主動(dòng)式警用安防防暴盾牌設(shè)計(jì)

高曉旭

（中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000）

0 引言

警用防暴裝備是為警員提供防護(hù)，避免警員受到外界刀具、鈍器等暴力傷害的防護(hù)器具[1]。防暴盾牌作為警用防暴裝備中的一種，主要用于在鎮(zhèn)暴過程中推擠對(duì)方和保護(hù)自己，并且可以抵擋硬物、鈍器以及不明液體的襲擊，有效地保護(hù)警員?，F(xiàn)有的防暴盾牌存在防護(hù)性能差、震懾不足、進(jìn)攻乏力等弊端，已不適應(yīng)當(dāng)前日益嚴(yán)峻的執(zhí)法環(huán)境。

1 防暴盾牌的起源和發(fā)展

1.1 防暴盾牌的起源

防暴盾牌起源于古代戰(zhàn)士行軍作戰(zhàn)時(shí)所佩戴的盾牌，盾牌在古代作戰(zhàn)中主要作為一種防御性兵器，用來遮擋敵人的兵器或遠(yuǎn)距離的攻擊性武器，是古代的重要冷兵器之一[2]。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，冷兵器逐漸地退出了歷史舞臺(tái)，雖然盾牌在軍事用途上已經(jīng)輝煌不再，但盾牌在現(xiàn)代警用領(lǐng)域中又煥發(fā)出新的生命。為了應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和極端暴力活動(dòng)，各級(jí)公安機(jī)關(guān)、武警部隊(duì)都配備防暴盾牌，以提高民警和武警戰(zhàn)士的自我防護(hù)能力與現(xiàn)場處置能力[3]。當(dāng)警員面對(duì)非法游行、非法聚眾或暴動(dòng)分子等沖突的違法犯罪行為時(shí)，警員使用防暴盾牌既能夠防止犯罪分子投擲的物品對(duì)警員造成損傷，警員也可以利用防暴盾牌對(duì)犯罪分子圍堵或擠壓等，限制犯罪分子的行動(dòng)能力，在避免傷亡的前提下能夠有效地對(duì)犯罪分子實(shí)施抓捕行動(dòng)，達(dá)到文明執(zhí)法的目的。

1.2 防暴盾牌的發(fā)展

當(dāng)今世界科技日新月異，防暴盾牌的設(shè)計(jì)也逐漸地融入了更多現(xiàn)代科技的元素和理念。

2007年6月展出了一種新型的國產(chǎn)警用多功能防暴盾牌，其在防暴盾牌的正中位置安裝有強(qiáng)光發(fā)射裝置，在夜間能夠用于照明，或者向暴動(dòng)分子炫目示警，并且還具有電擊、催淚和染色噴口等功能。這種新型的防暴盾牌，突破了傳統(tǒng)盾牌單一的防衛(wèi)功能，成為了一種以防為主、攻擊為輔、可實(shí)施遠(yuǎn)近攻防的多功能防暴武器[2]。

還有一種新型防暴攻擊盾牌，其攻擊原理主要采用聲頻定向技術(shù)，選擇合適頻率的超聲波，即可得到與原噪聲信號(hào)一致的高指向性攻擊噪聲。在警員執(zhí)行任務(wù)的過程中，利用噪聲能夠?qū)Ψ欠ㄓ涡?、集?huì)等聚眾人群有效驅(qū)散，改變警員執(zhí)行任務(wù)過程中只能被動(dòng)防御的局面，提高執(zhí)勤效率[4]。

在國外的警用器械領(lǐng)域中，多功能防暴盾牌也是目前比較主流的研發(fā)方向之一。美國警察總署設(shè)計(jì)研發(fā)了一款集防彈功能和可視化功能于一體的盾牌，在盾牌上存在可視窗口，并配合新型的防彈材料，使防暴盾牌既不會(huì)影響使用者的視覺范圍，又能夠保證使用者的安全。英國警察國家設(shè)計(jì)局主導(dǎo)開發(fā)了一種折疊型防暴盾牌，能夠?qū)⒚娣e和體積較大的盾牌折疊成很小的便攜包，在非使用狀態(tài)下便于使用者的攜帶和儲(chǔ)存，也能夠在使用時(shí)快速展開，而且防護(hù)能力也較好[5]。

在防暴盾牌的材料方面，隨著現(xiàn)代工藝的發(fā)展，高強(qiáng)度、低重量的材料也逐漸應(yīng)用到防暴盾牌的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，防暴盾牌的制作開始從單一材料向多功能復(fù)合型材料轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在的防暴盾牌大部分采用鋁合金、聚氨酸酯、玻璃纖維等強(qiáng)度高、重量輕的材料。目前我國武警的防爆盾牌通常采用聚碳酸酯PC材料和玻璃鋼等材料進(jìn)行制作。聚碳酸酯是一種熱塑性樹脂，韌性很強(qiáng)，它的抗沖擊性很強(qiáng)，穩(wěn)定性好，絕緣性能也很好，不易燃燒[6]。

