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关键基础设施及其安全管理

文档作者：刘晓1 4 张隆飙2 ZhangW J 3 Tu Y L 4 文档来源： 1. 上海交通大学机械与动力学院 2. 东北大学工商管理学院, 沈阳110004; 3. 萨斯客彻温省大学机械工程学院 4. 卡尔加里大学机械与制造工程学院		点击数：	更新时间： 2021年06月04日
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第12卷第6期
2009年12月
管 理 科 学 学 报
JOURNAL OFMANAGEMENT SCIENCES IN CH INA
Vo.l 12 No. 6
Dec. 2009
关键基础设施及其安全管理¹
刘 晓1, 4, 张隆飙2, ZhangW J 3, Tu Y L 4
( 1. 上海交通大学机械与动力学院, 上海200240; 2. 东北大学工商管理学院, 沈阳110004;
3. 萨斯客彻温省大学机械工程学院, 加拿大; 4. 卡尔加里大学机械与制造工程学院, 加拿大)
摘要: 关键基础设施(CI)系统是复杂的、高度相互依存的、网络化的社会) 技术系统, 一旦系
统被中断或者被破坏, 将会对国民健康、国土安全、经济稳定以及政府的正常运转等产生重大
的影响. 主要研究关键基础设施及其安全管理过程中的若干问题, 对CI的特点进行了分析和
总结, 建立了网络化CI系统的体系结构, 并利用视图模型来描述系统, 同时还给出了灾难处理
的一般过程. 最后, 进一步探讨了如何使用系统工程的方法来分析和模拟网络化CI系统的运
行方式、潜在的薄弱环节以及改进这些薄弱环节的实施方法.
关键词: 关键基础设施; 社会- 技术系统; 建模; 体系结构
中图分类号: N949 文献标识码: A 文章编号: 1007- 9807( 2009) 06- 0107- 09
0 引 言
近年来, 灾难事件在世界范围内频频发生, 如
中国的SARS、欧洲的疯牛病、美国的911袭击、印
度洋海啸、美国和加拿大大停电、英国的地铁爆炸
事件, 法国的机场坍塌事件, 加拿大的安大略洪水
灾难等等. 同样, 我国对灾难的预防及应急处理技
术也存在很大的需求, 很多地方都可以看到由灾
难事故及其引发的链锁式反应造成的严重后果.
比如, 广东江门某油库在施工过程中, 电焊产生的
火花使一座存有少量废油的油罐发生爆炸, 导致
周边数万人被疏散. 另一个案例更加触目惊心,
1989年8月12日中国石油天然气总公司管道局
胜利油田输油公司黄岛油库的特大火灾, 造成19
人死亡, 100多人受伤, 烧掉原油4万多立方米,
大约600吨石油在胶州湾海面形成几条10 多海
里长、几百米宽的污染带, 另外还烧毁消防车10
辆, 直接经济损失达3 540万元. 这一系列的灾难
严重影响到人们的正常生活, 它不仅对人的生命
造成威胁, 而且在心理上也会产生巨大的负面影
响. 因此该领域的研究工作受到国内外政府及学
者越来越多的重视.
灾难事件的诱因主要可以分为以下几类:
( 1)自然灾害, 例如飓风、地震、大范围发生的传
染病等; ( 2)人为事故, 主要是由人的误操作引起
的事故; ( 3)技术问题, 主要是由设备可靠性问题
引发的事故; ( 4)恐怖袭击, 主要是人为的故意破
坏. 尽管各国政府也都对上述各类事件都做出了
积极的反应, 但由于灾难事件管理是巨大的社
会) 技术复杂系统, 尚缺乏行之有效的管理理论
或者实践经验[ 1, 2] . 这就要求人们对那些一旦收
到破坏就会对直接威胁到国民健康、社会安定、经
济稳定, 甚至导致整个社会体系崩溃的特殊基础
设施, 即关键基础设施事先考虑其发生灾难的风
险, 并作好应对措施.
