山东省雷电灾害风险评估管理平台设计与实现

宁　波，邓　猛，张　莉

（1. 山东省气象局，济南　250031；2. 山东省雷电防护技术中心，济南　250012）

山东省雷电灾害风险评估管理平台设计与实现

宁波1，邓猛2，张莉1

（1. 山东省气象局，济南250031；2. 山东省雷电防护技术中心，济南250012）

以提高山东省雷电灾害风险评估工作实效性、准确性和规范性为目标，通过对雷电灾害风险评估相关参数的分析研究，建立了具有山东省区域特色，涵盖多个行业性质特点的雷电灾害风险管理模型，在此基础上研发了山东省雷电灾害风险评估管理平台。该平台基于符合SOA和Java EE设计理念的支撑应用体系架构，采用XML，Web Services和自定义协议等技术，可以实现业务系统之间的业务集成，同时保持了各个业务应用系统之间的相对独立和松耦合。根据目前投入业务运行情况来看，基本满足山东省各级防雷技术服务机构雷评业务需求。

雷电；风险评估；平台设计

引言

雷电灾害是一种爆发性的自然灾害，长期不断地威胁人身安全和财产安全并危害公共服务和文化遗产，其危害随着社会信息化和电子化的发展变得更加明显而广泛。雷电灾害风险评估是识别风险、有效控制风险和处理雷电灾害的依据。依据雷电灾害风险评估结果，可以考虑如何有效地控制和处理雷电灾害风险，选择应采取的各种避免损失和控制损失的对策。雷电灾害风险评估是一门新兴边缘学科，所涉及的学科包括建筑学、气象学和管理学等，它以大量繁杂的数据为基础。因此，利用计算机精确度高、计算速度快的特点，设计并实现雷电灾害风险评估管理平台，可以大幅度提高雷电灾害风险评估的精确度和效率。山东省雷电灾害风险评估管理平台根据目前山东省气象局雷电灾害风险评估的业务流程，采用预先危险性分析等方法进行危险辨识，运用多种手段给出量化的安全状态参数值，预测发生事故概率和发现的隐患，提出防雷整改措施及建议，并最终生成评估报告。

1　设计技术方法

（1）平台设计依据《IEC62305-2：2010，雷电防护第2部分：风险管理》［1］和《雷电灾害风险评估技术规范》（QX/T85-2007）等雷电灾害风险评估技术规范［2］。

（2）平台部分防雷计算和公式参考《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）［3］和《建筑物电子信息系统技术规范》（GB50343-2012）［4］。

（3）平台设计技术方法参考了《雷电灾害风险评估与控制》以及中国知网检索的关于雷电灾害风险评估和闪电定位数据分析以及 AutoCAD 和surfer二次开发的相关文献［5］。

2　设计思路

平台建设主要由两部分组成：系统管理平台和项目评估平台。项目评估平台包括雷电灾害风险评估项目单位基本信息及风险区划、基本气象资料分析及使用审查、主要参数分析计算及报告生成等四部分。系统管理平台包括项目管理、统计查询和参数设置等，其逻辑体系架构如图1所示。

平台能够按不同角色对象的不同评估工作任务重新进行梳理组织，可及时完成各专业、领域、行业项目雷电灾害风险评估计算及分析，按照要求生成雷电灾害风险评估报告，计算得出省、市、县（市、区）各级行政区域雷电灾害发生的规律，从而更好地开展防雷减灾工作［6］。同时，可将最终评估产品（报告）和其他项目信息等线性资料分门别类存储入库。

2.1平台网络组织架构

平台采用B/S三层架构（表示层、业务逻辑层、数据层），通过IE浏览器即可访问系统。同时，又能有效提高平台应用的可靠性。平台设计将应用服务器和数据库服务器分开，设立专门的ArcGIS服务器，用于雷电数据、地图数据和评估项目的数据图形化叠加显示，对外提供基于Web的应用服务接口［7］。这样既可以保证应用服务器独立性和负载平衡，又保障了系统的数据安全性和可靠性（图2）。

