信息系统雷击风险等级评估

信息系统雷击风险等级评估软件设计

摘 要：本设计的主要功能是对信息系统雷击电磁脉冲的防护分级；同时介绍了建筑物电子信息系统雷击风险评估方法；以及对所设计系统进行分析和验证。 关键词：电子信息系统；风险评估；分级

引 言

雷电损害风险评估是建筑物的防雷设计或防雷整改工程设计，特别是防护水平选择过程中最重要的一环。在信息时代的今天，信息系统遭受雷击的概率已经远远大于建筑物遭直击雷的概率，由此而造成的直接经济损失和间接影响更是不可估量。在《建筑物电子信息系统防雷设计规范》（GB50343-2004）中，对建筑物电子信息系统的雷击风险评估做了明确的分类标准及计算方法。

1雷击风险评估原理介绍

1.1雷击风险评估的意义

雷电防护工程设计的依据之一是雷电防护分级，其关键问题是防雷工程按什么等级进行设计，而雷电防护分级的依据，就是对工程所处的雷电环境进行风险评估，按照风险评估的结果确定电子信息系统是否需要防护，需要什么等级的防护。因此，雷电风险评估是雷电防护工程设计不可缺少的环节。雷电风险评估是一项复杂的工作，要考虑当地的气象环境、地质地理环境，还要考虑建筑物的重要性、结构特点和电子信息系统设备的重要性及抗干扰能力。将这些因素综合考虑后，确定一个最佳的防护等级，才能达到安全可靠、经济合理的目的。

1.2等级划分 依据公式：E1NC。

A级：E>0.98；

B级：0.95

C级：0.80

D级：E

1.3雷击风险等级评估的计算方法

1.3.1 因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数

NC5.8101.5/C

式中：NC为因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数；C为各类因子。

CC1C2C3C4C5

C1：信息系统所在建筑物材料的结构因子

当建筑物屋顶和主题结构均为金属材料时，取0.5；

当建筑物屋顶和主题结构均为钢筋混凝土材料时，取1.0；

当建筑物为砖混结构时，取1.5；

当建筑物为砖木结构时，取2.0；

当建筑物为木结构或其他易燃材料时,取2.5。

C2：信息系统重要程度因子

一般计算机，通讯设备，取0.5；

《计算机场站安全要求》中划为C类的机房，取1.0；

《计算机场站安全要求》中划为B类的机房，取2.0；

《计算机场站安全要求》中划为A类的机房，取3.0；

C3：信息系统设备耐冲击类型和抗冲击能力因子

本因子与设备的乃各种冲击的能力有关，与采用的等电位连接及接地措施有关，与供电线缆，信号线屏蔽接地状况有关，一般按原则分为：

一般，取0.5；较弱，取1.0；相当弱。取3.0。

注：“一般”指设备为 GB/T16935.1-1997中所指的I类位置的设备，且采取了较完整的等电位连接，接地，线缆屏蔽措施。“较弱”指设备为GB/T16935.1-1997 中所指的I类安装位置的设备，但使用架空线缆，因而风险较大。“相当弱”指设备集成化程度很高，通过低电压，微电流进行逻辑运算的计算机或通讯设备。 C4：信息系统设备所在雷电防护区（LPZ）的因子

设备在LPZ2或更高层雷电防护区内时，取0.5；

设备在LPZ1区内时，取1.0；

设备在LPZ0B区内时，取1.5；

设备在LPZ0A区内时，取2.0；

C5：信息系统发生雷击事故的后果因子

信息系统业务中断不会产生不良后果时，取0.5；

信息系统业务原则上不允许中断，但在中断后无严重后果时，取1.0； 信息系统不允许中断，中断后会产生严重后果时，取1.5。

1.3.2 建筑物预计年雷击次数计算公式

NkNgAe

式中：Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度 （次/平方公里·年）

Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（平方公里），即将屋顶面积用地面上截收相同雷击次数的等效面积表征：

当高H小于100m时，

Ae[LW2(LW)H(200H)H(200H)]106

当高H大于等于100m时，

Ae[LW2H(LW)H2]106

雷击大地的年平均密度计算公式：

1.3Ng0.024Td Td年平均雷暴日

2系统设计

2.1界面介绍

图1 软件初始界面

设计软件初始界面如上图1所示。整个系统界面包括三个部分：最大年平均累计次数计算部分、年预计雷击次数计算部分和E值计算及等级确定部分。最大年平均累计次数计算部分包括信息系统各类因子的取值及因子取值属性、Nc值计算。年预计雷击次数计算部分包括建筑物参数及面积计算、年平均密度计算、N值计算。E值计算及等级确定部分包括图片、分级规则、E值计算及最终等级

