安全信息認知通用模型構(gòu)建及其啟示*

吳　超

(中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

0　引言

1000多年前，唐代詩人杜荀鶴寫過一首叫《涇溪》的詩：“涇溪石險人兢慎，終歲不聞傾覆人。卻是平流無石處，時時聞?wù)f有沉淪。”這首詩大意是說，涇溪雖然水流湍急，石頭磷澗，但是人們經(jīng)過涇溪的時候格外小心，一年到頭沒有發(fā)生落水事件；而恰恰是在那些河床沒有石頭的地方，因水流平緩而看似無害，卻常常聽到有人落水的事件發(fā)生。這首詩言淺意深，寓意著處險未必險，反而可能寓安于其中，居安未必安，反而可能藏險于其中。同時也表達了只要對安全信息認知正確，就可以避免事故，而對安全信息無知，就容易出事故。這也是對基于風(fēng)險認知的安全策略的優(yōu)越性實證。

到了現(xiàn)代社會，安全方面的法律法規(guī)和規(guī)章制度實在太多了，即使是受過安全專業(yè)培訓(xùn)的職業(yè)人士對所有法規(guī)也不可能全知道，而且有些人即使了解這些規(guī)定，也不見得完全認同。其次，人們的活動空間和使用的器物及工作環(huán)境也都在不斷變化，安全規(guī)定往往滯后于實際的生產(chǎn)和生活活動。再一，有些人知道要遵守安全規(guī)定，但受到其當(dāng)時的生理和條件的限制，也可能出現(xiàn)行動與法規(guī)相悖的結(jié)果。大多數(shù)理性人在判斷自己的行動是否安全和能否行動，往往是基于自己對周圍安全信息的認知，進而判斷有無危險和采取決策并做出行動。當(dāng)人們接收的安全信息準(zhǔn)確無誤和能夠正確認知進而采取行動時，一般都不會發(fā)生事故。這也是現(xiàn)代比較推崇的基于風(fēng)險決策的先進安全策略。

從古到今，以安全為目的，基于風(fēng)險認知的途徑避免事故，是最符合實際的實用和流行的安全策略。實際上，一個復(fù)雜系統(tǒng)的安全問題涉及人-機-環(huán)-管等要素，而信息是使系統(tǒng)的一切要素以及多個系統(tǒng)之間建立關(guān)聯(lián)的唯一紐帶。從信息入手開展研究和建立安全模型，才能獲得普適性的結(jié)果。因此，以信息為主線和信息認知失真為問題，研究和建立普適性的科學(xué)安全信息認知模型非常有價值。

安全信息認知模型是安全模型之一。過去許多研究者盡管對安全模型做了大量的研究，如文獻[1-4]的綜述，對國際上多年來已有安全模型做了系統(tǒng)的分析。文獻[1]將安全模型分為要素模型、序列模型、干預(yù)模型、數(shù)學(xué)模型、過程模型、管理模型、系統(tǒng)模型等，并枚舉分析了已有121個不同安全模型實例及其特征。國內(nèi)一些學(xué)者也建立了自己頗具特色的安全模型，如文獻[5-6]。但上述文獻介紹的安全模型沒有關(guān)于安全信息認知通用模型的存在。國際上關(guān)于認知模型的研究大都集中在認知心理學(xué)領(lǐng)域[7]。近年作者所在課題組也構(gòu)建了一些新的安全模型[8-12]，并為開展安全信息認知通用模型的構(gòu)建積累了一些經(jīng)驗。

借助文獻[13-14]關(guān)于安全理論模型構(gòu)建的方法論，本文構(gòu)建了1個新的和具有普適性的安全信息認知通用模型，并對其內(nèi)涵、特點、分類和應(yīng)用等進行了深入分析與展望。

1　模型的構(gòu)建

為了構(gòu)建一個系統(tǒng)中的安全信息認知通用模型，首先有必要做一些相關(guān)的定義。

1)如果將系統(tǒng)的主體(安全信息的認知者)稱為信宿(Information Home，用HI表示)；將認知者所要感知的主要東西稱為信源(Information Source，用SI表示)，信源體可以是人、事、物、社會現(xiàn)象、組織、制度、體系、文化等，甚至是一個子系統(tǒng)。

