實物保護技術發(fā)展趨勢分析

□郭 璇

實物保護是為了防止入侵者盜竊、搶劫或非法轉移核材料或蓄意破壞核設施所采取的安全防范措施，是核安保的重要組成部分。隨著核能行業(yè)的發(fā)展，國家對實物保護的重視程度日益提升，《中華人民共和國核安全法》要求，核設施營運單位應建立與核材料保護等級相適應的實物保護系統(tǒng)。頂層規(guī)劃不斷完善的同時，相應的法規(guī)標準也陸續(xù)完成了新的修訂，對實物保護提出了新的要求。同時，近年來以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的智能化技術飛速發(fā)展，無人化裝備在各行各業(yè)中廣泛應用，為實物保護系統(tǒng)的防御對象提供了多樣化的作案工具，其入侵形式也從傳統(tǒng)單一模式轉向多維空間。這些技術對實物保護提出要求和挑戰(zhàn)的同時，也可以提升實物保護系統(tǒng)和設備的性能，為其技術發(fā)展提供方向。

一、新法規(guī)新要求，促進實物保護全面提升

(一)網(wǎng)絡安全要求提升。2017年6月1日《中華人民共和國網(wǎng)絡安全法》正式實施，2019年開始網(wǎng)絡安全等級保護制度2.0相關的國家標準陸續(xù)發(fā)布，2020年1月1日《中華人民共和國密碼法》正式實施，2020年6月1日《網(wǎng)絡安全審查辦法》正式生效，這一系列法律、法規(guī)和標準的出臺，說明國家對于網(wǎng)絡安全的要求逐步規(guī)范完善，對于重點行業(yè)重點設施的網(wǎng)絡安全要求也有所提升，密碼技術已成為保障網(wǎng)絡空間安全的核心技術和基礎支撐[1]。國家原子能機構于2020年9月7日發(fā)布了網(wǎng)絡安全相關導則，包括《核設施網(wǎng)絡安全實施計劃》《核設施網(wǎng)絡安全技術類控制》和《核設施網(wǎng)絡安全運維和管理類控制》，其中明確了不同核設施實物保護的網(wǎng)絡安全保護等級，以及各級系統(tǒng)在哪些環(huán)節(jié)要使用密碼技術。實物保護系統(tǒng)包括人防、物防和技防三個部分，其中的技防部分是由網(wǎng)絡技術為支撐搭建的一套電子信息系統(tǒng)。技防系統(tǒng)的末端防護設備分散于設施的各個部分，其中超過一半的設備位于室外周界且通過TCP/IP網(wǎng)絡接入系統(tǒng)。雖然實物保護的網(wǎng)絡為內(nèi)部專網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)沒有接口，但系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡覆蓋面廣，接入設備類型和數(shù)量多，且對于內(nèi)部人員處于不設防狀態(tài)，系統(tǒng)如被入侵輕則會導致視頻圖像被篡改，系統(tǒng)因復核失效產(chǎn)生漏報警，重則會導致整個系統(tǒng)癱瘓。在上述新的網(wǎng)絡安全要求下，尤其是密碼技術的引入，可以有效加強對接入設備的保護和線路防護，提高關鍵設備數(shù)據(jù)的加密措施，降低信息截獲或偽造的風險，全方面提升實物保護的網(wǎng)絡安全防護能力。

