辛 悅，曾昭龍，沈 兵，吳建松，胡嘯峰

(1.中國人民公安大學(xué) 信息網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，北京 100076；2.安全防范技術(shù)與風(fēng)險評估公安部重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100076；3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

近年來，恐怖襲擊已成為危害公共安全的重要因素。尤其當(dāng)恐怖襲擊發(fā)生在基礎(chǔ)設(shè)施密集、公共環(huán)境復(fù)雜的城市重點(diǎn)區(qū)域時，極易對公共安全造成嚴(yán)重威脅。

“臟彈”是通過引爆傳統(tǒng)爆炸物釋放內(nèi)部放射性物質(zhì)的武器，結(jié)構(gòu)簡單、易于制備、便于攜帶，是1種非常規(guī)、高科技?xì)晕淦鱗1]。與傳統(tǒng)核武器不同，“臟彈”雖不產(chǎn)生核爆炸，但卻可以通過核輻照射的方式污染水體、大氣以及土壤等城市環(huán)境，進(jìn)而對城市工業(yè)設(shè)施與重要基礎(chǔ)設(shè)施造成危害。此外，由恐怖襲擊事件導(dǎo)致工業(yè)設(shè)施事故的風(fēng)險機(jī)理與傳統(tǒng)工業(yè)事故的風(fēng)險機(jī)理存在較大區(qū)別，而工業(yè)設(shè)施，特別是化學(xué)類和能量聚集類的工業(yè)設(shè)施一旦失控，將會造成嚴(yán)重的后果[2]，因此對“臟彈”恐怖襲擊進(jìn)行研究具有重要意義。

目前，在“臟彈”恐怖襲擊的風(fēng)險演化分析方面，胡嘯峰等[3-4]提出1種基于天氣預(yù)報模式的“臟彈”恐怖襲擊輻射劑量計算方法以及對源項、地表干沉降、濕沉降量的放射性衰變修正方案，并進(jìn)行實(shí)例研究，得到分辨率模擬分析結(jié)果；王海洋等[5]提出“臟彈”恐怖襲擊劑量評價模式，為應(yīng)對“臟彈”恐怖襲擊的管理與決策提供參考；鄭超慧[6]基于計算流體力學(xué)方法，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)雜街區(qū)結(jié)構(gòu)和不同風(fēng)場條件下“臟彈”恐怖襲擊中放射性物質(zhì)的擴(kuò)散規(guī)律。

在“臟彈”恐怖襲擊的概率風(fēng)險分析方面，Rosoff等[7]研究“臟彈”恐怖襲擊的概率風(fēng)險分析方法；Mohtadi等[8]研究針對核生化威脅的風(fēng)險分析方法；文獻(xiàn)[9-10]研究恐怖組織及其成員的多維特征屬性、恐怖組織襲擊偏好等問題，并建立“臟彈”恐怖襲擊風(fēng)險分析模型，分析不同城市場景下各種預(yù)防策略的有效性。

當(dāng)前針對城市“臟彈”恐怖襲擊風(fēng)險分析的研究多側(cè)重于事中的應(yīng)急處置和事后的后果分析，而對于事前的主動預(yù)防策略研究較少。本文針對城市“臟彈”恐怖襲擊的風(fēng)險分析與預(yù)防策略研究需求，選取我國北方某大型城市的重點(diǎn)城區(qū)作為場景，利用Anylogic 8.5.2建立多主體仿真模型；通過設(shè)置對比算例，分析不同風(fēng)險防控手段的有效性，以期為防控策略的制定提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 多主體仿真模型的建立

本文建模流程主要分為以下5個步驟：1)對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行模型描述，并將其作為仿真模型所有步驟的指導(dǎo)。2)選取多主體仿真的建模方法，并創(chuàng)建各種主體類型。3)對各主體進(jìn)行行為規(guī)則的定義，并根據(jù)我國警務(wù)工作實(shí)際情況對各類主體的參數(shù)屬性進(jìn)行設(shè)置。4)在仿真模型初步確立后，對模型的可信度進(jìn)行驗證，判斷模型功能是否與定義的系統(tǒng)功能相符合，在模型可信的情況下對模型進(jìn)行調(diào)試并多次迭代優(yōu)化。5)對仿真實(shí)驗數(shù)據(jù)以及各類主體所涌現(xiàn)出的行為規(guī)律進(jìn)行分析，得出針對城市“臟彈”恐怖襲擊有效的預(yù)防策略。

