A Review of Probabilistic Risk Analysis and Investment Strategies for Resilient Critical Infrastructure Systems

  1. MSc thesis
  2. ΘΕΟΔΩΡΑ ΦΑΝΑΡΑΔΕΛΛΗ ΜΑΡΙΟΛΑ
  3. Διοίκηση Επιχειρήσεων (MBA)
  4. 13 September 2025
  5. Αγγλικά
  6. 75
  7. Michail Pazarskis
  8. Probabilistic Risk Analysis, Critical Infrastructure Systems, Resilience Planning, Uncertainty Modelling, Risk Governance
  9. DPM51
  10. 66
    • This thesis is a systematic literature review (SLR) activity that evidences the use of PRA in CISs between 2014 and 2025. PRA has become recognized as being a fundamental approach to uncertainty quantification, interdependency modeling, and resilience-informed planning against the backdrop of highly complex and rapidly evolving security threats. Based on the review of 17 peer-reviewed studies, this review focuses on methodology, sectoral applications, economic integration, and critique of existing research. The results show an overwhelming use of Monte Carlo simulations, fault and event trees, Bayesian networks, and hybrid models combining decision processes and spatial analysis tools. PRA has been widely used in the energy, transportation, and information and communication technology infrastructure, with the aim to address cascading failures, natural hazards, and cyber-physical threats. But social infrastructure is underrepresented, and most case studies are deployed in high-income countries.

      Key contributions of PRA for economic evaluation are also highlighted, including beyond cost–benefit analysis and scenario-based investment planning. Notwithstanding these developments, existing drawbacks, such as lack of transparency of the models, non-embedding in a governance framework, and limited consideration for stakeholder involvement, remain. Suggestions for future research range from broader application of PRAs in underrepresented regions and sectors, greater methodological innovation, and increased reproducibility of models to incorporating PRA outputs in decision-making processes. This review provides some insight into the place of PRA in infrastructure risk management and identifies significant ways to advance the field toward more equitable, flexible, and evidence-based resilience approaches.

    • Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια συστηματική ανασκόπηση της βιβλιογραφίας (SLR), με αντικείμενο τη χρήση της Πιθανοκρατικής Ανάλυσης Κινδύνου (PRA) σε Συστήματα Κρίσιμων Υποδομών (CISs) κατά την περίοδο 2014–2025. Η PRA έχει αναγνωριστεί ως μια θεμελιώδης προσέγγιση για την ποσοτικοποίηση της αβεβαιότητας, τη μοντελοποίηση αλληλεξαρτήσεων και τον σχεδιασμό με γνώμονα την ανθεκτικότητα, υπό το πρίσμα πολύπλοκων και ταχέως εξελισσόμενων απειλών ασφαλείας. Βασισμένη σε ανασκόπηση 17 δημοσιευμένων επιστημονικών μελετών, η εργασία επικεντρώνεται στη μεθοδολογία, στις τομεακές εφαρμογές, στην οικονομική ενσωμάτωση και στην κριτική αξιολόγηση της υπάρχουσας έρευνας. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την εκτενή χρήση προσομοιώσεων Monte Carlo, διαγραμμάτων σφαλμάτων και συμβάντων, Bayesian δικτύων και υβριδικών μοντέλων που συνδυάζουν διαδικασίες λήψης αποφάσεων και εργαλεία χωρικής ανάλυσης. Η PRA έχει εφαρμοστεί ευρέως στις υποδομές ενέργειας, μεταφορών και τεχνολογιών, πληροφορικής και επικοινωνιών, με στόχο την αντιμετώπιση αλυσιδωτών αστοχιών, φυσικών καταστροφών και κυβερνοφυσικών απειλών. Ωστόσο, οι κοινωνικές υποδομές υποεκπροσωπούνται, ενώ οι περισσότερες μελέτες περίπτωσης αφορούν χώρες υψηλού εισοδήματος. Επισημαίνονται επίσης σημαντικές συνεισφορές της PRA στην οικονομική αξιολόγηση, περιλαμβανομένων προσεγγίσεων πέρα από την ανάλυση κόστους–οφέλους και του επενδυτικού σχεδιασμού βάσει σεναρίων. Παρά τις παραπάνω εξελίξεις, εξακολουθούν να υφίστανται αδυναμίες, όπως η έλλειψη διαφάνειας των μοντέλων, η μη ενσωμάτωσή τους σε πλαίσια διακυβέρνησης και η περιορισμένη συμμετοχή των ενδιαφερομένων μερών. Οι προτάσεις για μελλοντική έρευνα περιλαμβάνουν την ευρύτερη εφαρμογή της PRA σε υποεκπροσωπούμενες περιοχές και τομείς, την ενίσχυση της μεθοδολογικής καινοτομίας, τη βελτίωση της αναπαραγωγιμότητας των μοντέλων και την ενσωμάτωση των αποτελεσμάτων της PRA στις διαδικασίες λήψης αποφάσεων. Η παρούσα ανασκόπηση προσφέρει χρήσιμες πληροφορίες για τον ρόλο της PRA στη διαχείριση κινδύνου κρίσιμων υποδομών και εντοπίζει ουσιώδεις κατευθύνσεις για την εξέλιξη του πεδίου προς πιο δίκαιες, ευέλικτες και τεκμηριωμένες προσεγγίσεις ανθεκτικότητας.

  11. Hellenic Open University
  12. Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Διεθνές