(二)系統(tǒng)效能評估逐漸完善。2018年核安全局發(fā)布了核安全導則HAD501/02-2018《核設施實物保護》，該導則與2008版《核設施實物保護(試行)》相比增加了實物保護系統(tǒng)效能評估章節(jié)。導則要求實物保護系統(tǒng)在方案設計和系統(tǒng)運行等階段都應進行系統(tǒng)效能評估，并且在設計基礎數(shù)據(jù)(如設計基準威脅、保護目標、響應力量、核材料實物保護等級)改變后，或者實物保護系統(tǒng)發(fā)生重大變更后，也要重新進行系統(tǒng)效能評估?？蛇x擇的效能評估方法包括定性評估和定量評估。定性評估是通過專家系統(tǒng)依據(jù)相關標準，采用現(xiàn)場觀察、抽樣檢查、試驗和演習等方法對實物保護系統(tǒng)有效性進行評估。定量評估目前業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的方法，一般是通過量化系統(tǒng)探測、延遲和響應的各個要素，建立系統(tǒng)模型，分析薄弱路徑，計算薄弱路徑上的探測概率和阻止概率，從而量化評估系統(tǒng)的有效性。在設計階段進行效能評估，驗證系統(tǒng)對標準的符合型，分析薄弱環(huán)節(jié)，評估措施的效果并進行利益代價分析。在運行階段，除了上述分析外，還要對系統(tǒng)設備進行性能測試，對響應力量和策略進行演練和測試，綜合評估系統(tǒng)運行后的有效性。目前在設計階段實物保護系統(tǒng)都進行了效能評估，已運行核設施的實物保護系統(tǒng)也陸續(xù)開展了不同程度的效能評估，隨著系統(tǒng)效能評估的普及和評估頻度的增加，將持續(xù)推動實物保護系統(tǒng)設計和運維向規(guī)范化和科學化發(fā)展。

(三)加強全生命周期的管理。公安部主編GB50348-2018《安全防范工程技術標準》于2018年12月1日正式實施，2018版標準是在2004版的基礎上進行修訂的，其中最大的變化是突出了安全防范工程建設全生命周期管理的概念，對安全防范工程中立項、設計、施工、監(jiān)理、檢驗、驗收、咨詢以及系統(tǒng)運行、維護等各個環(huán)節(jié)提出通用性要求。部分實物保護工程存在“重建設、輕運維”的現(xiàn)象，系統(tǒng)剛建設后是達標的，但1、2年后卻故障頻發(fā)，分析原因往往是因為日常維護不到位，運行管理欠科學，形成“以升級改造代替日常維修”的死循環(huán)。隨著GB50348-2018標準的貫徹實施，實物保護工程的運行和維護也在逐漸完善，如根據(jù)系統(tǒng)運行環(huán)境和運行作業(yè)內(nèi)容，編制運行作業(yè)指導文件，優(yōu)化業(yè)務流程；建立合理的維護體系，規(guī)范日常維護、故障處理、特殊時期保障和維護評價；建立健全設備臺賬，對設備故障進行分級管理，針對設備特點進行預防性維修和備品備件管理；引入專業(yè)化咨詢服務機構，對系統(tǒng)全生命周期活動進行技術支持，保障實物保護系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮應有的作用。

二、面臨更多威脅挑戰(zhàn)，新的實物保護防御措施應運而生

目前國際形勢復雜多變，地區(qū)沖突頻發(fā)，熱點問題不斷，傳統(tǒng)安全和非傳統(tǒng)安全威脅相互交織恐怖襲擊事件不斷發(fā)生，涉核事件時有發(fā)生，核恐怖主義對核材料及核設施構成的威脅日益嚴峻[2]?？植酪u擊相關理論研究表明，敵手在策劃、發(fā)動襲擊時，通常會遵循利益最大化原則，即充分衡量襲擊所需付出的成本與可能獲得的襲擊收益之間的平衡[3]。隨著高新技術的飛速發(fā)展，新型技術裝備的應用領域也逐漸擴展到民用和消費領域，這些設備的智能化水平高，易于操作，且造價相對低廉，為敵手提供了良好的作案工具，提升了作案能力。在這樣的外部形勢下，核設施安保工作面臨的挑戰(zhàn)日趨多樣化，實物保護系統(tǒng)的壓力也愈加嚴峻。目前應對來自地面的人員、車輛等傳統(tǒng)陸域入侵威脅，實物保護防護的技術手段已相對成熟，防護能力也較為完備。但在多維空間的威脅方面，實物保護系統(tǒng)還需提升防御措施。典型的多維空間包括低空空域、水域和電磁空間三個方面。

