CN107220742B - 一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法及平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法及平台，包括步骤1，获取用户基本信息和分析需求项，并存入数据库中；步骤2，根据给定的分析需求项，进行系统脆弱性分析，得到在不同灾害情形下系统的脆弱性值；步骤3，根据系统脆弱性分析形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值；步骤4，将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中。本发明可根据用户特定的应用需求，智能地帮助用户对所要分析的系统进行脆弱性分析以及为用户提供改善系统脆弱性决策方案，以降低脆弱性分析应用开发的技术门槛，提高应用系统开发的效率、质量和水平。

Description

一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法及 平台

技术领域

本发明涉及基于系统脆弱性分析与决策支持领域，具体涉及一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法及平台。

背景技术

基础设施(Infrastructure)是指为社会生产和居民生活提供公共服务的物质工程设施，是保证国家或地区社会经济活动正常开展的前提，是社会赖以生存发展的一般物质条件。当今社会越来越依赖于基础设施系统提供的各项服务，但基础设施系统不可避免的面临着元件老化、自然灾害、人为失误等因素的破坏。因此，研究如何为开发基于系统脆弱性分析信息系统构建一个通用的支撑平台，以降低应用开发的难度，提高应用开发的效率显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法及平台，提供一种类似于DSS工具箱的信息系统开发环境，可根据用户特定的应用需求，智能地帮助用户对所要分析的系统进行脆弱性分析以及为用户提供改善系统脆弱性决策方案，以降低脆弱性分析应用开发的技术门槛，提高应用系统开发的效率、质量和水平。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明公开一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法，包括步骤如下：

步骤1，获取用户基本信息和分析需求项，并存入数据库中；

步骤2，根据给定的分析需求项，进行给定故障类型下的系统脆弱性分析，得到在不同灾害情形下系统的脆弱性值；

步骤3，根据系统脆弱性分析形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值；

步骤4，将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中。

本发明还公开一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台，包括：

数据获取模块，用以获取包含用户基本信息和分析需求项的数据，并存入数据库中；

系统脆弱性分析模块，用以根据数据获取模块所得用户的分析需求项，进行系统脆弱性分析，得到在不同灾害情形下系统的脆弱性值；

反馈模块，用以根据系统脆弱性分析模块形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值；

案例库自更新模块，用以将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中。

本发明的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台及系统，利用脆弱性分析相关技术、基于信息系统设计方法，参考主流系统脆弱性分析方法，构建了符合业界标准的系统脆弱性分析标准体系结构知识库，设计了用户需求问卷和案例匹配算法，用多种手法和技术手段来解决基于系统脆弱性分析的信息系统支撑平台结构发难设计中所设计的若干关键技术难题，具有如下特点：

(1)系统具有智能性

本发明设计了用户需求与不同系统脆弱性分析的匹配算法。只要收集了用户需求信息以及所需分析系统的基本信息，系统便能给出与用户想匹配的系统脆弱性分析结果与改善系统脆弱性的决策方案。

(2)系统具有自主学习性

当用户根据自己的需求生成了相匹配的方案后，用户方案能智能的被支撑平台收集到知识库中，形成新的案例，支撑平台能自主学习到新需求与方案匹配的知识，用户在后续使用系统，能为系统脆弱性分析提供更多的参考价值。

(3)系统的可扩展性强

随着技术的进步与更新以及客户的需求增多，可以通过需求维护模块，对系统进行类容上的更新与扩展，提高系统的适应性。

附图说明

图1是本发明的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法的步骤图。

图2为本发明的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台的结构框图。

图3是本发明的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台的系统用户流程示意图。

图4是本发明的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台的系统管理模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

