郭三學(xué)，黃德勇，趙曉青

（武警工程大學(xué)，西安 710086）

電擊武器非致命效能評(píng)估*

郭三學(xué)，黃德勇，趙曉青

（武警工程大學(xué)，西安 710086）

提出了電擊武器非致命效能的評(píng)估方法，分析了影響電擊武器非致命效能的關(guān)鍵因素，建立了電擊武器非致命效能評(píng)估指標(biāo)體系，采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合，將模糊評(píng)判法應(yīng)用到電擊武器非致命效能評(píng)估中，確定了模糊評(píng)判矩陣，建立了評(píng)估模型。比較了3種不同類型電擊武器的非致命效能，得出了符合實(shí)際情況的結(jié)果，為電擊武器的發(fā)展應(yīng)用提供了輔助決策的依據(jù)。

電擊武器，非致命效能，效能評(píng)估，模糊評(píng)判

引言

電擊武器是非致命武器的重要類型。目前，該武器除電警棍外，國(guó)內(nèi)外正在積極發(fā)展和應(yīng)用泰瑟電擊槍、電擊震暈彈等遠(yuǎn)距離電擊武器。合理設(shè)計(jì)電擊武器的非致命效能評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)其非致命效能進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，既是作戰(zhàn)使用的迫切需要，又是電擊武器研制的重要內(nèi)容。

1 電擊武器非致命效能評(píng)估指標(biāo)

影響電擊武器非致命效能的因素有很多，這些因素相互關(guān)聯(lián)又相互制約，既有定量的又有定性的。按照系統(tǒng)性、科學(xué)性、完備性和客觀性的原則［1］，分析影響電擊武器非致命效能的關(guān)鍵因素，提煉出電擊武器非致命效能評(píng)估指標(biāo)。通過(guò)專家咨詢并結(jié)合層次分析法，對(duì)電擊武器非致命效能進(jìn)行合理分層，影響電擊武器非致命效能的關(guān)鍵因素可以歸納為非致命性、技術(shù)性能和實(shí)用性3個(gè)一級(jí)指標(biāo)。每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下設(shè)3個(gè)二級(jí)指標(biāo)共9個(gè)，指標(biāo)體系如下頁(yè)圖1所示。

非致命性是指電擊武器在使用中不會(huì)對(duì)目標(biāo)造成永久性傷害，是電擊武器非致命效能最重要的指標(biāo)，可采用輸出電壓、輸出功率和作用時(shí)間來(lái)進(jìn)行綜合度量。雖然電擊武器是采用高電壓低電流的作用原理，但電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致輸出電流太大以及造成十分痛苦的肌肉痙攣，故一般取50 kv；放電時(shí)間控制在5 s內(nèi)為宜，否則容易出現(xiàn)事故；輸出功率也是影響非致命性的重要因素，電擊致肌肉失能要求輸出功率在14 W以上［2-4］。實(shí)用性反映了電擊武器在實(shí)戰(zhàn)過(guò)程中的適應(yīng)能力，通常包括經(jīng)濟(jì)性、方便性和環(huán)境適應(yīng)能力。技術(shù)性能是武器設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)，對(duì)于電擊武器來(lái)說(shuō)主要是可靠性、作用距離和威懾能力。

圖1 電擊武器非致命效能指標(biāo)體系

2 模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)判法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，將一些邊界不清，層次不明，不易量化的因素定量化，再通過(guò)模糊數(shù)學(xué)建立模型進(jìn)行綜合評(píng)判的方法［5］。其應(yīng)用過(guò)程為，定義一組評(píng)語(yǔ)（評(píng)價(jià)等級(jí)）集合，通過(guò)定量計(jì)算或定性分析（專家打分），獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)判矩陣；將所有指標(biāo)的評(píng)判值利用一組設(shè)定的隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)化為隸屬度和隸屬度權(quán)重，生成相應(yīng)隸屬度權(quán)重矩陣；引入指標(biāo)權(quán)重向量，經(jīng)過(guò)模糊變換量化得到評(píng)估結(jié)果。

電擊武器非致命效能受到多種因素的影響，其中存在著大量的隨機(jī)因素和模糊因素，采用一般的方法很難解決評(píng)估中存在的不確定性，而采用模糊綜合評(píng)判法則可以較好地解決這一問(wèn)題。

