何移宸，周维方，叶 强
警务手枪屈臂射击姿势特征和速射效果分析
何移宸1，周维方2，叶 强3
1.西安医学院，陕西 西安，710021；
2.南京森林警察学院，江苏 南京，210023；
3.南京体育学院，江苏 南京，210014。
为探讨军警手枪速射科目中两种射击姿势对射击精度的影响，引用云模型中的多步还原逆向云算法，通过MATLAB仿真分析，实现定量数值到定性语言值的转换。使用云模型中的正向云发生器依据定性语言值模拟弹着点在靶上的散布情况，使用弹丸坐标法对比两种射击姿势弹着点散布中心，使用散布矩形法对比两种射击姿势弹着点密集程度，分析数据推断出屈臂射击姿势在快速射击时射击精度更高。研究结果可为军警手枪速射训练中选取射击姿势提供参考，并对进一步研究手枪速射姿势的生物力学因素具有参考意义。
快速射击；
射击精度；
射击姿势；
弹着点；
云模型
射击是借助枪支瞄准目标进行打靶的一系列复杂的身体活动过程。尽管在日常警务执勤中使用枪支依然是偶发事件，但熟练使用枪支仍然是警务人员的基本职业要求。不论是欧美国家还是我国，警务手枪射击训练模式和实战用枪间存在“脱节”，大多数警察不具备执法活动中使用枪械的能力，包括经过长期射击训练的警务人员，其依然表现出较差的射击技能[1]。在我国，警用手枪射击科目包括[2]：7m、15m、25m距离射击，有案例分析发现，7m实战常见距离下，很多国内警务人员在现场处置险情的表现差强人意[3,4]。故如何科学有效的进行射击训练是业内重点关注的话题。
以近距离作战为主的非线性作战将占据主要地位[5]，特别是近年来3.14和7.5等重大暴恐案件的发生，警务人员开展执法工作迎来更多挑战，也对警务技能尤其是射击技能提出了更高要求，实战化近距离快速射击训练将成为主导。而实战复杂环境下为了能对敌人实现致命打击，连续快速射击不仅需要确保射击的精度，更需要提高射击的稳定性，因此射击效果好坏取决于击发技术动作的稳定性、规律性以及自身自控能力和抗干扰能力等。为了避免身体自身晃动和枪械后坐力等的影响，射击时身体持枪姿势的选择对于射手身体稳定的控制和身体摆动的调整极为重要[6]。研究手枪身体姿势与射击效果的关系，对一线警务教学和实践具有积极意义。
持枪姿势受所持枪械的物理特征与性能影响，手枪实战射击中常见的持枪姿势包括等腰三角形式、威沃尔式等[7-9]，其中等腰三角形式持枪姿势能突出手枪精度射击，但忽略了实战场景下突发事项等环境因素变化。而威沃尔式持枪姿势观瞄距离短稳定性有保障，但不利于对远距离目标或在较长时间内的精度射击。受国内外不同的指导思想的影响，目前国内警务人员多采用等腰三角形式持枪姿势（图1右），而国外警务人员多采用威沃尔式持枪姿势（图1左），国外警用射击训练中科目设置贴近实战，而国内警务射击训练过分强调精度射击，忽略了实战应用时的现场环境因素及突发事项。
图1 常用射击姿势，从左至右依次为威沃尔式持枪，等腰三角形式持枪
图2 屈臂射击姿势
本文提出了一种屈臂持枪姿势（图2），它结合了等腰三角形式与威沃尔式持枪动作，采取与等腰三角形式持枪相同的平行站位及与威沃尔式持枪相似的弯曲肘关节姿势。射手姿势为双手持枪，大臂和肘部自然弯曲，将枪微收于胸前的射击动作，双臂与肩关节没有形成自然的三角支撑，更有利于速射过程中瞄准线的快速回位。同时屈臂射击姿势时射手身体的利用空间更小，有利于在狭小空间作战。并且屈臂射击姿势在穿着各种战术背心、防弹衣时，不会出现使用等腰三角形式射击姿势时肩部不能锁紧并拢，容易出现动作变形等问题[5]。相较之下，屈臂射击姿势更贴近目前城市防恐中的警务实弹射击要求。
射击技术与射击时人枪匹配耦合及身体核心稳定有关。屈臂持枪姿势因为减少了持枪臂长度，可以提高身体整体的稳定性，较适合身体力量水平弱于西方的我国警务人员。警务实践表明，当目标接近时可以容许较大的摆动而不影响目标命中率，而随着距离增加，可以容忍的身体摆动迅速变小。一般而言，要在超过7m的距离内100%地击中目标，身体摆动体现到压力中心的移动范围上必须小于3mm，而摆动达到4.3mm则显著影响命中率降到50%[10]。为了降低身体摆动，在增强支撑面稳定的同时，减少破坏稳定的因素。研究表明，持枪臂长度减少10cm，相当于降低手臂持重762g重量，这样就可以适当减少身体力量对维持稳定的需求。对比不同持枪姿势，尽管脚的站姿略有不同，但主要差别在于持枪手臂的弯曲与否，射击时力臂长度适度减少，有利于提高射击的稳定性效果。