确定。

设计中用到的控件包括静态文本框Static Text、编辑框Edit Control、按钮控件Button、图片控件Picture Control等。通过改写静态文本框的Caption内容来标明后面控件的名称或功能；通过对编辑框添加变量实现框中内容的显示及为按钮函数提供变量；对按钮控件添加函数实现相应功能并显示在对应变量的编辑框中；图片控件用以增加界面的观赏性。界面中部分按钮的功能是属性页介绍，当点击按钮时，会弹出相应属性介绍对话框。比如点击C1取值说明按钮时，会弹出相应属性页。图2是相应的属性界面。

使用此软件时，需输入各类因子C、校正系数k、年平均雷暴日Td和建筑物长宽高。通过点击“计算Nc”按钮计算出大年平均累计次数；点击“计算Ae”按钮计算出建筑物的等效面积；点击“计算Ng”按钮计算出年平均密度；点击“计算N”按钮计算出年预计雷击次数；点击“计算E”按钮计算出E值；最终

点击“确定等级”按钮确定防护等级。

图2 C1取值说明属性页

2.2案例分析（系统验证）

独山县农业银行的业务系统于2001年投入使用,是一个典型的建筑物电子息系统,信息中心机房放置主交换机和部分工作组交换机,整个大楼为宽带网(外线信号为光纤引入,内部节点为UTP双绞线连接),采用星形网络结构,以交换机和服务器组成网络,桌面带宽为100M ,布线符合EIA/TIA568A结构化布线标准。外部配套设施包括联网节点,采用散射状主干连线,使用光缆与各节点主交换机相连,架空线路,营业网点与办公楼的距离不超过1km。

县农业银行信息系统各相关参数

① 建筑物材料结构因子C1= 1.0；

信息系统重要程度因子C2=2.0；

设备耐冲击类型和抗冲击能力因子C3=3.0；

信息系统所处的雷电防护分区(LPZ)因子C4= 1.0；

信息系统发生事故后的后果因子C5=1.0。

② 雷电日数Td取56d；

③ 建筑物参数：L=50m；W=15m；H =20m；

④ 校正系数：k=1；

经计算：E=1-Nc/N=1-0.023/0.089 ≈ 0.74≤0.8；由计算结果可知电子信息系统防护等级为D

级。

图3 系统验证界面

经系统运行可知：运行结果与计算结果相符（同为D级），表明此系统能正确评估信息系统的防护等级。

2.3设计工具及部分功能实现程序

2.3.1设计工具介绍

设计采用的软件是Visual Studio 2010。Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境。Visual Studio2010版本于2010年4月12日上市，其集成开发环境（IDE）的界面被重新设计和组织，变得更加简单明了。Visual Studio 2010同时带来了NET Framework 4.0、Microsoft Visual Studio 2010 CTP( Community Technology Preview--CTP)，并且支持开发面向Windows 7的应用程序。除了Microsoft SQL Server，它还支持 IBM DB2和Oracle数据库。

MFC(Microsoft Foundation Classes)，是微软公司提供的一个类库（class libraries），以C++类的形式封装了Windows的API，并且包含一个应用程序框架，以减少应用程序开发人员的工作量。其中包含的类包含大量Windows句柄封装类和很多Windows的内建控件和组件的封装类。

2.3.2部分功能实现程序

E值计算子程序：

void CMy111Dlg::OnBnClickedButton12()

{

UpdateData(TRUE);

m_E1=1-m_Nc/m_N;

UpdateData(FALSE);

}

建筑物等效面积计算子程序：

void CMy111Dlg::OnBnClickedButton7()

{

UpdateData(TRUE);

if (m_h

{

m_Ae1=(m_l1*m_w1+2*(m_l1+m_w1)*sqrt(m_h1*(200.0-m_h1))+pi*m_h1*(200.0-m_h1))*pow(10.0,-6.0);

}

else

m_Ae1=(m_l1*m_w1+2*m_h1*(m_l1+m_w1)+pi*pow(m_h1,2))*pow(10.0,-6.0); UpdateData(FALSE);

}

等级确定子程序：

void CMy111Dlg::OnBnClickedButton11()

{

UpdateData(TRUE);

E=1-m_Nc/m_N;

if (E>0.98)

{

m_E='A';

}

else if((E0.95)

{

m_E='B';

}

else if((E0.80)

{

m_E='C';

}

else

{

m_E='D';

}

UpdateData(FALSE);

}

总 结

本次设计我们基本完成了信息系统雷击风险等级评估软件的功能，能正确确定信息系统的防护等级。通过完成这次的软件设计，我们加深了对信息系统雷击风险等级评估的理解。对各类参数值得确定、风险等级评估计算方法有了更深的认识。同时，对VS2010 MFC的运用也更加熟练。对团队协作也更有体会。

