一种基于置信水平的信息系统体系成熟度定性评价方法与流程

本发明涉及信息系统评价
技术领域：
，尤其涉及一种基于置信水平的信息系统体系成熟度定性评价方法。
背景技术：
信息系统将探测装备、指挥装备、信息化装备等各类资源有机交联在一体，以信息为主导，信息嵌入到物理域、认知域和社会域中，是涵盖物理域、信息域、认知域、社会域的复杂巨系统。目前的技术成熟度大多侧重于单一技术的评估，系统成熟度很少考虑各个单项技术之间、军事信息系统组成分系统之间的相对重要性，难以对信息系统的体系成熟性进行全面评估，而且目前的评估方法不能给出置信水平。本发明针对信息系统体系成熟度评估问题，提出了框架，给出了相应的评估思路和方法。技术实现要素：为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于置信水平的信息系统体系成熟度定性评价方法。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于置信水平和中心点白化权函数的信息系统体系成熟度定性评估实施装置，包括信息系统、信息系统体系成熟度，信息系统与信息系统体系成熟度相连，所述信息系统由n个分系统组成，信息系统体系成熟度，包括信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度，互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度分别通过分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度与n个分系统相连。一种基于置信水平和中心点白化权函数的信息系统体系成熟度定性评估新方法，其步骤如下：1)、利用变量isrl表示信息系统体系成熟度水平，表达为isrl＝f(iorl,mkrl,strl)(1)式中变量iorl、mkrl、strl分别表示信息系统的互操作、互认知和系统技术等3个成熟度水平分量，f表示3个分量的聚合函数；利用变量siorl表示分系统互操作成熟度水平，对信息系统的n个分系统互操作成熟度水平进行聚合，得到信息系统的互操作成熟度水平表达式为iorl＝f1(siorl1,…,siorlj,…,siorln)(2)式中siorlj表示第j个分系统互操作成熟度水平，f1表示分系统互操作成熟度水平聚合函数；同样得mkrl、strl的表达式分别为mkrl＝f2(smkrl1,…,smkrlj,…,smkrln)(3)strl＝f3(strl1,…,strlj,…,strln)(4)smkrlj、strlj分别表示第j个分系统互认知和技术成熟度水平，f2和f3分别表示分系统互认知和技术成熟度水平聚合函数；其中分系统技术成熟度水平通过分系统技术集成成熟度和涉及的单项技术成熟度的聚合得到；在上述各个聚合模型中，需要考察n个分系统之间的相对重要性，以及分系统互操作、互认知成熟度要素之间的相对重要性；2)、成熟度等级模型概念定义，定义最初的概念、发展分系统和技术方法；技术需求，论证分系统涉及的关键技术和集成需求；技术开发，研究关键的技术和集成方法，以集成为一个完整的分系统；系统开发与演示，发展分系统能力或升级改进能力状态，减少集成和制造风险，确保使用保障能力，验证分系统的集成能力、协同工作能力、安全性和有用性；生产，达到分系统满足任务需求的操作能力；使用保障，完成能够满足作战保障性能要求的一项保障计划，在全寿命周期内满足可行的维修性；对于分系统互操作、互认知成熟度也采用6个等级的划分，从小到大，成熟度水平越来越高；信息系统是物理域、信息域、认知域、社会域内军事活动的载体，集成于信息系统的各个武器装备之间能交换信息并能共享、认知和利用所交换信息，信息系统体系成熟度等级模型，无体系结构设计，集成于信息系统的装备独立运行，无信息交换、共享和利用能力。点到点的结构方法，能避免装备之间的相互干扰，具备限制的信息交换、共享和利用能力。项目体系结构设计，具备一定的装备体系效果，具备初步的信息寻求、交换、共享和利用能力。工程体系结构设计，部分体现装备体系特征，具有一定的信息交换、共享、认知和利用能力。联合体系结构设计，装备体系特征显著，能适当地实现信息交换、共享、认知和利用。融合体系结构设计，装备体系特征明显，能无障碍地实现信息交换、共享、认知和利用。