相对其它枪械射击，手枪快速射击时射手对枪械后坐控制能力较弱，射弹散布会增大。正确手枪持枪需要前臂、拇指和扳机指之间协同[2]，扳机指的远端关节必须能够舒适地装配在扳机的中间，以实现最大的杠杆作用和平稳的扳机拉力。在任何给定的抓握尺寸下，用更大的手或更长的扳机手指可以更好地进行手部定位并更好地对准吸收后坐力的关节。屈臂射击姿势在射击过程中依靠肘关节和肩关节缓冲在手枪快速射击时的枪械后坐力，而传统的等腰三角形式持枪则完全依靠肘关节和肩关节的锁定，将枪械后坐力完全传达至肩关节，在长期的快速射击训练中容易造成肘关节和肩关节损伤，影响训练效果。实践表明屈臂射击姿势在实际射击中相比于传统射击姿势，具有提升瞄准及射击速度、减小弹着点散布和对目标的精准打击等优势。
2.1 研究对象基本情况
为了进一步证实屈臂射击姿势效果，选取南京森林警察学院特警学院12名学员（皆为男性，体型匀称，年龄18-22岁，体重60-80kg，身高170-185cm，如表1所示）为实验对象进行实弹射击训练，所有实验对象无射击经验，且确保所有实验对象上下肢无骨折等重大既往病史，无视力障碍，并且需要具有良好的手眼协调能力。
表1 研究对象基本情况
2.2 实验设计
实验测试前进行为期12周的射击训练，每周两种射击姿势各准备4节训练课，两种射击姿势交替进行学习，每周末对实验对象两种射击姿势下的射击效果进行测试，记录环数数值。实验测试后两周每周增加两次实弹射击测试，以保证所有实验对象在训练后期测试成绩趋于稳定；
无较大起伏，而后准备开始实验测试，确保所有被试人员采用两种射击姿势（直臂和屈臂）掌握熟练度的同一性。
测试前于靶挡处间隔20m设置射击胸环靶2处，各胸环靶前7m处设置射击点，标记为甲射击点和乙射击点。射击点后方设置等待区，于墙上每隔1m设置等高靶纸一张，距墙7m处在地上贴黄色长实线，供实验对象进行瞄准练习。实验对象均使用92制式手枪，对距射击位置7m远的胸环靶分别进行屈臂与直臂的射击。为确保两种射击姿势的实验条件相同，将人员分为A、B两组，每组6人。A组首轮进行直臂射击，第2轮进行屈臂射击，B组则相反，首轮进行屈臂射击，第2轮进行直臂射击，以此类推。
实弹射击测试时A组第1人于甲射击点先进行射击，B组第1人在乙射击点处等待。待A组第1人射击完毕后，A组第1人进行验枪，保障组取回A组靶纸进行更换，B组第1人随即开始射击，A组第2人处于甲射击点等待。确保所有实验对象实弹射击测试时无外界环境因素干扰；
确保每名实验对象实弹射击时靶纸无差别，不受靶纸上原有弹着点干扰。每名实验对象每轮实弹射击测试前在等待区进行该轮射击姿势的瞄准练习，实弹射击测试完成后在等待区进行另一射击姿势的瞄准练习，待每轮两组人员全部射击完成后，间隔20min开始下一轮测试，期间两组人员进行休整及另一射击姿势的练习，测试人员整理上一轮两组实验对象射击数据，确保实验可以快速高效进行的同时且保证前一轮射击姿势不会对后一轮射击姿势的射击稳定性产生干扰。
每名实验对象两种射击姿势各射击6轮，每轮各射击5发弹，自发出指令开始计时，实验对象即从准备姿势到掏枪、出枪、瞄准、击发完成系列动作，第5发弹射击完毕后停止计时，要求自计时开始后10s内完成1轮射击。每名实验对象在两种射击姿势下各得到射击弹着点30个。
2.3 效果评价方法
射击效果包括射击准确性和射击稳定性[11]，日常训练中通常使用命中点环数评价法，该方法采用分类换算累加记分的形式，侧重反映准确度高低，训练中不利于凸显射击技能水平差异，无法全面考察射击技术水平。尤其对于不规律持续射击、多发速射、双发连击等实战常用射击动作的技能评价而言，不仅需要准，还需要稳[12]，其评价应综合射击准确度和射击稳定性两个维度[11]。因此命中点环数方法难以适应实战复杂环境下连续快速射击要求，需要更加全面的评价方法。
2.3.1 射击准确度评价 射击准确度是指散布中心与预期命中点（一般为目标中心即靶心）的吻合程度，二者之间的距离愈小，则射击准确度愈高。散布中心是一组射弹的弹道束的平均弹道与靶面的交点。除正常的命中点环数评价法外，求取散布中心一般有3种方法：线段连续分割法、上下左右平分法和弹丸坐标计算法[11]，其中线段连续分割法和平分法适用范围较小且误差较大，而弹丸坐标法针对所有弹着点精确坐标进行计算，因此相比其他两种方法求取较为精准。使用弹丸坐标法时，首先利用AUTO CAD软件完成对原始胸环靶的还原（如图3所示），取靶心为坐标原点，逐一得出原始弹着点的弹孔中心横坐标及纵坐标，然后分别求出所有弹孔横坐标和纵坐标的平均值（利用云模型模拟出的弹着点亦依照此方法），得出的值就是散布中心的坐标。
图3 CAD还原弹着点
2.3.2 射击稳定性评价 射击稳定性通常由射击密集度来反映，射击密集度即是弹道散布特征量的表现。在外界条件恒定不变的情况下，由同一射手实施多次重复射击（武器，弹药和瞄准点均相同），所得到的弹着点分布就是弹道散布特征量，弹着点的散步越密集，则该射手的射击稳定性越好。针对火力密集连续发射稳定性评价的问题，目前常见的方法有3种分别是蒙特卡洛法[13,14]，Bootstrap[15,16]法与云模型方法[17-19]3种。蒙特卡洛法需要数据采集样本量较大，Bootstrap方法不能直接评价射击精度，需要与其他评价方法一起使用，而云模型方法可以产生大量模拟实验数据以弥补无法获取充足实弹射击的弹着点数据的缺陷，较适用于受枪管寿命限制的手枪射击。
