本文從系統(tǒng)效能概念入手, 較系統(tǒng)地闡述了系統(tǒng)效能評估的方法、基本步驟及其對比分析,提出了適應安全技術防范系統(tǒng)評價要素及其評價方法,為安全技術防范系統(tǒng)效能評估提供了有效的途徑,對提高技術防范系統(tǒng)建設的性價比和費效比具有參考價值。
系統(tǒng)效能的基本概念
隨著信息技術的快速發(fā)展,大量的高新技術在保障重點要害部位安全、震懾和預防犯罪等方面得到廣泛應用。近年來,為了適應安全技術防范系統(tǒng)向數(shù)字化、網絡化、智能化、集成化發(fā)展的需求,新型安全技術防范技術研究和系統(tǒng)建設如火如荼,一大批應用系統(tǒng)應運而生。如何確保安全技術防范系統(tǒng)建設質量,提高系統(tǒng)的效能,確保系統(tǒng)好用、管用和頂用,安全技術防范系統(tǒng)效能評估技術與方法研究就是一個亟待解決的問題。所謂系統(tǒng)效能,就是預期一個系統(tǒng)滿足一組特定任務的程度的量度。它是系統(tǒng)綜合性能的反映,是系統(tǒng)的整體屬性。所謂安全技術防范系統(tǒng)效能評估,就是要對安全技術防范系統(tǒng)進行綜合分析,把系統(tǒng)的各項性能與任務要求綜合比較,最終得到表示系統(tǒng)優(yōu)劣程度的結果。
安全技術防范系統(tǒng)的效能,可以細分為系統(tǒng)的自身效能和應用效能。自身效能是系統(tǒng)本身固有的性能,它體現(xiàn)了系統(tǒng)本身功能和性能的完備性;應用效能是系統(tǒng)在應用過程中體現(xiàn)的效能,是對系統(tǒng)保護防范對象,預防、震懾犯罪,延時、取證過程中的貢獻。在規(guī)劃、研制、建設安全技術防范系統(tǒng)時,效能、性能、費用、周期和風險成為評價安全技術防范系統(tǒng)優(yōu)劣的5大要素。在各要素中, 性能是根本,效能是中心、關鍵, 是討論其他要素的前提。周期和風險可以轉化為費用, 運用性能、效能和費用評價安全技術防范系統(tǒng)時,往往用效費比(效能/費用)或費效比(費用/效能)或者性價比(性能/價格)作為綜合評價的單一指標。因此,效能和費用(費效比)或性能和價格(性價比)就成了規(guī)劃、研制、建設和使用安全技術防范系統(tǒng)所追求的總目標。
何謂“系統(tǒng)效能”,一般大都采用美國工業(yè)界武器系統(tǒng)咨詢委員會(WSEIAC) 給出的定義,它是預期一個系統(tǒng)能滿足一組特定任務要求的度量。我國目前對系統(tǒng)效能的通俗理解是:系統(tǒng)完成預定目標任務的能力。規(guī)劃、研制、建設和使用任何一個安全技術防范系統(tǒng),歸根結底是為了實現(xiàn)該系統(tǒng)的效能。系統(tǒng)的全面質量由性能、可靠性、維修性、安全性、保障性、經濟性和時間等7個方面的內容構成。安全技術防范系統(tǒng)效能評價的關鍵一環(huán)是適當選擇“效能量度”(MOE)。事實上,關于安全技術防范系統(tǒng)效能度量的建立,就是以模型為基礎推導出來的。一般典型的安全技術防范系統(tǒng)效能分析的步驟是:
1、闡明評價安全技術防范系統(tǒng)效能的目的,確立系統(tǒng)的主要組成和架構,限定效能分析的范圍,以便使目標與知識、時間和費用相協(xié)調。即評估主體、評估對象、評估目標、評估手段(準則、方法、工具)、評估實施。
2、確定途徑,確定要研究解決問題的技術途徑和規(guī)劃,確定研究費用、時間、技術途徑與技術狀態(tài)控制各環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系。
3、分析建模,建立一個抽象的效能分析模型,計算各自系統(tǒng)的效能數(shù)值,分析各因素對效能的影響程度。
4、評價比較,反復修改各影響因素(參數(shù)),審查計算結果, 進行評價比較, 選擇最佳方案。[nextpage]
效能評估的主要方法
評估系統(tǒng)效能的方法很多,主要有試驗統(tǒng)計法、專家調查法、指數(shù)法、解析法、層次分析法、SEA 法、Agent法、蘭徹斯特方程、模糊綜合評判法、灰色理論方法、Petri法、D-S理論、云理論方法等。綜合分析安全技術防范系統(tǒng),可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是一個復雜的人機大系統(tǒng),對于效能評估而言,由于觀察者所處的地位不同,觀察的角度不同,便產生了對系統(tǒng)評估問題的不同理解。在文獻中,把評估指揮調度系統(tǒng)的指標分成了四類,如表1所示:
從表1可以看出,系統(tǒng)設計者強調系統(tǒng)的尺度參數(shù)和性能指標,而用戶則強調系統(tǒng)效能和使用效能。尺度參數(shù)和性能指標一般與環(huán)境無關,取決于系統(tǒng)部件或子系統(tǒng)本身的特性,它們屬于技術指標的范疇,而系統(tǒng)的效能和使用效能則必須在應用環(huán)境下考慮。因此,本文重點從系統(tǒng)效能和性能兩個方面綜述效能評估方法。
試驗統(tǒng)計法(Examination Stat)
所謂試驗統(tǒng)計法是在規(guī)定的現(xiàn)場中或精確模擬的環(huán)境中,觀察安全技術防范系統(tǒng)的性能特征,收集數(shù)據(jù),評定系統(tǒng)效能。其特點是依據(jù)實用、試運行、試驗獲得的大量統(tǒng)計資料評估效能指標,應用前提是,所獲統(tǒng)計數(shù)據(jù)的隨機特性可以清楚地用模型表示,并相應地加以利用。常用的統(tǒng)計評估方法有抽樣調查、參數(shù)估計、假設檢驗、回歸分析和相關分析等。試驗統(tǒng)計法不但能得到效能指標的評估值,還能顯示系統(tǒng)性能、使用規(guī)則等影響因素對效能指標的影響,從而為改進系統(tǒng)性能提供了定量分析基礎, 其結果比較準確,但需要有大量的試用試驗的物質基礎,這在系統(tǒng)研制和建設前無法實施, 而且耗費太大,需要時間長。總之,試驗統(tǒng)計法是評估安全技術防范系統(tǒng)效能比較可信的基本方法之一。
SEA方法(System Effectiveness Analysis)
SEA方法的基本思想是:當安全技術防范系統(tǒng)在一定環(huán)境下運行時,系統(tǒng)運行狀態(tài)可以由一組系統(tǒng)原始參數(shù)的表現(xiàn)值描述。對于一個實際安全技術防范系統(tǒng),由于系統(tǒng)運行不確定因素的影響,系統(tǒng)運行狀態(tài)可能有多個(甚至無數(shù)個)。那么,在這些狀態(tài)組成的集合中,如果某一狀態(tài)所呈現(xiàn)的系統(tǒng)完成預定任務的情況滿足使命要求,就可以說系統(tǒng)在這一狀態(tài)下能完成預定任務。由于系統(tǒng)在運行時落入那種狀態(tài)是隨機的,因此在系統(tǒng)運行狀態(tài)集中,系統(tǒng)落入可完成預定任務的狀態(tài)的“幾率”大小,就反映了系統(tǒng)完成預定任務的可能性,即系統(tǒng)效能。
在SEA方法中,系統(tǒng)、環(huán)境、使命是系統(tǒng)效能的三要素,其中任何一個要素的變化都會引起系統(tǒng)效能的變化。為了對系統(tǒng)效能進行量化分析,系統(tǒng)的使命應該是可量化的,這就要求系統(tǒng)的使命是具體的而非籠統(tǒng)的。描述系統(tǒng)完成使命品質的“量”稱為性能量度或屬性(Measure of Performance MOP)。在一個多使命的系統(tǒng)中,性能量度是一個集合{MOP}。為了能對系統(tǒng)在任一狀態(tài)下完成預定任務的情況與使命要求進行比較,必須把它們放在同一空間內,這一空間恰好可采用性能量度空間{MOP}。
效能度量是衡量一個系統(tǒng)性能滿足需求的程度。其定義基本過程與性能度量類似,首先定義一個衡量滿足需求的程度的指標,然后通過定義標準(公式或算法)來量化此指標,確保性能度量和需求指標(變量)相稱。效能度量的值最終依賴于性能度量公式中的客觀測量、可測量、表達需求的參數(shù)和進行比較的方法。[nextpage]
安全技術防范系統(tǒng)可以分為系統(tǒng)參數(shù)空間、性能空間、需求空間和效能空間的關系。參數(shù)空間到性能空間的映射反映可性能度量軌跡。性能需求表示為需求空間。如果性能度量軌跡完全在需求空間內,則所有系統(tǒng)行為都滿足需求,那么其效能為1。如果性能度量軌跡完全在需求空間之外,則沒有一個系統(tǒng)行為滿足要求,那么其效能為0。因此,效能度量可以表示為:
由MOE值可以發(fā)現(xiàn),SEA方法評價安全技術防范系統(tǒng)的效能是非常有效的。
層次分析法(Analytic Hierarchy Process)
所謂層次分析法,即根據(jù)問題的性質和要求達到的目標分解出問題的組成因素, 并按因素間的相互關系及隸屬關系,將因素層次化,組成一個層次結構模型,然后按層分析, 最終獲得最低因素對于最高層的重要性權值,或進行優(yōu)劣排序。
層次分析法是一種能將定性分析與定量計算相結合的系統(tǒng)分析方法,具有思路清晰、方法簡便、適用面廣、系統(tǒng)性強等優(yōu)點。應用AHP解決問題系統(tǒng)效能評估的思路是:根據(jù)問題的性質和要達到的目標分解出問題的組成因素,并按因素間的相互關系及隸屬關系,將因素層次化,形成一個遞階的、有序的層次結構模型,然后按層分析,最終獲得最低層因素對于最高層(總目標)的重要性權值,或進行優(yōu)劣性排序,其流程和步驟如下(見圖1):