信息系统雷击风险等级评估软件设计

摘 要：本设计的主要功能是对信息系统雷击电磁脉冲的防护分级；同时介绍了建筑物电子信息系统雷击风险评估方法；以及对所设计系统进行分析和验证。 关键词：电子信息系统；风险评估；分级

引 言

雷电损害风险评估是建筑物的防雷设计或防雷整改工程设计，特别是防护水平选择过程中最重要的一环。在信息时代的今天，信息系统遭受雷击的概率已经远远大于建筑物遭直击雷的概率，由此而造成的直接经济损失和间接影响更是不可估量。在《建筑物电子信息系统防雷设计规范》（GB50343-2004）中，对建筑物电子信息系统的雷击风险评估做了明确的分类标准及计算方法。

1雷击风险评估原理介绍

1.1雷击风险评估的意义

雷电防护工程设计的依据之一是雷电防护分级，其关键问题是防雷工程按什么等级进行设计，而雷电防护分级的依据，就是对工程所处的雷电环境进行风险评估，按照风险评估的结果确定电子信息系统是否需要防护，需要什么等级的防护。因此，雷电风险评估是雷电防护工程设计不可缺少的环节。雷电风险评估是一项复杂的工作，要考虑当地的气象环境、地质地理环境，还要考虑建筑物的重要性、结构特点和电子信息系统设备的重要性及抗干扰能力。将这些因素综合考虑后，确定一个最佳的防护等级，才能达到安全可靠、经济合理的目的。

1.2等级划分 依据公式：E1NC。

A级：E>0.98；

B级：0.95

C级：0.80

D级：E

1.3雷击风险等级评估的计算方法

1.3.1 因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数

NC5.8101.5/C

式中：NC为因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数；C为各类因子。

CC1C2C3C4C5

C1：信息系统所在建筑物材料的结构因子

当建筑物屋顶和主题结构均为金属材料时，取0.5；

当建筑物屋顶和主题结构均为钢筋混凝土材料时，取1.0；

当建筑物为砖混结构时，取1.5；

当建筑物为砖木结构时，取2.0；

当建筑物为木结构或其他易燃材料时,取2.5。

C2：信息系统重要程度因子

一般计算机，通讯设备，取0.5；

《计算机场站安全要求》中划为C类的机房，取1.0；

《计算机场站安全要求》中划为B类的机房，取2.0；

《计算机场站安全要求》中划为A类的机房，取3.0；

C3：信息系统设备耐冲击类型和抗冲击能力因子

本因子与设备的乃各种冲击的能力有关，与采用的等电位连接及接地措施有关，与供电线缆，信号线屏蔽接地状况有关，一般按原则分为：

一般，取0.5；较弱，取1.0；相当弱。取3.0。

注：“一般”指设备为 GB/T16935.1-1997中所指的I类位置的设备，且采取了较完整的等电位连接，接地，线缆屏蔽措施。“较弱”指设备为GB/T16935.1-1997 中所指的I类安装位置的设备，但使用架空线缆，因而风险较大。“相当弱”指设备集成化程度很高，通过低电压，微电流进行逻辑运算的计算机或通讯设备。 C4：信息系统设备所在雷电防护区（LPZ）的因子

设备在LPZ2或更高层雷电防护区内时，取0.5；

设备在LPZ1区内时，取1.0；

设备在LPZ0B区内时，取1.5；

设备在LPZ0A区内时，取2.0；

C5：信息系统发生雷击事故的后果因子

信息系统业务中断不会产生不良后果时，取0.5；

信息系统业务原则上不允许中断，但在中断后无严重后果时，取1.0； 信息系统不允许中断，中断后会产生严重后果时，取1.5。

1.3.2 建筑物预计年雷击次数计算公式

NkNgAe

式中：Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度 （次/平方公里·年）

Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（平方公里），即将屋顶面积用地面上截收相同雷击次数的等效面积表征：

当高H小于100m时，

Ae[LW2(LW)H(200H)H(200H)]106

当高H大于等于100m时，

Ae[LW2H(LW)H2]106

雷击大地的年平均密度计算公式：

1.3Ng0.024Td Td年平均雷暴日

2系统设计

2.1界面介绍

图1 软件初始界面

设计软件初始界面如上图1所示。整个系统界面包括三个部分：最大年平均累计次数计算部分、年预计雷击次数计算部分和E值计算及等级确定部分。最大年平均累计次数计算部分包括信息系统各类因子的取值及因子取值属性、Nc值计算。年预计雷击次数计算部分包括建筑物参数及面积计算、年平均密度计算、N值计算。E值计算及等级确定部分包括图片、分级规则、E值计算及最终等级