云模型是处理定性概念与定量描述的不确定转换模型的射击稳定性评价方法[20]。根据正向正态云发生器算法由定性概念的内涵生成概念外延过程的特点，提出一种多步还原的逆向云发生器算法[21]，这种算法相对于原有的逆向云算法，维度更高，最后计算得出定性数值误差更小，虽然计算过程相对于原有算法更加复杂，但是通过MATLAB软件的实现，可以更高效简洁的计算。具体算法如下：
其中期望（Ex）反映了射手射击时靶纸上平均弹着点的坐标，显示出射手射击时对准心的把控，其中X轴与Y轴正负值表现出以靶心为原点，射击弹着点的偏移方位；
熵（En）反映出弹着点的随机性，即弹着点在靶纸上相对于期望值的离散程度，表明射手射击时弹着点的散布范围；
超熵（He）反映了熵（En）的离散程度，体现了射手射击时的射击稳定性。以靶心作为坐标原点，期望（Ex）、熵（En）和超熵（He）3个数值越靠近0说明射手的射击水平越高。
2.4 结果分析
2.4.1 射击准确度通过所有学员不同射击姿势下原始的射击弹着点进行AUTO CAD软件建模（如图3所示），以十环中心为坐标原点，还原得到弹着点的坐标值并换算相应环数。
图4 两种射击姿势下的弹着点散布情况（左为屈臂，右为直臂）
对原始的射击弹着点环数进行配对样本t检验，结果显示两种不同射击姿势之间没有统计学差异（=0.075>0.05，t=1.863），但可以发现屈臂射击姿势下的环数结果（44.96±3.42）要略高于（42.75±5.42），表明不同射击姿势没有显著改变射击精度结果，说明射击姿势没有显著影响射手的发挥，均值结果和标准差结果上看，学员使用屈臂射击姿势的射击精度结果甚至反而占优。
图5 两种射击方式的环数结果对比
进一步对弹丸坐标法结果进行配对样本t检验，结果同样显示两种不同射击姿势之间没有统计学差异（水平方向=0.651>0.05，t=0.458，垂直方向=0.490>0.05，t=0.702），屈臂射击姿势下弹丸坐标法结果（水平-0.32±0.28dm，垂直-0.40±0.38dm）亦略优于直臂射击姿势（水平-0.35±0.37dm，垂直-0.47±0.55dm），表明两种射击姿势在弹丸坐标法中也没有显著差异，说明学员在不改变瞄准点的前提下，两种射击姿势得到的弹着点坐标中心没有显著变化，但从均值及标准差结果来看，学员使用屈臂射击姿势得到的弹着点坐标更靠近靶心，并且误差范围更小，也说明屈臂射击有利于强化射击的精确度。
图6 两种射击方式的弹丸坐标结果对比
2.4.2 射击稳定性 通过已获得所有学员不同射击姿势下的原始射击弹着点坐标，运用matlab软件编写云模型程序以获得其反映定性概念的数字特征（如表2）。
表2 云模型结果
通过对原始数据进行逆向云模型转换得到相应数字特征，结果显示学员使用两种射击姿势得到的弹着点在靶纸上普遍偏左下，而使用屈臂射击姿势得到的弹着点期望值在横纵坐标上皆优于直臂（屈臂Exx=-0.32、Exy=-0.39，直臂Exx=-0.34、Exy=-0.47），说明使用屈臂姿势射击得到的弹着点会更接近靶心，且使用屈臂射击姿势得到的纵坐标熵值（Enx=0.43、Eny=0.58）小于直臂射击姿势得到的结果（Enx=0.47、Eny=0.72），说明使用屈臂射击姿势得到的弹着点反映在靶纸上密集度更高于直臂射击姿势。虽然屈臂射击姿势得到的超熵值（Hex=0.05、Hey=0.08）略大于直臂射击姿势（Hex=0.03、Hey=0.03），说明使用直臂射击姿势得到的弹着点散布更加稳定，但屈臂射击姿势得到的弹着点散布更靠近靶心，故综合3种数值分析看出屈臂射击姿势的射击稳定性更好，但弹着点散布范围误差略高于直臂射击姿势。
3.1 姿势在手枪射击中的作用
在手枪射击中，射手射击时良好的稳定性是取得优异射击成绩的关键[22-24]，而射击姿势在提高射击精度、维持射手身体稳定性和提高实战应变能力中起到了重要的作用。由于不同射击姿势引起的差异易造成实战过程中射手在处置险情时反应速度的不同，且良好的射击姿势不但提高了射击精度，有效的打击了犯罪分子，更减少了训练伤病，减少了非战斗减员。
3.2 手臂在射击姿势的作用
正确的持枪需要射手身体、手臂和拇指协调用力，与扳机完美协同，其中手臂作为支撑手枪瞄准线和传导枪械后座的重要环节，其作用尤为重要。研究表明，持枪力臂的长度与持枪稳定性的身体力量有关，良好的射击姿势需要合适的力臂距离与一定手臂肌肉力量相结合[25,26]，才能提高射击精度，维持身体稳定。
3.3 姿势调整对身体控制的作用
