第四章 系統相依性分析技術
4.1 系統內因果性、回饋關係及影響強度之界定
基礎設施系統間相依性在目前的研究上尚在摸索階段，過去文獻多僅針對容 易量化之實體脆弱度進行關聯性分析，如關鍵基礎設施關聯性模型所探討之物理 性、資訊性、地理性與邏輯性關聯等（Rinaldi et al., 2001）；或 Pederson et al.
（2006）將社會性納入整體考量；或 NCDR 依災害因果關係推衍所發展的災害 衝擊鏈（impact chain）方法等（國家災害防救科技中心，2011），但仍缺乏以 系統概念探討脆弱度因子間，尤其是基礎設施的運作與社會功能間的整體性、功 能性及循環性等關聯性模型均不易完整建構。為達成探討關鍵基礎設施服務度對 社會功能衝擊之目的，本年度將以系統概念進行具回饋性之系統相互關聯性之方 法建構與討論，目的係以辨識一般性威脅與弱點分析模型與基礎設施相互關聯性 分析技術。
在災害發生時基礎設施除受到直接損害外，設施彼此間的互動也會造成間接 性 的 損 害 ， 因 此 需 要 去 了 解 基 礎 設 施 彼 此 間 的 關 聯 特 性 ， 稱 之 為 相 依 性
（Interdependency）。關鍵基礎設施通常屬高度連結且以複雜的方式相互依賴，
當一個基礎設施發生損壞時，另一個設施亦會受到影響，而加劇災害或損害的產 生。如：颱風期間某區電力供應失效可能影響供油、供水、依靠電力營運的大眾 運輸及通訊網路；而當維修人員趕往特定地區緊急修復電力時，會無法與在路途 中的其他工程師聯繫，並且因交通也可能受到颱風豪雨引起坡地落石的影響而受 阻，因而延誤電力修復時間等。因此，對於基礎設施相依性的相關研究，將有助 於了解基礎設施間系統內及跨系統的衝擊關聯，釐清系統的關鍵點，做好設施防 護減少受衝擊的影響性，避免可能的連鎖效應（Cascading Effect）造成全面性 的災害事故。
基礎設施的相依性一般可分為兩類：
單向相依（Dependency）：指一基礎設施與另一設施存在單向的依存 關係，前者會影響或改變後者的服務狀態。
雙向相依（Inter-dependency）：指二項基礎設施存在彼此依存關係，
會相互影響或改變彼此的服務狀態。
雙向相依讓系統的防護變得更為複雜，也是目前研究學者所關注的主要研究 標的，過去的研究者 Axelrod and Cohen（1991）認為基礎設施是一個複雜的適 應系統（Complex adaptive system），每個基礎設施除本身複雜且會隨著時間修 正其運作方式外，各個基礎設施都有它自己的方式去逐步形成與其他設施間的關 聯性，並進而彼此影響，系統與系統之間的關係均是動態的複雜關係。一項新的 基礎設施元件加入系統就會影響現有基礎設施的服務狀態，如：設置新的道路或 運輸系統，需要電力的供應，而電力的供應也需要運輸系統運送發電所需的燃 料。
學者 Rinaldi et al.（2001）將系統相依性類型（Type of Interdependencies）
分為地理（Geographic）、實體（Physical），資訊（Cyber）、邏輯（Logical）
上的相依性。一般而言，地理上的相依性由於僅依賴設施位置資訊，在相依性的 認定上較無疑義；其他的三個相依性關係，目前較無明確的作法界定設施間的相 依關係，多由經驗學習或專家認定。
系統相依性關係亦可分成直接關係與混合關係，直接關係即為上述四種相依 關係，混合關係則為上述四種關係的組合。如：水管與電線放在同一共同管道間，
可以說二者有地理相依；水的輸送需要電力驅動馬達，以達成輸水的目的，所以 兩者間亦有實體相依。所以一般的情形多以利用混合關係來描述基礎設施相依情 況，也較能說明系統相依性模型的適用性與其關聯特性。
