量化评估策略范文
量化评估策略范文（精选8篇）
量化评估策略 第1篇
Barry Boehm于上世纪80年代开始进行软件项目风险管理的研究,于1989年初步提出了软件项目风险管理体系,其核心思想是10大风险因素列表,并针对每个风险因素给出了一系列管理策略。在风险管理步骤上,Boehm基本沿袭了传统的项目风险管理理论,指出风险管理是由风险评估和风险控制两部分组成[1]。他提出了量化风险的思想,用风险暴露度(Risk Exposure,RE)来评估风险的影响程度。其中RE表示风险造成的影响,称为风险暴露度;L表示糟糕的结果产生的损失;P表示风险发生的概率。
RE=L*P
Boehm的软件风险管理模式偏重于理论结构的完善,注重清晰的结构和与之配套的方法,但研究范围局限于软件项目的核心风险,研究对象主要是开发技术风险,很少论及实现体系思想所需的保障措施[1,2]。本文将针对Boehm模型偏重理论的缺陷,对风险暴露度的计算方法和控制策略进行细化和改进。
2 风险评估模型的改进
2.1 定量化风险评估
进行风险控制之前,必须计算已识别风险的暴露度,以便将精力集中在影响程度最大的风险上,这种方法要求定量化评估风险概率和损失。企业可以借助过程数据库等方式,对风险发生的概率和可能产生的损失进行分类。在某软件公司,风险发生的概率P分为低、中、高三级,表1给出了每种风险类型的发生概率[2]。
为了评定风险发生时产生的损失,必须选择一个评估标尺,将定量的数值划分为损失范围:该公司用1到10之间的数值衡量风险产生的损失,在该数值范围内,风险损失可以被评价为低、中、高和非常高,如表2所示。
对于每个风险,可以将其发生的概率和可能造成的损失进行等级划分并分配相应的权值。这个数值定量化的过程是基于风险控制人员的经验和判断力的。
2.2 改进的风险暴露度计算公式
传统的风险暴露度描述了风险的破坏力,但在实际应用中,这个公式需要改进,因为风险在不同情况下影响程度是不同的。损失L的估算中,风险对项目的影响主要体现在成本、进度、质量三个方面[1,3];可以估计出风险损失在这三方面的定量值,记为Lc、Ls、Lq。项目因其自身特点,对成本、进度和质量的依赖程度是不同的,因此需要定义一个系数来表示各自的重要程度,记为Ec、Es和Eq,用如下公式表示:
考虑到随着项目的进展和风险控制的实施,风险在进度和成本方面的影响会相应减小。用Sp表示已完成任务的计划进度,Sf表示已完成任务的实际进度;Cp表示已完成任务的计划成本,Cf表示已完成任务的实际成本。则上述公式可以改进为:
Lc,Ls,Lq都是在进度、成本与计划一致的情况下计算得出的,当进度、成本紧张时,Cf/Cp和Sf/Sp的值会增大,风险损失也要相应增大;相反风险损失则相对减小。这样把风险影响与项目进展结合起来,与实际情况更符合。在以前的基础上,得出改进后的风险暴露度计算公式:
风险暴露度量化了风险的破坏程度,也反映了风险的重要程度,为风险优先级的确定提供了一定的依据。
2.3 改进的风险暴露度计算过程
假设在某项目的一个里程碑点处实施风险跟踪,对某一风险的暴露度进行重新计算。
计划进度100天,实际进度120天
计划成本25万元,实际成本20万元
风险“人员能力不足”发生概率为中,概率值为0.5
对成本、进度、质量可能产生的损失范围为低、高、高,分别赋权值2.0,8.0,8.0
该项目成本、进度、质量的重要程度系数分别为0.3,0.4,0.3
过程证明,对风险暴露度公式的改进完善了Boehm模型过于偏重理论的不足。从成本、进度和质量三方面引入了损失权重和重要性系数,兼顾了项目开发过程的偏差值;引入项目进展和人员经验因素使计算过程更具灵活性;同时概率和损失的范围划分为估算提供了依据。
3 动态规划的风险优化控制
3.1 风险控制中的最优化问题及动态规划算法
风险与控制投入之间具有一定的负向关系,一般可以通过增加风险控制投入(如人员、设备、资金等)来降低暴露度。设某里程碑点需投入最大成本C实施风险控制,可以选取项目的全部风险单元,或者基于TOP10方法选取风险级别最高的单元(假设所有风险之间为并行关系,即一项控制策略只针对一个风险单元):实施控制策略的风险为1,2n,暴露度分别为re1,re2ren,则项目的整体风险暴露度可表示为:
按传统方法,可以通过增加对风险最大单元的投入调整项目的风险。但是对单个风险而言,其暴露度降低到一定程度后,继续增加投入产生的效果便不再明显。因此仅靠对单个风险的控制投入,可能不能将项目的风险暴露度降至管理者可以接受的范围内,这便涉及到软件风险优化控制问题。
假定对某一风险单元j(1jn)增加风险控制投入cj(0cjC)后,暴露度调整为rej(cj),则项目的风险优化控制问题可以归约为下式:
上式描述了在既定投入条件下,在各个风险之间进行资源调配和优化,求解项目整体最小风险暴露度的问题,从而可以归约到离散最优化问题。求解最优化问题的常用算法有线性规划法、非线性规划法、动态规划法、极大值法等,其中动态规划的方法最为方便。因为这是一种逐步改善的方法,把问题化成一系列结构相似的最优化子问题,而每个子问题的变量个数比原问题少得多,约束集合也简单得多,故较容易确定全局最优解[4]。
我们用逆序递推的动态规划算法求解软件整体风险暴露度的问题,数学模型如下:
阶段变量j,对第j个风险的投资为第j个阶段。最优函数opt Rej(avbj)表示从j阶段到n阶段决策所得到最小风险暴露度。
状态变量avbj:对风险j投资前可用的资金
决策变量cj:对风险j的投资额
状态转移方程:avbj+1=avbj-cj
阶段目标函数rej(cj):表示第j个阶段对风险j投资cj获得的暴露度调整值
边界条件:在动态规划的基本方程中含有opt Ren+1(avbn+1)这一项。当j=n时也即从最后一个阶段开始逆推时,出现opt Ren+1(avbn+1),这个项即为问题的边界条件。由于在这里是n阶段决策过程,不存在n+1阶段,avbn+1是第n阶段的终止状态,也是整个动态规划的终止状态,因此opt Ren+1(avbn+1)=0。
最优目标函数,可利用如下数学关系进行逆序递推,其中Poj(avbj)是由状态avbj所确定的第j个阶段的允许的决策集合:
算法特性描述如下[4]:
把整个决策过程分为若干阶段,在任意阶段j,其后继行为仅依赖j阶段的状态,与j之前的状态无关。
无论初始决策和初始状态是什么,其余决策必须相对于初始决策产生的状态构成最优化决策序列。
利用最优性原理解决多段决策问题,按逆向递推过程逐次推算确定各阶段的决策。
图1给出了算法的数据流程:
运用该数学模型,可计算风险的最优化控制问题,即求解opt Re1(C)。
3.2 算法应用示例
在某项目一个里程碑点对三个风险单元实施控制,根据计算得出暴露度分别为5,7,8,风险总投入为4万元。根据过程数据库,决策者可以选择的风险控制方案及相应的风险数据如表3所示。控制投入的单元为1万元,*代表不存在的状态。
利用动态规划的算法对控制策略进行优化,计算过程如下:
opt Re1(4)=min{opt Re2(4)+re1(0),opt Re2(3)+re1(1)},
opt Re2(2)+re1(2)==re1(1)+re2(2)+re3(1)=10
图2表示不同的资源分配方案下,风险暴露度的调整情况:
方案1表示投入为0的情况
方案2表示4万元只投在风险1
方案3表示4万元只投在风险2
方案4表示4万元只投在风险3
方案5为经过动态规划优化的投入分布,风险1,2,3分别获得投入10000,20000,10000
方案6表示控制投入未经优化控制,风险1,2,3分别获得投入20000,20000,0
实验表明,在增加风险控制投入4万元时,方案5的整体风险暴露度最小,对风险1,2,3的投入分别为10000,20000,10000,项目风险降低为10,这也证明了动态规划算法的有效性。
摘要：该文以软件风险暴露度作为评估项目风险的判据,将风险控制转变为求解最小风险暴露度的最优化问题,从而制订出了风险的定量化识别及优化控制的整体方案。文章首先介绍软件风险管理的传统模式,之后对基于暴露度的风险评估方法进行细化和改进,最后应用逆序递推的动态规划思想设计一个优化控制算法,并通过实验证明了该算法的有效性。
关键词：风险管理,风险暴露度,动态规划,全局最优化
参考文献
[1]Boehm B W.Software Risk Management[M].Washington D C:IEEE Computer Society Press,1989.
[2]Jalote P.Software Project Management in Practice.北京:清华大学出版社,2003.
[3]Dorofee A J.Continuous Risk Management Guidebook[M].Pennsylvania:Carnegie Mellon University,1996.