图2　山东省雷电灾害风险评估管理平台网架结构图

ArcGIS服务器实现雷电灾害统计数据（自动报表生成）、地理信息等图形及相关数据生成和展示的服务。数据库服务器为“山东省雷电灾害风险评估管理平台”提供可视化的云端数据库Web管理工具，在云端实现数据库的管理、监控、在线扩容等功能，支持动态伸缩和数据库分区技术。分区方式不受CPU数量、节点数量等影响；支持集群和容灾功能；备用数据库可以基于流复制等多种模式实现与生产数据库之间的实时同步，在不更改应用程序的基础上实现读写分离；应用服务器为“山东省雷电灾害风险管理平台”提供实现异种数据库互联，系统文件的直接访问，不同数据源之间的链接查询（图3）。

图3　山东省雷电灾害风险评估管理平台网络结构图

2.2平台功能组织架构

图1　山东省雷电灾害风险评估管理平台逻辑体系架构

平台采用基于符合SOA和Java EE设计理念的支撑应用体系架构，实现业务应用系统的设计、开发；支持基于服务的松耦合设计，采用XML，Web Services和自定义协议等技术，实现业务系统之间的业务集成，同时保持各个业务应用系统之间的相对独立和松耦合；采用主流数据库做数据存储与管理；提供开放式外部接口，支持不同的集成方式，如服务集成、数据交换、门户集成和流程集成等；支持跨操作系统部署，支持Linux及Windows等多种操作系统；支持云计算技术进行系统部署。

平台主要应用层分别为：表示层、业务层和数据库。可实现业务系统之间的业务集成，同时保持各个业务应用系统之间的相对独立和松耦合［8］（图4）。

图4　功能组织架构图

2.2.1平台组织结构

设计并拟实现与其他业务相关系统（如雷电灾害信息管理系统等）的接口，包括松耦合（由相关系统导出数据记录）或者紧耦合（嵌入相关系统，与其无缝衔接）方式，采集雷评（包括相关信息）数据。雷评平台预留的数据具有通用性，预留数据接口的标准一致，保证雷评业务系统与其他业务系统的一致性和连续性［9］（图5）。

（1）接口控件模式。采用紧耦合方式调用封装引擎工具实现封装，将封装引擎嵌入在部门业务系统中，直接与封装引擎工具的交互API进行交互，达到深层次意义上的结合；采集的数据通过统一数据模型接口，进行数据映射配置，可配置采集数据的字段名与信息元数据项的对应关系。因此，平台可采集其他系统提供的数据［10］。

图5　山东省雷电灾害风险评估管理平台提供的三种数据接口

（2）数据库抽取模式。平台采用开放数据库表结构方式，系统提供数据库读取工具将访问数据库获取数据库表结构的基本属性值，如字段、类型、主键、外键、索引，从而获取相应的数据信息，提供自定义查询语句配置，获取需要的证照字段数据；支持的数据库种类包括 Oracle，DB2，Microsoft SQL server，MySQL，Access［11］。

（3）Web服务模式。业务系统直接访问生成管理系统提供数据采集WEB服务，采用XML技术标准，将需要数据记录导出并定义为一个中间格式的XML文件，使该文件作为数据交换的基本载体，通过调用WEB服务实现封装。

2.2.2雷评报告生成及应用

雷评信息总数据库管理子系统实现与生成管理子系统衔接，汇总集中雷评报告数据，形成集中数据库，并实现对集中数据库的科学、高效管理与利用。

（1）数据接收。系统提供从生成管理子系统或其他依照标准开发的生成系统中接收规范的数据电文的功能。提供导入目录的功能，导出的目录格式包括DBF，XLS，XML等。

（2）数据分类排列。系统提供对接收的数据电文进行有效分类管理的功能，可根据评估单位、申请人、项目名称、时间、评估状态进行分类，自动生成封装编号进行数据分类。

（3）数据验证。数据电文信息需要依次进行计算结果有效性验证和流程步骤信息验证。

（4）数据装载。系统提供对验证完毕的数据在数据库中有序排列，与系统中的数据电文目录建立对应关系。数据电文文件以文档形式存储在磁盘中，通过访问路径附加到数据库中。数据入库主要是将数据电文文件和路径属性数据进行挂接并检查，且保证数据库运行正常，统计、查询、检索无误。