由此可見，多功能、輕便、強(qiáng)度高等性能是防暴盾牌未來的主要發(fā)展方向。

2 主動(dòng)式警用安防防暴盾牌的設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的防暴盾牌存在防護(hù)性能差、震懾不足、進(jìn)攻乏力等弊端，已不適應(yīng)當(dāng)前的執(zhí)法環(huán)境，針對(duì)于此，本設(shè)計(jì)將改變傳統(tǒng)盾牌的使用方法和戰(zhàn)術(shù)，充分發(fā)揮智能化的優(yōu)勢，增強(qiáng)警察執(zhí)法戰(zhàn)斗力，最大限度地保護(hù)執(zhí)法人員安全，增強(qiáng)執(zhí)法力度，提高效率并有效減少人員傷亡及損失。

如圖1所示，主動(dòng)式警用安防防暴盾牌主要由盾牌本體、放電裝置和信息采集裝置組成，放電裝置能夠釋放電流，信息采集裝置能夠采集暴動(dòng)分子的身份信息并自動(dòng)上傳到中心服務(wù)器中。

2.2 放電裝置的設(shè)計(jì)

如上圖圖2所示，放電裝置包括供電單元、檢測單元、判斷單元、升壓單元和執(zhí)行單元。供電單元對(duì)檢測單元、判斷單元、升壓單元供電，檢測單元用于檢測暴動(dòng)分子與盾牌本體發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的壓力值并輸出壓力檢測信號(hào)，判斷單元預(yù)設(shè)有基準(zhǔn)信號(hào)，判斷單元響應(yīng)壓力檢測信號(hào)并對(duì)壓力檢測信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，若壓力檢測信號(hào)大于基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)輸出控制信號(hào)，升壓單元響應(yīng)控制信號(hào)后對(duì)輸入升壓單元的電壓進(jìn)行升高并輸出，執(zhí)行單元將升壓單元輸出的電流進(jìn)行釋放，執(zhí)行單元將電流傳遞到暴動(dòng)分子身上進(jìn)而電擊暴動(dòng)分子，從而達(dá)到壓制暴動(dòng)分子的效果。

（1）供電單元。供電單元包括蓄電池，蓄電池向檢測單元、判斷單元、升壓單元和執(zhí)行單元供電，蓄電池能夠進(jìn)行多次充放電，更加便于使用。

（2）檢測單元。檢測單元包括壓力傳感器，蓄電池向壓力傳感器進(jìn)行供電，壓力傳感器固定連接到盾牌本體的表面，當(dāng)暴動(dòng)分子與盾牌本體發(fā)生碰撞時(shí)，暴動(dòng)分子向壓力傳感器施加壓力，壓力傳感器檢測到壓力后在信號(hào)輸出端輸出壓力檢測信號(hào)。

（3）判斷單元。判斷單元包括微處理器，蓄電池向微處理器供電，壓力傳感器的信號(hào)輸出端與微處理器的信號(hào)輸入端通過數(shù)據(jù)線連接，微處理器內(nèi)預(yù)設(shè)有基準(zhǔn)信號(hào)，微處理器響應(yīng)壓力檢測信號(hào)后，對(duì)壓力檢測信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)壓力檢測信號(hào)大于基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)輸出控制升壓單元的控制信號(hào)。通過在微處理器中預(yù)設(shè)基準(zhǔn)信號(hào)并將壓力檢測信號(hào)與預(yù)設(shè)信號(hào)進(jìn)行比較，防止誤觸現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）升壓單元。升壓單元包括脈沖發(fā)生器和高壓發(fā)生器，蓄電池向脈沖發(fā)生器和高壓發(fā)生器供電，脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸入端與微處理器的信號(hào)輸出端連接，高壓發(fā)生器的信號(hào)輸入端與脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端連接，脈沖發(fā)生器響應(yīng)控制信號(hào)并在信號(hào)輸出端輸出脈沖信號(hào)，高壓發(fā)生器將蓄電池輸入高壓發(fā)生器的電壓升高，并在高壓發(fā)生器的供電輸出端輸出升壓之后的電流，高壓發(fā)生器響應(yīng)脈沖信號(hào)后，高壓發(fā)生器的供電輸出端輸出脈沖式電流。高壓發(fā)生器輸出高電壓低電流，高壓發(fā)生器輸出的電壓一般在幾萬伏特但輸出電流一般在幾毫安，高壓發(fā)生器輸出脈沖式的電流施加在暴動(dòng)分子身上的時(shí)間一般不超過三秒，在不容易對(duì)暴動(dòng)分子造成生命危險(xiǎn)的同時(shí)，起到壓制和震懾暴動(dòng)分子的效果。