2)認知者感知的信源通常是信源的載體。因此，將表征信源的本原(原原本本的東西)稱為真信源(Real Information Source，用SRI表示)，真信源轉(zhuǎn)化成能夠被信宿感知的信息稱為信源載體(Carrier of Information Source，用CIS表示)，信源載體可以與真信源完全一致，也可以完全不符，或是在一致與不符之間。

3)將信宿與信源載體之間媒介稱為信道(Channel，用C表示)，信道中存在著影響信宿感知信源載體的各種因素，這種因素稱為信噪(Signal Noise，用NS表示)。信噪可以有也可以無；信噪的影響效果可以是負的，也可以是正的；信噪可以影響的不僅是信宿，還可以影響信源載體等。

4)信源載體經(jīng)過信噪的干擾之后，通過信宿的感知器官功能(如視、聽、觸、嗅等)變?yōu)樾潘薜母兄畔?Sense Information，用IS表示)。之后，信宿還需要根據(jù)大腦的功能和其中的知識儲備等，對感知信息進行檢測、轉(zhuǎn)換、簡約、合成、編碼、儲存、重建、判斷等復(fù)雜生理和心理過程，形成認知信息(Understood Information，用IU表示)。被認知的信息與感知的信息可能相同、相似、相關(guān)，甚至可能相異、相反，還可以添加大腦的創(chuàng)新思維意識等。

5)信宿根據(jù)理解的認知信息，得出優(yōu)化方案和形成決策，然后通過大腦指揮其功能器官(如手、腳、聲等)采取動作(Action，用A表示)，并達到或是獲得某一行動結(jié)果(Result，用R表示)。

6)行動結(jié)果又可以反饋給信宿，并作出循環(huán)調(diào)整，簡稱為“信饋”。信饋可以是簡單的信息反饋，也可以是一個新的復(fù)雜的安全信息認知過程，后者是因為信宿能感知到的行動結(jié)果(其實也是屬于一種信源)可能只是其真實結(jié)果的表象或載體。

7)上述討論的這個系統(tǒng)可能與其它系統(tǒng)關(guān)聯(lián)和相互作用。我們把這個正在分析的系統(tǒng)稱為自系統(tǒng)，把與之相互作用的系統(tǒng)稱為它系統(tǒng)。自系統(tǒng)是隨時間變化而動態(tài)變化的，并且與它系統(tǒng)相互影響和相互作用。

基于上述的定義和描述，可以構(gòu)建出一個系統(tǒng)某一瞬間的安全信息認知通用模型，如圖1所示。

圖1　安全信息認知通用模型Fig.1　General model of safety information cognition in a system

2　模型的內(nèi)涵

從圖1可以分析得知，建立的安全信息認知通用模型包含以下的內(nèi)容：

1)安全信息認知過程主要由7個事件組成。它們內(nèi)容和所處的時間狀態(tài)分別是：真信源SRI，時間狀態(tài)St1；信源載體CIS，時間狀態(tài)St2；信噪NS；感知信息IS，時間狀態(tài)St3；認知信息IU，時間狀態(tài)St4；響應(yīng)動作，時間狀態(tài)St5；行動結(jié)果，時間狀態(tài)St6。

2)安全信息認知過程的6個時間狀態(tài)，兩兩之間分別形成了5級時間差和5級信息失真或信息不對稱。它們分別是：真信源轉(zhuǎn)化成信源載體的時間差等于St2-St1，其信息失真值稱為1級誤差⊿1，失真率為η1；信源載體到被信宿感知的時間差等于St3-St2，其信息失真值稱為2級誤差⊿2，失真率為η2；感知信息變成認知信息的時間差等于St4-St3，其信息失真值稱為3級誤差⊿3，失真率為η3；信宿將認知信息付諸行動的時間差等于St5-St4，其信息失真值稱為4級誤差⊿4，失真率為η4；從采取動作到有了行動結(jié)果的時間差等于St6-St5，其信息失真值稱為5級誤差⊿5，失真率為η5。