3 電擊武器非致命效能評(píng)估

根據(jù)模糊綜合評(píng)判法以及電擊武器非致命效能評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)電擊武器中3個(gè)主要的類型，泰瑟槍、電擊震暈彈和液態(tài)金屬束流電暈槍的非致命效能進(jìn)行評(píng)估［6-10］。

3.1 建立評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)集和評(píng)語(yǔ)集

電擊武器非致命效能評(píng)估指標(biāo)集如下：

將評(píng)語(yǔ)集定為：V={V1，V2，…，Vn}=｛很好，較好，一般，較差，差｝，評(píng)語(yǔ)所對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)區(qū)間為：很好（90～100）；較好（80～89）；一般（70～79）；較差（60～69）；差（0～59）。

3.2 計(jì)算并確定權(quán)重集

計(jì)算過(guò)程如下：

①建立層次結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)電擊武器非致命效能指標(biāo)，建立層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

②構(gòu)建判斷矩陣。采用1-9標(biāo)度分析法，利用兩兩比較若干因素對(duì)同一目標(biāo)的影響，構(gòu)造判斷矩陣P=（uij）m×m；uij表示指標(biāo)ui對(duì)uj的相對(duì)重要性權(quán)值，確定較低層次中諸因素在其上層次中所占的比重。1-9標(biāo)度見(jiàn)表1。

表1 1-9標(biāo)度及其含義

③計(jì)算單一準(zhǔn)則下元素相對(duì)權(quán)重。根據(jù)判斷矩陣求出一組元素對(duì)其上一層中某個(gè)元素的權(quán)重向量并進(jìn)行歸一化。

④一致性檢驗(yàn)。由于判斷矩陣是根據(jù)人們的主觀判斷得到的，不可避免地帶有估計(jì)誤差，因此，要進(jìn)行排序的一致性檢驗(yàn)。當(dāng)判斷矩陣P的一致性比率CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為P具有滿意的一致性，否則需調(diào)整P中的元素使其具有滿意的一致性。

根據(jù)10位專家對(duì)效能評(píng)估指標(biāo)的相對(duì)重要性評(píng)價(jià)意見(jiàn)，按照1-9標(biāo)度法，對(duì)體系指標(biāo)在各個(gè)層次上進(jìn)行兩兩判斷得到各指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。電擊武器非致命效能U的判斷矩陣為：

判斷矩陣的特征向量經(jīng)歸一化得：W=（0.637 0，0.258 3，0.104 7）。一致性檢驗(yàn)：CR=0.033＜0.1。因此，判斷矩陣P具有滿意的一致性。

分別構(gòu)造各二級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣，求得各二級(jí)指標(biāo)對(duì)上一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。匯總權(quán)重如下：

3.3 建立模糊評(píng)判矩陣

在電擊武器非致命效能評(píng)估指標(biāo)中，有些屬于定性指標(biāo)，有些屬于定量指標(biāo)。因此，要區(qū)分定量指標(biāo)和定性指標(biāo)，確定單因素模糊評(píng)判矩陣。

對(duì)于定性指標(biāo)，由于難以得到具體的模糊分布函數(shù)，故采用專家打分法確定其隸屬度比較合適。設(shè)單因素Ui的模糊向量為R=（r1，r2，…，rn）則：rj= xij/X，其中，X為專家人數(shù)，xij為因素Ui被評(píng)為Vj的次數(shù)。

10位專家評(píng)價(jià)3種電擊武器的結(jié)果如表2～表4所示。

表2 泰瑟槍專家評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 電擊震暈彈專家評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 液態(tài)金屬束流電暈槍專家評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)于定量化指標(biāo)，如作用時(shí)間、作用距離等，它們的類型不一致，有越大越優(yōu)型，越小越好型和越中越優(yōu)型。因此，要將這些指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理，利用隸屬函數(shù)確定其隸屬度。建立因素Ui相對(duì)于評(píng)判等級(jí)Vj的隸屬度函數(shù)，在實(shí)際中應(yīng)用較廣泛的是梯形模糊數(shù)。越大越優(yōu)型隸屬函數(shù)圖形及表達(dá)式如下［11-12］：

