基于IIM的關聯(lián)基礎設施系統(tǒng)的脆弱性分析.pdf

1、基礎設施(Infrastructure)泛指為社會生產(chǎn)和人民生活提供公共服務的物質工程設施；關聯(lián)基礎設施系統(tǒng)(Interdependent Infrastructure Systems，IIS)是由若干個相互關聯(lián)、相互影響的基礎設施所形成的系統(tǒng)。隨著科學技術和社會經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)實中IIS的規(guī)模越來越大，系統(tǒng)內(nèi)部的關聯(lián)關系也越來越緊密和復雜。近年來，包括自然災害在內(nèi)的各種突發(fā)事件對IIS造成了嚴重的破壞，使國家蒙受了巨大的經(jīng)濟損失，因此深

2、入研究IIS在突發(fā)事件擾動下的脆弱性，并探討相應的決策與控制策略顯得非常重要。
　　本文將突發(fā)事件對關聯(lián)基礎設施系統(tǒng)的擾動分為需求驅動的擾動和供應驅動的擾動兩種類型，通過對非正常投入產(chǎn)出模型(Inoperability input-output Model，IIM)進行擴展，對關聯(lián)基礎設施系統(tǒng)在不同類型擾動下的脆弱性進行深入分析，探討不同類型突發(fā)事件擾動在IIS中的蔓延情況、經(jīng)濟損失情況、恢復情況以及在災害恢復階段降低經(jīng)濟損失的舉

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

4、事件擾動均具有不確定性的特征，本文探討了供應驅動的突發(fā)事件擾動在IIS中的不確定性與靈敏性問題，同時對需求驅動的擾動在IIS中的不確定性也進行了分析，并驗證了供應驅動與需求驅動的IIM有效性與適用范圍。
　　針對IIS災后的演化機制不明確、IIS的災后恢復過程具有不確定性的情形，本文基于需求驅動的DIIM模型，結合這類突發(fā)事件擾動的特有特征，對IIS的災后恢復給出了相應的概率分析方法，并用蒙特卡洛模擬法進行了仿真分析，驗證了所提方

5、法的正確性。
　　在突發(fā)事件擾動的恢復階段，確立IIS的關鍵部門有利于減少由于不同擾動帶來的經(jīng)濟損失。為此，本文分別基于供應驅動的IIM與需求驅動的IIM，采用前后關聯(lián)關系分析方法，確定關聯(lián)基礎設施系統(tǒng)在突發(fā)事件擾動下的關鍵部門，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