可拓理论在催泪弹烟幕扩散效能评估中的应用*

商保利，吕 超，张 宇

（1.武警士官学校，杭州 310000；2.武警江苏总队，南京 210000）

0 引言

催泪弹在处置大规模群体性事件或解救人质行动中发挥着重要作用。其作用效果与空气中的气溶胶浓度有关，浓度越大，刺激效果越强烈，作战效能越好。国内外专家学者对非致命弹药的烟幕扩散效应进行了一些研究并取得了一定的成果。见文献［1-5］。

可拓理论是以矛盾问题为研究对象，以矛盾问题的智能化处理为主要研究内容，以可拓方法论为主要研究方法的一门新兴学科，对现代科学的发展具有重要意义。可拓理论在装备效能评估方面具有较好的优势，不少专家，学者已将可拓理论应用于装备的效能评估。

这些研究对催泪弹烟幕扩散效能研究具有一定的借鉴意义。而事实上，催泪弹的使用具有其特殊性，使用研究复杂多变，特别是烟幕扩散过程，涉及因素多，例如烟幕扩散粒径、浓度的动态分布，不同工况下的释放情况、作用时间和实际作用范围等问题，这些问题是影响催泪弹扩散效能和战术效果的重要因素。科学有效地进行催泪弹的作战效能评估，具有一定的实际意义。

1 烟幕扩散效能指标体系的建立

1.1 指标建立的原则

评估的目的是用来给决策者提供决心依据，因此，越详细越具体的评估指标对决心意图越有帮助。但指标的个数越多，计算的工作量也就越多，指标聚合的难度也越大，因此，指标的个数不能过多；个数过少又不能完全反映任务真实情况，也不符合评估的要求。结合烟幕扩散的实际情况，指标的建立应符合如下原则：

1）完整性：所建立的指标体系必须包括所有关键因素。

2）完全独立性：独立性与完整性相对，指标体系涵盖所有内容，但各指标之间尽量避免重叠部分。如果有重叠部分就相当于把某个重叠的指标多次评估，人为地增加了这个指标的权重。

3）极小性：既定条件下，用最少的指标数最清楚地表达问题。

4）客观性：提取的指标必须符合客观实际，不能图方便使用与客观事实不相符的指标。

5）可量化性：尽量提取可以量化的指标，以定量指标为主，确实无法使用定量指标的可以采用定性指标。定量指标的取值应尽量使用实验测量的结果，降低主观因素的干扰。

6）普遍适用性：同一个问题的评估指标应该具有一定的普遍适用性，便于比较和寻找普遍规律。

1.2 确定指标体系

根据实验对催泪烟幕的测量结果，结合烟幕的实际使用环境和任务需求，遵循指标确立的原则，以可拓理论为基础，把烟幕扩散效能作为基元，根据“一对象多征”的发散性得出各层指标，建立一个多层级的烟幕扩散效能评估的指标体系，如图1 所示。

图1 烟幕扩散指标体系

1）作用时限：催泪烟幕的作用时限包括起效时间和作用时间两个次级指标。催泪弹的任务环境不是复杂多变就是情况紧急，点滴的时间都有可能导致局势不同的走向，面对强对抗强暴力的情形，要求催泪烟幕起效快作用快，突出一个“快”的特点。

起效时间是指烟幕从弹体中喷出到能引起人体刺激效果的最低浓度值所用的时间，属于成本型指标，数值越小越有利。

作用时间是指烟幕从能引起人体刺激效果到消散至无法引起人体刺激效果最低浓度值所持续的时间，属于效益型指标，数值越大越有利。

2）作用范围：催泪烟幕的作用范围包括扩散范围和有效范围两个次级指标，都属于效益型指标，数值越大越有利。催泪烟幕在自身和外部环境的作用下向四周扩散，烟幕产生刺激效果需要催泪颗粒浓度达到一定的累积，因此，烟幕的作用范围也就是烟幕浓度分布的范围。

扩散范围是指烟幕释放后扩散至能够检测到烟幕颗粒的最大范围，但这样的数据并没有实际的意义。文中定义的扩散范围指能够引起人体刺激效果的最低浓度值的范围，即浓度值是50 μg/m的范围。

有效范围指普通人1 min 不可耐受的最低浓度的范围，即浓度值是1 mg/m的范围。

3）作用效果：烟幕的作用效果包括非致命性、刺激效应和粒径分布3 个刺激指标。催泪烟幕的作用效果与刺激效应和粒径分布有关，同时受到非致命性的制约。催泪烟幕的作用效果是指烟幕是如何对人体产生作用的，人体接触烟幕后会产生怎样的刺激效果，对人体产生何种反应，离开烟幕后人体又会留下什么样的后果。