1.2 多主體行為規(guī)則的建立

本文所建立的模型包括城市防御力量、承災(zāi)載體以及恐怖襲擊者3部分場景內(nèi)容。

城市防御力量包括盤查卡口、巡邏警察、便衣警察3類主體，三者均能在不同程度上對恐怖襲擊行為產(chǎn)生預(yù)防、阻礙和終止效果，并且能夠通過各自的行為方式捕獲襲擊者；承災(zāi)載體包括建筑物和室外人群2類主體，二者分別作為襲擊者不同襲擊偏好下的襲擊目標(biāo)，通過不同的參數(shù)化方案設(shè)置，可以研究建筑物分布位置以及人群密度對襲擊成功率的影響；恐怖襲擊者指針對重點(diǎn)城區(qū)進(jìn)行“臟彈”恐怖襲擊的恐怖分子主體，可以針對不同的防范策略做出不同的反應(yīng)，并且可以選擇不同的承災(zāi)載體采取不同的襲擊策略。表示恐怖分子與其他主體間交互關(guān)系的模型狀態(tài)圖如圖1所示。

圖1 模型狀態(tài)Fig.1 Model state

恐怖分子在區(qū)域內(nèi)不斷尋找襲擊目標(biāo)，通過進(jìn)入不同的狀態(tài)試圖發(fā)動1次“臟彈”恐怖襲擊。在此期間，恐怖分子進(jìn)入何種狀態(tài)則受到周邊環(huán)境的影響。此外，恐怖分子需要對城市防御力量進(jìn)行躲避，一旦被城市防御力量捕獲則進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。

1.3 算例設(shè)置

模型結(jié)合研究區(qū)域的場景特點(diǎn)以及研究區(qū)域內(nèi)現(xiàn)行警務(wù)工作模式中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對仿真模型中城市防御力量及承災(zāi)載體2類主體進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，具體設(shè)置如下：1)研究區(qū)域內(nèi)共有建筑物16棟，以建筑物幾何中心點(diǎn)為圓心，以20 m為半徑畫圓，設(shè)定在此圓形范圍內(nèi)的區(qū)域為有效襲擊區(qū)域；2)日常巡邏警察數(shù)量與便衣警察數(shù)量各10人；3)關(guān)鍵路段及主要路口常設(shè)盤查卡口9個，當(dāng)區(qū)域內(nèi)舉辦重要活動的情況下，隨機(jī)增加3個臨時盤查卡口；4)區(qū)域內(nèi)日常人流量為1 000人。

模型將巡邏警察、便衣警察、室外人群與恐怖分子4類可實(shí)時移動的主體設(shè)定為動態(tài)主體，將盤查卡口與建筑物2類不發(fā)生移動的主體設(shè)定為靜態(tài)主體，所建立的主體行為規(guī)則見表1。

表1 主體行為規(guī)則Table 1 Behavioral rules of agents

襲擊者由進(jìn)入場景位置處入場，隨后按照表1相應(yīng)的行為規(guī)則與3類城市防御力量進(jìn)行互動，并伺機(jī)向承災(zāi)載體發(fā)動襲擊。模型中的建筑物與盤查卡口2類靜態(tài)主體位置及襲擊者進(jìn)入場景位置如圖2所示。

圖2 靜態(tài)主體分布情況Fig.2 Distribution of static agents

當(dāng)恐怖襲擊事件發(fā)生在人員密集、環(huán)境復(fù)雜的公共場所時，極易造成大量的人員傷亡[11]。在本文所研究的場景中，放射性核素的輻射途徑主要包括內(nèi)照射與外照射2種，其中內(nèi)照射途徑主要包括放射性核素(煙羽、揚(yáng)塵)經(jīng)呼吸道吸入、污染的食品和水源經(jīng)消化道攝入或經(jīng)皮膚或傷口的吸收，均可對人體造成傷害；外照射途徑主要來自于放射源或裝置、放射性沾染的皮膚或衣物、擴(kuò)散性放射性煙羽、環(huán)境放射性沾染殘留物、放射性污染的日用消費(fèi)品，其通過地表沉積方式與空氣浸沒方式對人體造成傷害[12]。當(dāng)襲擊者在重點(diǎn)城區(qū)中進(jìn)行“臟彈”襲擊時，靠近放射源位置的室外人群同時受到各類急性放射和烈性爆炸物的威脅；靠近放射源位置的建筑物由于對放射性核素具有一定的屏蔽作用，因此處于建筑物內(nèi)部的人員主要受到空氣浸沒外照射與地表外照射的傷害[13]。