教师量化积分评估方案 第2篇
为切实加强我校师资队伍建设，规范学校管理，深化教学改革,健全激励、竞争机制，充分调动广大教师的工作热情,以促进素质教育的全面提高，特制定本办法。
第一条 考核目的: 规范学校管理,提高教育质量,建立良好的教学秩序;提高教师工作积极性、主动性与创造性,充分发挥教师在教育教学工作中应有的作用;为评优树先及有关奖惩等提供依据。
第二条 考核原则：坚持民主、公正、客观性原则；坚持重实绩、讲实效原则；坚持定性、定量相结合原则。
第三条 考核方法：分级、分类考核，量化积分、定性评等。第四条 考核内容：对教师教育教学工作的全过程进行考核。
第五条 考核结果：教师工作考核每学期按考核分确定等级为优秀、良好、合格、差。每学期先进教师、优秀教学奖及其他各类奖惩与考核结果挂钩，按积分多少依次授予。
第六条 组织领导：教师工作考核由教导处牵头组织实施。教师工作量化考核是学校师资队伍建设的一项重要工作，相关考核工作人员要坚持原则，秉公办事，不得弄虚作假，如违纪违规，要从严处理。
第七条 本方案自公布之日起实行。
考核细则
一、师德：20分
要求：能够按照教师职业道德规范严格要求自己，做到服从领导、听从指挥、团结同志、为人师表、敬业爱岗、默默奉献，保持教师的良好形象。
考核：评价采取领导评（30%）、同事评（40%）、学生评（30%）三结合的方法进行操作。
二、考勤：30分
教师应严格遵守作息制度，自觉做到不早退、不迟到、不旷工。
1、旷工一天扣1分，事假每天扣0.5分，病假每学期累积超过7天者，从第8天起每天扣0.5分。（病假以病例为准）
2、迟到或早退一次扣0.5分，有课无故不上者，每节扣5分。
3、开会迟到每次扣0.5分，开会、参加升旗仪式缺少一次扣0.5分，旷会一次扣1分（在请假期间不扣分）。
4、每学期每位教师事假不超过5天。婚嫁、产假、丧葬假按国家有关规定执行。
5、连续旷工20个工作日，不得参加当的考核、评优及晋升职务等。
6、教师有事请假必须先写好请假条，校长批准方可休假。
7、若有特殊情况不能当面请假者，可用电话请假或捎假，返校后立即补假，否则按旷工处理。
8、坚持听课活动，每学期每位教师不少于20节，学校领导至少30节以上，每学期检查至少两次。累计加分。完成听课任务的记20分，每缺1节扣0.2分，扣完为止。听课节数以听课记录为依据，无评语、无日期的不算听课节数。
三、教学成绩：100分
要求：强化质量意识，减轻学生负担，不断提高教学质量。按岗位要求完成教学任务。考核：教学成绩全部按单科计算。第一名按100分计算，第二名计算方法为用第二名的成绩除以第一名的成绩再乘以100.以此类推。
四、备课：20分
要求：⑴按学校的要求备课；⑵积极参加集体备课，撰写听课体会；⑶备课实用，体现各学科教学策略及具体的指导过程；⑷及时反思。
考核：每项不达标扣2分，扣完为止。
注：在县级以上检查调研中，受到好评的，另加2分。
五、作业：30分
要求：⑴按教委的要求布置批改作业；⑵教师批改认真规范，实行“等级+评语”模式，杜绝批改不及时、学生代批、有错不订正、订正无回批等现象。⑶学生书写认真，无乱涂乱画现象。⑷作业簿本整洁，放置有序。
考核；每项不达标扣2分，扣完为止。
注：在县级以上检查调研中，受到好评的，另加2分。
六、特殊贡献：
1、讲课比赛：
县级：一等奖加5分，二等奖加3分，三等奖加2分。
镇级：一等奖加3分，二等奖加2分，三等奖加1分。（注：同一轮次的活动以最高级计分，不做重复累加。）
2、公开课：
承担县级公开课加5分，乡级公开课加3分。
3、论文：
县级：
一等奖加5分，二等奖加3分，三等奖加1分 镇级：
一等奖加3分，二等奖加2分，三等奖1分。（注：论文必须是经乡教研室、教科室推荐的，不累计加分。）
4、科研成果：
省级课题立项加3分，市级2分，县级1分；省级课题结题加6分，市级4分，县级2分。
5、辅导：
认真辅导学生参加上级组织的各种竞赛活动，县级一等奖加2分，二等奖加1分；每提高一个级别加2分。
注：
（1）考核分与各种评优、考核等挂钩。
（2）有特殊事宜未注明的，有学校量化考核领导小组确定解释。（3）有下列情况的，评优一票否决：
①有严重的师德问题，并经查实者。
②学生、家长反响(差)强烈者。
③出现安全事故的责任者。
教学质量奖惩方案
教学是学校的中心工作，教学质量是学校工作的生命线，是一个学校赖以生存的重中之重。为了更好的激发全体教师的工作热情，特制定本方案。
奖项设置； 单项奖；
第一名800、第二名500、第三名400、第四名300、第五名200元。
为了巩固提高成绩，特设定以下奖；保持原名次加100.80、60、40、20元。
在原有名次的基础上，每上升一个名次，奖30元。整体奖；
为了整体推进，学校领导（主要是业务领导)实行包班制。
低年级郑明启，中年级张兰云，高年级张帆。每个年级在抽测中分别进入前两名奖100
元，三、四名奖60元，第五名奖30元。注；各年级每位老师都要达到奖项的标准。例如，本年级有第一名，有第五名，按第五名计算。校长主要抓一年级和六年级。
惩罚措施：
连续两次全镇倒数后三名出警告，限期整改。连续三次及三次以上全镇倒数第一的，后果自负。
班级管理评估积分细则
为加强学校德育工作，规范学生行为，营造良好的班风、校风，充分调动班主任工作的积极性，开创班级工作新局面，经学校研究决定，拟订本方案。
一、班集体组织建设（20分）：
1、班集体组织健全，分工明确，能在班主任指导下独立开展工作(查看班主任工作手册、中队活动纪录簿)。
2、每月至少召开一次班干部例会，并及时做好记录，了解班级情况，布置工作，解决问题(查看班主任工作手册，学生座谈)。
二、班级文化建设（10）。
班级三表齐全，并张贴合理、规范。精心装点教室，教室布置有特色，营造积极向上的氛围。（实地察看）
三、班级常规管理（70分）。
1、卫生。（20分）
室内卫生状况良好，门窗、墙壁清洁，桌凳排放整齐，学习用品按要求放置，卫生工具排放合理。卫生区及时打扫并保持整洁，无字纸、塑料包等垃圾。学生养成自觉维持卫生秩序的习惯，见到垃圾主动捡起。
路队。（10分）
能够做到快、静、齐，行进间无打闹、嘻笑现象，精神饱满。班主任或任课教师按时送队，发现不良现象及时制止。
3、晨读。（10分）
利用率高，讲究实效。有精心的设计，学生有明确的学习任务。注重对学生的行为指导，加强对学生的行为习惯养成教育。(查看班主任工作手册、随机抽查)
4、出勤。（10分）
学生无迟到、早退、旷课现象。
5、纪律。（10分）
自觉遵守《小学生日常行为规范》、《小学生一日常规》及学校的各项规章制度。到校早读、午休、放学路队、课间活动有组织、按要求、效果好。(值日学生检查)
6、安全。（5分）
无安全责任事故。经常自查、及时上报安全隐患，及时处理偶发事件。
7、两操。（5分）
认真组织学生做好“两操”，保证必要的锻炼时间及锻炼效果。两操期间，学生认真听从指挥，无敷衍现象。
奖惩措施：
一等奖3名，150元； 二等奖3名，100元；
量化评估策略 第3篇
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择2013年9月—2015年8月接受手术治疗的股骨粗隆间骨折高龄病人86例为研究对象,男41例,女45例,年龄65岁~85岁。病人均符合股骨粗隆间骨折诊断标准,均采取动力髋关节螺钉(dynamic hip screw,DHS)内固定。排除精神障碍及不具备正常沟通的病人,报请医院伦理委员会批准,告知研究事项,且病人均签署知情同意书。根据入院时间分为观察组与对照组,每组43例。观察组男20例,女23例;年龄73.57岁±8.25岁;骨折原因:摔跌伤20例,车祸伤18例,坠落伤5例;骨折类型:A1型19例,A2型24例;合并疾病:高血压24例,冠心病18例,糖尿病13例,脑梗死17例,慢性阻塞性肺疾病7例。对照组男21例,女22例;年龄74.62岁±9.18岁;骨折原因:摔跌伤21例,车祸伤17例,坠落伤5例;骨折类型:A1型20例,A2型23例;合并疾病:高血压23例,冠心病17例,糖尿病14例,脑梗死14例,慢性阻塞性肺疾病5例。两组病人性别、年龄、骨折原因、骨折类型等比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 对照组
病人实施常规护理,包括生活护理、心理疏导、饮食护理及手术前后护理等。观察组病人实施基于量化评估策略下的综合护理干预措施。具体如下。
1.2.1.1量化评估收集病人临床资料,根据年龄、体质量、合并疾病、心理状态、疼痛程度等参照文献资料分别进行量化评分[3,4]。年龄量化评分:<70岁计1分,70岁~79岁计2分,≥80岁计3分;内科合并疾病量化评分:无合并疾病计1分,合并1种计2分,合并2种及以上计3分;疼痛程度量化评分:轻度计1分,中度计2分,重度计3分等,总分<9分为低护理风险,9分~12分为中度护理风险,>12分以上为高度护理风险。根据评分高低全面分析病人的护理风险因素,并针对护理风险因素给予个体化的护理干预。
1.2.1.2个性化护理干预护理人员配备:根据护士工作经验、学历、职称分为一级护士、二级护士、三级护士,一级护士包括主管护师或护师,二级护士包括护师与多年工作经验的护士,三级护士包括进修护师或低年资护士。高护理风险病人由1名护士、1名二级护士、1名三级护士负责,中度护理风险病人由1名二级护士、1名三级护士组成负责,低护理风险病人由1名二级护士、1名进修护士(或1名实习护生)负责。动态评估:在实施个性化护理干预的过程中对病人病情及护理风险的评估应采用动态方式进行,根据需求及时调整护理方案。加强心理干预:针对不同病人的心理状态实施不同形式的心理疏导,控制病室内的光线、噪声及光线使病人感到舒适,缓解其焦虑,鼓励家属主动提供情感支持,树立病人配合治疗的信心。针对性健康教育:对合并不同内科疾病的病人给予针对性健康教育,如对烟瘾较大者对其讲解吸烟对骨折愈合的影响促使其戒烟,对糖尿病病人讲解合理膳食对骨折恢复的意义。术前及术后训练:责任护士在病人术前指导病人学习有效咳嗽、咳痰方法,股四头肌、小腿三头肌等长收缩训练,踝泵运动训练等[5],直至病人完全掌握。术后训练:告知病人术后康复训练对恢复患肢功能非常重要,鼓励其积极配合;指导病人术后1周内进行早期康复训练,包括床上坐起、吹气球、患肢等长收缩及踝泵运动等,术后1周~2周内进行屈髋屈膝运动及抬腿练习,逐渐过渡到抗阻训练及主动锻炼[6]。出院指导及定期复查:病人出院前对患肢家属进行锻炼方法指导,于术后1.5个月、3个月及6个月定期返院行X线检测,判断骨折愈合情况并了解其他情况。