射击运动存在生理性震颤，有研究表明震颤大小与射击成绩呈反比关系[27]，通过调整射击姿势可以起到减少生理性震颤，增加行动能力的作用，使射手在实战中使用枪械时具有更好的身体控制能力。由于实验条件影响，本次实验未能开展相关生理学、生物力学分析，在后期实验的推进中会对屈臂射击姿势在射击运动中的生理性震颤进行深入研究。
本文在获取实弹靶纸弹着点分布的基础上，使用弹丸坐标法和云模型方法分别评价射击精确性和稳定性，以对射击进行综合评价，能多维深入分析快速射击效果，有助于提高实弹射击训练的效率和质量，改变了传统命中点环数的评级方法。使用综合性评价，证实在现有传统直臂射击的基础上，手枪快速实弹射击时适当屈臂以调整身体姿势可以一定程度上提高射击精度，并显著提高射击稳定性，有助于提高射击实战效果。
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Analysis on the Shooting Posture Characteristics and Rapid-Fire Effect of Police Pistol Bending Arm
HE Yichen1, ZHOU Weifang2, YE Qiang3
1.Xi’an Medical University, Xi’an Shaanxi, 710021, China;2.Nanjing Forest Police College, Nanjing Jiangsu, 210023, China;3.Nanjing Sport Institute, Nanjing Jiangsu, 210014, China;
In order to discuss the influence of two shooting poses on firing accuracy in military and police pistol rapid-fire subjects, the multi-step reduction inverse cloud algorithm in the cloud model was cited and MATLAB simulation analysis was performed to realize the conversion from quantitative values to qualitative language values. The forward cloud generator in the cloud model is used to simulate the spread of the impact points on the target based on qualitative language values. The projectile coordinate method is used to compare the center of the impact points of the two shooting positions. The scattering rectangle method is used to compare the intensity of the impact points of the two shooting positions. The data infers that the shooting position of the flexed-arm shooting posture is higher when shooting fast. The research results can provide a reference for the selection of firing postures for military and police pistol rapid-fire training, and have reference significance for further research on the biomechanical factors of pistol rapid-fire posture.
Fast fire; Shooting accuracy; Shooting positions; Impact point; Cloud model
1007―6891（2022）05―0082―05
10.13932/j.cnki.sctykx.2022.05.18
G808.16
A
2020-09-02
2020-11-12
江苏省研究生实践创新计划，课题名称：射击动作的生物力学特征分析及在警务手枪射击中的应用，编号：（SJCX20_0680）。
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