當(dāng)襲擊者向室外人群發(fā)動襲擊時，襲擊所造成的傷亡人數(shù)根據(jù)以引爆傳統(tǒng)烈性爆炸物所在位置為圓心的10 m范圍內(nèi)所有人數(shù)來計算，以10 m作為有效殺傷半徑符合傳統(tǒng)烈性爆炸物的有效殺傷距離[14]；當(dāng)襲擊者向建筑物內(nèi)部人員發(fā)動襲擊時，需要到達(dá)位于目標(biāo)建筑物10 m范圍以內(nèi)的有效襲擊位置。文獻(xiàn)[15]結(jié)果顯示：水平方向上，建筑物在10 m的范圍內(nèi)對流場能夠產(chǎn)生明顯的影響作用；垂直方向上，在10 m范圍內(nèi)發(fā)動襲擊，建筑物迎風(fēng)側(cè)壁面附近氣流的下沉作用對擴(kuò)散出的放射性物質(zhì)影響更明顯，進(jìn)而形成較強(qiáng)的地表外照射。

為便于對比不同場景設(shè)置下的結(jié)果，設(shè)置參考算例如下：巡邏警察與便衣警察識別距離為20 m(當(dāng)城市動態(tài)防御主體與襲擊者之間的距離小于20 m時能夠?qū)σu擊者進(jìn)行識別，當(dāng)城市動態(tài)防御主體與襲擊者之間的距離大于20 m時不能意識到襲擊者的存在，無法對其進(jìn)行識別)；識別成功率為60%；2類警察主體人數(shù)均為10人；盤查卡口數(shù)量為9個；襲擊者對室外人群的傷亡預(yù)期110人。其中，識別距離是指巡邏警察與便衣警察2類城市動態(tài)防御主體與襲擊者能夠產(chǎn)生行動交互的最遠(yuǎn)距離；識別成功率是指當(dāng)襲擊者與城市防御力量主體之間的直線距離小于識別距離時，城市防御力量能夠成功識別襲擊者的概率。

本文以襲擊者進(jìn)入研究區(qū)域的時間點(diǎn)為起始點(diǎn)，以成功完成1次“臟彈”恐怖襲擊的時間點(diǎn)為終止點(diǎn)，將起止點(diǎn)之間的時長定義為時間成本；以襲擊者在研究區(qū)域的進(jìn)入點(diǎn)作為起始點(diǎn)，以襲擊者完成“臟彈”恐怖襲擊時的所在位置作為終止點(diǎn)，將襲擊者在起止點(diǎn)之間通過的全部路程定義為襲擊空間成本。

設(shè)置算例A1～A6，依次對應(yīng)襲擊者80,95,110,125,140,155人的襲擊傷亡預(yù)期，在襲擊者以室外人群作為襲擊目標(biāo)的情況下比較不同襲擊傷亡預(yù)期值。本文以對應(yīng)110人襲擊傷亡預(yù)期的A3算例作為參考算例，以下算例中未進(jìn)行說明的參數(shù)與參考算例中的參數(shù)設(shè)定保持一致。

設(shè)置算例B1～B3，在襲擊者以建筑物內(nèi)部人員作為襲擊目標(biāo)的情況下比較不同襲擊吸引力建筑物的分布情況，建筑物對于襲擊者的襲擊吸引力見表2。

表2 建筑物襲擊吸引力Table 2 Attraction of building attack

設(shè)置算例C1～C18，其中C1～C9算例擁有9處盤查卡口，C10～C18算例中擁有12處盤查卡口(C1～C9算例與C10～C18算例依次對應(yīng)，除去盤查卡口數(shù)量，其他參數(shù)設(shè)置均保持一致)，在城市防御力量通過不同數(shù)量組合形成不同防范策略的情況下，比較城市防御力量中各類主體不同的數(shù)量搭配情況。