3　平台备份方式

平台采用热备份技术，并提供多种系统安全机制，对于主机网络、操作系统、数据库等各个方面均提供全方位的可靠性保障，提供完整的容错和灾难恢复解决方案。平台采用灵活的权限机制，系统能按用户分级授权，能够适应业务授权的精细化需求和业务频繁变动对权限变动的要求，能够限制用户访问数据的范围，并且能够适应多级用户分级管理的需要。平台提供安全审计机制，对用户的活动情况、关键数据的读、改等活动提供详细的审计日志，提供非法活动分析机制。对于业务流程，遇到意外情况（如断电、断网）发生时，应有有效的措施确保业务数据完整性和可恢复性。平台本身具有较强的防攻击能力，可根据IP地址限制用户在不同机器登录等。

4　结语

经过一年来的业务应用，山东省雷电灾害风险评估管理平台能够综合应用山东省地闪资料、社会经济统计数据、雷电灾害报表统计数据以及山东省雷电活动和雷电灾害特征，选取工民建筑防雷等级分类、年雷暴预计次数、地闪密度、强电流分布、地形起伏度、河网密度、人口密度、人均GDP、公共设施及设备建设情况等作为雷电灾害风险评估模型，基于JAVA语言和SQL数据库处理技术，实现了与当前各种应用业务系统的数据共享。该平台根据目前山东省气象局雷电灾害风险评估的业务流程，采用预先危险性分析等方法进行危险辨识，运用多种手段给出量化的安全状态参数值，预测发生事故概率和发现的隐患，提出防雷整改措施及建议，并最终生成评估报告。

［1］ 中华人民共和国标准化管理委员会.（GB/T 21714.2-2010）雷电防护 第2部分：风险管理［S］. 秦皇岛：中国标准出版社，2010：11-20.

［2］ 中国气象局.（QXT85-2007）雷电灾害风险评估技术规范［S］. 北京：气象出版社，2008：9-17.

［3］ 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.（GB50057-2010）建筑物防雷设计规范 ［S］. 北京：中国计划出版社，2011：4-30.

［4］ 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.（GB50343 -2012）建筑物电子信息系统技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012：24-35. ［5］ 赵发刚，陈进，李毅. 基于SOA的监测、诊断与预测系统架构［J］. 计算机工程，2010，36（01）：233-235.

［6］ 邬铭法. 山东省雷电防护技术中心综合信息管理系统的设计及实现［D］. 济南：山东大学，2010：60-62.

［7］ Thomas E，Anish C，Priscilla M，et al. Web Service Contract Design and Versioning for SOA［M］. Prentice Hall PTR，2010：1-12.

［8］ 李海雷. 雷电风险评估软件的设计及实现［D］. 济南：山东大学，2012：30-32.

［9］ 李超，张树亮.ASP.NET 2.0+SQL SERVER网络应用系统开发案例精解［M］. 北京：清华大学出版社，2006：2-15.

［10］ 樊荣. 基于GB/T 21714.2的雷击风险评估软件设计及参数探讨［D］. 江苏：南京信息工程大学，2011：14-16.

［11］ 高杉. 基于J2EE的科研项目管理与控制系统研究与实现［D］. 武汉. 华中科技大学，2008：33-35.

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1005-0582（2016）02-0054-04

2015-06-19

宁波（1982—），男，山东章丘人，研究生，工程师，主要从事防雷减灾管理及行政审批工作。