安全信息認知通用模型構建及其啟示*

吳　超

(中南大學 資源與安全工程學院，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，時時聞說有沉淪?！边@首詩大意是說，涇溪雖然水流湍急，石頭磷澗，但是人們經過涇溪的時候格外小心，一年到頭沒有發生落水事件；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。這也是對基于風險認知的安全策略的優越性實證。

到了現代社會，安全方面的法律法規和規章制度實在太多了，即使是受過安全專業培訓的職業人士對所有法規也不可能全知道，而且有些人即使了解這些規定，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境也都在不斷變化，安全規定往往滯后于實際的生產和生活活動。再一，有些人知道要遵守安全規定，但受到其當時的生理和條件的限制，也可能出現行動與法規相悖的結果。大多數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。當人們接收的安全信息準確無誤和能夠正確認知進而采取行動時，一般都不會發生事故。這也是現代比較推崇的基于風險決策的先進安全策略。

從古到今，以安全為目的，基于風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，一個復雜系統的安全問題涉及人-機-環-管等要素，而信息是使系統的一切要素以及多個系統之間建立關聯的唯一紐帶。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的分析。文獻[1]將安全模型分為要素模型、序列模型、干預模型、數學模型、過程模型、管理模型、系統模型等，并枚舉分析了已有121個不同安全模型實例及其特征。國內一些學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于安全信息認知通用模型的存在。國際上關于認知模型的研究大都集中在認知心理學領域[7]。近年作者所在課題組也構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建積累了一些經驗。

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

1　模型的構建

為了構建一個系統中的安全信息認知通用模型，首先有必要做一些相關的定義。

1)如果將系統的主體(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、社會現象、組織、制度、體系、文化等，甚至是一個子系統。

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)變為信宿的感知信息(Sense Information，用IS表示)。之后，信宿還需要根據大腦的功能和其中的知識儲備等，對感知信息進行檢測、轉換、簡約、合成、編碼、儲存、重建、判斷等復雜生理和心理過程，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，甚至可能相異、相反，還可以添加大腦的創新思維意識等。

5)信宿根據理解的認知信息，得出優化方案和形成決策，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果(Result，用R表示)。

6)行動結果又可以反饋給信宿，并作出循環調整，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果(其實也是屬于一種信源)可能只是其真實結果的表象或載體。

7)上述討論的這個系統可能與其它系統關聯和相互作用。我們把這個正在分析的系統稱為自系統，把與之相互作用的系統稱為它系統。自系統是隨時間變化而動態變化的，并且與它系統相互影響和相互作用。

基于上述的定義和描述，可以構建出一個系統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容：

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

2)安全信息認知過程的6個時間狀態，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，它們與香農和韋弗的相關定義有很大的不同。

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(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、現象、組織、制度等，其實這些內容也是可以用子系統表達。

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，當借助儀器設備感知的，問題會更加復雜，實際上已經變成了新的安全信息認知子系統了。

7)信噪NS是對信源載體和信宿感知產生影響的相關因素，它包括的內容可以非常廣泛，不僅是我們通常理解的自然環境因素，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。

10)響應動作也是因人因機因環等而異，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。信宿的響應動作還可以包括發聲、眼動甚至意念等，隨著科技的進步，動作的內涵將不斷拓寬。

11)行動結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。而對行動結果的反饋，實際上可以當做新一輪的安全信息認知過程。

12)如果系統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節，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，并由此可以導致信宿對風險的錯誤認知，從而造成錯誤的動作和行動，以致發生事故和災難。另一方面，如果信宿的感知和認知過程有超?；騽撔碌男Ч?，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)行動結果當做新信源，新信源被新信宿所認知又產生新的安全(或不安全)行動結果，這樣不斷循環下去，就構成了多級安全認知的過程模型；當新信源同時被多個新信宿所認知，并形成不斷傳遞循環下去的情景，就可能構成了復雜的安全(或不安全)信息串并聯過程，甚至出現類似“蝴蝶效應”的過程。例如，有些謠言惡性傳播造成大量人群發生恐慌以至于引發重大惡性事件發生就屬于上述過程。

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和瞬間發生的突發動態問題；模型以一個系統(自系統)加以分析，同時又考慮了自系統與外界(它系統)的互動和關聯。