設(shè)置算例D1～D9，同一種防范策略中，在城市防御力量對應(yīng)不同的防范能力的情況下，比較影響防范能力參數(shù)的不同搭配情況。具體算例設(shè)置見表3。

表3 算例設(shè)置Table 3 Settings of cases

2 結(jié)果與討論

2.1 針對室外人群的臟彈恐怖襲擊仿真結(jié)果分析

A1～A6算例旨在不同傷亡預(yù)期的情況下，研究襲擊者襲擊成功率、襲擊時間成本以及襲擊空間成本等指標(biāo)的變化情況。各項襲擊指標(biāo)隨襲擊者的襲擊傷亡預(yù)期的變化情況如圖3所示。

由圖3可知，襲擊成功率隨襲擊者對室外人群傷亡預(yù)期值的增加而降低，二者呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系。襲擊者成功發(fā)動襲擊的時間成本以及空間成本與襲擊者對室外人群傷亡預(yù)期值之間存在一定的相關(guān)性，總體上，襲擊成本隨襲擊者對室外人群傷亡預(yù)期值的增加呈現(xiàn)上升的趨勢。

圖3 A算例中各項襲擊指標(biāo)隨傷亡預(yù)期值變化情況Fig.3 The situation that each attack index changes with the expected value of casualties varies in case A

從圖3(a)中可以看出，當(dāng)傷亡預(yù)期值達(dá)到155時，襲擊者的成功率下降到3%，此時，襲擊者幾乎無法在半徑為10 m的范圍內(nèi)造成更高的室外人群傷亡，即達(dá)到襲擊傷亡預(yù)期的最大值。由圖3(b)可知，襲擊者成功發(fā)動襲擊造成的傷亡人數(shù)以及被城市防御力量捕獲時周邊人數(shù)均隨著襲擊者的傷亡預(yù)期值的增加而升高。結(jié)合圖3(c)～(d)的數(shù)據(jù)分析，當(dāng)傷亡預(yù)期值為95時，襲擊者發(fā)動襲擊所需要花費(fèi)的時空成本是6個算例中最低的。

2.2 針對建筑物內(nèi)部人員的臟彈恐怖襲擊仿真結(jié)果分析

B1～B3算例分析襲擊者的襲擊時間成本與襲擊空間成本隨建筑物襲擊吸引力的變化趨勢。對該區(qū)域內(nèi)16棟建筑物的襲擊吸引力進(jìn)行劃分。在B1，B2算例中，建筑物1、建筑物2、建筑物5以及建筑物6組成襲擊者進(jìn)入場景位置的近距離高襲擊吸引力建筑物集中區(qū)(以下簡稱近距離集中區(qū))，建筑物11、建筑物12、建筑物15以及建筑物16共同組成襲擊者進(jìn)入場景位置的遠(yuǎn)距離高襲擊吸引力建筑物集中區(qū)(以下簡稱遠(yuǎn)距離集中區(qū))；在B3算例中，建筑物13、建筑物14、建筑物15以及建筑物16組成場景中唯一的高襲擊吸引力建筑物集中區(qū)。B1～B3的算例中襲擊成功的結(jié)果見表4。

表4 襲擊成功情況下的仿真結(jié)果Table 4 Simulation results of successful attack

由表4可知，襲擊者對襲擊吸引力較高的建筑物內(nèi)部人員的襲擊成功率隨著空間距離的增加而明顯降低。此外，B1與B2算例中由于空間距離的不同導(dǎo)致近距離集中區(qū)遭受襲擊的概率明顯高于遠(yuǎn)距離集中區(qū)遭受襲擊的概率。由于該重點(diǎn)城區(qū)中存在的城市防御力量相對薄弱，因此城市防御力量難以在襲擊者進(jìn)入重點(diǎn)城區(qū)后至選定襲擊目標(biāo)前的階段將其捕獲。

