基于IIM的關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的脆弱性分析.pdf

1、基礎(chǔ)設(shè)施(Infrastructure)泛指為社會(huì)生產(chǎn)和人民生活提供公共服務(wù)的物質(zhì)工程設(shè)施；關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)(Interdependent Infrastructure Systems，IIS)是由若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互影響的基礎(chǔ)設(shè)施所形成的系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)中IIS的規(guī)模越來越大，系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)關(guān)系也越來越緊密和復(fù)雜。近年來，包括自然災(zāi)害在內(nèi)的各種突發(fā)事件對(duì)IIS造成了嚴(yán)重的破壞，使國家蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此深

2、入研究IIS在突發(fā)事件擾動(dòng)下的脆弱性，并探討相應(yīng)的決策與控制策略顯得非常重要。
　　本文將突發(fā)事件對(duì)關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的擾動(dòng)分為需求驅(qū)動(dòng)的擾動(dòng)和供應(yīng)驅(qū)動(dòng)的擾動(dòng)兩種類型，通過對(duì)非正常投入產(chǎn)出模型(Inoperability input-output Model，IIM)進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)在不同類型擾動(dòng)下的脆弱性進(jìn)行深入分析，探討不同類型突發(fā)事件擾動(dòng)在IIS中的蔓延情況、經(jīng)濟(jì)損失情況、恢復(fù)情況以及在災(zāi)害恢復(fù)階段降低經(jīng)濟(jì)損失的舉

3、措等問題，主要內(nèi)容如下：
　　對(duì)IIS而言，發(fā)生在供應(yīng)端的擾動(dòng)較為常見。鑒于現(xiàn)有的IIM模型不能直接用于供應(yīng)端擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)情況下的分析，本文根據(jù)Leung和Haimes等人建立的供應(yīng)驅(qū)動(dòng)的IIM模型，基于經(jīng)濟(jì)學(xué)里Ghosh的動(dòng)態(tài)投入產(chǎn)出對(duì)偶模型，建立了適用于供應(yīng)端擾動(dòng)分析的DIIM模型，并借此分析了供應(yīng)驅(qū)動(dòng)的突發(fā)事件擾動(dòng)(即初始值擾動(dòng))在 IIS中的蔓延過程，重新定義了關(guān)聯(lián)彈性指數(shù)與關(guān)聯(lián)指數(shù)。
　　鑒于供應(yīng)驅(qū)動(dòng)與需求驅(qū)動(dòng)的突發(fā)

4、事件擾動(dòng)均具有不確定性的特征，本文探討了供應(yīng)驅(qū)動(dòng)的突發(fā)事件擾動(dòng)在IIS中的不確定性與靈敏性問題，同時(shí)對(duì)需求驅(qū)動(dòng)的擾動(dòng)在IIS中的不確定性也進(jìn)行了分析，并驗(yàn)證了供應(yīng)驅(qū)動(dòng)與需求驅(qū)動(dòng)的IIM有效性與適用范圍。
　　針對(duì)IIS災(zāi)后的演化機(jī)制不明確、IIS的災(zāi)后恢復(fù)過程具有不確定性的情形，本文基于需求驅(qū)動(dòng)的DIIM模型，結(jié)合這類突發(fā)事件擾動(dòng)的特有特征，對(duì)IIS的災(zāi)后恢復(fù)給出了相應(yīng)的概率分析方法，并用蒙特卡洛模擬法進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了所提方

5、法的正確性。
　　在突發(fā)事件擾動(dòng)的恢復(fù)階段，確立IIS的關(guān)鍵部門有利于減少由于不同擾動(dòng)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。為此，本文分別基于供應(yīng)驅(qū)動(dòng)的IIM與需求驅(qū)動(dòng)的IIM，采用前后關(guān)聯(lián)關(guān)系分析方法，確定關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)在突發(fā)事件擾動(dòng)下的關(guān)鍵部門，并采用區(qū)域影響矩陣方法(field of influence approach)和多乘數(shù)矩陣方法(Multiplier Product Matrix；MPM)，在數(shù)值上深入分析了IIS在不同類型突發(fā)事件擾