所谓关键基础设施( critical infrastructures,
CI)是指能够为国土防御、经济安全以及国民健
康、福利事业持续提供产品或服务的行业、公共机
构和传播媒介[ 1] . 它主要包括: 公共事业、电信设
¹ 收稿日期: 2006- 11 - 13; 修订日期: 2008- 03 - 17.
基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 70571077).
作者简介: 刘 晓( 1967) ), 女, 吉林人, 博士, 副教授. Emai:l x liu@ mai.ln eu. edu. cn
施、能源、金融、物流5个重要部门. 其中, 公共事
业部门又包括水、食品、执法机构和公共卫生设
施等众多的子部门, 所有这些部门构成了为国
民生存提供必备的物资和服务的复杂网络; 电
信设施和能源部门(如电力、石油、天然气)的可
靠安全运行是其它关键基础设施正常运转的基
本保证, 在CI系统中起着非常重要的作用; 金
融、物流(机场、港口、地铁、高速公路、铁路、邮
政服务和航运) 是人们日常生活的重要组成部
分, 同时也是其它基础设施高度依赖的两个关
键部门.
1 CI系统的特点
1. 1 依赖性和内部依赖性
综合H ea lth Canada[ 1] , Kuban[ 3 ] , R ina ld i[ 4]以
及Thissen和H erder[ 5 ]等的论述, 复杂的CI系统
具有相互依赖和内部依赖的关系, 如图1所示. 这
些依赖关系可以分为物质流依赖关系和非物质流
依赖关系[ 6] , 二者的区别在于是否存在物质的流
动. 物质又包括: 1)材料; 2)能源; 3) 信息; 4)人.
CI系统的物质流关系是显而易见的, 并且在作应
急预案的时候也得到了考虑, 然而对于非物质流
关系来说, 却很少得到关注. 例如对于在同一地区
提供医疗服务的两家医院来说, 尽管两个CI之间
没有任何物质的流动, 但它们却是相关的, 因为它
们都要对伤员进行处理. 如果一家医院收到了破
坏, 那么另一家医院就必须接待更多的患者. 鉴于
CI系统复杂的相互依赖及内部依赖关系, 本文将
称之为/网络化CI系统0.
图1 网络化CI系统示例[ 7]
F ig. 1 An examp le of th e networked CI sys tem
1. 2 开放性和拓扑结构可变性
由于系统边界的开放性和拓扑结构的可变
性, 网络化CI系统变得非常复杂. 当灾难发生时,
现有的CI系统可能会因为资源耗尽而变成孤立
系统, 与此同时还可能涉及到管理团队的变动
(如成员的增减). 例如在经历灾难之后, 运输系
统可能由于种种原因而遭到破坏, 此时它便会脱
离原来的CI系统, 同时也要求对该运输系统的管
理团队进行裁减. 网络化CI系统对于这种增加或
裁减也是开放的. 由于CI系统的这种开放性特
点, 如果增加新的CI, 那么新增的CI将与现有
的CI建立新的联系; 相反, 如果某些现有CI被
裁减, 那么这些CI将与现有的CI脱离原有的联
系, 导致原来CI系统的连通性发生变化. 这就表
明灾难中的网络化CI 系统具有可变的拓扑
结构.
1. 3 自治性
每个CI本身就是一个高度自治的系统(比如
核电站), 它具有自己的灾难管理系统. 当某一CI
发生灾难时, 其灾难管理系统就会首先被触发. 在
这一问题上, Ibarra 等[ 8] 讨论了运输系统的灾难
管理, H ouck等[ 9]讨论了电信系统的灾难管理. 如
果灾难和灾难管理的影响范围超出了特定的CI
系统, 那么该CI系统的灾难管理水平将会得到增
强, 进而影响其他的CI系统.
1. 4 地理位置动态性
CI系统的地理位置在灾难状态下可能发生
变化(例如移动发电站可以从一个地方转移到另
一个地方), 然而这种变化可能会影响到它的功
能. 因为对于一个特定的CI系统来说, 其运行条
件会随位置的改变而改变. 或者说, 每个CI都运
行于特定的外部条件下. 一些CI系统(例如动力
系统、电信系统)可能包含分布式的子单元, 而这
些子单元位于不同的地理位置. 如果这些子单元
的地理位置发生了改变, 那么CI系统的地理位置
也将随之相应地改变.