1.2.2观察指标观察两组病人手术相关指标(术后下床活动时间、住院时间、骨折愈合时间)、随访6个月时临床疗效及并发症发生率。两组病人均随访至术后6个月,评估两组病人临床疗效。
1.2.3疗效判断标准参照田开锋等[7]文献资料判断疗效:髋部无疼痛,完全恢复伤前活动及生活自理能力为优;髋部偶有疼痛,扶手杖可活动,生活基本实现自理为良;髋部中度疼痛,有人搀扶下可活动,生活基本不能自理为可;髋部严重疼痛,失去下床活动能力,生活完全不能自理为差。优良率=(优+良)/总例数×100%。
1.2.4 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行分析,采用t检验、χ2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
例(%)
3 讨论
目前我国已进入老龄化,高龄股骨粗隆间骨折病人发生率逐渐增加,因高龄病人常合并多种基础性疾病,极易并发肺部感染、深静脉血栓形成等各种并发症[8],有效而系统的综合护理干预对减少并发症的发生、尽快恢复病人的患肢功能具有重要意义。但常规的护理干预措施对所有病人采取同样的护理干预措施,忽视了病人个体的差异性,影响康复效果。
有研究表明,骨折术后合理的康复护理干预,有助于帮助病人摆脱不良心理,改善精神面貌及饮食状况,有助于增加骨量摄入,促进骨折愈合[9]。本研究在参考文献资料的基础上对不同病人的性别、年龄、体重、内科合并疾病、疼痛程度等情况进行量化评价,评估病人的护理风险程度,并根据量化评分情况分别实施个性化护理干预,如对具有高度护理风险的病人增加责任护士配置,确保护理干预落实到位,实施动态评估,确保适时调整病人不同需求,同时针对不同病人实施针对性健康教育、心理护理、术前术后康复训练等,结果表明,观察组病人手术相关指标、并发症发生率、临床疗效方面均明显优于对照组。国内外学者也有报道,量化评估策略下的综合护理干预与常规护理措施相比具有明显的优势[10,11]。
应用量化评估策略进行综合护理由于护理人员需要从各方面评估量化病人的个体情况,使护理人员与病人的密切接触机会增多,病人与家属更易对护理人员产生信任感及依赖感[12],更容易树立治疗的信心及对康复功能锻炼的依从性,继而提高了康复效果。而且有关高龄股骨粗隆间骨折手术病人实施量化评估策略下的综合护理干预文献报道并不多见,开展量化评估策略下的综合护理干预研究有利于提高护理人员的科研积极性,对实现工作价值具有重要意义。
本研究表明,基于量化评估策略下的综合护理干预有助于促进高龄骨粗隆间骨折手术病人术后康复,降低并发症发生率,提高康复效果,对改善病人生活质量具有重要意义。本研究的局限性在于观察指标相对较少,未对两组护理依从性、胃肠功能恢复时间、满意度等进行比较研究,可能会影响到结论的准确性,有待于今后扩大样本展开研究。
摘要：[目的]探讨基于量化评估策略下综合护理干预对高龄股骨粗隆间骨折手术病人康复效果的影响。[方法]将86例高龄股骨粗隆间骨折手术病人根据入院时间分为观察组和对照组各43例,对照组实施常规护理,观察组实施基于量化评估策略下的综合护理干预,比较两组病人手术指标(术后下床活动时间、住院时间、骨折愈合时间)、临床疗效、并发症的差异。[结果]观察组优良率为95.35%,明显高于对照组的81.39%(P<0.05);术后下床活动时间、住院时间、骨折愈合时间均明显短于对照组(P<0.05);并发症发生率为9.30%,明显低于对照组的27.91%(P<0.05)。[结论]基于量化评估策略下的综合护理干预有助于促进病人术后恢复,降低并发症发生率,提高康复效果。
日照损失量化评估方法探析 第4篇
关键词：日照损失,评估方法,量化
房屋建筑物的日照时长是人们在建造、购买房屋时尤为关注的问题, 因为其影响着我们的日常生活、身心健康。但随着经济的发展、城市化进程的不断推进, 房屋的密集程度不断加大, 日照妨害问题正日益凸显, 给人们的生活起居造成了不小的影响。再加上我国民众的维权意识正不断增强, 日照侵害相关的法律诉讼不断增多, 以致迫切需要寻求一种方式合理量化日照损害程度。因此, 本文就这一问题进行分析, 希望能提供一种合理的评估方法量化日照损失。
一、与日照权相关的法律法规
《民法通则》第八十三条规定:“不动产的相邻各方, 应当按照有利生产、方便生活、团结互助、公平合理的精神, 正确处理截水、排水、通行、通风、采光等方面的相邻关系。给相邻方造成妨碍或者损失的, 应当停止侵害, 排除妨碍, 赔偿损失。”
《中华人民共和国国家标准城市居住区规划设计规范 (GB50180-93) 》规定:“大城市住宅日照标准为大寒日≥2小时, 冬至日≥1小时, 老年人居住建筑不应低于冬至日日照2小时的标准;在原设计建筑外增加任何设施不应使相邻住宅原有日照标准降低;旧区改造的项目内新建住宅日照标准可酌情降低, 但不应低于大寒日日照1小时的标准。”
从这些法律条文中不难发现, 当前我国的法律条款都未就日照权受侵害后如何进行赔偿问题进行清晰明确的规定, 再加上日照损失较难量化, 以致目前我国日照权受侵害案件的赔偿额普遍偏低, 无法弥补给受害人造成的损失。另外, 根据笔者调查发现, 当前我国关于日照损失评估如何确定问题的研究相当缺乏, 从评估角度对此问题进行研究的文献更是寥寥无几。
二、具体方法的应用
笔者选用了市场比较法、列举法和价值转移法三种评估方法, 分别从受害方和侵害方的角度对日照损害进行评估, 具体评估思路如下:
(一) 市场比较法在日照损失量化评估中的应用。
市场法是当前评估业务中较常用的一种方法, 它主要通过比照公开市场上相同或相类似资产的交易价格, 再经过一系列因素修正, 最终得出评估对象价值的方法。在房地产的日照损失量化评估业务当中, 通常是以评估其损害程度为目的的, 仅评估日照受损后的房地产价值无法得出受损额。因此, 本文中所述的市场比较法, 实际上是间接市场比较法, 即通过两次运用市场法来评估房地产遭受的损失。具体评估思路如下公式:
损失额=正常情况下的房地产估值P1-日照受损情况下的房地产估值P2
P1值的评估即通常意义上的用市场法评估房地产价值的问题。主要的评估步骤为:1、搜集交易实例;2、选取3个以上的可比实例;3、建立比较基准;4、调整各可比实例的交易情况、市场状况及房地产状况等因素;5、求出评估值。此处评估的是正常情况下房地产的估值, 因此在选取可比实例或调整因素时, 不应把日照损害这一因素考虑在内。
然后, 再分析如何评估日照受损情况下的房地产价值。可采用两种方法:第一种为假若公开市场上能找到多例类似受损情况的房地产交易实例, 便可参照P1值的评估方法评估出日照受损的房地产价值。这种评估方法容易理解、易于操作, 但基于现实考虑, 寻找此类可比实例的难度较大, 不易实施;第二种为朝向修正系数法。假设被评估房屋朝南, 因其西面加盖建筑物导致日照时间变短 (由原来的M小时, 减为N小时) , 也就相当于被评估房屋的朝向向东偏移。依照相关的法律法规可以得到朝南与朝东房屋之间的朝向修正系数a。然后利用前步骤所得的正常情况下房地产估值P1, 可得:
日照受损情况下的房地产估值P2=P1×a× (M-N) /M
(二) 列举法在日照损失评估中的应用。
日照的重要性体现在日常生活的许多方面, 因而日照损失产生的影响也是多方面的, 主要包括:对身心健康的损害、居住环境变差 (无法晾晒衣服等) ;阳光遮挡导致的电费、采暖设施增加的费用;视觉污染等。当日照权受侵害造成的主要损失能够被列举并且合理量化时, 我们就可以采用列举法来评估日照损失。该方法的计算公式为:
日照损失额=直接损失+间接损失
直接损失是指可以直接测量并准确计算的损失, 例如电费、采暖费用等直接的货币资金流出;间接损失主要是指对身心健康、居住环境、视觉效果等方面造成的损失, 这些损失往往难以量化, 甚至有时并不是立刻显现的, 而是长期的、缓慢的。
直接损失的计算———以电费为例:
间接损失是基于某些影响因素难以具体量化的特点, 将其作为一个整体来考虑。即以直接损失为基数, 再乘上一个百分比来确定, 这个百分比最好是一个可供选择的区间, 这样评估人员便可根据具体情况选取适当的百分比, 比如评估有老人、小孩、病患等特殊人群居住的房屋, 就可以选取一个较高的百分比。
该方法在应用时有几个事项应当引起注意: (1) 该方法评估的关键在于找到体现日照损失的所有方面并合理估计, 上述所列的几个影响因素只是笔者综合现有文献得出的几个常见的方面, 并不全面。因此, 在实际操作中可运用德尔菲法更为全面的找出所有影响方面。此外, 有些方面, 比如精神损失等, 虽然归入间接损失, 但由于其较难量化, 有时也需借助专业人士的职业判断来估计损害程度, 合理确定百分比; (2) 该方法通常用于评估已有人居住并在可预见的未来长期居住的房屋, 也就是说, 该评估并不是以出售该房地产为目的的, 因此其评估的损失是指对居民日常生活起居造成的影响, 房屋贬值损失不应包括在内。
(三) 价值转移法在日照损失评估中的应用。
前两种方法都是从受害方的角度进行评估, 价值转移法则是以妨碍方为评估对象。此方法适用于受害方的日照损失给妨碍方带来利益, 且该利益相较于受害方的损失更容易估计的情况。具体评估思路如下:首先评估出妨碍方所增加的妨碍物给其自身带来利益, 然后将妨碍物给妨碍方带来的利益按照一定百分比赔偿给受害方。以妨碍方加盖房屋建筑物为例, 可用市场法、收益法或成本法计算出加盖建筑物的价值V, 再根据受害方的受害程度, 确定一个合理的赔偿比例a, 最终得出评估值=V×a。
需要注意的是, 在评估妨碍方所得到的利益时, 要全面考虑所有已经存在和可能存在的利益。对于可能存在的利益, 可以根据利益发生的可能性大小, 乘以适当的权重加以确定。另外, 在确定赔偿百分比的时候, 要详细了解受害方的受害情况之后再确定。通常情况下, 妨碍方的利益收入远大于受害人的受害程度, 此时赔偿比例是小于1的;但也不排除受害人的受害程度大于妨碍方所得的情况, 此时赔偿比例是大于1的, 也就是说妨碍方得到的利益不足以弥补给他方造成的损失。
三、结束语
本文基于我国现存日照权侵害案件中日照损失赔偿额普遍偏低这一现实情况, 提出了间接市场比较法、列举法、价值转移法这三种评估方法, 并说明了主要评估步骤、计算公式以及评估过程中需要注意的问题等。这三种方法都是以常规的评估方法和程序为基础延伸而来的, 其目的都是为了尽可能全面而准确地量化日照损失, 合理确定赔偿数额。
参考文献
[1]蒋恩平.房地产日照环境损害赔偿估价方法探析[J].商业会计, 2013.16.