参看图1，为本发明实施例的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法的步骤图,包括步骤如下：

步骤1，获取用户基本信息和分析需求项，并存入数据库中；

步骤2，根据给定的分析需求项，进行给定故障类型下的系统脆弱性分析，得到在不同灾害情形下系统的脆弱性值；

步骤3，根据系统脆弱性分析形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值；

步骤4，将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中。

作为一个具体实施例，步骤4所述的脆弱性分析案例,包括案例的应用背景、用户需求、框架信息、核心服务构建策略等，会自动添加到知识库与数据库中，形成新的脆弱性分析案例，并扩充案例库，以便后续构建基于系统脆弱性分析开发相关项目进行参考。

步骤1所述基本信息包括用户的特征识别资料，所述分析需求项包括所研究系统的形式属性、领域从属、遭受破坏类型和系统抵抗破坏能力。

步骤1还包括步骤11，先访问数据库，并从中读取关于基本信息和分析需求项的需求问卷及问卷解释说明文档。

步骤1所述获取用户的基本信息和分析需求项的方式是采用需求问卷向用户获取，具体的实施例如下，首先在问卷中记录下用户的基本信息，适用领域，背景，为用户提供需求问卷，供用户进行需求选择。用户根据需求问卷的问题说明和答案说明，提交符合自己需求的答卷。需求问卷样式如下所示：

1.请问您需要研究系统属于下面哪种形式？

(1).独立系统；(2).关联系统；

注：回答(2)进入关联系统相关调查问卷，回答(1)，则继续；

2.请问您所需研究的系统属于下面哪种领域？

(1).供电系统；(2).管道系统；(3).交通系统；

3.请问您所需研究的系统主要遭受的破坏来源于下面哪种类型？

(1).自然灾害；(2).人为失误；(3)蓄意破坏；

4.请问您对当前系统工作效率是否满意？

(1).很满意；(2).较满意；(3).不满意；

5.请问您是否愿意投资来提升系统抵抗破坏的能力？

(1).愿意；(2).不愿意；

以上需求问卷只是为了说明需求选择模块如何收集用户信息，不同研究系统的调查问卷不同，根据实际情况进行设计。

收集用户填写完的调整问卷后，将调查问卷中所需要的研究系统的基本信息导入到数据库。例如根据图论网络化后的电力系统中，所述所需要研究系统的基本信息包括有：发电站、变电站、用户区等构成的节点，运输电线构成的运输边，根据实际情形记录的节点类型、最大发电量、额定需求量等，运输边的最大流量、阻抗、电抗等的基本信息。将这些信息按照格式要求导入到数据库中。

所述步骤2还包括步骤20，将数据库中读出用户的分析需求项。根据读出的用户的分析需求项，进行系统脆弱性分析。所述脆弱性是指在给定故障类型下，系统性能下降的幅度。

作为一个具体实施例，所述系统脆弱性分析包括步骤如下：

步骤21，确定评估系统性能指标；所述性能指标是用来度量系统的工作效率，不同系统之间采用不同的性能指标，即使同一系统也可以采用不同的性能指标，如在电力系统中，常采用供电效率、经济损失等性能指标，而在交通系统中常采用客流运输量等；

步骤22，根据性能指标，产生故障与用户要求匹配的故障类型；所述故障类型包括有：随机故障，蓄意攻击，自然灾害，其中随机故障主要来源于人为操作的失误、元件的老化等；蓄意攻击主要来源于恐怖分子，如911事件；自然灾害主要来源于地震、海啸、台风等；用户可根据自身需求，研究系统在不同故障类型下的脆弱性；

步骤23，计算在给定故障类型下的系统元件失效概率；所述系统元件失效概率，在本实施例中，依据专家打分法和历史研究数据，通过筛选计算得到对应故障类型下的系统元件失效概率；

步骤24，根据系统元件失效概率评估系统元件在给定故障类型下的工作状态；所述工作状态包括有常用正常、轻微损坏、一般损坏和严重损坏四种状态，不同状态对应元件不同的工作能力；

步骤25，计算给定故障类型下的系统灾后性能；在本实施例中，采用根据前面步骤可得到系统所有元件在给定故障类型下的状态，根据系统元件状态计算系统在该故障类型下的脆弱性；