非致命性是作用效果的前提，人体吸入催泪烟幕后不能致命，或者致命的剂量很高，正常情况下不能达到。人体吸入CS 的半数失能剂量是20 mg/（m·min），半数死亡剂量约为62 000 mg/（m·min），半数死亡剂量是半数失能剂量的3 000 多倍，非致命性较好。

刺激效应指催泪烟幕对人体的刺激效果，主要是作用人的眼睛、呼吸道和皮肤等部位，接触后效果明显，离开5 min～10 min 后症状消失。

粒径分布主要指的是容易被人体吸入的粒径分布。直径1 μm～5 μm 的颗粒最易被机体吸收，直径大于60 μm 的颗粒只能附着在鼻腔，直径大于15 μm 的颗粒附着于上呼吸道，直径大于10 μm 的颗粒在气管上产生作用，无法进入肺泡。

2 烟幕扩散效能评估分析

2.1 评估模型的构建

烟幕扩散的评估是两方面的综合结果，既要涉及烟幕本身性质的因素，也要考虑外部环境和人员活动的影响，随任务情况不同而发生变化，烟幕扩散效能的评估是个动态的过程。通常用来评估效能的方法有：层次分析法、指数法、模糊综合评估法等，本文根据评估的动态特征选用可拓理论作为评估模型。

可拓理论以物元作为基本单位，把定量和定性相结合的方法解决实际问题，把事物、事物特征和相应的量值结合成整体来研究。依据物元理论把有序的三元组合R=（N，C，V）作为烟幕扩散效能研究的基本元，N 是烟幕扩散效能的信息物元，C 是扩散效能的各指标，V 是各指标对应的值。数学形式如下：

2.1.1 确定评估等级

为了使评估结果便于区分，更贴切实际情况，以实验测量数据为基础分成5 个不同等级，分别为很好、较好、一般、较差、很差。

2.1.2 确定经典域

根据划分的等级标准，可以得到研究对象的经典域：

其中，N（j=1，2，…，m）是划分的评估等级，文中m=5；C是效能评估的第i 指标（i=1，2，…，n）；C（k=1，2，…，n）是C的第C个下层指标；V=＜a，b＞是第C个指标对应的不同等级的取值范围。

2.1.3 确定节域

节域是扩散效能各指标所有等级的值域：

其中，P 是物元系统指标体系所有等级；V=＜a，b＞是指标规定的C的值域，也就是P 的节域。

2.1.4 确定待评物元

将待评物元测量的数据用物元表示，即各指标值用物元表示：

其中，S 是待评对象，C是S 关于C的量值，也就是各指标取值。

2.1.5 单指标关联度

单指标关联度是指某一指标值在各等级范围内的程度，数学含义是点到区间的距离，则关联度K（v）的表达式为：

级别特征值j*是指待测对象落入某个等级并偏向另一个等级的程度。例如，j0=3，j*=2.4 表示待测对象落入第3 级别并偏向于第2 级别。通过对级别变量特征值的跟踪测量可以实现动态评测，一段时间内特征值变化频繁，表明发挥效能波动大、不稳定；特征值变化波动小或几乎不变，表明这段时间内效能发挥趋于平稳。

2.1.8 一级指标权重确定

若指标结果落入的级别越大，则该指标应赋予更大的权重：

2.2 评估模型的计算

各等级的取值范围直接影响评估的结果，因此，文中数据尽量采用实验测量值，表1 为评估指标各等级的取值范围，最后一列为指标现值，各数据均标准化到［0，1］区间内。

由表1 可以确定研究对象的经典域、节域和现值域，文中由于篇幅原因不一一列出。可计算出C对应的次级指标关于经典域的关联函数，遵循保守观点，关联函数的值落入的级别越大，权重分配越大，求出指标C的权重为：

表1 各等级分类标准和现值

因此，该次评价结果为第1 级别，通过式子求得变量特征值为j*=1.59，说明精确的评价结果位于第1 级别和第2 级别之间，偏向于第2 级别。由此可得：催泪烟幕在实际任务中能够很好地发挥效能。

3 结论

本文主要运用可拓理论对催泪烟幕半封闭空间内扩散效能进行分析评估。确立了指标建立的原则和规范，构建了扩散效能分析的指标体系，指明了研究问题的方向。选取以数据为核心的评估模型，搭建模型的评估方法，根据实际扩散情况进行分析评估，得出了分析结果。事实证明，可拓理论在催泪烟幕扩散效能评估方面具有较好的应用，对其他类型非致命弹药的效能评估研究具有一定的借鉴意义。