[2]顾振发.日照、景观等因素对房地产价值影响的评估[D].国际地产估价学术研讨会论文集, 2005.
柔性负荷互动影响量化评估方法 第5篇
在当前能源资源短缺、气候变化明显、环境污染严重的现状下,大力发展绿色、低碳、可持续的可再生能源已成为世界各国的共识。然而,风能、太阳能等可再生能源固有的波动性、间歇性、反调峰性、低可调度性等“不友好”的特点也给电力系统的安全、 经济运行带来了新的挑战,并网难已成为当今大规模可再生能源发电的最大瓶颈[1,2]。
国内外理论研究和实践证明,借助智能用电双向互动运行模式及支撑技术,动态整合用户侧资源是智能电网环境下提高可再生能源消纳能力的有效途径[3,4,5,6]。与传统用电需求需随时被满足、近乎刚性的负荷相比,未来的智能电网将出现一类可在一定范围内调整其用电行为的负荷,通过主动改变其用电时间及用电量大小,它们将可参与电网的运行控制,该类负荷称为柔性负荷,主要包括需求响应资源、电动汽车、储能等[7,8,9]。然而,柔性负荷具有以下2个特性:一是受用户用电行为的影响,负荷内部自主变化的主观性较强;二是由于负荷会基于外部环境及激励信号等发生变化,从而在客观上导致柔性负荷响应行为具有一定的无序性。因此,柔性负荷参与到电网互动中后,将给电网的运行带来更多的不确定性。
目前,已有一些文献对柔性负荷的响应特性进行了分析,并建立了相应的模型。基于电价的需求响应建模主要采用历史数据拟合响应度曲线、电量电价弹性矩阵分析等方法[10,11],激励型的可中断负荷建模则主要基于中断合同和中断成本建立优化决策模型[12,13]。在电动汽车建模方面,模型的建立主要依据电动 汽车充电 功率或驾 驶习惯的 统计规律[14]。考虑柔性负荷响应的不确定性,文献[15]建立了计及电动汽车出力不确定性的电力系统随机经济调度模型。文献[16]计及峰谷分时电价对用电负荷的影响,建立了计及分布式电源出力、电动汽车充电等不确定因素的配电网重构模型。
此外,随着分布式可再生能源的高渗透接入和系统中高峰负荷的日益增长,由柔性负荷参与电源侧或电网侧调节所带来的影响已日益成为关注的焦点。文献[17]通过分时电价与可中断负荷赔偿成本之间的作用关系,分析了分时电价对系统动态负荷备用的影响。文献[18]通过对大工业用户的响应分析,指出合理的峰谷电价能够达到良好的削峰填谷效果,有利于保持系统的经济安全运行。文献[19] 选取了美国弗吉尼亚州一个城镇的典型配电网,分析了多种电动汽车接入情景下配电网的负载情况, 其研究结果表明,通过交错充电等有序充电策略可有效地平滑负荷、消除配变过载。但由于柔性负荷响应行为具有不确定性,造成在不同的案例场景或计算条件下,柔性负荷参与互动将对电网产生不利影响。文献[20]指出,实施动态电价时将存在负荷同步响应问题,大部分负荷从典型高峰期转移至典型的非高 峰期时段 并不能有 效减小峰 谷差。 文献[21]对IEEE 34节点馈线测试系统进行了计算, 并指出电动汽车充电引起的线损和压降在进行优化充电管理后仍不可忽视。
以上研究说明,由于响应行为的不确定性导致柔性负荷参与互动既可能对电网带来“有利”影响, 也可能对电网带来“不利”影响。随着未来电网中柔性负荷渗透率的不断提高,这种“不利”影响将不容忽视。对柔性负荷互动能力进行深入研究并最终量化,将有助于尽早规避“不利”影响、提高柔性负荷参与电网调控运行的能力。然而,以上研究中,多以系统功率平衡或可用发电容量为约束条件,而较少考虑柔性负荷参与互动后对电网安全带来的影响。本文在现有研究的基础上,综合考虑了柔性负荷自身的响应能力及电网的安全性,定量评估了不同响应程度的柔性负荷参与电网互动所带来的效果以及对电网安全运行所带来的影响。研究结果旨在为调度中心制定合理的互动策略提供参考依据。
1柔性负荷互动影响评估的技术框架
本文根据柔性负荷参与互动后对电网安全带来的影响,将柔性负荷互动分为良性互动和劣性互动两类。前者是在系统出现功率不平衡量时,由调度中心在确保完成电网调度总体目标的前提下,遵循相关原则实施的互动,是一种电力系统正常运行工况下的调控手段,能够起到削峰填谷、提高可再生能源消纳等作用;后者则主要由柔性负荷的自主、无序响应或不合理的互动策略引起,用于评估柔性负荷参与电网调控运行的能力,并为调度中心提供决策依据,以避免制定的互动策略对电网安全运行带来隐患。针对以上2类不同的互动场景,互动影响的评估重点也不尽相同。在良性互动场景下,重点评估柔性负荷参与互动在消纳可再生能源和削峰填谷等方面的效果。在劣性互动场景下,则重点关注互动对电网安全水平的影响,通过一些指标评估柔性负荷的互动趋势。如果随着时间的推移,指标向不利于电网安全的方向发展,则认为该互动不利于电网安全运行,需重点关注或提前终止。进一步地,可根据指标约束得出互动极限。
据此思想,本文提出了柔性负荷互动影响量化评估的技术框架,如图1所示。首先,建立柔性负荷互动的响应模型。柔性负荷参与电网调度运行的互动机制一般可分为电价机制和激励机制两类。此外,柔性负荷具有数量多、分散分布的特点,需以多代理的方式参与调度运行。因此,从调度中心的角度看,柔性负荷互动响应模型是其在电价或激励机制下建立的多代理综合响应模型,是通过负荷节点的功率改变量表征柔性负荷参 与互动的过程。其次,从柔性负荷的互动参与度、互动效果和电网安全性三方面构建评估指标体系。最后,通过计及互动演变过程的潮流计算,对柔性负荷的互动效果和互动影响进行量化分析及评估。
2柔性负荷互动响应模型
2.1电价型负荷响应模型
电价是一种柔性的响应机制,通过经济杠杆促使各类柔性负荷改变用电行为,从而参与互动。随着电价的变化,电力需求的变动可为以下2种方式。
1)部分负荷 无法转移 到其他时 段 (如照明负 荷),该部分负荷只能是“有”或“无”。因此,这类负荷仅在单一时段具有敏感性,称为“自弹性需求”,其弹性值为负。
2)部分负荷可以从高峰时段转移到非高峰时段或低谷时段,这类负荷具有多时段敏感性,称为“交叉弹性需求”,其弹性值为正。
为简化计算,本文中的电价型负荷均指具有自弹性需求的电价型负荷。
电价型负荷的响应模型可表征为:
式中:下标i为柔性负荷类型;Pi,0为初始功率;εii为自弹性系数;ci为实际电价;ci,0为初始电价。
调用电价型负荷的互动成本可以用电网侧售电收入的变化表征为:
2.2激励型负荷响应模型
激励也是一种柔性的响应机制,典型的激励型负荷包括可中断负荷、直接负荷控制等。以可中断负荷为例,它们以签订合同的方式参与电网调度运行。合同内容包括提前通知时间、持续时间、负荷调节容量、折扣率、补偿率等。
激励型负荷的响应模型可表征为:
式中:ΔPi为负荷调节容量。
当用户响应激励合同削减或增加负荷时,调用激励型负荷的互动成本分别可以用电网侧售电收入的变化表征为:
式中:α为折扣率;β为补偿率。
3柔性负荷互动影响评估指标
针对柔性负荷在消纳分布式可再生能源或电网调节过程中的参与程度、发挥的作用和对电网安全的影响这3个方面,考虑分成2个层次建立柔性负荷互动影响评估指标体系,如图2所示。图2中,第1层主要反映柔性负荷的响应特性,用互动参与度进行评估,包括互动潜力、响应程度等指标。第2层主要用于评估互动影响,包括:1互动对可再生能源消纳和削峰填谷的效果,评估指标有可再生能源波动支撑水平、峰谷差变化比等;2互动对电网潮流分布和安全水平的影响,评估指标有线路重载率、互动潮流熵以及电网互动承受度等。在良性互动场景下,重点评估互动效果,同时也要兼顾电网安全性。 而在劣性互动场景下,则主要通过电网互动承受度指标给出保证电网安全运行前提下的互动极限。
3.1互动参与度评估指标
1)互动潜力
互动潜力是柔性负荷所固有的一种物理属性, 用于描述柔性负荷参与互动后功率增加或减小的最大能力。当互动后功率增加时,称为正向互动潜力, 反之则称为反向互动潜力。t时刻的第i类柔性负荷互动潜力定义为该柔性负荷参与互动后的最大功率改变量与其自然功率的比值,如式(6)所示:
式中:Pi,max(t),Pi,min(t),Pi,0(t)分别为t时刻柔性负荷可达到的最大功率、最小功率和初始自然功率值。
2)响应程度
响应程度描述t时刻柔性负荷参与互动的实际水平,与负荷自身的用电特性、调度中心的互动机制等多重因素密切相关。t时刻的响应程度定义为柔性负荷的实际 互动量与 其最大互 动量的比 值,如式(7)所示:
其中
式中:ΔPi(t)和Pi(t)分别为柔性负荷的实际互动量和实际功率值。
3.2互动效果评估指标
1)可再生能源波动支撑水平
利用柔性负荷平衡可再生能源波动是解决可再生能源规模化并网的重要手段之一。可再生能源波动支撑水平用于评估通过互动提高可再生能源消纳的能力,定义为用于消纳可再生能源波动的柔性负荷互动量与可再生能源波动量的比值,见式(9):
式中:ΔPRE为可再生能源的功率波动量。
2)峰谷差变化比