步骤26，通过仿真计算，得到给定故障类型下的系统脆弱性；所述仿真计算采用蒙特-卡罗方法，对系统进行多次仿真，消除结果中的误差概率，从而计算得到系统在给定的故障类型下的系统脆弱性。

本发明方法还包括步骤41，将得到系统脆弱性分析结构和决策方案转换成相应的设计文档，并存储到数据库中或输出到用户。

本发明方法还包括步骤5，为用户打印及到处最终的系统脆弱性分析案例。用户在确定最终案例之前，可以重新进行需求调查，对案例进行修改，并重新提交进行系统脆弱性分析，直到用户满意，完全符合用户需求为止。此时用户可以打印最终的案例进行参考，或者将案例以word、PDF、HTML等格式保存到本地，方便以后打印或者查看。

参看图2和图3，为本发明实施例的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台的结构图和用户流程图，本发明的平台包括有：

数据获取模块1，用以获取包含用户基本信息和分析需求项的数据，并存入数据库中；图2的实施例中,数据获取模块1还包括需求选择模块111和信息录入模块112，分别用于供用户选择分析需求项和录入用户基本信息；

系统脆弱性分析模块2，用以根据数据获取模块1所得用户的分析需求项，进行系统脆弱性分析，得到在不同灾害情形下系统的脆弱性值；所述脆弱性是指在给定故障类型下，系统性能下降的幅度；

反馈模块3，包括有候选方案模块31和方案修改模块32，所述候选方案模块31用以根据系统脆弱性分析模块2形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值，同时通过方案修改模块32供用户提供主动修改意见；

案例库自更新模块4，包括有案例管理模块41和案例库42，所述案例管理模块41用以将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中42；所述的脆弱性分析案例,包括案例的应用背景、用户需求、框架信息、核心服务构建策略等。

所述数据获取模块1采用需求问卷向用户获取，具体的实施例如下，首先在问卷中记录下用户的基本信息，适用领域，背景，为用户提供需求问卷，供用户进行需求选择。用户根据需求问卷的问题说明和答案说明，提交符合自己需求的答卷。需求问卷样式如下所示：

1.请问您需要研究系统属于下面哪种形式？

(1).独立系统；(2).关联系统；

注：回答(2)进入关联系统相关调查问卷，回答(1)，则继续；

2.请问您所需研究的系统属于下面哪种领域？

(1).供电系统；(2).管道系统；(3).交通系统；

3.请问您所需研究的系统主要遭受的破坏来源于下面哪种类型？

(1).自然灾害；(2).人为失误；(3)蓄意破坏；

4.请问您对当前系统工作效率是否满意？

(1).很满意；(2).较满意；(3).不满意；

5.请问您是否愿意投资来提升系统抵抗破坏的能力？

(1).愿意；(2).不愿意；

以上需求问卷只是为了说明需求选择模块如何收集用户信息，不同研究系统的调查问卷不同，根据实际情况进行设计。

在系统提交给用户需求问卷之前，先访问数据库，从数据库中读取需求问卷及说明，数据获取模块1还包括数据库管理模块13，数据库管理模块13对数据库中的需求问题进行维护与更新。

填写完问卷后，用户进入到信息录入模块112，将所需要的研究系统的基本信息导入到数据库14。所需要的研究系统的基本信息包括有：发电站、变电站、用户区等构成的节点，运输电线构成的运输边，根据实际情形记录的节点类型、最大发电量、额定需求量等，运输边的最大流量、阻抗、电抗等的基本信息。将这些信息按照格式要求导入到数据库中。

通过上述数据获取模块1导入所需研究的系统信息输入到系统脆弱性分析的模块。

数据获取模块1所述的基本信息包括用户的特征识别资料，所述分析需求项包括所研究系统的形式属性、领域从属、遭受破坏类型和系统抵抗破坏能力。

所述系统脆弱性分析模块2包括：

系统性能指标定义模块，用以产生评估系统工作效率的性能指标；所述性能指标是用来度量系统的工作效率，不同系统之间采用不同的性能指标，即使同一系统也可以采用不同的性能指标，如在电力系统中，常采用供电效率、经济损失等性能指标，而在交通系统中常采用客流运输量等；