1. 5 系统中人的因素
网络化CI系统不仅包括技术系统, 而且还包
括社会系统. 例如发电厂必须由人来进行操纵和
监督. 任何灾难的影响都将最终作用于人, 同时灾
难中的受害者又会作为反馈的一部分作用于灾难
) 108 ) 管 理 科 学 学 报2009年12月
管理系统, 如图2所示. 从图中可以看到, 受害者
的状态作为灾难管理系统输出的一部分, 而这些
输出会被进一步反馈到灾难管理系统来调整它的
管理决策或者制定新的决策. 但需要注意的是, 由
于环境和人的双重不确定性, 受害者的状态也在
随时间而改变. 因此可以看出, 灾难管理是具有不
确定输出的复杂的控制问题.
图2 灾难管理的双重目的
Fig. 2 The dual goal in d isastermanagement
总之, 网络化CI系统具有如下特点: 1) 开放
性(C1); 2)拓扑结构可变性(C2); 3)社会) 技术
以及人) 机之间的交互性(C3 ); 4 )动态演变性
( C4); 5)地理位置动态性( C5); 6)自治性(C6).
这些特点描述了网络化CI系统的静态特性. 然而
当CI系统运行时, 其动态特性又包括极其复杂的
过程, 这些过程具有以下特征: ( i)并发性, ( ii)异
步性, ( iii)分布式, ( iv)并行性, ( v)随机性[ 6] .
综上所述, CI 系统是个复杂的、网络化的、
/社会) 技术0以及/ 人) 机0交互系统. 而人- 机
交互的本质意味着每一个CI系统都与人自身休
戚相关. 许多众所周知的灾难性事件就是由于人
为因素造成的, 比如三里岛事件. 这些事件对管理
能力提出了新的挑战, 即如何对网络化CI系统在
正常工作条件下或是在有意外事件发生的情况下
进行有效地控制与管理. 目前, 在国内外的研究中
主要存在两个与网络化CI系统相联系的基本问
题: 灾难预警和灾难处理. 其中, 灾难预警的关键
问题是如何确定网络化CI系统中的薄弱环节; 灾
难处理的关键问题是如何使损失最小化并使系统
功能得到迅速恢复. 本文侧重于灾难处理(或称
应急处理)的研究.
2 FEBPSS框架
系统是由一系列相互关联的元素或实体构成
的. 本文将其描述为/功能– 效果– 行为– 规
则– 结构– 状态0 ( function2effect2 behavior2
princ iple2structure2state, FEBPSS)框架[ 10] . FEBPSS
框架的核心概念包括: 1) 结构、状态和状态变
量; 2 ) 行为; 3) 规则; 4 ) 功能和效果; 5 ) 系统
分解.
上述概念之间的关系如图3所示. 从图中可
以看出结构位于整个体系的最低层, 继而依次是
状态、行为和功能. 规则处于状态和行为之间, 用
于支配或者解释行为. 效果位于行为和功能之间,
它给出了从行为到功能的基本准则. 此外,
FEBPSS框架沿两个维度安排这些概念: 1)聚合维
(结构y 状态y 行为y 功能); 2)控制维(规则
和效果).
图3 FEBPSS框架
Fig. 3 The FEBPSS framework
另外, 图3的右下部分体现了系统分解的思
想. 对于一个系统来说, 不仅其本身可以被分解成
多个子系统和组件, 而且其结构、行为、规则、效果
和功能也都是可以再分解的. 这说明研究组件、子
系统、系统的行为(功能、规则、效果)是必要的.
同时可以清楚地看出, 系统分解和FEBPSS是正
交的.
3 网络化C I系统的建模方法
3. 1 网络化C I系统及其灾难管理的控制系统
视图
前面的讨论表明灾难管理实质上是决策问题
或者控制问题. 因此, 可以从控制系统的角度来研
第6期刘 晓等: 关键基础设施及其安全管理) 109 )
究网络化CI系统的灾难管理过程, 从而可以得到
具有控制系统的网络化CI系统的概念模型(参见
图4).