（5）執(zhí)行單元。執(zhí)行單元包括金屬板，金屬板設(shè)在盾牌本體的表面，金屬板與壓力傳感器的感應(yīng)端固定連接，壓力傳感器位于金屬板與盾牌本體之間。金屬板與高壓發(fā)生器的供電輸出端通過導(dǎo)線連接。高壓發(fā)生器輸出的脈沖式電流傳遞到金屬板上，當(dāng)有暴動(dòng)分子與盾牌本體發(fā)生碰撞并與金屬板接觸時(shí)，金屬板將脈沖式電流傳遞到暴動(dòng)分子身上，進(jìn)而電擊暴動(dòng)分子，暴動(dòng)分子在被電擊的瞬間失去反抗能力，進(jìn)而便于工作人員壓制暴動(dòng)分子。金屬板的表面還可安裝多個(gè)探針，探針使得電流更容易傳遞到暴動(dòng)分子身上，增強(qiáng)電擊效果。

（6）其他方面。供電單元還包括自鎖開關(guān)，自鎖開關(guān)串聯(lián)連接在蓄電池的供電輸出端。工作人員通過自鎖開關(guān)方便控制金屬板的通斷電，進(jìn)而降低人員誤觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 信息采集裝置的設(shè)計(jì)

如下圖圖3所示，信息采集裝置由攝像頭和5G發(fā)送裝置構(gòu)成，在盾牌本體上安裝攝像頭，蓄電池向攝像頭供電，攝像頭的信號(hào)輸出端與微處理器的信號(hào)輸入端通過數(shù)據(jù)線連接，攝像頭采集暴動(dòng)分子的相貌特征并輸出采集信號(hào)，微處理器響應(yīng)采集信號(hào)并輸出攜帶有暴動(dòng)分子相貌特征的識(shí)別信號(hào)。微處理器還連接有5G發(fā)送裝置，5G發(fā)送裝置的信號(hào)輸入端與微處理器的信號(hào)輸出端通過數(shù)據(jù)線連接。微處理器輸出的識(shí)別信號(hào)傳遞到5G發(fā)送裝置中，5G發(fā)送裝置響應(yīng)識(shí)別信號(hào)后將識(shí)別信號(hào)以無線信號(hào)的形式進(jìn)行發(fā)送。

5G發(fā)送裝置通過信號(hào)連接有5G接收裝置，5G接收裝置連接有中心服務(wù)器，中心服務(wù)器連接有顯示屏。5G接收裝置的信號(hào)輸出端與中心服務(wù)器的信號(hào)輸入端通過數(shù)據(jù)線連接，中心服務(wù)器的信號(hào)輸出端與顯示屏的信號(hào)輸入端通過數(shù)據(jù)線連接。

5G接收裝置響應(yīng)識(shí)別信號(hào)并將識(shí)別信號(hào)傳遞至中心服務(wù)器中，中心服務(wù)器中存儲(chǔ)有個(gè)人的姓名、性別、相貌特征、身份證號(hào)和家庭住址信息，中心服務(wù)器響應(yīng)識(shí)別信號(hào)對(duì)識(shí)別信號(hào)中攜帶的暴動(dòng)分子相貌特征進(jìn)行存儲(chǔ)并分析，中心服務(wù)器將相貌特征與存儲(chǔ)的個(gè)人信息進(jìn)行比對(duì)分析，中心服務(wù)器對(duì)識(shí)別信號(hào)進(jìn)行分析后輸出顯示信號(hào)，顯示屏響應(yīng)顯示信號(hào)后在顯示屏上將暴動(dòng)分子個(gè)人的姓名、性別、相貌特征、身份證號(hào)和家庭住址信息進(jìn)行顯示，方便對(duì)暴動(dòng)分子的監(jiān)控并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案。

3 結(jié)語

當(dāng)暴動(dòng)分子與盾牌本體發(fā)生碰撞時(shí)，壓力傳感器檢測到壓力并輸出壓力檢測信號(hào)，微處理器對(duì)壓力檢測信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)壓力檢測信號(hào)大于基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)微處理器輸出控制信號(hào)，脈沖發(fā)生器響應(yīng)控制信號(hào)發(fā)出脈沖信號(hào)，高壓發(fā)生器將輸入高壓發(fā)生器的電壓進(jìn)行升高，高壓發(fā)生器響應(yīng)脈沖信號(hào)后在高壓發(fā)生器的供電輸出端輸出脈沖式的電流，金屬板將脈沖式的電流傳遞到暴動(dòng)分子身上對(duì)暴動(dòng)分子進(jìn)行電擊，從而方便工作人員壓制暴動(dòng)分子。此外，該壓力傳感器所釋放出來的電壓參考電棍電壓，符合人體承受范圍，不會(huì)對(duì)暴動(dòng)分子造成嚴(yán)重傷害，只起到有效控制的作用，不會(huì)因此導(dǎo)致暴力執(zhí)法。

綜上所述，通過本設(shè)計(jì)，使防暴盾牌具有了智能化的功能，將提高防暴盾牌的綜合性能，同時(shí)也增強(qiáng)了警員自我保護(hù)和有效控制暴動(dòng)分子的能力，為提高執(zhí)法效率，處置事件提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)保障。