确定。

设计中用到的控件包括静态文本框Static Text、编辑框Edit Control、按钮控件Button、图片控件Picture Control等。通过改写静态文本框的Caption内容来标明后面控件的名称或功能；通过对编辑框添加变量实现框中内容的显示及为按钮函数提供变量；对按钮控件添加函数实现相应功能并显示在对应变量的编辑框中；图片控件用以增加界面的观赏性。界面中部分按钮的功能是属性页介绍，当点击按钮时，会弹出相应属性介绍对话框。比如点击C1取值说明按钮时，会弹出相应属性页。图2是相应的属性界面。

使用此软件时，需输入各类因子C、校正系数k、年平均雷暴日Td和建筑物长宽高。通过点击“计算Nc”按钮计算出大年平均累计次数；点击“计算Ae”按钮计算出建筑物的等效面积；点击“计算Ng”按钮计算出年平均密度；点击“计算N”按钮计算出年预计雷击次数；点击“计算E”按钮计算出E值；最终

点击“确定等级”按钮确定防护等级。

图2 C1取值说明属性页

2.2案例分析（系统验证）

独山县农业银行的业务系统于2001年投入使用,是一个典型的建筑物电子息系统,信息中心机房放置主交换机和部分工作组交换机,整个大楼为宽带网(外线信号为光纤引入,内部节点为UTP双绞线连接),采用星形网络结构,以交换机和服务器组成网络,桌面带宽为100M ,布线符合EIA/TIA568A结构化布线标准。外部配套设施包括联网节点,采用散射状主干连线,使用光缆与各节点主交换机相连,架空线路,营业网点与办公楼的距离不超过1km。

县农业银行信息系统各相关参数

① 建筑物材料结构因子C1= 1.0；

信息系统重要程度因子C2=2.0；

设备耐冲击类型和抗冲击能力因子C3=3.0；

信息系统所处的雷电防护分区(LPZ)因子C4= 1.0；

信息系统发生事故后的后果因子C5=1.0。

② 雷电日数Td取56d；

③ 建筑物参数：L=50m；W=15m；H =20m；

④ 校正系数：k=1；

经计算：E=1-Nc/N=1-0.023/0.089 ≈ 0.74≤0.8；由计算结果可知电子信息系统防护等级为D

级。

图3 系统验证界面

经系统运行可知：运行结果与计算结果相符（同为D级），表明此系统能正确评估信息系统的防护等级。

2.3设计工具及部分功能实现程序

2.3.1设计工具介绍

设计采用的软件是Visual Studio 2010。Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境。Visual Studio2010版本于2010年4月12日上市，其集成开发环境（IDE）的界面被重新设计和组织，变得更加简单明了。Visual Studio 2010同时带来了NET Framework 4.0、Microsoft Visual Studio 2010 CTP( Community Technology Preview--CTP)，并且支持开发面向Windows 7的应用程序。除了Microsoft SQL Server，它还支持 IBM DB2和Oracle数据库。

MFC(Microsoft Foundation Classes)，是微软公司提供的一个类库（class libraries），以C++类的形式封装了Windows的API，并且包含一个应用程序框架，以减少应用程序开发人员的工作量。其中包含的类包含大量Windows句柄封装类和很多Windows的内建控件和组件的封装类。

2.3.2部分功能实现程序

E值计算子程序：

void CMy111Dlg::OnBnClickedButton12()

{

UpdateData(TRUE);

m_E1=1-m_Nc/m_N;

UpdateData(FALSE);

}

建筑物等效面积计算子程序：

void CMy111Dlg::OnBnClickedButton7()

{

UpdateData(TRUE);

if (m_h

{

m_Ae1=(m_l1*m_w1+2*(m_l1+m_w1)*sqrt(m_h1*(200.0-m_h1))+pi*m_h1*(200.0-m_h1))*pow(10.0,-6.0);

}

else

m_Ae1=(m_l1*m_w1+2*m_h1*(m_l1+m_w1)+pi*pow(m_h1,2))*pow(10.0,-6.0); UpdateData(FALSE);

}

等级确定子程序：

void CMy111Dlg::OnBnClickedButton11()

{

UpdateData(TRUE);

E=1-m_Nc/m_N;

if (E>0.98)

{

m_E='A';

}

else if((E0.95)

{

m_E='B';

}

else if((E0.80)

{

m_E='C';

}

else

{

m_E='D';

}

UpdateData(FALSE);

}

总 结

本次设计我们基本完成了信息系统雷击风险等级评估软件的功能，能正确确定信息系统的防护等级。通过完成这次的软件设计，我们加深了对信息系统雷击风险等级评估的理解。对各类参数值得确定、风险等级评估计算方法有了更深的认识。同时，对VS2010 MFC的运用也更加熟练。对团队协作也更有体会。


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