·分析安全技術防范系統(tǒng)中各因素之間的關系,建立系統(tǒng)遞階層次結構(監(jiān)控、探測、報警等要素);
·對同一個層次元素相對于上一層次中某一個準則的重要性進行兩兩比較,構造兩兩比較判斷矩陣;
·由判斷矩陣計算被比較元素對于該準則的相對權重;
·計算各層元素對系統(tǒng)目標的合成權重,并進行排序。
層次分析法是近年來興起的一種效能評估方法,它用定性和定量相結合的方法處理各決策因素的特點,并且具有系統(tǒng)、靈活、簡潔的優(yōu)點, 在一定的領域得到了廣泛的重視。
相關分析法(Correlative Analyse)
在進行安全技術防范系統(tǒng)的效能度量時,通常需對變量之間關系的緊密程度進行研究,稱為相關分析,并用相關系數(shù)或相關指數(shù)來反映。通常相關分析有直線相關、等級相關等。其中直線相關分析用于反映兩個變量之間的線性聯(lián)系程度;等級相關把定量的或定性的具體表現(xiàn)按等級次序排列,再測定標志等級之間的相關程度,這種方法適用于不便精確計量的指標、只能以程度高低、重要性大小、名次先后等方式評定其等級或次序,計算較為簡單。分析可見,該方法運用到安全技術防范系統(tǒng)效能評估略顯不足。
綜合評價法(Synthetize Evaluate)
綜合評價法的基本思想是根據(jù)綜合評價的目標,對客觀事物的影響因素進行分解,以構造不同層次的統(tǒng)計指標體系,然后對這些指標進行指標賦值并確定其權重系數(shù),最后采用綜合評價模型進行綜合,得到綜合評價值,以此進行排序和評價。[nextpage]
指標賦值和指標權重系數(shù)的確定,構成了綜合評價方法的兩大內容。在指標體系構成以后,指標賦值用于將量綱不同、對總目標作用大小不一、不能直接相加的指標值,過渡到可直接相加匯總的指標值。指標權重系數(shù),依據(jù)各層指標對總目標評價貢獻份額的大小來確定。
綜合評價模型包括線性加權和、對數(shù)線性加權和、混合加權和等方法。該方法非常適合安全技術防范系統(tǒng)的效能評估。
模糊綜合評價法(Misty Synthetize Evaluate)
模糊綜合評價法就是利用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。模糊綜合評價法可以較好地解決某些包括只能以自然語言形式給出評估,而難以精確定量表述的評價因素的評估問題,適用于需要同時考慮多項評價因素的綜合評價問題,一級模糊綜合評價的主要步驟如下:
·建立因素集U,它是影響被評價指標的各種因素所組成的一個集合;
·建立備擇集V,它是評判者對評價對象可能做出的各種總的評價結果所組成的集合;
·建立權重集W,在因素集中,各因素的重要程度是不一樣的,為了反映各因素的重要程度,需要對各因素賦予一定的權重,由各權重組成的集合稱之為權重集;
·建立單因素評判矩陣;
·進行模糊綜合評價;
·進行評價指標的處理,具體方法有最大隸屬法、加權平均法和模糊分布法等。
一級模糊綜合評價是模糊綜合評價法的最基本形式,對于較簡單的安全技術防范系統(tǒng)指標,可得到較科學的結果。但是對于復雜系統(tǒng),由于要考慮諸多因素,各因素往往又有不同層次,還需要采用多級模糊綜合評價法,其確定評價因素或評價因素的層次遞階結構以及評價因素的權重,需要依賴或借鑒系統(tǒng)分析、層次分析等其他方法。
結語
安全技術防范系統(tǒng)具有指標確定性,其效能實際上具有時效性。因此,在實際應用中,效能評估問題大多表現(xiàn)為綜合評價問題,即要對多個指標對象進行評價。為進行全面的、科學的評價,首先需要建立合理的評估指標體系,確定多屬性決策問題的屬性集,屬性集應滿足五個性質。
·完整性:屬性集合應表征決策(評估)要求的所有重要方面;
·可運算性:屬性能有效地用到隨后的分析中去;
·可分解性:可將決策(評估)問題分解,以簡化評價過程;
·無冗余性:希望不重復考慮決策(評估)問題的某一個方面;
·極小性:即不可能用其他元素更少的屬性集合來描述同一問題。
由于安全技術防范系統(tǒng)的差異性, 故對不同規(guī)模的安防系統(tǒng)應采用不同的效能評估方法, 實踐中往往采用幾種方法混合使用, 各取其長, 以期得到客觀全面、準確定量的效能值。通過計算機系統(tǒng)仿真評估和一個典型安全技術防范系統(tǒng)(視頻監(jiān)控、入侵防盜和出入口控制集成系統(tǒng))評估實踐證明, SEA方法、AHP方法、綜合評價法非常適合安全技術防范系統(tǒng)的效能評估,可以為評價系統(tǒng)的優(yōu)劣提供較準確的數(shù)據(jù)。