基于信息熵的應(yīng)急預(yù)案邏輯復(fù)雜度評(píng)價(jià)

游國(guó)強(qiáng) 張文宇 趙懷璞 金　潮 杜旭紅

（中國(guó)輻射防護(hù)研究院，山西 太原 030006）

基于信息熵的應(yīng)急預(yù)案邏輯復(fù)雜度評(píng)價(jià)

游國(guó)強(qiáng) 張文宇 趙懷璞 金潮 杜旭紅

（中國(guó)輻射防護(hù)研究院，山西 太原 030006）

應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案是應(yīng)急處理的依據(jù)和指南。本文針對(duì)應(yīng)急預(yù)案邏輯缺陷，基于圖形熵的概念，將應(yīng)急預(yù)案文本轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的圖形。根據(jù)計(jì)算圖形求出的熵值，提出降低邏輯復(fù)雜度，即優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案邏輯的具體措施。

應(yīng)急預(yù)案；評(píng)價(jià)；分析

按傳統(tǒng)的應(yīng)急管理四階段理論（減災(zāi)、準(zhǔn)備、響應(yīng)、恢復(fù)），應(yīng)急準(zhǔn)備是應(yīng)急管理過(guò)程一個(gè)中間環(huán)節(jié)，應(yīng)急準(zhǔn)備所形成的能力甚至是支撐應(yīng)急全過(guò)程的基礎(chǔ)性行動(dòng)。“7.23”甬溫線特大鐵路交通事故的處置過(guò)程中顯露出的一些問(wèn)題，實(shí)際是應(yīng)急準(zhǔn)備能力不足的反映。

應(yīng)急預(yù)案是應(yīng)急準(zhǔn)備的基礎(chǔ)平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)在事故發(fā)生之前怎樣做好應(yīng)急準(zhǔn)備。目前我國(guó)很多企業(yè)均建立了各類安全事故的應(yīng)急預(yù)案。這些預(yù)案雖然劃分各個(gè)崗位的職能以及應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)，甚至對(duì)于應(yīng)急操作時(shí)間的要求也很明確。但是由于邏輯過(guò)于復(fù)雜或缺少具體應(yīng)急措施的邏輯順序等原因，使得應(yīng)急預(yù)案的可理解性和可操作性難以保障，存在著很大的安全隱患。

應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案邏輯復(fù)雜度是應(yīng)急措施邏輯的具體量化，是應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案復(fù)雜度（邏輯復(fù)雜度、信息復(fù)雜度、長(zhǎng)度復(fù)雜度、知識(shí)復(fù)雜度、決策復(fù)雜度）的5個(gè)組成之一。本文把應(yīng)急預(yù)案文本轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖形，引入信息論中的熵的概念，通過(guò)計(jì)算這些圖形的一階熵來(lái)評(píng)價(jià)應(yīng)急預(yù)案邏輯復(fù)雜度，在量化評(píng)價(jià)復(fù)雜度的同時(shí)，分析造成其復(fù)雜的因素、提出簡(jiǎn)化復(fù)雜度的措施。

1.圖形熵計(jì)算原理

信息論的創(chuàng)始人Shannon在《通信的數(shù)學(xué)理論》中提出了熵的概念。信息熵Entroy是信息論中用于度量信息量的一個(gè)概念。一般用H表示：

在上述公式中，h表示分組的數(shù)量，pi表示每組出現(xiàn)的概率，圖形的一階熵H通常表示系統(tǒng)邏輯的復(fù)雜度。一個(gè)系統(tǒng)越有序，信息熵就越低，反之，一個(gè)系統(tǒng)越混亂，信息熵就越高。

在軟件工程中，熵的方法用于評(píng)價(jià)源代碼的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。應(yīng)用熵的方法進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的評(píng)價(jià)時(shí)，首先根據(jù)應(yīng)急預(yù)案子任務(wù)和子任務(wù)相關(guān)步驟，將應(yīng)急預(yù)案文本轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖形，這些圖形需要描述出應(yīng)急預(yù)案中需要處理的信息量、處理步驟間的邏輯順序等。然后求取一階熵。最后根據(jù)熵值對(duì)應(yīng)急預(yù)案邏輯復(fù)雜度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1建立圖形

根據(jù)操作對(duì)象、應(yīng)急預(yù)案的任務(wù)等，將應(yīng)急預(yù)案分解為一系列應(yīng)急預(yù)案基本子任務(wù)和子任務(wù)相關(guān)步驟。圖1為應(yīng)急預(yù)案任務(wù)分解示意圖。根據(jù)應(yīng)急預(yù)案子任務(wù)和子任務(wù)相關(guān)步驟，將應(yīng)急預(yù)案文本轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖形，圖2為根據(jù)4種應(yīng)急預(yù)案文本轉(zhuǎn)換成的4個(gè)相應(yīng)圖形。其中，每個(gè)圖形均描述出相對(duì)應(yīng)應(yīng)急預(yù)案中需要處理的信息量、處理步驟間的邏輯順序等。