3)、中心点白化权函数的构建，将各个成熟度等级看成灰类等级，采用改进型中心点三角白化权函数，灰类起点和灰类终点的三角白化权函数分别取为下限测度白化权函数和上限测度白化权函数；对于所有聚类指标，其取值范围为[0,1]；即取6个聚类灰类，并将分别作为灰类的中心点，则有中心点三角白化权函数；公式分别为灰类1、…、灰类6的中心点三角白化权函数，根据该函数计算观测值属于灰类的隶属度；设x为成熟度聚类指标的一个观测值，分别有f11(x)、的表达式为的表达式类似于4)、基于置信水平和中心点白化权函数的体系成熟度定性评价模型，即基于改进型中心点三角白化权函数的体系成熟度灰色聚类评价步骤如下：step1根据信息系统组成以及体系成熟度划分，针对第i(i＝1,2,…,n)个分系统的分系统技术、互操作和互认知成熟度要素，基于百分制确定评价分值；step2根据n个分系统之间，互操作、互认知和系统技术的3个成熟度水平分量之间，分系统互操作、互认知成熟度要素之间的权重向量；step3依据各个成熟度等级模型确定评价灰类，并确定各个灰类的中心点以及评价分值的隶属度表达式，分别计算各个评价指标对于所有灰类的隶属度值并得到其隶属度向量；step4计算第i(i＝1,2,…,n)个分系统的技术成熟度水平矢量；确定第i个分系统技术成熟度评价分值为xik，则可根据的表达式求取该分值相对于不同灰类的隶属度值，即即有第i个分系统基于不同灰类的成熟度水平矢量为step5计算信息系统技术成熟度水平分量strl。假设第i个分系统的权重为wi(i＝1,2,…,n)，则有信息系统技术成熟度水平针对不同灰类的隶属度值为对基于不同灰类的技术成熟度水平矢量进行最大隶属度处理，取其最大值，即得信息系统技术成熟度水平分量strl为strl＝max{sstrl6,…,sstrl1}(9)step6计算第i(i＝1,2,…,n)个分系统的互操作成熟度水平；基于step5确定的分系统i第h个互操作因素的评价分值为zih，首先确定影响分系统互操作成熟度的6个因素之间的相对重要性，权重分别为其次计算分系统i关于互操作灰类k(k＝1,2,…,6)的聚类系数最后得到第i(i＝1,2,…,n)个分系统的互操作成熟度水平矢量为根据该矢量，取其最大值确定分系统互操作成熟度所属的水平灰类；step7计算信息系统互操作成熟度水平分量iorl；根据分系统互操作成熟度水平矢量和分系统的权重，对所属的灰类隶属度值进行加权求和，即可得到信息系统互操作成熟度所属的灰类隶属度值；得到灰类隶属度值矢量后，取其最大值，即可得到信息系统互操作成熟度水平分量，如下式：step8计算第i(i＝1,2,…,n)个分系统的互认知成熟度水平和信息系统互认知成熟度水平分量mkrl；确定分系统i第l个互认知因素的评价分值oih后，后续步骤类似于step6和step7；step9进行信息系统体系成熟度的粗分类评价；假设信息系统互操作、互认知、系统技术等3个成熟度对信息系统体系成熟度的影响是独立的，则根据木桶原理，有信息系统体系成熟度水平评价模型isrl＝min{iorl,mkrl,strl}(12)式中isrl的取值范围为[0,1]，该方法只是对信息系统体系成熟度水平进行了粗略的灰类归类；step10进行置信度下信息系统体系成熟度的精评估，同样假设信息系统互操作、互认知、系统技术的3个成熟度相互独立，给定一评估置信水平α，针对基于不同灰类的系统技术成熟度水平矢量(sstrl6,…,sstrl1)，若成立，则判别系统技术成熟度水平属于灰类k*；类似地，对信息系统互操作、互认知成熟度进行判别，最后根据式(12)判定信息系统体系成熟度水平。由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：附图说明图1为信息系统体系成熟度评价框架示意图。图2为中心点三角白化权函数示意图。具体实施方式如图1、2所示，一种基于置信水平和中心点白化权函数的信息系统体系成熟度定性评估实施装置，包括信息系统、信息系统体系成熟度，信息系统与信息系统体系成熟度相连，所述信息系统由n个分系统组成，信息系统体系成熟度，包括信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度，互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度分别通过分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度与n个分系统相连。