故障类型产生模块，用以根据性能指标，产生故障与用户要求匹配的故障类型；所述故障类型包括有：随机故障，蓄意攻击，自然灾害，其中随机故障主要来源于人为操作的失误、元件的老化等；蓄意攻击主要来源于恐怖分子，如911事件；自然灾害主要来源于地震、海啸、台风等；用户可根据自身需求，研究系统在不同故障类型下的脆弱性；

元件失效概率计算模块，用以计算在给定故障类型下的系统元件失效概率；所述系统元件失效概率，在本实施例中，依据专家打分法和历史研究数据，通过筛选计算得到对应故障类型下的系统元件失效概率；

元件工作状态评估模块，用以根据系统元件失效概率评估系统元件在给定故障类型下的工作状态；所述工作状态包括有常用正常、轻微损坏、一般损坏和严重损坏四种状态，不同状态对应元件不同的工作能力；

系统灾后评估模块，用以计算给定故障类型下的系统灾后性能；在本实施例中，采用故障类型产生模块给定的故障类型，根据系统元件状态计算系统在该故障类型下的脆弱性；

系统脆弱性评估模块，用以通过仿真计算，得到给定故障类型下的系统脆弱性。

所述系统脆弱性评估模块，采用调用MATLAB或CPLEX的计算软件采用蒙特-卡罗方法，对系统进行多次仿真，消除结果中的误差概率，从而计算得到系统在给定的故障类型下的系统脆弱性。

作为一个具体实施例，案例库自更新模块4还包括有知识库管理模块45和知识库46，所述的脆弱性分析案例,所述脆弱性分析案例会通过案例库管理模块41自动添加到数据库42，通过知识库管理模块45自动添加到知识库46中，形成新的脆弱性分析案例，并扩充案例库，以便后续构建基于系统脆弱性分析开发相关项目进行参考。

案例库自更新模块4还包括文档生成模块43，用以将得到系统脆弱性分析结构和决策方案转换成相应的设计文档，并存储到数据库中或输出到用户。

本发明的支撑平台还包括有结构模块管理模块5，用以为用户打印及到处最终的系统脆弱性分析案例。用户在确定最终案例之前，可以重新进行需求调查，对案例进行修改，并重新提交进行系统脆弱性分析，直到用户满意，完全符合用户需求为止。此时用户可以打印最终的案例进行参考，或者将案例以word、PDF、HTML等格式保存到本地，方便以后打印或者查看。

当支撑平台确定了用户需求信息，并根据需求信息和导入的系统基本信息得到系统脆弱性分析结果，改善系统脆弱性分析的决策方案以及考虑决策方案下系统的脆弱性结果，支撑平台就初步完成了系统脆弱性分析，并将系统脆弱性分析结果输入到候选方案中，同时候选方案将被输入到方案修改模块中，方案修改模块用于根据用户反馈的修改信息对形成的方案进行修改与调整，当平台确定了最终方案后，方案信息将被输入到文档生成器中，文档生成器用于对方案进行保存或者输出。

参看图4，本发明的一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台还包括系统管理模块7，包括：

安全管理模块，对数据库安全进行管理，该模块实现了对用户账户管理等功能，如新用户注册、用户密码修改以及用户访问权限管理等；

需求维护模块，实现对用户需求进行维护相关功能，该模块能够维护用户需求信息、问卷信息、问题说明、问题答案说明等。包括对问题、答案和相关说明的添加、删除以及修改；该模块与数据库相连接，从数据库中读取相关需求信息，做出相应调整后，输出到数据库中；

