楊春周 李慧 趙志誠(chéng) 韓文靜
(1.中國(guó)人民解放軍海軍航空大學(xué),山東 煙臺(tái) 264000;2.中國(guó)人民解放軍93166部隊(duì),北京 100084)
在信息系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中,安全風(fēng)險(xiǎn)是不可忽視的問(wèn)題,不僅會(huì)給相關(guān)單位帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)?duì)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定造成威脅。因此,對(duì)信息系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),可以更好地了解信息系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn),制定有效的應(yīng)用策略和控制手段,從而更好地保障信息系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
目前,信息系統(tǒng)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要有模糊層次分析法、灰色理論和故障樹(shù)等。然而,這些方法大多忽略了評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)的各種不確定性,對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程的定性概念很難作出清楚的解釋。而云模型理論作為處理定性概念和定量概念的轉(zhuǎn)化工具,在分析事物的模糊性和隨機(jī)性方面具有一定優(yōu)勢(shì)。
本文以某信息系統(tǒng)項(xiàng)目為例,利用云模型改進(jìn)傳統(tǒng)模糊綜合評(píng)價(jià)法中的權(quán)重矩陣和綜合評(píng)價(jià)矩陣,以云滴的形式直觀展示評(píng)價(jià)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),為信息系統(tǒng)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)提供了新思路。
云模型的定義為:設(shè)U是一個(gè)用精確數(shù)據(jù)表示的定量論域,C是U上的一個(gè)定性概念,若定量值x∈U,且x是定性概念C的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn),x對(duì)C的確定度μ(x)∈[0,1]是有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù),則x在論域U上的分布為云,每一個(gè)x即為一個(gè)云滴。公式如下
μ:→U∈[0,1]?x∈Ux→μ(x)
大量工程實(shí)踐表明,客觀事物的分布曲線近似服從正態(tài)分布,因此,正態(tài)云最適宜描述事物本質(zhì)上的模糊性和隨機(jī)性,從而客觀反映定性概念的定量特征。本文采用正態(tài)云模型實(shí)現(xiàn)單指標(biāo)云隸屬度的計(jì)算,以期望值(Ex)、熵值(En)和超熵值(He)表示[2]。期望值Ex是定性語(yǔ)言論域空間分布的中心。熵值En是定量概念模糊度的度量,通常熵越大,概念越宏觀,隨機(jī)性和模糊性也越大,確定性量化越難。超熵He是熵的不確定度量,反映了云滴的厚度及凝聚,超熵越大,云滴離散度越大,隸屬度的隨機(jī)性越大,云的厚度也越大[3]。具體評(píng)價(jià)步驟如下:
(2)生成以Ex為期望值,以En′2為方差的正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)x。
(3)計(jì)算隸屬度函數(shù),公式如下
式中,μ′(x)為x對(duì)定性概念的確定度;[x,μ′(x)]為生成的一個(gè)云滴。
(4)重復(fù)以上步驟,直到生成足夠數(shù)量的云滴。
1983年,荷蘭學(xué)者Van Logargoven 提出了模糊比較判斷方法,并運(yùn)用三角模糊運(yùn)算法則求得元素排序,進(jìn)而把AHP拓展為三角模糊層次分析法[4]。
設(shè)三角模糊數(shù)M1=(l1,m1,u1),M2=(l2,m2,u2),具有如下性質(zhì)
M1?M2=(l1,m1,u1)?(l2,m2,u2)=(l1l2,m1m2,u1u2)(l1,l2>0)
定義1:設(shè)M1=(l1,m1,u1),M2=(l2,m2,u2)是兩個(gè)三角模糊數(shù),則M1>M2的概率為
∨(M1,M2)=
定義2:對(duì)于組成的向量(M1,M2,…,Mn),Mi大于所有其他三角模糊數(shù)的概率為∨(M≥M1,M2,…,Mn)=min∨(M≥Mi)。
定義4 :設(shè)W′=(d′(S1)×d′(S2)×…×d′(Si))T為綜合權(quán)重值,W′= (d′(S1)×d′(S2)×…×d′(Si))T為W′歸一化后的最終權(quán)重。
2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)識(shí)別
為了全面評(píng)價(jià)該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)因素,根據(jù)相關(guān)政策文件和標(biāo)準(zhǔn)要求,從人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、管理的缺陷和環(huán)境的不安全因素4個(gè)方面[6]對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化,構(gòu)建該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見(jiàn)表1。
2.1.2 構(gòu)建三角模糊判斷矩陣
為了提高決策的有效性和準(zhǔn)確性,邀請(qǐng)5名專(zhuān)家對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,并利用三角模糊數(shù)構(gòu)建模糊判斷矩陣。參照模糊標(biāo)度及含義(表2),得到一級(jí)指標(biāo)重要程度的模糊判斷矩陣(表3)。
