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安全技术防范系统效能评估方法研究

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    本文从系统效能概念入手, 较系统地阐述了系统效能评估的方法、基本步骤及其对比分析,提出了适应安全技术防范系统评价要素及其评价方法,为安全技术防范系统效能评估提供了有效的途径,对提高技术防范系统建设的性价比和费效比具有参考价值。

系统效能的基本概念
    随着信息技术的快速发展,大量的高新技术在保障重点要害部位安全、震慑和预防犯罪等方面得到广泛应用。近年来,为了适应安全技术防范系统向数字化、网络化、智能化、集成化发展的需求,新型安全技术防范技术研究和系统建设如火如荼,一大批应用系统应运而生。如何确保安全技术防范系统建设质量,提高系统的效能,确保系统好用、管用和顶用,安全技术防范系统效能评估技术与方法研究就是一个亟待解决的问题。所谓系统效能,就是预期一个系统满足一组特定任务的程度的量度。它是系统综合性能的反映,是系统的整体属性。所谓安全技术防范系统效能评估,就是要对安全技术防范系统进行综合分析,把系统的各项性能与任务要求综合比较,最终得到表示系统优劣程度的结果。

    安全技术防范系统的效能,可以细分为系统的自身效能和应用效能。自身效能是系统本身固有的性能,它体现了系统本身功能和性能的完备性;应用效能是系统在应用过程中体现的效能,是对系统保护防范对象,预防、震慑犯罪,延时、取证过程中的贡献。在规划、研制、建设安全技术防范系统时,效能、性能、费用、周期和风险成为评价安全技术防范系统优劣的5大要素。在各要素中, 性能是根本,效能是中心、关键, 是讨论其他要素的前提。周期和风险可以转化为费用, 运用性能、效能和费用评价安全技术防范系统时,往往用效费比(效能/费用)或费效比(费用/效能)或者性价比(性能/价格)作为综合评价的单一指标。因此,效能和费用(费效比)或性能和价格(性价比)就成了规划、研制、建设和使用安全技术防范系统所追求的总目标。

    何谓“系统效能”,一般大都采用美国工业界武器系统咨询委员会(WSEIAC) 给出的定义,它是预期一个系统能满足一组特定任务要求的度量。我国目前对系统效能的通俗理解是:系统完成预定目标任务的能力。规划、研制、建设和使用任何一个安全技术防范系统,归根结底是为了实现该系统的效能。系统的全面质量由性能、可靠性、维修性、安全性、保障性、经济性和时间等7个方面的内容构成。安全技术防范系统效能评价的关键一环是适当选择“效能量度”(MOE)。事实上,关于安全技术防范系统效能度量的建立,就是以模型为基础推导出来的。一般典型的安全技术防范系统效能分析的步骤是:

    1、阐明评价安全技术防范系统效能的目的,确立系统的主要组成和架构,限定效能分析的范围,以便使目标与知识、时间和费用相协调。即评估主体、评估对象、评估目标、评估手段(准则、方法、工具)、评估实施。

    2、确定途径,确定要研究解决问题的技术途径和规划,确定研究费用、时间、技术途径与技术状态控制各环节的相互联系。

    3、分析建模,建立一个抽象的效能分析模型,计算各自系统的效能数值,分析各因素对效能的影响程度。

    4、评价比较,反复修改各影响因素(参数),审查计算结果, 进行评价比较, 选择最佳方案。[nextpage]

效能评估的主要方法
    评估系统效能的方法很多,主要有试验统计法、专家调查法、指数法、解析法、层次分析法、SEA 法、Agent法、兰彻斯特方程、模糊综合评判法、灰色理论方法、Petri法、D-S理论、云理论方法等。综合分析安全技术防范系统,可以发现系统是一个复杂的人机大系统,对于效能评估而言,由于观察者所处的地位不同,观察的角度不同,便产生了对系统评估问题的不同理解。在文献中,把评估指挥调度系统的指标分成了四类,如表1所示:

从表1可以看出,系统设计者强调系统的尺度参数和性能指标,而用户则强调系统效能和使用效能。尺度参数和性能指标一般与环境无关,取决于系统部件或子系统本身的特性,它们属于技术指标的范畴,而系统的效能和使用效能则必须在应用环境下考虑。因此,本文重点从系统效能和性能两个方面综述效能评估方法。