利用分时电价等互动机制引导柔性负荷参与互动可有效改善系统的负荷特性,起到削峰填谷的作用。将峰谷差变化比定义为有互动及无互动场景下系统的峰谷差改变量与无互动时系统峰谷差的比 值,用于评估柔性互动对系统削峰填谷的贡献,如式(10)所示:
式中:Pp-v和分别为无互动和有互动情况下的系统峰谷差。
3.3电网安全性评估指标
1)线路重载率
设线路i最大有功传输容量为Fi,max,系统运行时线路i的实际潮流为Fi,0,则线路i的负载率μi为:
式中:K为线路数。
μi>1时表示线路越限,假设μi超过一定门槛值(如0.8)时代表线路重载,定义电网重载率水平为重载线路数NLF与总支路数K之比,用于反映电网安全运行的程度,如式(12)所示:
显然,kLF的取值为0~100%。kLF=0时表示未出现线路重载情况;kLF>0时表示网内存在一定的线路重载隐患,kLF的值越大,则系统的隐患越大, 需要调整互动方案以转移或降低高负载线路的压力。
2)互动潮流熵
熵是对系统混乱和无序状态的一种量度,对给定的常数序列U={U1,U2,…,Uj,…,Un},用lj表示负载率μi满足μi∈(Uj,Uj+1]的线路条数,对不同负载率区间内的线路条数概率化可得:
式中:ρj,t为负载率μi∈(Uj,Uj+1]的线路数占总线路数的比例。
根据熵的定义,电网潮流熵可表示为[22]:
式中:q为常数,本文中取ln 10。
为进一步量化互动对潮流分布均衡度的影响, 本文引入互动潮流熵的概念,以描述单位柔性负荷互动后负载率分布的变化。定义互动潮流熵为互动前后电网潮流熵的改变量与柔性负荷的响应程度平均值之比,其值可定量评估互动参与程度对电网潮流分布的影响,可表征为:
式中:H(t)为互动前的电网潮流熵;为互动后的电网潮流熵。
当互动潮流熵为负值时,说明柔性负荷参与互动后电网潮流分布更趋于均衡,其值越小,互动带来的影响也越小,反之亦然。
3)电网互动承受度
柔性负荷的互动参与程度不仅受到自身响应特性的影响,还受电网 安全水平 的约束,在式 (11)、 式(12)和式(15)的基础上,定义电网互动承受度Ci为保证电网安全运行的前提下(本文中将电网安全状态定义为线路无过载),柔性负荷的最大互动量与仅考虑其自身响应特性时的最大互动量之比(对应于最大互动潜力时的功率调整量),如式(16)所示:
式中:tmax为电网临界安全运行时刻。
电网互动承受度指标反映了电网安全运行的前提下柔性负荷的最大响应程度。需指出的是,与柔性负荷的双向互动相对应,电网互动承受度也有正向与反向之分。当柔性负荷正向互动时,Ci称为电网的正向互动承受度,反之则称为反向互动承受度。
4柔性负荷互动影响评估流程
为较好地模拟柔性负荷参与调控运行的互动过程,图3给出了一种双层迭代的评估流程。该流程包括内、外双层计算框架。其中,外层迭代模型为慢演变过程,主要用于模拟状态转移较慢的电气量时序变化过程,如新能源出力的波动变化、系统负荷曲线以及发电计划等系统固有时序特征等。内层迭代则为快速演变过程,首先根据系统功率不平衡量确定互动策略,然后根据柔性负荷响应模型调整柔性负荷节点用电功率,并对当前断面进行计及互动的潮流计算。通过内、外双层的循环计算,计算出上文提及的各评估指标在互动过程中随时间变化的数值,以对柔性负荷的互动参与度、互动效果及互动影响进行综合评估。
5算例仿真
5.1算例参数
算例采用IEEE 39节点10机系统,其结构图如图4所示。设38、39节点为风电的集中接入点,同时将系统划分为2个区域,各区域内负荷的类型和响应特性不同。区域1设为典型的商业和居民区, 对电价较为敏感,属于价格灵敏区;区域2设为典型的工业负荷区,对电价不太敏感,属于价格不灵敏区。负荷的基本互动信息见表1。
5.2仿真结果及分析
5.2.1互动效果分析
调度中心根据短期风电预测和超短期负荷预测数据,计算出系统的功率不平衡量,基于负荷的价格弹性制定实时电价,通过电价信号引导柔性负荷参与互动。本算例中的电价调节范围为0.4~1.6(以标幺值计,1标幺值等 价为0.5元 )。 风电在 [-50%,50%]波动水平下的柔性负荷互动参与度及可再生能源波动支撑水平评估指标计算结果如表2所示。
通过对不同风电波动水平下指标的对比可得以下结论。
1)当风电在[-30%,30%]范围内波动时,随着风电波动幅度的增大,为平衡系统中逐步增大的功率不平衡量,柔性负荷的响应程度也在逐步加深,对电价灵敏的区域1响应程度较区域2更大。此时, 可再生能源波动支撑水平为100%。也就是说,通过柔性负荷参与互动,可实现风电的全额消纳。
2)当风电波动幅度超过40%时,区域1中的柔性负荷响应程度已达100%,调度中心为了进一步调度灵敏性较弱的区域2负荷参与互动,需大幅增加/降低电价,此时已经造成电价越限;而同时,柔性负荷对可再生能源波动支撑水平持续下降。该情况下,需采取其他互动机制联合调节或适当弃风。
3)从互动成本上看,当风电正向波动时,虽然调度中心降低电价,但由于柔性负荷的用电量增加,电网侧的售电收入仍然是增加的,因此互动成本为负; 当风电反向波动时,调度中心通过抬高电价以抑制柔性负荷的用电行为,由于柔性负荷用电量的减少, 电价升高时电网侧的售电收入反而减少,因此互动成本为正。且从风电波动的2个方向均可发现,随着风电波动幅度的不断增大,柔性负荷的调用量逐步增大,从而互动成本也随之增加。
5.2.2电网安全影响分析
图5对比了柔性负荷参与互动前后的线路重载率和系统最大负载率的计算结果。柔性负荷参与互动前,系统中的不平衡功率由常规火电机组承担;柔性负荷参与互动后,不平衡功率首先由柔性负荷承担,如果柔性负荷已经完全响应或者调度中心的调度代价过大(体现为电价越限),不平衡功率则由柔性负荷和火电机组共同承担。
由图5可以看出,有互动时,线路最大负载率有较为明显的下降,但此时也存在部分线路重载率较无互动时有所增加的情况,说明互动对减小系统整体重载严重程度起到了一定作用,但有可能引起局部地区的潮流重载。
图6为IEEE 39节点和IEEE 118节点网架下互动潮流熵的计算结果。
由图6可以看出,电网互动潮流熵为负值,且不论是柔性负荷正向响应还是反向响应,随着柔性负荷响应程度的增加,互动潮流熵都将随之增大。这说明,在柔性负荷参与互动后,系统潮流分布较柔性负荷参与互动前更为均衡,但随着互动参与程度的加深,互动对潮流分布均衡度的改善效果将呈下降趋势。
由图5和图6的指标计算结果可见,柔性负荷响应行为的不确定性使得柔性负荷参与互动后的潮流分布更为复杂:一方面可能有利于电网的潮流分布更趋均衡;但另一方面,不加引导的互动也可能引起局部地区或部分线路潮流重载,甚至可能引发安全性问题。
以线路不过载为约束条件,电网互动承受度指标的计算结果如表3所示。在电网安全的前提下, 由于柔性负荷参与互动,风电波动比例分别提高了6%(正向)和-15%(反向)。此时,电网正向互动承受度为71.1%,反向互动承受度为-75.6%。由该分析结果可知,虽然柔性负荷存在一定的互动潜力, 但因电网安全约束的限制而无法实现完全响应。因此,调度中心在制定负荷互动策略时,需充分考虑电网的实际接纳能力。
6结语
随着未来电网中柔性负荷渗透率的不断提高, 对柔性负荷的互动影响进行深入研究并量化评估对指导柔性负荷参与电网调控运行有着重要的意义。
本文从柔性负荷参与电网互动的视角出发,提出了柔性负荷互动影响评估的技术框架,建立了柔性负荷互动响应模型和互动评估指标体系,对柔性负荷的互动效果和互动影响进行了量化评估。算例评估结果表明,柔性负荷给电网的调控运行提供了一种新的调节手段,但同时也将给电网安全带来更多的不确定性。不加引导的互动会劣化电网运行状态,给电网安全带来风险。柔性负荷的互动影响与其自身的响应特性、激励机制、互动区域和电网自身约束等因素密切相关。考虑到柔性负荷响应的随机性、自主性与无序性,柔性负荷的不确定性响应建模、计及互动的动态概率潮流是需要进一步深入研究的问题。
摘要：负荷侧资源参与电网调控运行是平衡以风电为代表的新能源波动的重要手段之一。但柔性负荷响应的随机性、自主性与无序性也将给电网运行带来更多的不确定性。为评估柔性负荷参与电网互动的效果和影响,提出了柔性负荷互动影响评估的技术框架;建立了基于电价和激励机制的互动响应模型,并从柔性负荷的互动参与度、互动效果和电网安全性3个方面构建了评估指标体系,设计了计及互动演变过程的量化评估方法。通过对IEEE 39节点的算例分析,验证了模型、指标和分析方法的有效性。
对前后2次国际安全量化评估的思考 第6篇
其实, 早在本世纪初, 我国石油行业某大型央企 (简称某企业) 就有聘请国外知名公司进行安全量化诊断、评估的经历。本文尝试对比分析2次评估, 并提出思考。
本世纪初某企业的量化评估