图4 灾难管理的控制系统视图
F ig. 4 Con trol system v iew of d isastermanagemen t
控制系统通常有目标导向和任务导向两种类
型的工作. 在目标导向型的控制工作中, 通常会有
一个明确定义的目标. 而对于任务导向型的工作
来说, 工作不能通过预定义的方式进行描述, 比如
在人员的搜救工作中, 救援队对是否有人员的伤
亡, 具体的伤亡数目, 或者是他们处于什么状态并
不知道. 为了量化问题, 不得不将面向任务的工作
分解成一系列在某一时间段内面向目标的工作.
网络化CI系统中的灾难管理便是任务导向型的
工作, 它的首要任务就是在限定的时间内恢复处
于灾难状态下的CI系统. 这一任务可以被分解成
多个子任务, 例如在10小时内用地面运输系统将
伤员从A地运送到B地, 把他们送到最近的医院
等等. 与此同时, 控制、管理和协调将会起到应有
的作用.
3. 2 建模策略的选择
按照控制论的观点, 为了有效的控制和管理
一个工厂, 需要建立使工厂与其输入、输出关联的
模型. 建立此模型有两种策略, 第1种是从工厂的
结构开始建模, 第2种是从工厂的行为开始建模.
对于网络化的CI系统来说, 第2 种策略并不合
适, 因为要了解网络化CI系统的行为并非易事
(要了解其行为要求灾难发生在一个特定的网络
CI系统中, 而这是不现实的). 因此本文采用第1
种建模策略, 即利用FEBPSS框架来建立模型(见
图5). 在图5中, 对每一个CI系统, 甚至网络化
CI系统整体都利用FEBPSS框架进行建模. 这种
方法符合第2部分提到的FEBPSS体系结构与系
统分解相互正交的建模原则.
图5 FE BPSS框架在网络CI系统中的应用
F ig. 5 App licat ion of the FEBPSS framework to the
network ed CI system
3. 3 网络化CI系统的体系结构
系统的体系结构包括系统的组成元素和它们
之间的功能性关系. 在本文中, 提出了网络化CI
系统体系结构的通用模型GANetCI( generic arch i2
tecture of the networked CI system). 为了使GANetCI
具有前述网络化CI系统的所有特征, 需要首先做
一些假定, 以使该体系结构能够利用FEBPSS框
架来进行建模.
将网络化CI系统中的每个CI都看作是拥有
FEBPSS框架的智能体. 为具有CI系统的开放性
特点( C1), 假定智能体的数量是可变的. 为了具
有拓扑结构可变的特点( C2), 假定CI之间联系
的数量是开放的. 为具有自治性特点( C6), 假定
每个CI系统都具有灾难管理系统(见图5); 同时
假定同一层次的所有CI系统构成的聚合体也具
有灾难管理系统(见图5). 为了具有动态演变性
和地理位置动态性的特点( C4, C5), 认为网络化
CI系统的所有状态都是时间和位置的函数.
在研究包含多种上述关系的复杂性动态系统
时, 视图模型被认为是最有效的方法
[ 10] . 每种视
图都从一个特定的角度对系统进行描述, 并且都
可以视为系统的简化版本. 视图模型所隐含的哲
学思想是: 系统的复杂性可利用/ 分而治之0的方
法来处理. 实际上, 可以将视图看成是对系统的抽
象, 例如X的视图是忽略除X之外的所有其它东
西之后得到的[ 11] .
利用视图模型方法, 可以为网络化CI系统定
义下列视图: 1)功能视图, 2)过程(或行为)视图,
3)结构视图, 4)人类组织视图, 5)资源视图, 6)灾
) 110 ) 管 理 科 学 学 报2009年12月
难视图. 前3种视图直接与FEBPSS框架相联系,
第4种视图与具有特性C3的社会系统相关联, 最
后两种视图与灾难和灾难管理相关联. 下一部分
将对这些视图模型进行详细的讨论.