1.2一階熵的計(jì)算

在一階熵的計(jì)算中，分別把上述4個(gè)圖形中的節(jié)點(diǎn)按照具有相同輸入、輸出個(gè)數(shù)的原則進(jìn)行分組。分組結(jié)果見表1。最后分別計(jì)算它們的一階熵，其中，每組出現(xiàn)的概率為組內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)與節(jié)點(diǎn)總數(shù)的比值。圖中相似類型的節(jié)點(diǎn)越多，分的組數(shù)就越少，邏輯上就越規(guī)范，一階熵就越小。

圖形Ⅰ的一階熵：

圖形Ⅱ的一階熵：

圖形Ⅲ的一階熵：

圖形Ⅳ的一階熵：

比較上述熵值?？梢钥闯?，圖形Ⅰ、圖形Ⅱ、圖形Ⅲ和圖形Ⅳ一階熵的大小依次為（Ⅳ）＞（Ⅱ）＞（Ⅰ）＞（Ⅲ）。在步驟數(shù)相同的圖形Ⅰ、圖形Ⅲ和圖形Ⅳ中，圖形Ⅲ的一階熵最小，圖形Ⅲ比圖形Ⅰ和圖形Ⅳ分組更少，邏輯上更規(guī)范。在4個(gè)圖形中，圖形Ⅳ邏輯上最不規(guī)范，復(fù)雜度最高，圖形Ⅲ邏輯上最規(guī)范。

在完成同一任務(wù)的應(yīng)急預(yù)案中，圖形結(jié)構(gòu)相似的應(yīng)急預(yù)案Ⅲ比應(yīng)急預(yù)案Ⅱ的步驟多，而邏輯復(fù)雜度小。因而對(duì)于邏輯復(fù)雜度高的步驟，可通過(guò)增加步驟數(shù)來(lái)降低邏輯復(fù)雜度。

表1　圖形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的分組情況表

2.結(jié)果分析與討論

本文應(yīng)用熵的方法對(duì)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案邏輯復(fù)雜度進(jìn)行評(píng)價(jià)，展開幾點(diǎn)討論：

（1）由于每個(gè)步驟包括事故判斷和事故處理，對(duì)于邏輯復(fù)雜度高的子任務(wù)，可通過(guò)增加步驟數(shù)，減少每步的操作量來(lái)降低邏輯復(fù)雜度。

（2）由于每個(gè)步驟之間存在一些相似的內(nèi)容，相互抵消子任務(wù)的邏輯復(fù)雜度。因而子任務(wù)的邏輯復(fù)雜度并不是所包含步驟邏輯復(fù)雜度的代數(shù)和，而是要小于步驟邏輯復(fù)雜度的代數(shù)和。但如何確定子任務(wù)以及應(yīng)急預(yù)案的邏輯復(fù)雜度是今后研究的重點(diǎn)。

（3）評(píng)價(jià)應(yīng)急預(yù)案的復(fù)雜度是為了讓應(yīng)急預(yù)案的復(fù)雜度在人員可接受的范圍內(nèi)。而可接受的范圍，還沒(méi)有量化指標(biāo)，只能通過(guò)具體情況確定其范圍。

［1］ HOLLNAGEL E. Cognitive reliability an error analysis method［M］. Oxford： Elsevier，1998.

［2］劉鐵民.突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)規(guī)范化勢(shì)在必行—“7.23”甬溫線特大鐵路交通事故應(yīng)急響應(yīng)反思［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011，7（9）：5-10.

［3］ US/DHS. National Preparedness Guidelines. 2007.

［4］李湖生，劉鐵民.突發(fā)事件應(yīng)急準(zhǔn)備體系研究進(jìn)展及關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5（6）：5-10.

［5］韓芳，秦練.數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案可操作性評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2010，19（3）：12-16.

［6］袁宏永，蘇國(guó)鋒.論應(yīng)急文本預(yù)案、數(shù)字預(yù)案與智能方案［J］.中國(guó)應(yīng)急管理，2007（4）：15-18.

［7］ Mowshowitz A. Entropy and the complexity of graphs： I. An index of the relative complexity of a graph. Bulletin of Mathematical Biophysics. 1968（30）： 175-204.

［8］ Park JK， Kim JW， Jung W. Comparing the complexity of procedural steps with the operators'performance observed under stressful conditions. Reliability Engineering & System Safety， 2004（83）： 79-91.

［9］ SWAIN A D， GUTTMANN H E. Handbook of human reliability analysis with emphasis on nuclear power plant applications［M］. Washington， USA： NRC，1983.

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