2)模型將一個系統主體(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、社會現象、組織、體系等，甚至各種組合的復雜系統。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)模型將一個系統主體(信宿)對主要安全信息(信源)的接收過程分解成外內兩階段，外部接收階段稱為感知，內部消化階段稱為認知。外部感知和內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和安全教育心理學的研究要點。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”不是傳統意義上的簡單信息反饋，“信饋”可以是一個復雜的安全認知過程的循環，這也闡明了信息反饋可能放大與縮小，也可以失真和失控，也可能出現信息意外釋放，同時也可以解釋現實中信息反饋發生的事故或故障。

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和可能。

7)模型表達了由于安全信息失真或不對稱引發的事故致因機理，同時也提供了事故的干預、預防、控制途徑及系統安全設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——響應動作——行動結果的事件鏈，還可以構建一些安全科學技術新學科分支或新學科方向，例如：物質安全信息可視化、安全信息載體及其優化、安全感知界面技術、安全認知信息學、安全信息學、安全認知心理學、安全行為與動作學、安全控制學、安全仿真學、安全智能化技術等。

9)模型將引導安全科技工作者，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”發展模式，安全科技工作者根據這一新思維模式可以在安全管理、安全創業等找到各自所需的切入口。

4　模型的用途分類

由于構建的安全信息認知模型具有通用性，在具體運用上，可以根據其不同的用途進行多種分類，進而可以結合具體的場景開展應用研究。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

續表1

根據表1的分類和借助圖1的內涵，可以構建出各種新的、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的應用研究。

5　模型的故障分析及安全策略

根據圖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，并確定關鍵故障和采取預防和控制措施。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；發揮人的正確認知和預見能力也非常重要。

1)真信源轉化成信源載體的信息失真。這個階段的故障診斷非常復雜，因為涉及的因素特多。比如物質類的安全信息，要搞清楚所有物質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和人類經常接觸使用的特定物質，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。通過將物質危害真信息真實化、可視化、透明化、數字化等，就可以減少物質安全的虛假信息出現和降低信息不對稱。而研究這類問題涉及的學科主要依靠自然科學技術。關于人類、社會現象、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和人類科學。

2)從信源載體到被信宿感知的信息失真或信息不對稱，這是本文構建模型中關注的重點，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、信息技術、人機學等學科。

安全可視化包括：安全信息視覺化。通過標示標識、色彩管理，將安全管理的信息轉換成視覺信息。視覺化將信息傳遞模式都轉換成統一的視覺信號模式，實現了信號傳遞的簡單、準確、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。這是一個復雜的心理和生理過程，其研究涉及安全認知心理學、安全教育心理學、認知科學等領域。

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、行為安全學、人工智能、控制學等學科。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果也存在著事與愿違的失真，這個問題涉及到更多其它學科領域。

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、響應動作、結果反饋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，來預防和控制事故的發生，保障系統的安全。

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，就可以產生信息傳達過程出現故障，進而出現事故。基于這一原理，可以推論出一組安全科學基礎理論的新概念：

1)安全是理性人在一定的系統里(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。具體地說，在該系統里的真信源——信源載體——感知信息——認知信息——響應動作的事件鏈中，相鄰兩兩事件之間不存在信息失真或信息不對稱，此存在狀態就可稱為安全。

2)危險是指理性人一定的系統里(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。具體地說，在該系統里的真信源——信源載體——感知信息——認知信息——響應動作的事件鏈中，相鄰兩兩事件之間存在信息失真或信息不對稱的狀態。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，而引發了人的身心受到傷害或財產受到損失的結果。

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

5)隱患(或危險源)是指在一定系統里(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。當這種信息失真或信息不對稱可能造成人的身心受到嚴重傷害或財產受到嚴重損失時，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、或信宿故障等狀態后，發生了有形或無形的傷害或損失。當對人的身心和財產未造成危害時，稱為無害事故；當對人的身心和財產造成重大危害時，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基礎理論相關定義。

將上述各部分內容闡述的要點結合到圖1中，可以構建出圖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，構建了1個系統中的安全信息認知通用理論模型，根據不同場景條件和類型可以重構出多種具體應用模型。該模型具有元模型的意義，對事故致因分析、行為安全管理、系統安全設計和事故防控等具有重要的理論意義和廣泛的推廣應用價值。

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

3)由該模型推論獲得的安全科學基礎理論的新概念和新方向，為未來創建安全信息學、安全信息認知學、安全教育心理學、安全行為管理學等新學科分支提供了啟示，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展。

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