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)

0 引言

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。

1 云模型及FE-AHP相關(guān)理論

1.1 云模型定義及數(shù)字特征

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。

1.2 FE-AHP相關(guān)理論

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 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

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

2.2 一致性檢驗(yàn)

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]。

2.3 計(jì)算模糊綜合程度值

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)

2.4 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重向量

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。

3 建立多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)云模型

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

4 具體應(yīng)用

4.1 安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等級(jí)劃分

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

4.2 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

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

4.3 結(jié)果分析

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。

5 結(jié)語(yǔ)

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。