即信息系统通常由信息收集、处理、分发等多个复杂系统组成，其综合性强、复杂度高，其组成分系统的论证、研制一般难以同步进行，因此信息系统体系成熟度的评价是一项复杂的系统工程。假设信息系统由n个分系统组成，共涉及到了m项关键技术，每个分系统可能由多项不同的关键技术支撑，分系统之间的集成、互操作水平也制约了信息系统的成熟度水平，不同分系统的成熟度水平对信息系统体系成熟度的贡献水平也不一样，将信息系统体系成熟度分解为信息系统互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度3个分量，建立图1所示的信息系统体系成熟度评价框架。一种基于置信水平和中心点白化权函数的信息系统体系成熟度定性评估新方法，是利用变量isrl表示信息系统体系成熟度水平，根据图1可以将其表达为isrl＝f(iorl,mkrl,strl)(1)式中变量iorl、mkrl、strl分别表示信息系统的互操作、互认知和系统技术等3个成熟度水平分量，f表示3个分量的聚合函数。利用变量siorl表示分系统互操作成熟度水平，对信息系统的n个分系统互操作成熟度水平进行聚合，得到信息系统的互操作成熟度水平表达式为iorl＝f1(siorl1,…,siorlj,…,siorln)(2)式中siorlj表示第j个分系统互操作成熟度水平，f1表示分系统互操作成熟度水平聚合函数。同样可得mkrl、strl的表达式分别为mkrl＝f2(smkrl1,…,smkrlj,…,smkrln)(3)strl＝f3(strl1,…,strlj,…,strln)(4)smkrlj、strlj分别表示第j个分系统互认知和技术成熟度水平，f2和f3分别表示分系统互认知和技术成熟度水平聚合函数。其中分系统技术成熟度水平通过分系统技术集成成熟度和涉及的单项技术成熟度的聚合得到，所以将分系统技术成熟度等同采用目前常用的系统成熟度。在上述各个聚合模型中，需要考察n个分系统之间的相对重要性，以及分系统互操作、互认知成熟度要素之间的相对重要性。1.3成熟度等级模型对图1中各个层次的成熟度采用目前的分级量化评估形式进行描述，借鉴目前美国国防部的系统成熟度度量等级，本方案提出分系统技术成熟度的6个度量等级，其含义分别如表1所示。表1分系统技术成熟度等级及含义对于分系统互操作、互认知成熟度也采用6个等级的划分，从小到大，成熟度水平越来越高。信息系统是物理域、信息域、认知域、社会域内军事活动的载体，集成于信息系统的各个武器装备之间能交换信息并能共享、认知和利用所交换信息，本专利提出一种信息系统体系成熟度等级模型，其含义如表2所示。表2信息系统体系成熟度等级及含义2中心点白化权函数的构建由表1至表4中各个成熟度等级的含义可以看出，存在描述信息不完全、等级之间有交叉覆盖等不确定性特征，各个指标的意义和量纲不相同，这些为利用灰色评价方法评价信息系统体系成熟度奠定了良好的应用基础。本专利将各个成熟度等级看成灰类等级，采用文献[10]中改进型中心点三角白化权函数，灰类起点和灰类终点的三角白化权函数分别取为下限测度白化权函数和上限测度白化权函数。对于所有聚类指标，假设其取值范围为[0,1]。本专利取6个聚类灰类，并将分别作为灰类的中心点，则有中心点三角白化权函数如图2所示。图中分别为灰类1、…、灰类6的中心点三角白化权函数，根据该函数可计算观测值属于灰类的隶属度。假设x为成熟度聚类指标的一个观测值，分别有f11(x)、的表达式为的表达式类似于3基于置信水平和中心点白化权函数的体系成熟度定性评价模型基于改进型中心点三角白化权函数的体系成熟度灰色聚类评价步骤如下：step1根据信息系统组成以及图1所示的体系成熟度划分，针对第i(i＝1,2,…,n)个分系统的分系统技术、互操作和互认知成熟度要素，基于百分制确定评价分值。step2根据n个分系统之间，互操作、互认知和系统技术等3个成熟度水平分量之间，分系统互操作、互认知成熟度要素之间的权重向量。step3依据各个成熟度等级模型确定评价灰类，并确定各个灰类的中心点以及评价分值的隶属度表达式，分别计算各个评价指标对于所有灰类的隶属度值并得到其隶属度向量。step4计算第i(i＝1,2,…,n)个分系统的技术成熟度水平矢量。根据表1确定第i个分系统技术成熟度评价分值为xik，则可根据的表达式求取该分值相对于不同灰类的隶属度值，即即有第i个分系统基于不同灰类的成熟度水平矢量为step5计算信息系统技术成熟度水平分量strl。