试验统计法(Examination Stat)
    所谓试验统计法是在规定的现场中或精确模拟的环境中,观察安全技术防范系统的性能特征,收集数据,评定系统效能。其特点是依据实用、试运行、试验获得的大量统计资料评估效能指标,应用前提是,所获统计数据的随机特性可以清楚地用模型表示,并相应地加以利用。常用的统计评估方法有抽样调查、参数估计、假设检验、回归分析和相关分析等。试验统计法不但能得到效能指标的评估值,还能显示系统性能、使用规则等影响因素对效能指标的影响,从而为改进系统性能提供了定量分析基础, 其结果比较准确,但需要有大量的试用试验的物质基础,这在系统研制和建设前无法实施, 而且耗费太大,需要时间长。总之,试验统计法是评估安全技术防范系统效能比较可信的基本方法之一。

SEA方法(System Effectiveness Analysis)
    SEA方法的基本思想是:当安全技术防范系统在一定环境下运行时,系统运行状态可以由一组系统原始参数的表现值描述。对于一个实际安全技术防范系统,由于系统运行不确定因素的影响,系统运行状态可能有多个(甚至无数个)。那么,在这些状态组成的集合中,如果某一状态所呈现的系统完成预定任务的情况满足使命要求,就可以说系统在这一状态下能完成预定任务。由于系统在运行时落入那种状态是随机的,因此在系统运行状态集中,系统落入可完成预定任务的状态的“几率”大小,就反映了系统完成预定任务的可能性,即系统效能。

    在SEA方法中,系统、环境、使命是系统效能的三要素,其中任何一个要素的变化都会引起系统效能的变化。为了对系统效能进行量化分析,系统的使命应该是可量化的,这就要求系统的使命是具体的而非笼统的。描述系统完成使命品质的“量”称为性能量度或属性(Measure of Performance MOP)。在一个多使命的系统中,性能量度是一个集合{MOP}。为了能对系统在任一状态下完成预定任务的情况与使命要求进行比较,必须把它们放在同一空间内,这一空间恰好可采用性能量度空间{MOP}。

    效能度量是衡量一个系统性能满足需求的程度。其定义基本过程与性能度量类似,首先定义一个衡量满足需求的程度的指标,然后通过定义标准(公式或算法)来量化此指标,确保性能度量和需求指标(变量)相称。效能度量的值最终依赖于性能度量公式中的客观测量、可测量、表达需求的参数和进行比较的方法。[nextpage]

    安全技术防范系统可以分为系统参数空间、性能空间、需求空间和效能空间的关系。参数空间到性能空间的映射反映可性能度量轨迹。性能需求表示为需求空间。如果性能度量轨迹完全在需求空间内,则所有系统行为都满足需求,那么其效能为1。如果性能度量轨迹完全在需求空间之外,则没有一个系统行为满足要求,那么其效能为0。因此,效能度量可以表示为:

由MOE值可以发现,SEA方法评价安全技术防范系统的效能是非常有效的。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)
    所谓层次分析法,即根据问题的性质和要求达到的目标分解出问题的组成因素, 并按因素间的相互关系及隶属关系,将因素层次化,组成一个层次结构模型,然后按层分析, 最终获得最低因素对于最高层的重要性权值,或进行优劣排序。

层次分析法是一种能将定性分析与定量计算相结合的系统分析方法,具有思路清晰、方法简便、适用面广、系统性强等优点。应用AHP解决问题系统效能评估的思路是:根据问题的性质和要达到的目标分解出问题的组成因素,并按因素间的相互关系及隶属关系,将因素层次化,形成一个递阶的、有序的层次结构模型,然后按层分析,最终获得最低层因素对于最高层(总目标)的重要性权值,或进行优劣性排序,其流程和步骤如下(见图1):

 
·分析安全技术防范系统中各因素之间的关系,建立系统递阶层次结构(监控、探测、报警等要素);
·对同一个层次元素相对于上一层次中某一个准则的重要性进行两两比较,构造两两比较判断矩阵;
·由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重;
·计算各层元素对系统目标的合成权重,并进行排序。