3)如果參照香農(nóng)和韋弗(Claude Shannon-Warren Weaver)提出的信息傳播模式[15]，則圖1的安全信息認知過程7事件可以簡化為信源、信道、信宿和信饋4要素。但兩者有很大不同，香農(nóng)模型描述的是信息傳播過程，本文模型表達的是安全信息認知過程。從上述對信源、信道、信宿和信饋的定義可知，它們與香農(nóng)和韋弗的相關(guān)定義有很大的不同。

4)如果要給本文建立的安全信息認知通用模型起個更加具體的名字，根據(jù)(1)～(3)點的說明可知，可稱為安全信息認知7-6-5-4模型，其中“7-6-5-4”的由來和表達的意義如上述。

5)真信源SRI指信宿要感知的真實東西，不僅是指人可見的物體，還可以包括他人、事件、現(xiàn)象、組織、制度等，其實這些內(nèi)容也是可以用子系統(tǒng)表達。

6)信源載體CIS主要是指信宿用肉體能感知的信息：如電、光、聲、熱、色、味、形等，當(dāng)借助儀器設(shè)備感知的，問題會更加復(fù)雜，實際上已經(jīng)變成了新的安全信息認知子系統(tǒng)了。

7)信噪NS是對信源載體和信宿感知產(chǎn)生影響的相關(guān)因素，它包括的內(nèi)容可以非常廣泛，不僅是我們通常理解的自然環(huán)境因素，還可以包括情感、文化氛圍、愛好誘惑、思想壓力等。

8)感知信息IS通常指人的感知器官(視、聽、觸、嗅、等)獲得的信息，它感知的效果是因人因時因地因情等而異的。

9)認知信息IU也是因人因智因腦等而異的，它與人的天分、年齡、知識、健康程度等密切相關(guān)。

10)響應(yīng)動作也是因人因機因環(huán)等而異，常用的動作如手、指、腕、臂、身、腿、腳等動作，碰、觸、抓、放、踏、走、壓、按、旋、彎、起、坐等動作。信宿的響應(yīng)動作還可以包括發(fā)聲、眼動甚至意念等，隨著科技的進步，動作的內(nèi)涵將不斷拓寬。

11)行動結(jié)果可以是成功的或是失敗的，也可以是正面的或負面的，也可以完全無效。而對行動結(jié)果的反饋，實際上可以當(dāng)做新一輪的安全信息認知過程。

12)如果系統(tǒng)的安全信息認知過程的信息失真率用η表示，用簡單迭加的方式，則：

η=|η1|+|η2|+|η3|+|η4|+|η5|

(1)

當(dāng)η=0時，整個安全信息認知過程和達到的效果無誤。由η的大小并將其分級，可以評價系統(tǒng)中安全信息認知過程失真的程度和等級。同樣，由各級|ηi|的大小并將其分級，可以評價系統(tǒng)中安全信息認知過程各級失真的程度和等級，并找出最大的失真環(huán)節(jié)，這一點更加重要。ηi用絕對值表示，是由于它可正可負。

13)由于系統(tǒng)的安全信息認知過程存在信息失真或信息不對稱，也證明了認知過程存在故障，并由此可以導(dǎo)致信宿對風(fēng)險的錯誤認知，從而造成錯誤的動作和行動，以致發(fā)生事故和災(zāi)難。另一方面，如果信宿的感知和認知過程有超?；騽?chuàng)新的效果，則可能抵消由于信噪和信源載體帶來的誤差或負面影響。

14)如果把安全(或不安全)行動結(jié)果當(dāng)做新信源，新信源被新信宿所認知又產(chǎn)生新的安全(或不安全)行動結(jié)果，這樣不斷循環(huán)下去，就構(gòu)成了多級安全認知的過程模型；當(dāng)新信源同時被多個新信宿所認知，并形成不斷傳遞循環(huán)下去的情景，就可能構(gòu)成了復(fù)雜的安全(或不安全)信息串并聯(lián)過程，甚至出現(xiàn)類似“蝴蝶效應(yīng)”的過程。例如，有些謠言惡性傳播造成大量人群發(fā)生恐慌以至于引發(fā)重大惡性事件發(fā)生就屬于上述過程。