2000—2005年的“十五”期间, 某企业积极学习国际知名石油公司壳牌公司的先进管理经验, 全面推行HSE认证。一是根据壳牌公司HSE CASE成熟做法, 转化、推行具有自己特色的“两书一表” (作业指导书、行动计划书、安全检查表) ;二是比较早地提出了国有企业内部“安全管理、监督两条线”, 并增设安全总监岗位。
在2005—2010年的“十一五”期间, 某企业全面推行HSE体系建设, 明确提出要建立更加科学完善、“统一、规范、简明、可操作”的HSE体系。并于2007年与美国杜邦公司 (简称杜邦公司) 签署咨询协议。杜邦公司根据某企业HSE管理现状, 按领导、组织、运行管理和工艺设备4个方面分类, 对22个HSE管理要素进行评估。并且, 选取世界各地区具有代表性的10家企业对比评分, 得出某企业HSE管理水平在国际中所处位置, 具体见图1。
从图1可以看出, 在世界各地区挑选有代表性的10家石油企业, 其平均水平为2.6分, 世界知名企业 (样本前五名) 的平均分值为3.3。可见, 某企业处于较落后位置。杜邦公司给出评估说明:该企业建立了安全管理体系, 制定和实施了针对员工的作业培训计划。安全管理的大多数要素得到了执行, 但违章违规现象仍普遍。各级领导基本上理解他们在安全管理中的角色, 但还不是非常熟悉, 缺少一致的以身作则的自觉行为。大部分情况下, 员工执行安全规章制度是被动的。
当时, 国际上比较流行的是安全文化发展四阶段 (及和事故率相互关系) 理论, 见图2。杜邦公司也据此对某企业进行了评估, 其在10家代表性石油企业样本中的位置, 见图3。
关于图3各级别赋分的定义见图4。
某企业安化文化建设的评估结论为:“处于严格监督阶段的早期”, 其含义是:明确了安全管理体系的要求, 并涵盖各个相关要素;书面的安全管理体系刚刚建立或正在着手建立;企业已制订和实施了非系统的安全管理的基本标准和规章制度, 但制度的执行一般都不是自觉的行为, 需要依靠各级管理层的严格监督和考核来推动。
根据以上分析评估, 某企业确定的通用HSE制度框架有如下6个特点:
1.整体布局, 分类设计
以HSE管理体系7大要素为制度框架, 遵循PDCA原则, 针对不同功能区块, 整体布局, 分类设计, 配套开发HSE制度, 131项制度基本涵盖了管理体系功能要素的基本要求。
2.突出对关键节点的管理控制
将“实施和运行”划分为作业安全、工艺安全、交通安全、危险物品HSE、承包商HSE、个体防护、环境管理、职业卫生、应急管理等多个类别, 分别配套设计相应制度, 形成针对关键环节, 突出源头控制和过程管理的系列制度。
3.管理对象指向具体
减少“大而全”的制度, 结合石油石化主要风险和事故教训, 针对具体危害因素设计开发“小而精”的制度, 如对动火、变更、废水、地下水、环境敏感区、氮气、硫化氢、设备投用、装置交接、流行病、呼吸等具体危害因素设计开发专项管理制度。
4.作业安全制度比较齐全
以作业许可管理制度为基础, 制定了动火、进入受限空间、高处作业、吊装、挖掘、临时用电、管线打开等作业安全管理制度。以一般工器具安全管理制度为基础, 制定了手持电动/气动工具、移动气瓶、叉车、移动梯子等工器具管理制度。
5.工艺安全制度比较齐全
以工艺安全管理制度为基础, 制定了工艺危害分析、新改扩建项目设计阶段HSE管理、质量保证、设施完整性、启动前安全检查、操作规程、工艺设备变更、工艺安全信息等涉及工艺设备安全管理的制度。
6.个体防护制度比较齐全
以个人防护管理制度为基础, 制定从头部防护、眼部防护、呼吸系统防护、躯干防护、脚部防护等个人防护管理方面的制度。
2016年量化评估报告情况
据《中国化工报》报道, 2016年年初, 由国际认证机构DNV GL为国内4家炼化企业 (镇海炼化、广州石化、大连石化和宁夏石化) 出具的安全量化评估报告显示:该评估采取ISRS (国际安全评级) 方法对试点企业进行量化评估, 主要包括15项软件方面的指数。将4个试点中每一项得分最高的“最佳组合”与全球数据进行对比, 略高于全球平均得分。
通过大量的量化数据得出结论, 4家炼化企业存在的共性短板集中于6个方面:安全领导力;应急准备;风险管控;事件分析与学习;设备管理;人力资源、人力及培训。”
不同时期2次评估的思考
不同时期的2次安全评估, 虽然由不同国际公司所作, 比较的要素也不尽相同, 但从整体来看, 近十年我国优秀的石化企业还是得到了长足进步。由原来落后水平, 发展到现在“略高于”全球平均水平。这个成绩, 值得欣慰。针对2次评估, 也有一些值得深入思考的地方, 主要包括以下3点:
第一, 要擅于消化吸收新的安全理念和体系, 为我所用。某企业当年在不同的时期, 就安全管理分别咨询了两个旗鼓相当的大石油公司。由于两个公司的侧重点、方式方法各有不同, 不可避免地造成一些“舍弃”, 客观上也造成资源的浪费。比如, “十五”期间按照壳牌公司的HSE CASE管理理念转化而来的“两书一表”, 在“十一五”杜邦公司咨询期间基本被边缘化, “两书一表”相关管理要素、内容, 通过分解、整合分散在其他管理制度中。这两个公司的思路、理念, 虽有不同, 但是它们各自都取得了令人瞩目的成就, 不存在优劣。对于国内企业, 都存在一个消化吸收问题。
近期国际认证机构DNV GL为4家炼化企业所作的安全量化评估, 虽采用“国际安全评级系统 (ISRS) ”评估方法, 但笔者认为, 在安全管理理念与体系上, 国际上还未形成完全统一的标准。国内企业要认识到, 没有最好的管理做法, 只有适合自己企业的最优管理做法, 可以借鉴参考、吸收消化, 但不要轻易反复, 扬此抑彼, 浪费资源。
第二, 建立及推广自有安全管理体系。壳牌、杜邦皆为国际知名的石油公司。他们在完善自身管理体系的同时, 也不断地推销其安全理念、体系, 用以指导其他企业开展相关工作, 从而实现了其在安全管理领域的利益最大化。
反观我国企业, 多只在企业内部推出了相对系统的理念体系, 没有 (包括下属企业单位) 广泛的认可度, 更谈不上转化成企业效益、社会效益。一方面, 国内大多企业, 对内部人才培养不够, 安全管理上实践、创新不足, 对国外理念、方法较为依赖;另一方面, 国内的理念体系在顶层设计和基层执行上, 常存在较大断层。
笔者建议:行业协会或者政府管理部门, 从国家整体的角度出发, 整理、整合各行业企业适合国情的安全管理理念, 管理体系, 并进行推广。
第三, 不要片面强调安全管理。一个管理混乱的公司, 不可能有良好的安全管理;一个管理优秀的公司, 安全管理多有着优良的绩效。一味地强调安全管理, 将出现以安全管理“促进”企业管理的局面, 其结局会事倍功半, 甚至缘木求鱼, 将加剧“贯彻不到底”和“两层皮”的现象, 浪费人力物力, 管理效果也会出现较大反差。比如, 企业对外有着让人眼花缭乱的理念、理论, 外文术语满天飞, 实际上安全管理却基础薄弱, 重大事故“屡禁不止”。
越野加油车机动性量化评估研究 第7篇
1. 机动性量化评估研究现状
机动性量化评估对越野加油车研制阶段的方案优选、性能改进、分析鉴定和使用阶段的车型比较评定、任务指派等都有极为重要的意义。
机动性量化评估方法基本上有两类:统计法和解析法。统计法的特点是应用数理统计方法,依据实践、演习、试验以及计算机仿真获得大量的统计资料来评估效能指标。统计法包括试验统计法、作战模拟等。试验统计法实验耗费大、周期长,而作战模拟法要建立仿真模型,需要大量可靠的基础数据和原始资料作依托。解析法主要有层次分析法、阶段概率法、WSEIAC模型法、能力指数法等。解析法主要存在着评估层次结构欠合理,评估指标选取表面化,评估权重的确定主观性过大,以及适应性不足等问题。
目前对机动性量化评估具有指导意义的研究主要体现在以下三个方面:在车辆机动性基础理论方面,以贝克(M.G.Bekker)为代表的众多学者开展了卓有成效的研究工作,于1960年创立了“地面力学”,专事车辆与地面相互作用力学的研究。在车辆机动性评估工程方法方面,最具代表性的是美国陆军水道试验站在第二次世界大战期间研究的基础上提出的经验方法圆锥指数法,也称WES法,分别用圆锥指数和车辆圆锥指数来鉴别土壤与车辆,有了同一比较基础,就可以判定所评车辆的通过性和其他性能。在车辆机动性计算机模拟评估方面,最具代表性的是美军自20世纪70年代以来发表的AMC-71、AMC-74和NRMM机动性模型,使用大型数字计算机,采用车辆地面力学的理论和方法来预测各系统的性能,采用现代解析法和程序设计来计算各系统性能间的相互关系。
车辆机动性的研究开始于一战之后,直到20世纪60年代中期才形成共识:机动性是衡量车辆行驶快速性与通过性的综合指标。标志车辆快速性的主要指标包括最高车速、加速时间等,但显然其中任何一项指标都不能单独表示车辆的快速性,需要一项综合指标予以表达。前苏联学者曲达柯夫和西米列夫认为通过性是车辆通过不平路面和松软土壤能力的度量,并提出了支承通过性和几何通过性两个概念。支承通过性系指汽车在松软土壤上可靠行驶的性能,几何通过性系指汽车克服几何障碍如垂直台阶、弹坑及壕沟的能力。