    层次分析法是近年来兴起的一种效能评估方法,它用定性和定量相结合的方法处理各决策因素的特点,并且具有系统、灵活、简洁的优点, 在一定的领域得到了广泛的重视。

相关分析法(Correlative Analyse)
    在进行安全技术防范系统的效能度量时,通常需对变量之间关系的紧密程度进行研究,称为相关分析,并用相关系数或相关指数来反映。通常相关分析有直线相关、等级相关等。其中直线相关分析用于反映两个变量之间的线性联系程度;等级相关把定量的或定性的具体表现按等级次序排列,再测定标志等级之间的相关程度,这种方法适用于不便精确计量的指标、只能以程度高低、重要性大小、名次先后等方式评定其等级或次序,计算较为简单。分析可见,该方法运用到安全技术防范系统效能评估略显不足。

综合评价法(Synthetize Evaluate)
    综合评价法的基本思想是根据综合评价的目标,对客观事物的影响因素进行分解,以构造不同层次的统计指标体系,然后对这些指标进行指标赋值并确定其权重系数,最后采用综合评价模型进行综合,得到综合评价值,以此进行排序和评价。[nextpage]

    指标赋值和指标权重系数的确定,构成了综合评价方法的两大内容。在指标体系构成以后,指标赋值用于将量纲不同、对总目标作用大小不一、不能直接相加的指标值,过渡到可直接相加汇总的指标值。指标权重系数,依据各层指标对总目标评价贡献份额的大小来确定。

    综合评价模型包括线性加权和、对数线性加权和、混合加权和等方法。该方法非常适合安全技术防范系统的效能评估。

模糊综合评价法(Misty Synthetize Evaluate)
    模糊综合评价法就是利用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。模糊综合评价法可以较好地解决某些包括只能以自然语言形式给出评估,而难以精确定量表述的评价因素的评估问题,适用于需要同时考虑多项评价因素的综合评价问题,一级模糊综合评价的主要步骤如下:
·建立因素集U,它是影响被评价指标的各种因素所组成的一个集合;
·建立备择集V,它是评判者对评价对象可能做出的各种总的评价结果所组成的集合;
·建立权重集W,在因素集中,各因素的重要程度是不一样的,为了反映各因素的重要程度,需要对各因素赋予一定的权重,由各权重组成的集合称之为权重集;
·建立单因素评判矩阵;
·进行模糊综合评价;
·进行评价指标的处理,具体方法有最大隶属法、加权平均法和模糊分布法等。

    一级模糊综合评价是模糊综合评价法的最基本形式,对于较简单的安全技术防范系统指标,可得到较科学的结果。但是对于复杂系统,由于要考虑诸多因素,各因素往往又有不同层次,还需要采用多级模糊综合评价法,其确定评价因素或评价因素的层次递阶结构以及评价因素的权重,需要依赖或借鉴系统分析、层次分析等其他方法。

结语
    安全技术防范系统具有指标确定性,其效能实际上具有时效性。因此,在实际应用中,效能评估问题大多表现为综合评价问题,即要对多个指标对象进行评价。为进行全面的、科学的评价,首先需要建立合理的评估指标体系,确定多属性决策问题的属性集,属性集应满足五个性质。

·完整性:属性集合应表征决策(评估)要求的所有重要方面;
·可运算性:属性能有效地用到随后的分析中去;
·可分解性:可将决策(评估)问题分解,以简化评价过程;
·无冗余性:希望不重复考虑决策(评估)问题的某一个方面;
·极小性:即不可能用其他元素更少的属性集合来描述同一问题。

    由于安全技术防范系统的差异性, 故对不同规模的安防系统应采用不同的效能评估方法, 实践中往往采用几种方法混合使用, 各取其长, 以期得到客观全面、准确定量的效能值。通过计算机系统仿真评估和一个典型安全技术防范系统(视频监控、入侵防盗和出入口控制集成系统)评估实践证明, SEA方法、AHP方法、综合评价法非常适合安全技术防范系统的效能评估,可以为评价系统的优劣提供较准确的数据。

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