4 网络化C I系统的视图
众所周知, 视图和视图模型是不同的. 视图描
述的是系统的语义, 而视图模型是对使用形式语
言的视图的描述. 下面将对网络化CI系统的视图
逐一进行研究.
4. 1 功能视图
功能视图着眼于在网络化CI系统中探索CI
系统的功能以及它们之间的关系. CI系统功能之
间的关系并不包括物质的流动. 关系的种类可以
利用数据抽象的方法来分类, 而数据抽象又包括
普遍化/特殊化( generalization / specialization , G/
S)和聚合/分解( aggrega tion / decomposition , A/
D)两种形式. 如图6, 灾难管理系统中共有3家医
院, 其作用是为灾难中的受伤人员提供医疗服务.
图6a是伤员医疗服务的局部模型, 图中同时显示
了利用A /D数据抽取方法处理这类问题的具体
做法. 在本例中, 还需要利用运输系统把伤员从一
个地方送到另外一个地方. 图6b为包含运输系统
的功能视图, 图中同时显示了利用A /D数据抽取
图6 功能视图
F ig. 6 Function view
方法处理这类问题的具体做法. 另外, 需要指出的
是, 在网络化CI系统中, 可能有些系统并不是关
键的, 但是为了保持网络化CI系统功能的完整
性, 这些辅助系统的存在是必要的, 例如污水排放
系统, 临时居住点等. 由于它们并不是关键因素,
因此假定辅助系统的容量是无限的. 同样需要注
意的是, 容量限制也是功能视图的一部分.
4. 2 过程视图
网络化CI系统的过程视图对应FEBPSS框
架中的行为的概念. 系统(或者子系统、部件)的
行为主要是指与系统相关的一系列主动变量和被
动变量之间的关系(见图7a). 根据FEBPSS框架
的正交性, 本文给出了过程视图(见图7). 在此图
中, X1, X2(图7a)两个系统被聚合成一个更高层
次的系统X1X2(图7b). 系统X1X2具有自己的
包括一个输入和两个输出的行为, 并且通过输入
输出进一步和其他系统相联系(见图7b). 此外根
据在1. 1节的讨论, 过程中的物质的种类有4种:
1)材料, 2)能源, 3)信息, 4)人. 复杂的过程可以
包括所有这4种物质. 很明显, 可以在物质分类的
基础上对过程视图进行进一步地分解. 例如, 可以
将其进一步分解为材料过程视图和信息过程视图.
这两种视图(确切地说子视图)是相互联系的.
图7 过程视图
F ig. 7 Process view
4. 3 结构视图
结构视图通常用于描述CI系统以及它们之
间的联系, 例如医院不仅是一个CI系统, 同时它
又与运输CI系统和化工厂都有联系(详见第5部
分的讨论). 在结构视图中, 将空间的和时间的信
息也包含进来, 以满足第1部分提到的动态演变
性和地理位置动态性的特点(C4, C5). 一般来说,
结构视图和功能视图在所包含关系的交叉部分可
能会产生混淆. 例如在网络化CI系统中, 具有层
次结构的图6b对医疗和运输系统的相关性进行
了描述, 具有网络化结构的图8描述了他们之间
第6期刘 晓等: 关键基础设施及其安全管理) 111 )
的相关性. 但实际上这种混淆是易于解决的, 因为
图6b所描述的关系是当两个CI都对社会) 技术
系统的整体功能产生作用时的情况; 而图8 实际
上描述了任意两个CI之间的物质流关系. 这种观
点是在产品建模工作中被首先提出的[ 12 ] .
图8 结构视图
Fig. 8 Structu re view
4. 4 灾难视图
灾难视图是关于以下这些方面的信息: 1)灾
难发生的时间(when) 和地点(where ), 2)灾难的
类型, 3)灾难的规模, 4)灾难引起的网络化CI系
统功能的受破坏程度, 5)灾难中生命系统(包括
人、动物、植物) 之间的因果关系. 在具有灾难管
理的情况下, 可以在灾难发生前观察到异常的征
兆, 这些征兆可能由自然、意外、人为破坏3 个因
素中的1个或者多个所引起[ 2 ] .