災害的發生有時其影響的範圍為局部性，直接造成人民傷害有限，但往往因 為發生地附近的基礎設施也受損壞，影響相關基礎設施的服務，甚至大範圍的設
工作之一。
基礎設施的相依性模型主要是在分析及了解基礎設施可能的互動關係、避免 損害擴大及作為基礎設施防護的決策與效能評估之用，在不同的觀點所使用的研 究方法與結果相差甚大，甚至不同設施別的系統，模型運用上也有很大的差異。
國內研究此一領域的發展尚屬初期階段，如：黃士育等（2007）透過貝氏信心 網路（Bayesian Belief Network, BBN）發展了一套具有多點攻擊模擬評估工具，
分析關鍵基礎設施的相依關係與衝擊影響，用以探討設施防護的效能與相依性關 係。曾思敏等（2009）基於改善目前救災策略的成效之觀點，以蒐集基礎設施 失效的歷史資料，運用資料探勘（Data Mining）技術，分析各設施間失效的關 聯性。
英國學者 Bloomfield et al.（2009）彙整過去各領域系統相依性塑模的相關 研 究 ， 指 出 主 要 的 方 法 論 有 ： 資 料 、 資 訊 與 知 識 （ Data, Information and Knowledge）及模式與模擬（Modelling and Simulation）等兩大類，其中以模 式與模擬的系統分析技術為研究者的主要採用技術。
若進一步將模式與模擬技術再細分，相關技術包括定性與定量模式、圖形理 論、Leontief I/O 模式、貝氏網路、動態系統、Petri Net 網路分析、擴散傳播、
代理機制模型（Agent-Based Modelling）、節點與管道模型（Cell-Channel Model）、
物件導向（Object Oriented）及統一模型語言 UML 等各種不同模式，相關模式 應用對象並不相同，通常無法跨領域運用，無法歸納出採用何種相依性塑模方法 較為佳。Pederson et al.（2006）蒐集與分析眾多模擬基礎設施系統相依關係的 研究與案例分析，歸納這些塑模方法論多數透過數學模式與模擬方式，呈現其系 統多領域相依關係，但研究者並未進一步探討所使用的工具與數值結果，很難一 窺實際塑模與計算的細節。
目前有關基礎設施的系統相依性分析研究所使用的方法很多，主要依不同適 用對象選用不同的方法，在方法的適用上很難將 A 設施的模型應用到 B 設施，
基礎設施的類型很多，特性又各自不同，這也是此領域的研究目前呈現各家爭鳴，
但很難一體適用的原因，僅能就所要研究的設施對象，選用較為適當的塑模與模 擬方法。
囿於專案人力與專長限制，本研究無法進行工程面是否失效之討論，建議由 其他學術研究機構或部會署取得相關資訊；而本研究所建構模式得用以評量給定 危害情境下，系統因設施相依性導致失效所餘之服務度（運作水準，operability）。
因此，本研究針對不同的情況，建構不同的系統相依性分析方法，並以基礎設施 為案例進行方法之操作與分析，探討跨部門之關聯性。
本研究開發之系統相依性分析方法，能針對兩種不同情況加以運用：(1)質 化方法：感受性系統（衝擊矩陣）模型。災害造成衝擊的短時間內，系統受損狀 況難以量化或需要一段時間才能評估完成，可透基礎設施系統關聯矩陣的建立，
找出各項設施在系統中的角色定位，迅速找出影響整個系統運作的重要設施，可 使相關單位強化該設施的保護，以降低衝擊；(2)量化方法：停止運作水準之投 入產出模型。當災害發生後，系統受損狀況可以量化或有足夠時間進行衝擊評估，
透過基礎設施的投入產出模型，可求得各項設施在災害衝擊後的停止運作水準
（Inoperability），並可依受災時間進行停止運作水準的回饋，以瞭解災害對基礎 設施系統的衝擊程度。以上兩種相依性分析方法之說明與應用，分別在 4.2 及 4.3 兩節中說明。