襲擊失敗時的結(jié)果見表5。由表5可知，在未能成功發(fā)動襲擊的情況中，便衣警察的盤查行為導(dǎo)致襲擊者絕大部分的襲擊失敗，這表明襲擊者通常只在無法躲避巡邏警察時才會進(jìn)入巡邏警察識別距離所覆蓋的范圍，并承擔(dān)被識別捕獲的風(fēng)險。由此可見，恐怖襲擊行為有較高的被其未知的防御力量所阻止的可能性。

表5 襲擊失敗情況下的仿真結(jié)果Table 5 Simulation results of failed attack

2.3 城市防御力量預(yù)防策略仿真結(jié)果分析

算例C1～C18旨在研究城市防御力量的最有效預(yù)防策略。在襲擊者對室外人群的傷亡預(yù)期值為110人的情況下，通過統(tǒng)計算例中不同的盤查卡口數(shù)量與警力人數(shù)，配置對應(yīng)襲擊者的襲擊成功率以及襲擊時間成本，得出防御力量最有效的防范策略。C1～C18的算例結(jié)果如圖4所示。

圖4 2種情況下襲擊成功率對比Fig.4 Comparison of attack success rate under two types of conditions

在圖4中，將C1～C18算例分為盤查卡口數(shù)量為9和12 2種情況進(jìn)行分析，進(jìn)而研究襲擊成功率隨2類警察數(shù)量增加的變化情況。由圖4可知，隨著區(qū)域內(nèi)巡邏警察與便衣警察人數(shù)的增加，襲擊成功率明顯下降，當(dāng)區(qū)域內(nèi)2類警察數(shù)量為20～30時對襲擊者發(fā)動襲擊所產(chǎn)生的阻力較大，表明城市防御力量的人數(shù)接近當(dāng)前場景內(nèi)的最優(yōu)人數(shù)配置。

通過對比圖4(a)與(b)中數(shù)據(jù)可以得出：盤查卡口數(shù)量的變化未對襲擊成功率造成明顯影響。在C1～C18全部的仿真算例中，襲擊者僅被盤查卡口捕獲1次，這表明襲擊者會極力對盤查卡口進(jìn)行躲避。此外，城市動態(tài)防御力量對于襲擊行為會造成明顯的阻力，而增加便衣警察數(shù)量對于風(fēng)險補(bǔ)償能力的提升更為明顯。

在算例C1～C18的基礎(chǔ)上，通過D1～D9算例進(jìn)一步研究城市動態(tài)防御力量中不同的識別距離與識別成功率組合對當(dāng)前預(yù)防策略有效性的影響，并對二者如何影響襲擊者的襲擊成功率進(jìn)行分析。D1～D9的算例結(jié)果如圖5所示。

圖5 襲擊成功率與時間成本隨識別距離與識別成功率變化關(guān)系Fig.5 Change relationship of attack success rate and time cost with recognition distance and recognition success rate

由圖5(a)與(b)可知，襲擊者的襲擊成功率隨著城市動態(tài)防御力量的識別距離與識別成功率的提高而明顯下降，襲擊時間成本隨著識別距離與識別率的提高明顯增加。在D1～D9算例中可以發(fā)現(xiàn)識別成功率與識別距離對于襲擊成功率的影響無明顯差異，但城市動態(tài)防御力量對襲擊者的識別成功率與識別距離的不同組合會對襲擊成功率造成明顯影響。

3 結(jié)論

1)當(dāng)襲擊者以室外人群作為襲擊目標(biāo)時，襲擊成功概率明顯受到襲擊傷亡預(yù)期值的影響；當(dāng)襲擊者以建筑物內(nèi)部人員作為襲擊目標(biāo)時，通過增加襲擊者與高襲擊吸引力建筑物之間的空間距離能夠明顯提升研究區(qū)域?qū)τ凇芭K彈”恐怖襲擊的風(fēng)險補(bǔ)償能力。

2)巡邏警察與便衣警察2類主體數(shù)量的增加能夠有效提升研究區(qū)域?qū)τ凇芭K彈”恐怖襲擊的風(fēng)險補(bǔ)償能力。此外，便衣警察對于“臟彈”恐怖襲擊行為的打擊效率明顯高于巡邏警察。

3)襲擊者對于城市防御力量的了解程度越低，恐怖襲擊行為越容易受到來自其未知的襲擊阻力影響，進(jìn)而導(dǎo)致襲擊失敗。