4. 5 资源视图
系统的过程是指系统的输入与输出之间的关
系, 资源就像可以随时取用需求物资的/仓库0,
用以保证/过程0处于稳定的状态. 当有充足的资
源投入到过程中时, 过程就会/加速0. 当资源不
足时, 物质的流动就会/ 减速0直至最终/ 停止0.
值得一提的是, 资源在过程的输出端还起到了
/储存0剩余物质的作用. 在灾难管理的情况下,
资源的种类和物质的种类相同, 即材料、能源、信
息和人. 其中, 物质材料还包括用于加工物质的工
具和设施.
4. 6 人类组织视图
人类组织视图是从人的角度来看待网络化
CI系统. 本文认为对于技术系统中的每个部件和
子系统, 都会有相应的人类组织视图. 这一观点在
图2中已经有所体现, 图中每个CI都与特定的社
会环境相联系, 而社会环境既为技术CI系统提供
约束又为其提供条件. 基于这种考虑, 每个CI都
在双重约束下工作: 1)对其他CI系统的依赖; 2)
对人类组织系统的依赖.
图9 灾难和功能视图的联系
Fig. 9 The conn ection between th e disaster and funct ion v iews
上述这些视图之间是相互联系的. 功能、过程
和结构视图同属于FEBPSS体系结构的一部分,
因而是相关的. 资源视图与物质有关, 而物质从过
程中流入或流出. 人类组织视图与每个技术CI系
统相联系, 因为每个技术CI都有其存在的社会环
境[ 9] . 灾难和功能视图之间的联系可以通过图9
进行描述, 从图中可以看出每一个灾难都可能会
影响到网络化CI系统的多种功能. 因此, 我们可
以从功能整体的角度对灾难进行预警. 灾难视图
通过结构视图进一步和人类组织视图相联系.
5 GANetCI有效性演示
目前研究中的关于灾难事故处理的措施与步
骤总结如下:
1) 预防以减小或消除自然灾害和人为灾害
带来的影响为目的的一系列措施;
2) 准备完善应对措施、程序和计划, 从而更
加有效地应对紧急事件;
3) 反应在紧急情况发生时或事后的应对措施;
4) 恢复事件发生后的重建.
在图10中, 横坐标代表灾难发生的时间, 纵
轴代表各个与灾难相关的决策制定者(或者说管
理者). 同时图10还进一步说明了图2中的灾难
控制过程(见图10的虚线部分).
可以通过对基于GANetCI的灾难管理通用
过程的设计来演示灾难发生后决策制定者应该如
何使用GANetCI来对灾难进行处理. 现在, 以包
) 112 ) 管 理 科 学 学 报2009年12月
图10 灾难处理流程
Fig. 10 Process of disasterman agemen t
含医院、运输系统、化工厂3个CI的网络化系统
为例进行讨论. 假定某化工厂发生了爆炸, 并导致
毒气泄露. 同时假定毒气不是被监控装置而是被
工厂的工人所发现, 假定毒气在10小时内就会扩
散到附近的居民区.
每个CI系统都有自己的FEBPSS模型(如图11
所示). 灾难管理有两个目的: 1)恢复遭到破坏的功
能, 2)营救受害者. 这些目的可以通过与GANetCI紧
密联系的通用过程来实现, 具体过程如下:
图11 包括( a)医院, ( b )运输系统, ( c)化工厂三个CI
系统的简化FEBPSS模型
F ig. 11The smi pl ified FEBPSSmodel for the three CI
systems ( ( a) hosp ita,l ( b ) transportation, ( c) chemical p lan t)
第1步 从灾难视图的角度来描述灾难. 灾
难也有其自己的生命周期, 从开始、发展直至结
束. 进一步讲, 生命周期还是时间和空间的函数.
