点。

而从鉴别行为的稳定性方面考虑，小野（CV=0.07）这头犬除了在嗅嗅源这个气味鉴别行为方面变异系数稍高于颜兰相（CV=0.06），在鉴别前状态、形式中和反应情况这3个气味鉴别行为的变异系数最小（CV=0.07）。这说明：（1）小野这头犬鉴别时情绪状态兴奋自然、嗅嗅源细致充分、形式中依次逐个闻罐且无遗漏、反应准确果断，整体鉴别稳定性好；（2）颜兰相这头犬鉴别时嗅嗅源非常细致充分，是这5头犬中嗅嗅源最认真有效的。

（三）警犬鉴别行为评分和可信度检验评价系统

本项目建立的警犬鉴别行为评分和可信度检验评价系统，采用的是专家实时视频与日常训练综合数据库评定相结合的评定方法，改变以往由一个或几个带犬民警出具警犬鉴别结论的做法，而由经验丰富的警犬技术专家组，根据每头警犬日常训练统计得出的准确率为基础，结合警犬现场作业的实时视频中的行为表现，并进行统计分析，综合评价对于气味鉴别的准确率，出具警犬鉴别检验鉴定结论，科学准确合理，这将开创警犬鉴别检验评价的新模式。