表2 模糊標(biāo)度及其含義
表3 一級(jí)指標(biāo)重要程度的模糊判斷矩陣
根據(jù)三角模糊判斷矩陣定義,本文構(gòu)建的三角模糊判斷矩陣充分考慮了判斷矩陣的模糊一致性,即構(gòu)建的矩陣具有模糊一致性,無(wú)須進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[8]。
根據(jù)三角模糊數(shù)運(yùn)算法則及定義1和定義3,計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊綜合程度值,得到
同理可得
S2≈(0.09,0.15,0.29)
S3≈(0.07,0.1,0.18)
S4≈(0.11,0.36,0.78)
根據(jù)上述模糊綜合程度值,比較一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素的概率大小,得到
∨(S1≥S2)=2.81
∨(S1≥S3)=2.89
∨(S1≥S4)=3.05
∨(S1≥S2,S3,S4)=2.81
同理,得到
∨(S2≥S1,S3,S4)=0.82
∨(S3≥S1,S2,S4)=0.6
∨(S4≥S1,S2,S3)=0.8
根據(jù)定義4,得到一級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量,即
W′(d′(S1)×d′(S2)×…×d′(Si))T=(d′(2.81),d′(0.82) ,d′(0.76),d′(0.38))=(2.81,0.82,0.76,0.38)
經(jīng)歸一化處理后得到
WB=(0.59,0.17,0.16,0.08)
同理,得到二級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量,結(jié)果見(jiàn)表4。
由于該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程具有不確定性和模糊性的特點(diǎn),需要進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)正向云模型變換,具體步驟如下:
(1)
(2)
Hei=k
(3)
(2)對(duì)于一級(jí)指標(biāo),采用式(3)所示的浮動(dòng)云算法;對(duì)于二級(jí)指標(biāo),采用式(4)所示的浮動(dòng)云算法。公式如下
(3)
(4)
式中,n為單項(xiàng)指標(biāo)因素的個(gè)數(shù);wi為每個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)因素的權(quán)重。
(3)將實(shí)際云圖與標(biāo)準(zhǔn)云圖進(jìn)行比對(duì),重合度最高的等級(jí)為該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)。本文將安全風(fēng)險(xiǎn)分為一般風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、重大風(fēng)險(xiǎn)和特大風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)等級(jí),分別對(duì)應(yīng)分值[0,21]、(21,42)、[42,70)、[70,100]。根據(jù)式(1)和式(2)可知,各評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的云模型為
C一般(0,6.67,0.5)|x≥Ex
C較大(31.5,3.67,0.5)
C重大(56,4.67,0.5)
C特大(85,10,0.5)|x≤Ex
基于此,繪制標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)云圖,如圖1所示。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)云圖
結(jié)合該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程數(shù)據(jù)資料,運(yùn)用德?tīng)柗品▽?duì)該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行等級(jí)劃分,結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 某信息系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等級(jí)劃分
以該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的“管理的缺陷”指標(biāo)為例。該指標(biāo)下屬5個(gè)指標(biāo)“管理制度不完善”“教育培訓(xùn)缺失”“現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)的管理風(fēng)險(xiǎn)”“應(yīng)急管理水平低”“安全投入不到位”評(píng)價(jià)云及權(quán)重如圖2所示。
圖2 “管理的缺陷”二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)云及權(quán)重
根據(jù)式(3)計(jì)算得出,“管理的缺陷”的評(píng)價(jià)云為(21.12,5.06,0.5)。
同理,求得一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果,見(jiàn)表6。
表6 一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果
根據(jù)式(4)計(jì)算得出,該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)云及其數(shù)字特征為(32.98,5.41,0.5)。繪制該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)云與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)云對(duì)比圖,如圖3所示。