对于演示系统, 做如下的假定:
发生爆炸
时间: 上午10点;
地点: 工厂东部区域X1, Y1, Z1;
声音: 60分贝;
工人闻到毒气H2 S
爆炸扩散
时间: 上午11点;
地点: 工厂东部区域X2, Y2, Z2
第2步 如果能立即获取灾难的准确数据,
则确定遭到破坏的功能和受害者数量;
第3步 如果在特定的时间内不能确定灾难
的影响情况, 就需要用结构视图来估计遭到破坏
的功能和受害者数量. 当得知灾难发生的具体位
置之后, 利用结构视图和功能视图之间的联系可
以确定遭到破坏的功能. 此外, 可以从人类组织视
图和结构视图之间的联系确定受害者的数量;
第4步 找出功能在正常情况下与遭到破坏
的情况下的差异.
第5步 以功能视图和过程视图之间的联系
为基础来确定遭到破坏的过程;
第6步 找出正常过程和遭到破坏的过程之
间的差异, 这将有助于确定需要的资源.
第7步 比较为恢复遭到破坏的功能所需的资
源和基于资源视图的现有资源, 确定尚未满足的
资源;
第8步 对未满足资源的配送过程进行计划
和调度.
与上述步骤同样重要的是, 需要营救受害者,
尤其需要完成以下两步:
第4. 步 确定将伤员送往哪些医院(通过结构
视图), 确定受影响区域的居民被安排到哪些地方;
第5. 步 对受害者的运送进行计划和调度. 在
这一点上, 10小时的时间限制假定就变得非常重要.
在如上的理论支持下, 本文开发了基于GIS
的CI决策支持系统, 如图12所示.
图12 CI决策支持系统
F ig. 12 CI Decis ion2mak ing System
第6期刘 晓等: 关键基础设施及其安全管理) 113 )
6 结束语
本文主要讨论了网络化CI系统的基本概念,
并提出了处于灾难中的网络化CI系统的结构框
图. 所讨论的最重要的概念之一就是网络CI化系
统的控制系统视图, 该视图引出了两个相互分离
的概念: 1)网络化CI系统; 2)灾难管理机制. 这
种分离为解决网络化CI系统的复杂性提供了一
个框架. 通过对系统控制和灾难管理的类比进一
步提高了将控制系统的丰富理论, 尤其是稳定性
和鲁棒性, 应用于灾难管理的可能性. 本文所讨论
的另一个重要的概念就是技术CI和它的社会环
境. 这对概念是沿着技术CI系统分解的阶梯提出
的. 此概念使得可以用系统化的方式来对人的
因素进行建模. 最后, 整篇文章还受到一般工程
设计理论的影响, 尤其是第5部分提出的通用
过程采用了设计模式. 按照一般工程设计的概
念, 可以在将来用于研究网络化CI系统重构的
问题.
参考文献:
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Cr itica l in frastru cture and its sa fety managem en t
LIUXiao1, 4, ZHANG Long 2biao2, ZHANGW J 3, TU YL4
1. School ofMechan ica lEngineering, Shangha i JiaotongUn iversity, Shangha i 200240, China;
2. School ofBusiness Administration, Northeastern University, Shenyang 110004, China;
3. Department ofMechan ica lEngineering, University of Saska tchewan, Canada;
4. Department ofMechan ica l andManufacturing Engineering, University ofCa lgary, Canada
Abstra ct: Critica l infrastructure ( CI) safety system is a complex and high ly inter2dependent and networked
socia l2techn ica l system wh ich, if d isrupted or destroyed, wou ld have a serious impact on the health, safety,
security, or economicwell2be ing of peop le and / or the e ffective function ing of governments. Th is paper is de2
voted to the study of the architecture of the CI safety system and problems in itsmanagemen.t We present the
architecture of the networked CI system alongwith its d isastermanagement system, inwhich the system is de2
scribed with the notion of view, and the generic process of the disastermanagemen.t Also, it d iscusses how to
apply the systems engineering approach to analyze and simulate the networked CI system, and how to find the
underlyingweak parts and effic ientways to improve them. F inally, we show the usefu lness of the arch itecture
by outlining a genera l procedure for disastermanagement wh ich is systematic and rationa.l
K ey words: critical infrastructure; socio2technical systems; mode ling; arch itecture
第6期刘 晓等: 关键基础设施及其安全管理) 115 )

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