15)由以上分析可知，建立的安全信息認知模型具有普適性和元模型的功能。

3　模型的特點和價值

建立的安全信息認知通用模型有以下特點和意義：

1)模型以信宿為主體，即以人為主體，這與以人為本的理念完全契合；模型考慮了認知過程的時間差，盡管時間差都極為短暫和有些情況可以認為等于零。這符合許多事故是由于一念之差引發(fā)和瞬間發(fā)生的突發(fā)動態(tài)問題；模型以一個系統(tǒng)(自系統(tǒng))加以分析，同時又考慮了自系統(tǒng)與外界(它系統(tǒng))的互動和關(guān)聯(lián)。

2)模型將一個系統(tǒng)主體(信宿)主要感知的安全信息(信源)分解成里外兩層，里層稱為真信源，外層稱為真信源載體，兩者往往是不一樣的。俗話說，知人知面不知心，大多數(shù)人對他人僅僅知面，但不知心，能知面知心的人比較少。這一分解揭示和表達了里外存在信息不對稱和信息失真差，也給深入研究安全信源的真實表達指出了一個新方向。

3)模型將安全信源通常是指“物”拓展到物、事、人、社會現(xiàn)象、組織、體系等，甚至各種組合的復(fù)雜系統(tǒng)。這樣就增強了模型的普適性，使模型可大可小，并且可以是模型之中套模型。

4)模型將一個系統(tǒng)主體(信宿)對主要安全信息(信源)的接收過程分解成外內(nèi)兩階段，外部接收階段稱為感知，內(nèi)部消化階段稱為認知。外部感知和內(nèi)部認知存在著信息不對稱和信息失真差。因為人類的大腦接收信息不像電腦拷貝文件，電腦能100%的存取無誤和不會失真，而人不能。這一分解和表達也開拓了安全認知心理學(xué)和安全教育心理學(xué)的研究要點。同時，有些人的超強感知和認知能力也可以克服信源載體的假象和信噪的影響。

5)模型中的“信饋”不是傳統(tǒng)意義上的簡單信息反饋，“信饋”可以是一個復(fù)雜的安全認知過程的循環(huán)，這也闡明了信息反饋可能放大與縮小，也可以失真和失控，也可能出現(xiàn)信息意外釋放，同時也可以解釋現(xiàn)實中信息反饋發(fā)生的事故或故障。

6)模型引入了信息認知過程的參變量、信息不對稱和失真值等，這為開展模型的定性和定量表達和分析奠定了基礎(chǔ)和可能。

7)模型表達了由于安全信息失真或不對稱引發(fā)的事故致因機理，同時也提供了事故的干預(yù)、預(yù)防、控制途徑及系統(tǒng)安全設(shè)計的策略等方法論層面的信息。

8)由模型的真信源——信源載體——感知信息——認知信息——響應(yīng)動作——行動結(jié)果的事件鏈，還可以構(gòu)建一些安全科學(xué)技術(shù)新學(xué)科分支或新學(xué)科方向，例如：物質(zhì)安全信息可視化、安全信息載體及其優(yōu)化、安全感知界面技術(shù)、安全認知信息學(xué)、安全信息學(xué)、安全認知心理學(xué)、安全行為與動作學(xué)、安全控制學(xué)、安全仿真學(xué)、安全智能化技術(shù)等。

9)模型將引導(dǎo)安全科技工作者，從安全模糊化、灰色化、隱蔽化向著安全可感化(可視化、透明化、真實化)、安全可知化和安全可能化的方向發(fā)展，也延伸出安全可感化、安全可知化和安全可能化的安全“三可”思維-“三化”發(fā)展模式，安全科技工作者根據(jù)這一新思維模式可以在安全管理、安全創(chuàng)業(yè)等找到各自所需的切入口。

4　模型的用途分類

由于構(gòu)建的安全信息認知模型具有通用性，在具體運用上，可以根據(jù)其不同的用途進行多種分類，進而可以結(jié)合具體的場景開展應(yīng)用研究。模型的用途分類如表1所示。