假设第i个分系统的权重为wi(i＝1,2,…,n)，则有信息系统技术成熟度水平针对不同灰类的隶属度值为对基于不同灰类的技术成熟度水平矢量进行最大隶属度处理，取其最大值，即得信息系统技术成熟度水平分量strl为strl＝max{sstrl6,…,sstrl1}(9)step6计算第i(i＝1,2,…,n)个分系统的互操作成熟度水平。如表3所示，基于step5确定的分系统i第h个互操作因素的评价分值为zih，首先确定影响分系统互操作成熟度的6个因素之间的相对重要性，权重分别为其次计算分系统i关于互操作灰类k(k＝1,2,…,6)的聚类系数最后得到第i(i＝1,2,…,n)个分系统的互操作成熟度水平矢量为根据该矢量，取其最大值可以确定分系统互操作成熟度所属的水平灰类。step7计算信息系统互操作成熟度水平分量iorl。根据分系统互操作成熟度水平矢量和分系统的权重，对所属的灰类隶属度值进行加权求和，即可得到信息系统互操作成熟度所属的灰类隶属度值；得到灰类隶属度值矢量后，取其最大值，即可得到信息系统互操作成熟度水平分量，如下式。step8计算第i(i＝1,2,…,n)个分系统的互认知成熟度水平和信息系统互认知成熟度水平分量mkrl。确定分系统i第l个互认知因素的评价分值oih后，后续步骤类似于step6和step7。step9进行信息系统体系成熟度的粗分类评价。假设信息系统互操作、互认知、系统技术等3个成熟度对信息系统体系成熟度的影响是独立的，则根据木桶原理，有信息系统体系成熟度水平评价模型isrl＝min{iorl,mkrl,strl}(12)式中isrl的取值范围为[0,1]。可以看出，该方法只是对信息系统体系成熟度水平进行了粗略的灰类归类。step10进行一定置信度下信息系统体系成熟度的精评估。同样假设信息系统互操作、互认知、系统技术等3个成熟度相互独立，给定一评估置信水平α，针对基于不同灰类的系统技术成熟度水平矢量(sstrl6,…,sstrl1)，若成立，则判别系统技术成熟度水平属于灰类k*。类似地，对信息系统互操作、互认知成熟度进行判别，最后根据式(12)判定信息系统体系成熟度水平。4体系成熟度评价事例以一防空装备信息系统建设为例来说明基于中心点白化权函数的体系成熟度评价方法，该防空装备信息系统包括信息侦察、收集、融合、指控和分发等5个分系统。对防空装备信息系统建设的体系成熟度评价一般通过评审会的形式组织，由专家组对预先设计的各种成熟度指标要素进行评分，将平均分作为指标的最终得分，其中5个分系统的技术成熟度得分为78、87、92、83、93，各个分系统的互操作和互认知属性成熟度得分如表3和表4所示，表中a1、…、a6分别代表分系统互操作属性，b1、…、b5分别代表分系统互认知属性。表3分系统互操作属性成熟度水平分值表4分系统互认知属性成熟度水平分值b1b2b3b4b5f19387888881f28978828988f38282907875f48990908383f58988837888本专利假设分系统之间的权重分别为0.25、0.18、0.18、0.25、0.14，根据6个灰类的中心点白化权函数，5个分系统的技术成熟度水平矩阵为则有信息系统基于不同灰类的技术成熟度水平矢量为(0.6473,0.3527,0,0,0,0),其技术成熟度水平属于灰类“6”。假设分系统互操作6个属性之间的权重分别为0.18、0.18、0.18、0.15、0.15、0.16，根据step6和表3数据，得到分系统的矩阵为则有信息系统基于不同灰类的互操作成熟度水平矢量为(0.6226,0.3670,0.0104,0,0,0)，其互操作成熟度水平属于灰类“6”。假设分系统互认知5个属性之间的权重分别为0.18、0.24、0.20、0.20、0.18，根据step6和表4数据，得到分系统的互认知成熟度水平矩阵为则有信息系统基于不同灰类的互认知成熟度水平矢量为(0.6912,0.3088,0,0,0,0)，其互认知成熟度水平属于灰类“6”。根据式(12)，可知本例中防空装备信息系统的体系成熟度属于灰类“6”水平。对照该评价结果和表2中体系成熟度含义，体系成熟度的定性评价结果与实际情况有一定的出入，实质上得出该评价结果的平均置信水平仅为0.654。假设给定评估置信水平0.85，则根据step10，信息系统技术成熟度水平属于灰类“5”，互认知和互操作成熟度水平属于灰类“5”，体系成熟度属于灰类“5”水平，和表2中体系成熟度含义比较一致。当前第1页12