圖2 越大越優(yōu)型隸屬函數(shù)圖形

對(duì)于越小越優(yōu)型、越中越優(yōu)型指標(biāo)可采用相同的方法給出評(píng)判等級(jí)及隸屬函數(shù)。對(duì)于每個(gè)指標(biāo)，根據(jù)評(píng)判等級(jí)及隸屬函數(shù)，由專家給出相應(yīng)的參數(shù)值，就可以計(jì)算出其模糊向量。例如，對(duì)于越大越優(yōu)型指標(biāo)“作用距離/m”，定義其評(píng)判等級(jí)為{差，較差，一般，較好，很好}，且其隸屬函數(shù)的參數(shù)由專家給出，分別為a1=5，b1=10，a2=20，b2=40，a3=60，b3=80，a4=100，b4=120，現(xiàn)有某電擊武器的作用距離為7 m，代入式（1）～式（3）可計(jì)算出“作用距離”的模糊向量為{0.6，0.4，0，0，0}。若評(píng)判等級(jí)為{很好，較好，一般，較差，差}，則其模糊向量對(duì)應(yīng)為{0，0，0，0.4，0.6}。仿照上述方法可以計(jì)算出其余定量指標(biāo)的模糊向量。

將定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的模糊向量求出，組合得出單因素模糊評(píng)判矩陣。泰瑟槍的模糊判斷矩陣如下：

3.4 模糊運(yùn)算，確定評(píng)估結(jié)果向量

通過(guò)模糊運(yùn)算，得到模糊綜合評(píng)判集：B=W·R，B為模糊綜合評(píng)判結(jié)果。

泰瑟槍模糊評(píng)判計(jì)算如下：

綜合判斷矩陣為：

總的判斷向量為：

同理可計(jì)算出電擊震暈彈：

液態(tài)金屬束流電暈槍：

3.5 將評(píng)語(yǔ)集進(jìn)行區(qū)間量化，確定評(píng)估等級(jí)

引入分?jǐn)?shù)集C=（c1，c2，…，cn），其中cj（j=1，2，…，n）表示第j級(jí)的評(píng)語(yǔ)分?jǐn)?shù)。對(duì)3.1節(jié)的評(píng)語(yǔ)等級(jí)分?jǐn)?shù)取中間值構(gòu)成分?jǐn)?shù)集C=（95，84.5，74.5，64.5，29.5），則：E=B·CT，式中E為評(píng)估結(jié)果。

經(jīng)計(jì)算，泰瑟槍的總得分：

電擊震暈彈的總得分:

液態(tài)金屬束流電暈槍的總得分：

3.6 結(jié)果分析

由計(jì)算結(jié)果可知：電擊震暈彈的非致命效能為較好，泰瑟槍、液態(tài)金屬束流電暈槍的非致命效能為一般。從總得分值可以看出電擊震暈彈的非致命效能要優(yōu)于泰瑟槍和液態(tài)金屬束流電暈槍，是今后研究的主要方向和裝備部隊(duì)的首選。

4 結(jié) 論

本文提出了用多層次模糊綜合評(píng)判法評(píng)估電擊武器非致命效能，這種方法對(duì)電擊武器非致命效能評(píng)估理論上可行；建立的模糊評(píng)判指標(biāo)體系，符合實(shí)際情況。該方法不僅可以用作電擊武器非致命效能的評(píng)估，而且可對(duì)其他非致命武器效能進(jìn)行評(píng)估比較，為非致命武器發(fā)展應(yīng)用提供了一種輔助決策的依據(jù)。

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Research on Non-lethal Efficiency Evaluation of Electrical Weapon

GUO San-xue，HUANG De-yong，ZHAO Xiao-qing
（Engineering University of Armed Police Force，Xi'an 710086，China）

This thesis brings up a method to evaluate the non-lethal efficiency of electrical weapon. First of all，on the basis of analyzing the key influence factors to non-lethal electrical weapon's effectiveness，a non-lethal effectiveness evaluation index system is built.And then，the combination of quantitative calculation and qualitative analysis are adopted，the fuzzy evaluation method is applied to the non-lethal weapon effectiveness evaluation，the fuzzy evaluation matrix isdetermined，thefuzzy comprehensive method to build evaluation model is choosen.Finally，through the analysis of examples given non-lethal electrical weapon efficiency score，comparing the three kinds of model types of non-lethal electrical weapon efficiency，it is concluded that the results tally with the actual situation.It provides auxiliary decision-making basis for the development and application of non-lethal electrical weapon.

electrical weapon，non-lethal effectiveness，efficiency evaluation，fuzzy evaluation

E277

A

1002-0640（2014）11-0043-04

2013-09-05

2013-11-20

國(guó)家社科基金資助項(xiàng)目（13GJ003-242）

郭三學(xué)（1962- ），男，陜西富平人，博士，教授。研究方向：軍事裝備學(xué)，非致命武器等。