关联信息维护模块，实现对知识库进行维护等相关功能，该模块与数据库、知识库相连接，从数据库与知识库中读取信息进行修改与调整；

系统的案例维护模块，实现对案例的维护，比如对案例库中案例进行添加、修改、删除等操作；由于系统都是基于通用标准体系结构对用户项目给出具体分析过程和结果，而案例库中的案例也是基于通用标准体系结构，该系统对用户生成的方案将会智能的收集到案例库中，体现出了系统的自主学习性。

上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法,其特征在于，包括步骤如下：

步骤1，获取用户基本信息和分析需求项，并存入数据库中；

步骤2，根据给定的分析需求项，进行给定故障类型下的系统脆弱性分析，得到在不同灾害情形下系统的脆弱性值；

步骤3，根据系统脆弱性分析形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值；

步骤4，将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中；

所述系统脆弱性分析包括步骤：

步骤21，确定评估系统性能指标；

步骤22，根据性能指标，产生故障与用户要求匹配的故障类型；

步骤23，计算在给定故障类型下的系统元件失效概率；

步骤24，根据系统元件失效概率评估系统元件在给定故障类型下的工作状态；

步骤25，计算给定故障类型下的系统灾后性能；

步骤26，通过仿真计算，得到给定故障类型下的系统脆弱性；

还包括步骤41，将得到系统脆弱性分析结构和决策方案转换成相应的设计文档，并存储到数据库中或输出到用户。

2.根据权利要求1所述的基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法，其特征在于，所述基本信息包括用户的特征识别资料，所述分析需求项包括所研究系统的形式属性、领域从属、遭受破坏类型和系统抵抗破坏能力。

3.根据权利要求1所述的基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑方法，其特征在于，所述步骤26的仿真计算采用蒙特-卡罗方法，对系统进行多次仿真，消除结果中的误差概率，从而计算得到系统在给定的故障类型下的系统脆弱性。

4.一种基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台，其特征在于，包括：

数据获取模块，用以获取包含用户基本信息和分析需求项的数据，并存入数据库中；

系统脆弱性分析模块，用以根据数据获取模块所得用户的分析需求项，进行系统脆弱性分析；

反馈模块，用以根据系统脆弱性分析形成的结果，为用户提供改善系统脆弱性的决策意见，以及在考虑决策意见下系统的脆弱性值；

案例库自更新模块，用以将用户确认的系统脆弱性分析结果和改善意见，形成新的脆弱性分析案例，扩充到案例库中；

所述系统脆弱性分析模块包括：

系统性能指标定义模块，用以产生评估系统工作效率的性能指标；

故障类型产生模块，用以根据性能指标，产生故障与用户要求匹配的故障类型；

元件失效概率计算模块，用以计算在给定故障类型下的系统元件失效概率；

元件工作状态评估模块，用以根据系统元件失效概率评估系统元件在给定故障类型下的工作状态；

系统灾后评估模块，用以计算给定故障类型下的系统灾后性能；

系统脆弱性评估模块，用以通过仿真计算，得到给定故障类型下的系统脆弱性；

还包括文档生成模块，用以将得到系统脆弱性分析结构和决策方案转换成相应的设计文档，并存储到数据库中或输出到用户。

5.根据权利要求4所述的基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台，其特征在于，所述基本信息包括用户的特征识别资料，所述分析需求项包括所研究系统的形式属性、领域从属、遭受破坏类型和系统抵抗破坏能力。

6.根据权利要求4所述的基于系统脆弱性分析的信息系统开发通用支撑平台，其特征在于，还包括系统管理模块,所述系统管理模块包括：

安全管理模块，用以对数据库安全进行管理；

需求维护模块，实现对用户需求进行维护相关功能，该模块能够维护用户需求信息、问卷信息、问题说明、问题答案说明等；

关联信息维护模块，实现对知识库进行维护等相关功能，该模块与数据库、知识库相连接，从数据库与知识库中读取信息进行修改与调整；

系统的案例维护模块，实现对案例的维护，比如对案例库中案例进行添加、修改、删除等操作。

Images