表1　安全信息認知通用模型的用途分類

續(xù)表1

根據(jù)表1的分類和借助圖1的內(nèi)涵，可以構(gòu)建出各種新的、具體的和用于不同目的的安全信息認知模型，并由具體模型開展相關(guān)的應(yīng)用研究。

5　模型的故障分析及安全策略

根據(jù)圖1，安全信息認知過程主要由7個事件組成，它們兩兩之間分別形成了信息失真或是不對稱。由此可以開展各層次之間故障的定性和定量分析，并確定關(guān)鍵故障和采取預(yù)防和控制措施。顯然，減少事件之間的信息失真或是信息不對稱是一個基本的思路和原則；發(fā)揮人的正確認知和預(yù)見能力也非常重要。

1)真信源轉(zhuǎn)化成信源載體的信息失真。這個階段的故障診斷非常復(fù)雜，因為涉及的因素特多。比如物質(zhì)類的安全信息，要搞清楚所有物質(zhì)及其不斷被加工制造以后組成的無窮多種形式的危險特性，并把這些信息表達成為人類可以感知的載體信息，這是巨大的工程。但對于具體某一種物質(zhì)和人類經(jīng)常接觸使用的特定物質(zhì)，其安全信息卻是可以研究獲取的，其信息認知故障概率是可以測定的。通過將物質(zhì)危害真信息真實化、可視化、透明化、數(shù)字化等，就可以減少物質(zhì)安全的虛假信息出現(xiàn)和降低信息不對稱。而研究這類問題涉及的學(xué)科主要依靠自然科學(xué)技術(shù)。關(guān)于人類、社會現(xiàn)象、組織行為、文化氛圍等的安全信息研究及其透明化，這是一個更加廣泛和復(fù)雜的問題，本文只是作為信源在安全信息認知模型中加以納入，但不可能作為主要問題予以具體討論，這方面的問題需要涉及大量的社會科學(xué)和人類科學(xué)。

2)從信源載體到被信宿感知的信息失真或信息不對稱，這是本文構(gòu)建模型中關(guān)注的重點，這也是人機界面研究的重點。目前廣泛使用的降低信息失真或信息不對稱的主要方法是可視化方法。安全可視化涉及安全信息學(xué)、信息技術(shù)、人機學(xué)等學(xué)科。

安全可視化包括：安全信息視覺化。通過標(biāo)示標(biāo)識、色彩管理，將安全管理的信息轉(zhuǎn)換成視覺信息。視覺化將信息傳遞模式都轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的視覺信號模式，實現(xiàn)了信號傳遞的簡單、準(zhǔn)確、快速；安全透明化。將需要被看見的隱藏信息顯露出來，能使可視化安全管理更加完整；安全界限化。標(biāo)明正常與異常的界限，可將可視化安全管理變得更加精細化。

安全可視化使用的工具有：文字、顏色、圖形、照片、視頻、漫畫、宣傳牌和宣傳欄、標(biāo)識牌、指示牌、警示牌、警示線、禁止牌、禁止線、路線圖、定位線、方向箭頭、LED屏等。

3)感知信息變成認知信息的信息失真。這是一個復(fù)雜的心理和生理過程，其研究涉及安全認知心理學(xué)、安全教育心理學(xué)、認知科學(xué)等領(lǐng)域。

4)信宿由認知信息做出決策，通過大腦指揮身體動作器官付諸行動的效果失真。這一問題的研究和解決需要借助安全生理學(xué)、行為安全學(xué)、人工智能、控制學(xué)等學(xué)科。采取行動，并不一定就可達到理想的效果，從付諸行動到有了結(jié)果也存在著事與愿違的失真，這個問題涉及到更多其它學(xué)科領(lǐng)域。

5)信息反饋過程也同樣存在失真。要研究這一問題，可以認為是新一輪的安全信息認知過程。

由上述故障分析也可以獲得故障預(yù)防和控制的基本途徑，即可以從真信源、信源載體、信噪、感知信息、認知信息、響應(yīng)動作、結(jié)果反饋7個方面以及它們之間的交互界面信息傳播失真或不對稱減少，來預(yù)防和控制事故的發(fā)生，保障系統(tǒng)的安全。