贝克(M.G.Bekker)对车辆越野行驶进行了深入研究,特别是他对支承通过性和几何通过性的研究成果奠定了车辆机动性评估的基础。美国陆军水道试验站提出的WES法,测试简单、方便易行,经过多年验证和改进,是目前评定支承通过性的主要方法。美军经研究提出的AMC-71、AMC-74和NRMM机动性模型包括多个程序模块,建有大量的地质地形数据库,能较全面地定量评定各种车辆的机动性。但其内核解析模型未予公布,且基础数据和原始资料获取困难,无法借以应用。因此,本文根据车辆机动性评估的原理,依据车辆的主要性能参数及系统配置、任务剖面和相关标准与研究结论,建立了涵盖行驶快速性、支承通过性和几何通过性的机动性量化模型,对越野加油车的机动性进行评定。
2. 机动性量化评估模型
2.1 建模过程与评估依据
2.1.1 行驶快速性
为了综合评定车辆的行驶快速性,在此采用澳大利亚8033号军用标准中的名义平均速度作评估指标,其定义是:车辆在可行驶区域内各种地面行驶时可达最大速度的平均值。
越野汽车的可靠性行驶试验要求按一定的里程分配比例在不同路面上行驶,可认为是相应类别车辆任务剖面在可靠性行驶里程的映射,因此反映了车辆运用时的典型状况,可将里程分配比例视为名义平均速度相应的评定权重。
根据名义平均速度的定义,以及相关标准的规定,参照外军车速取值的做法,名义平均速度的评定算式为:
式中各项参数意义见表1。
2.1.2 支承通过性
支承通过性即土壤支承车辆通过的能力,采用WES法实施评估。
(1)根据车辆的主要性能参数与系统配置,计算车辆的机动性指数MI
轮式车辆的机动性指数MI按下式计算:
式中各项参数意义及计算见表2。
(2)计算车辆圆锥指数VCI
车辆圆锥指数VCI决定于机动性指数MI,有两种指标:车辆单次通过时的车辆圆锥指数VCI1和车辆多次重复通过时的车辆圆锥指数VCI50。考虑加油车多随装甲履带机械装备跟进,因此采用VCI50。
轮式车辆多次重复通过的车辆圆锥指数VCI50按下式计算:
(3)实测或根据积累资料得到试验区域土壤的圆锥指数CI和标定圆锥指数RCI
土壤圆锥指数CI是使用圆锥贯入仪按照规定的方法和步骤测得的表示土壤强度的参数。而泥沙、泥土和有机质土壤在被翻乱而失去其自然状态的情况下,其强度将丧失。因此除了车辆前轮之下的土壤外,这些土质的强度一般比圆锥贯入仪的指示值小。故需引入重塑指数RI校正圆锥指数CI,而得到标定圆锥指数RCI。
由于未查找到国内研究提供的多样本土壤圆锥指数CI和标定圆锥指数RCI数据,因此引用美军为验证AMC-71机动性模型而实测的评估地域64个土壤标定圆锥指数RCI数据作评定样本,如图1所示。
(4)比较VCI50与RCI,判定支承通过性
根据RCI和VCI50来判断车辆的通过性:若RCI≥VCI50,车辆可通过;若RCI
2.1.3 几何通过性
与几何通过性密切相关的汽车整车几何尺寸,称为汽车通过性的几何参数。这些参数包括接近角、离去角、纵向通过角、最大垂直越障高度、最大越壕宽度等。
为了提高评估几何通过性的统一性与可比性,采用美军开发的北约基准机动性模型NRMM(第一版)障碍评估模块中的障碍模型作为几何通过性评估的依据。该障碍模型如图2所示,以3个高度值h=[80mm,400mm,850mm],3个宽度值w=[150mm,760mm,3600mm],8个角度值β=[112°,142°,154°,164°,196°,206°,218°,248°],进行全排列形成338=72种组合,用以评定几何通过性。当β<180°时,可形成不同的上升角,用于评定接近角、垂直越障高度、纵向通过角等指标。当β>180°时,可形成不同的下降角,用于评定离去角、越壕宽度、纵向通过角等指标。
2.2 机动性的量化评估模型
通过以上建模过程,评定越野加油车机动性的主要内容包括:行驶快速性、支承通过性和几何通过性,采用的一级指标为名义平均速度评定值、支承通过性评定值和几何通过性评定值。
故机动性的量化评估模型为:
Em=wvηv+wtηt+wgηg (5)
式中wt、wt、wg一分别为名义平均速度、支承通过性和几何通过性的指标权重,wv+wt+wg=1,取wv=wt=wg:ηv、ηt、ηg一分别为名义平均速度、支承通过性和几何通过性的评定值。
名义平均速度评定值计算式为:
式中vimax、Vimin分别为表1中备评车辆车速取值中的最大值与最小值。
支承通过性评定值ηt计算式为:
ηt=nt/64 (7)
式中nt为按2.1.2节支承通过性评估方法确定的备评车辆通过次数。
几何通过性评定值ηg计算式为:
式中ηg为按2.1.3节几何通过性评估中备评车辆通过障碍模型的次数。
3. 评估实例与分析
选取4种车辆应用本文提出的方法进行机动性量化评估,其中A型88越野加油车装备研制于上世纪90年代初,B型88越野加油车装备研制于2008年,C型66越野加油车与C型66基型越野车基本装备研制于上世纪90年代同一时期,评估结果见表3。
从上表2种88越野加油车的评估结果可以看到,随着时间的推移,车辆的机动性逐步增强,其中支承通过性与几何通过性的评定值相差很小,名义平均速度评定值相差较显著,主要是由于B型越野加油车采用独立悬架,在凹凸不平路面上的行驶速度比采用非独立悬架的A型越野加油车的相应速度有较大提高,反映了车辆技术的进步。C型越野加油车是采用C型基型越野底盘改装的。从评估结果可以看到,由于C型越野加油车越野总质量有所增大,使名义平均速度与支承通过性评定值有所降低;又由于消声器移至车前部,使接近角由40°减小到32°;中间轴距增大和油泵的安装,使纵向通过角由38°减小到25°;车架延长增大了后悬,使离去角由44°减小到30°。这些参数的变化使C型越野加油车较之C型基型越野底盘的几何通过性评定值有较大下降,综合地使C型越野加油车的机动性劣化严重,这是值得越野加油车设计与制造单位高度重视的。
上述分析表明,评估结果与受评车辆的实际情况相符合,从而验证了本文评估方法与模型的正确性与有效性。
4. 结论
基于博弈论的网络安全量化评估算法 第8篇
随着计算机技术的飞速发展, 计算机网络的应用越来越广泛, 网络技术的发展正影响着人们日常生活的方方面面。计算机网络在给人们提供便利的信息交流平台的同时也带来了网络安全性的问题, 网络管理员的一个重要任务就是在网络的便利性和安全性之间作一个权衡。为评估网络的安全性程度, 需要一个有效的网络安全量化评估算法。
目前在网络安全评估领域已经有许多研究成果。文献[1]中给出了一个基于攻击图的网络脆弱性分析方法, 依据网络节点的状况和攻击模板中的条件进行匹配, 建立攻击图, 在攻击图的基础上利用最短路径等图论方法分析图中的威胁路径和关键节点, 依此对网络的脆弱性进行评估;文献[2]中给出了一个基于网络拓扑结构的网络脆弱性量化评估算法, 该算法通过对主机漏洞存在可能性以及漏洞利用可能性进行量化评估, 得到目标主机的脆弱性度量值, 结合网络拓扑结构利用优化的最短路径算法, 分析网络中存在的危险路径和关键节点, 从而得到整个网络的脆弱性量化评估值;文献[3]利用网络被攻击后管理员所需要的系统恢复时间作为收益, 定义博弈模型[6], 计算攻击者和系统管理员的最佳行为, 并分析网络安全性;文献[4,5]等人利用博弈论[6]分析攻击者的期望行为, 通过求解收益和攻击代价变化时的Nash均衡[6], 分析收益和攻击代价对攻击者期望行为以及系统状态转换概率的影响。
然而上述各种安全分析方法并未考虑管理员对自身网络设备的重要性评定, 及其在此评定基础上的防护行为对网络安全状况的影响。管理员的目标是保护网络, 使其不受攻击, 而攻击者则希望以较少的代价达到其攻击目的, 网络的状态转换则是攻防双方互动行为的结果, 这可以看作是一次博弈过程[6]。本文提出了一种基于博弈论的网络安全量化评估算法NEAG (network evaluation algorithm based on game theory) , NEAG算法利用攻击图[1]的方法生成网络可能被攻击的状态, 利用管理员对各网络设备的重要性评定定义博弈参数[6], 基于随机博弈理论[6,7], 建立网络安全随机博弈模型, 通过Nash均衡分析攻防双方的期望行为, 从而计算出网络处于所有可能状态的概率, 结合网络各状态的安全性评估值, 获得整个网络的综合量化评估结果。
1网络安全中的随机博弈模型
在描述网络安全随机博弈模型之前, 先根据博弈论作如下假定:
1) 网络管理员和攻击者都知道网络的整体信息, 包括网络的拓扑结构, 网络中各主机上存在的漏洞等。
2) 网络管理员会对自身网络设备的重要性进行评定, 其形式为向量:
3) 攻击者在主机上有7种权限:无任何权限、一般可读、完全可读、一般可执行、完全可执行、一般可写、完全可写, 根据权限的高低设定对应的评分为:100、90、75、60、45、30、15。网络上所有设备的评分构成一个向量:
4) 状态i的网络评分Vi为网络设备的重要性向量
5) 网络管理员和攻击者都是理性的, 网络管理员的目标是避免整个网络的安全性评分值V的降低, 攻击者的目标是降低整个网络的安全性评分V。
基于以上假定, 本文引入随机博弈理论, 根据网络安全量化评估的需要, 对博弈元素、收益函数、状态转换概率重新定义, 建立网络安全随机博弈模型。
随机博弈[6,7]是由n个博弈元素组成的集合, 表示成Γk (k=1, 2, ..., n) , 每个博弈元素都可以表示成一个矩阵 (α
q
这里mk、nk分别为攻击者和管理员的纯策略数目, α
根据随机博弈结合网络状态, 本文对网络安全随机博弈模型中各参数的定义如下:
1) 攻防双方不采取任何行为时, 定义其采取Ø行为。攻击者在每个网络状态下都有可采取的攻击行为集, 其中包括Ø行为;管理员的行为是相对攻击者而言的, 即管理员有两种行为:阻止攻击和Ø行为。本文引入混合策略博弈理论[6]来定义攻防双方的策略, 攻击者的混合策略的形式为
2) 每个博弈元素Γk代表可能被继续攻击的网络状态, 即网络被攻击的中间状态, 攻防双方的互动行为导致网络状态的转换。
3) u
u
对管理员来说u
4) q
5) 由攻防双方的目标, 结合博弈论知:管理员和攻击者的混合策略X, Y符合:
时, 则X和Y为管理员和攻击者的Nash策略。
2基于随机模型的评估算法NEAG
2.1算法思想
根据以上分析, 本文提出了一种基于博弈论的网络安全量化评估算法NEAG, 该算法将网络管理员和攻击者看作是随机博弈模型中的两个决策者, 管理员的目标是保护网络, 使其不受攻击, 而攻击者则希望以较小的代价达到其攻击目的。将网络管理员抵抗攻击者攻击的过程看作是随机博弈的过程, 此博弈过程由多个阶段博弈[6]组成, 每个阶段博弈对应一个网络状态, 具有可采取的行为集和收益函数。NEAG算法根据网络中存在的可利用漏洞生成网络管理员和攻击者的行为集, 计算网络所有可能状态的评分, 利用Nash均衡计算双方的期望行为, 获得网络处于各状态的概率, 从而分析出整个网络的综合评估结果。
2.2算法描述
基于上述算法思想, 将NEAG算法描述如下:
1) 信息提取 NEAG算法需要使用的网络信息有:网络的拓扑结构、网络中各主机的类型、网络中各主机上存在的漏洞、各主机上的操作系统及软件、被禁用的端口列表等。这些信息均可以通过扫描工具NESSUS[8]获得。
2) 建立攻击模板库 攻击模板代表攻击者攻击过程中的一次元攻击。网络具有脆弱性的根本原因是网络中的各主机存在漏洞, NEAG算法的攻击模板库主要通过漏洞库建立, 模板编号为标准化的CVE[9]漏洞号。CVE指出漏洞可分为本地漏洞和远程漏洞, 本地漏洞是指它只能被在本机拥有一定权限的用户利用, 而远程漏洞则表示在与本机连通的机器上拥有权限的用户可以利用它对本机进行攻击。另外, 信任关系给我们带来便利的同时, 也导致了很多安全性问题, NEAG算法将信任关系看作是远程漏洞, 给其设定非CVE标准化的编号0。攻击模板有三个重要信息:利用前提、利用结果和利用成功的概率。利用前提包括:漏洞类型、与漏洞相关联的软件是否存在、与漏洞相关联的端口是否被禁用、攻击者是否已获得相应的权限等;利用结果指目标机器所处的状态;利用成功的概率则是漏洞利用前提被满足时, 漏洞被成功利用的概率。与信任关系对应的攻击模板的利用前提为:在与本机连通的机器A上拥有一定的权限;利用结果为:在本机获得与机器A上相同的权限;利用成功的概率为0.9。
3) 网络安全随机博弈过程 根据NEAG的前两步, 将各主机状态与攻击模板库中的条件进行匹配, 可以获得网络所有可能的被攻击状态, 其中可能被继续攻击的状态是随机博弈中的阶段博弈, 称为博弈元素[6]。根据攻击模板库以及网络中的主机状态找出这些博弈元素的行为集, 利用公式 (5) 计算这些行为的收益, 由漏洞利用成功的概率计算博弈元素之间的转换概率q
4) 计算网络的综合评分 由第三部分中获得的攻防双方的Nash策略, 结合博弈元素之间的转换概率q
Qkl=q
从而系统处于状态l的概率Pl可由公式 (8) 获得:
Pl=PkQkl (8)
根据网络各状态的评分及网络设备的重要性向量, 利用公式 (1) 计算出网络各状态的评分Vi (i为网络所处的状态) , 若n为网络所有可能被攻击的状态的数目, 通过公式 (9) 可计算出整个网络的综合量化评估结果V:
3实例分析
本节通过在一个处于互联网环境中的典型网络上运行NEAG算法, 演示NEAG算法的评估过程, 利用评估结果, 分析说明NEAG算法的有效性及准确性。
一个处于互联网环境中的典型网络的结构如图1所示。
互联网上所有的用户在公共Web服务器上具有一般可读的权限, 在内部文件服务器和个人工作站上无任何权限。本示例中用W表示外部Web服务器, F表示内部文件服务器, H表示个人工作站。网络中各主机上的可利用漏洞的情况如表1所示 (为便于后面绘制网络状态转换图, 简化了漏洞编号, 用0、1、2表示) 。
假定此网络上各个主机的状态用向量S= (W, F, H) 表示, 管理员对此网络的重要性向量的定义为: (0.3, 0.6, 0.1) , 攻击者的目标是获得内部文件服务器上的信息, 管理员的目标是阻止攻击者的攻击, 避免整个网络的安全性评估值V的降低。
用括号中的小写字母r和e分别表示攻击者具有一般可读和一般可执行的权限, 如W (r) 表示攻击者在W上具有一般可读的权限, 则示例网络的初始状态可表示为 (W (r) , F, H) , 此网络的状态转换如图2所示。
图2中的网络可能被继续攻击的状态为①、②、④, 这三个状态对应博弈元素Γ1、Γ2、Γ3, 对应的攻击者的行为集分别为:{攻击, ϕ}、{到状态③的攻击, 到状态④的攻击, ϕ}、{攻击, ϕ}, 各状态下管理员的行为集均为{ϕ, 阻止攻击}, 由网络安全中的随机博弈模型定义得出:
解得博弈元素Γ1、Γ2、Γ3对应的状态下, 攻击者的Nash策略分别为: (0.733, 0.267) 、 (0, 0, 0.436, 0.564) 、 (0.474, 0.526) ;管理员的Nash策略分别为: (0.081, 0.919) 、 (0.127, 0.837) 、 (0.053, 0.947) 。利用公式 (7) 和 (8) 计算出网络处于状态①、②、③、④、⑤的概率分别为:0.9466、0.05103、0、0.002312、0.000058, 由公式 (9) 获得整个网络的综合评分为:96.5。
根据系统处于各状态的概率可推断出, 攻击者可能采取的攻击路径是①、②、④、⑤, 并且每一步攻击行为的概率分别为: (0.733, 0.267) 、 (0, 0, 0.436, 0.564) 、 (0.474, 0.526) , 即系统处于状态①时, 攻击者的Nash策略是以0.733的概率攻击, 以 0.267的概率放弃攻击, 后面几步攻击的Nash策略以及管理员
的防护策略的实际意义与此类似, 由Nash均衡的意义[6]知:攻击者或者管理员单方面地改变各自的策略都不可能获得更好的收益, 所以攻防双方都会理性地坚持自己的Nash策略。与NEAG相比, 攻击图的分析方法给出的结果却是①、②、③, 这是因为攻击图忽略了攻击者会综合考虑攻击成功的获益以及攻击失败的后果。从状态②到状态③的攻击如果失败, 攻击者需要付出比较大的代价, 在这种情况下, 攻击者会理性地选择从状态②到状态④再到状态⑤的攻击。可见, NEAG算法给出的结果更加符合现实状况。
4结论
当前安全分析算法未考虑管理员对自身网络设备的重要性评定, 及其在此评定基础上的防护行为对网络安全状况的影响, 针对该问题提出了一种基于随机博弈模型的网络安全量化评估算法NEAG。在假定攻防双方均是理性的前提下, NEAG算法能够根据攻防双方对收益和代价的综合考虑, 给出攻防双方的Nash策略。博弈论指出, 攻防双方为获得最佳收益, 会理性地坚持自己的Nash策略, 而传统的网络安全评估算法则假定攻击者会选择攻击成功概率最大的行为, 忽略了管理员对网络的防护行为, 以及攻击者在攻击成功的收益与攻击代价之间的权衡, 导致其给出的结果与现实网络状况有出入。NEAG算法根据所获得的网络的具体信息, 对网络可能的状态进行分析, 给出攻防双方的最佳策略, 指导管理员的防护工作, 因此, 与传统方法相比, NEAG算法具有更好的通用性和准确性。
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