圖3 某項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)云與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)云對(duì)比圖
通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)云圖進(jìn)行對(duì)比,分析結(jié)果如下:
(1)根據(jù)期望值Ex的定義可知,該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)值排序?yàn)椋喝说牟话踩袨锽1>環(huán)境的不安全因素B4>物的不安全狀態(tài)B2>管理的缺陷B3,說(shuō)明人的不安全行為B1風(fēng)險(xiǎn)值相對(duì)較大,需要重點(diǎn)關(guān)注。
(2)根據(jù)熵值En的定義可知,該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)值的不確定性排序?yàn)椋何锏牟话踩珷顟B(tài)B2>管理的缺陷B3>環(huán)境的不安全因素B4>人的不安全行為B1,說(shuō)明物的不安全狀態(tài)B2的風(fēng)險(xiǎn)跨度相對(duì)較大,風(fēng)險(xiǎn)的不確定性較大。
(3)由圖3可知,該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)云模型的云滴主要落在“較大風(fēng)險(xiǎn)”和“重大風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)間,且期望值為32.98,說(shuō)明該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“較大風(fēng)險(xiǎn)”。通過(guò)統(tǒng)計(jì)各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域中的云滴數(shù)(表7)可知,落在“較大風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)間內(nèi)的云滴數(shù)最多,其次是落在“重大風(fēng)險(xiǎn)”區(qū)間。
表7 各風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域中的云滴數(shù)量
綜上所述,該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為“較大風(fēng)險(xiǎn)”,屬于中間區(qū)域。因此,在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中,要針對(duì)影響最大的風(fēng)險(xiǎn)因素(人的不安全行為)和不確定性風(fēng)險(xiǎn)因素(物的不安全狀態(tài))特點(diǎn),制定相應(yīng)的防范措施和控制手段,加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。
本文通過(guò)對(duì)某信息系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行分析,運(yùn)用云模型及FE-AHP相關(guān)理論識(shí)別了人、物、環(huán)境和管理方面存在的安全風(fēng)險(xiǎn),構(gòu)建了安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,確定了風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重。在專(zhuān)家量化打分的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Matlab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,繪制該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程的一級(jí)指標(biāo)云圖和綜合評(píng)價(jià)云圖,并對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示,該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“較大風(fēng)險(xiǎn)”,屬于中間區(qū)域。
為了更好地防范風(fēng)險(xiǎn),針對(duì)該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中最不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)因素(人的不安全行為)和影響最大的風(fēng)險(xiǎn)因素(物的不安全狀態(tài)),提出以下防范措施:
(1)強(qiáng)化作業(yè)人員的安全意識(shí)。定期組織作業(yè)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn),同時(shí),在施工人員日常生活的場(chǎng)所進(jìn)行常態(tài)化的安全教育。
(2)提升作業(yè)人員的專(zhuān)業(yè)技能。開(kāi)展相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)操培訓(xùn),提高作業(yè)人員技能水平。
(3)提高指揮人員的應(yīng)急處變能力。通過(guò)培訓(xùn)考核、應(yīng)急演練等方式,培養(yǎng)指揮人員的應(yīng)急處變能力。
(4)定期對(duì)軟件及相關(guān)配置進(jìn)行檢查。定期檢查軟件系統(tǒng)的更新情況,對(duì)日志進(jìn)行分析;及時(shí)保存配置信息,定期更換系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)口令。