6　模型的推論與拓展

由安全信息認知通用模型可知，各事件之間如果存在信息失真或信息不對稱，就可以產(chǎn)生信息傳達過程出現(xiàn)故障，進而出現(xiàn)事故?；谶@一原理，可以推論出一組安全科學(xué)基礎(chǔ)理論的新概念：

1)安全是理性人在一定的系統(tǒng)里(或時空里)，對安全信息認知不存在信息失真或信息不對稱的存在狀態(tài)。具體地說，在該系統(tǒng)里的真信源——信源載體——感知信息——認知信息——響應(yīng)動作的事件鏈中，相鄰兩兩事件之間不存在信息失真或信息不對稱，此存在狀態(tài)就可稱為安全。

2)危險是指理性人一定的系統(tǒng)里(或時空里)，對安全信息認知存在信息失真或信息不對稱的存在狀態(tài)。具體地說，在該系統(tǒng)里的真信源——信源載體——感知信息——認知信息——響應(yīng)動作的事件鏈中，相鄰兩兩事件之間存在信息失真或信息不對稱的狀態(tài)。相鄰兩兩事件之間存在信息失真的絕對值越大，就越危險，反之就越趨近于安全。

3)危害是指在一定的系統(tǒng)里(或時空里)，由于安全信息認知存在信息失真或信息不對稱，而引發(fā)了人的身心受到傷害或財產(chǎn)受到損失的結(jié)果。

4)風(fēng)險是指理性人在一定系統(tǒng)里(或時空里)，安全信息認知的信息失真率的絕對值與由此產(chǎn)生的危害的嚴(yán)重度的乘積。

5)隱患(或危險源)是指在一定系統(tǒng)里(或時空里)，安全信息認知的事件鏈中存在可能造成危害的信息失真或信息不對稱。當(dāng)這種信息失真或信息不對稱可能造成人的身心受到嚴(yán)重傷害或財產(chǎn)受到嚴(yán)重損失時，則成為重大隱患。

6)事故是指安全信息認知的事件鏈中存在信息失真或信息不對稱，致使信源不透明、信息傳達不清、信道不暢、或信宿故障等狀態(tài)后，發(fā)生了有形或無形的傷害或損失。當(dāng)對人的身心和財產(chǎn)未造成危害時，稱為無害事故；當(dāng)對人的身心和財產(chǎn)造成重大危害時，則稱為重大事故。

由以上新概念還可以推論出更多的安全科學(xué)基礎(chǔ)理論相關(guān)定義。

將上述各部分內(nèi)容闡述的要點結(jié)合到圖1中，可以構(gòu)建出圖2的安全信息認知通用模型的拓展圖。

圖2　安全信息認知通用模型的拓展圖Fig.2　Complex model of safety information cognition in a system

7　結(jié)論

1)通過以信息傳播為主線和安全信息認知失真或不對稱為問題，構(gòu)建了1個系統(tǒng)中的安全信息認知通用理論模型，根據(jù)不同場景條件和類型可以重構(gòu)出多種具體應(yīng)用模型。該模型具有元模型的意義，對事故致因分析、行為安全管理、系統(tǒng)安全設(shè)計和事故防控等具有重要的理論意義和廣泛的推廣應(yīng)用價值。

2)該模型表達了由于安全信息失真或不對稱引發(fā)的事故致因機理，同時提供了事故的診斷、干預(yù)、預(yù)防、控制途徑及系統(tǒng)安全設(shè)計的策略等方法論層面的信息，豐富了現(xiàn)有的安全科學(xué)理論。

3)由該模型推論獲得的安全科學(xué)基礎(chǔ)理論的新概念和新方向，為未來創(chuàng)建安全信息學(xué)、安全信息認知學(xué)、安全教育心理學(xué)、安全行為管理學(xué)等新學(xué)科分支提供了啟示，并展示了安全必須向安全可視化、安全可感化和安全可知化的方向發(fā)展。

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