吴超：安全科学方法系列82：安全仿真方法论

系统仿真学科的模型研究方法，是人类研究自然界最古老最主要的科学工程方法之一，它为人类提供认识世界和改造世界的方法与手段。当人与自然界打交道的过程中，人类对事物的认识，往往通过对事物相关信息的抽取、综合，并映射到相应的信息空间建立相似的描述，即建立模型来替代事物的原型。在信息空间对事物建立描述的抽象（形式化）过程．通常称为建模活动；为了对这个映射事物原型信息的描述，即进行模型实验研究，必须进一步映射为便于进行实验研究的信息空间中的描述，即仿真模型，并对其进行操作，通常把对仿真模型进行实验研究的过程称为仿真活动。

系统仿真是以人为中心，通过对客观世界的认识，抽取事物相关属性的信息，并映射于适当的信息空间，建立相似于事物原型属性的描述，即模型来替代事物原型进行实验研究的技术。它要解决人类在信息空间中描述事物，与人类对信息空间描述事物的模型进行实验这二个范畴的研究方法学，即建模与仿真方法学。

1.安全建模

针对研究系统安全或风险控制需要，抽取相关的某些特征信息，并使之映射于特定信息空间的某种抽象集合（形式化）的描述。这种适应人类研究事物安全的需要，以及事物安全原型所映射的某种形式化描述，通常称为安全模型。建立这种描述的过程，涉及对事物安全特征信息的抽取（如：搜集、选取、传送、转换等）、表示（各种映射）、凝聚（浓缩与融合）等种种信息处理的广泛活动。其中，特别是不同媒体、不同映射信息的凝聚、融合，使之实现某种研究目的下的特征信息的综合映射。从而建立描述系统安全原型的某种替代，即建模。

以往，计算机数字仿真的建模活动较多关注工程系统，及某些非工程系统。抽取这类研究对象的种种属性相联系的信息，采用数学符号映射为数学描述，即数学建模。这种隐含于数学关系中的事物原型，即数学模型，在工程和物理领域的应用中取得了成效。但是，随着仿真领域研究对象向广阔领域扩展，特别是安全领域，很多都是开放的复杂巨系统。安全领域中，人类的认识存在严重的灰度与软度．不能提供数学建模必要的信息环境。数学建模方法学采用单一的数学映射模式（特别是定量的精确数学描述模式）去描述自然界广泛领域具有丰富内涵的特征属性，使方法学与现实信息空间严重不匹配，越来越反映出它的局限性，远远不能适应问题域的描述要求。

当今，系统仿真领域建模方法学发展的主要方向是：解决多种模式映射的建模环境的建立，及解决模型与复杂信息环境的接口问题。使之能接纳现实世界提供的信息，对复杂事物进行高逼真度的仿真研究。目前进行的广泛探索可归结为一个主题：采用对人类更为自然的多种信息描述模式，实现系统特征信息的某种映射或综台映射，利用现代信息处理技术及融合技术，在多维信息空间人类乐于接受的自然方式化描述事物的属性模型。实现多种模式映射的建模环境。

近代计算机技术提供了强有力的技术支撑，在方法、工具、手段等方面，并将现代信息技术引入建模方法学，如高性能海量并行处理技术、分布处理技术、可视化技术、多媒体技术、虚拟现实技术、面向对象方法、智能技术等等。因此，近代系统建模方法的研究，是在计算机辅助建模平台上实现多种模式建模信息的综合映射。

综上所述，近代建模方法学面对广阔时空要求的复杂安全领域仿真对象，要解决的关键是：在计算机辅助建模环境中，以多种模式映射事物的安全特征信息，使之更自然、逼真地描述事物的属性；解决快速、高效、海量的信息通道；并以此为基础研究解决多种媒体、多种模式映射信息的融合技术，实现高水平的一体化、智能化安全信息综合映射的描述。

2.安全仿真方法

仿真是人类通过模型间接研究事物的实验技术。仿真方法要为建模产生的描述提供操作环境，即仿真模型，以及研究在模型上进行实验的方法。仿真方法是使研究者利用事物的某种形式描述模型，创建相应的实验环境，及在此环境中间接研究事物的操作方式。使研究者在“人-机”模型交互过程中，去感受、了解、或者控制事物变化的机理与规律。可见，仿真方法要解决人类进行模型实验研究的操作环境方法、工具与手段。特别是，以更自然的方式建立“人-机”模型和和谐地交互信息的实验技术。

以往计算机数字仿真方法侧重关注信息的单一映射模式建立的模型，而且作为研究主体的人在实验环境中，仅仅从模型外部一边界的约束去观察、感受映射的行为信息进行分析研究，例如，测试事物某个数学模型的输入、输出段集合。很显然，采用单一模式映射的描述手段，很难充分反映客观世界丰富的内涵；而人处于实验环境外部，采用非同类同质映射的信息融合技术，又是信息处理领域的难题。这种研究模式存在的困扰，对于人类来讲依靠本能是容易解决的问题。人类认识事物，很自然的通过各种感知渠道接受多种映射的信息，而且对本身感知渠道接受的各种异质异构信息，通过人脑的融合产生综台映射。这个现实产生一个启示：若能创建一种模型产生的信息环境中，以最自然的方式使模型研究者去感知和综合处理模型的信息；而且，模型研究者在这个实验环境中可采用最自然的方式对模型进行操作。毫无疑义，这个启示已经推动仿真技术产生重大突破。

当今安全仿真方法在上述思路驱使下，配合建模方法的革新，探索更新实验环境的观念，关注以人为中心，使模型研究者能沉浸在模型创建的虚拟现实环境中，通过多种感官渠道，直接去感受不同媒体映射的模型运行信息；并利用人本身的智能进行信息融合，产生综合映射。从而深刻地把握事物的内在实质；同时，这个虚拟现实的实验模型提供研究者乐于使用的更自然的交互方式，对模型施加各种必要的操作，控制实验研究的运行。现在基于上述概念的计算机辅助安全仿真方法引入了现代计算机技术各项新的成就，结合人类行为模式的研究，可以创建对研究者更逼真自然地反映虚拟现实的模型实验环境。