(一)低空入侵威脅。隨著近年國家低空空域的逐漸開放，以及國家大力扶植支持通用航空和無人機產(chǎn)業(yè)發(fā)展，來自空中目標的威脅已經(jīng)日漸突出。隨著無人機等空中飛行器價格大幅走低、性能突飛猛進，貨架商品已具有高度集成、高智能化的性能，并具備一定的搭載能力。敵對分子的入侵手段也逐漸從常規(guī)的利用地面手段入侵向使用空中飛行器入侵轉移。我國部分核設施已經(jīng)不同程度受到來自于無人機、滑翔傘等低空飛行器的襲擾和威脅。國家有關部門已發(fā)函要求加強核電廠低空飛行器的安全防控工作，要求相關單位制定針對低空飛行器防控的管理程序，制定應急預案，加強飛行器的監(jiān)視和防控[4]。

(二)水域入侵威脅。類似于“低慢小”無人飛行器，隨著潛水和水下攝影活動的平民化，水下無人機或潛航器的技術也日趨民用化，水下無人機消費級產(chǎn)品價格在萬元檔，具有高清攝影和數(shù)小時的續(xù)航能力，工業(yè)級水下作業(yè)產(chǎn)品價格在十萬～幾十萬元不等，具備多設備掛載能力，一般最大下潛深度70余米，最大凈水速度1m/s。單人水下推進器消費級產(chǎn)品萬元左右即可購得，續(xù)航能力在1～2小時，最大凈水速度2m/s。這些設備都易被敵手利用，形成水域入侵威脅。對于臨水建設的核設施，如濱海型核電站，其實物保護系統(tǒng)主要基于陸基設計及建造，在海域方面未做過多的要求和防范。另一方面我國正在開展浮動反應堆、海島型核電站的研究工作，水下的入侵和攻擊具有相當?shù)碾[蔽性，且代價較小，與傳統(tǒng)偏重陸地防范的系統(tǒng)有較大不同[5]，因此重要目標的水下防御以及全范圍水域防范應成為實物保護的重要關注方向。

(三)電磁干擾威脅。隨著電子設備的無線化應用越來越廣泛，一方面射頻設備數(shù)量增多造成頻譜管理難度增大，易對核設施內(nèi)的精細電子儀器儀表設備產(chǎn)生電磁干擾，影響正常運行；另一方面，利用這一弱點，敵手也可能利用大功率無線電磁壓制設備對關鍵易受饒設備進行干擾，造成設備故障從而影響運行等風險。實物保護系統(tǒng)設備中大量密集地使用了傳感器、集成電路、芯片、通信網(wǎng)絡、導航定位等元器件，這些設備之間的電磁兼容性，系統(tǒng)自身以及系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的電磁兼容問題都需要引起重視。應對電磁干擾威脅，實物保護要從提高設備的射頻抗擾度能力和提高系統(tǒng)應對大功率電磁壓制的能力兩方面考慮。

面對這些新形式的威脅，實物保護工程應根據(jù)保護對象的安全需求，通過風險評估確定需要防范的具體風險。結合當前的內(nèi)外部環(huán)境條件和防范能力，針對可能對保護對象安全構成威脅的各類風險進行識別，對識別出的各種風險發(fā)生的可能性和造成后果(包括損失和不良影響)的嚴重性進行分析，結合項目對風險的承受度和容忍度，對需要通過實物保護系統(tǒng)進行防范的風險進行確認。通過上述風險防范規(guī)劃，合理構建有針對性的技術防御系統(tǒng)，并統(tǒng)籌規(guī)劃相應的人力防范能力。

三、深度融合人工智能，推進實物保護技術革新

與實物保護的防御對象相同，實物保護本身也在不斷利用智能化的技術和裝備提高自身的防御能力。人工智能技術正在以超乎人們想象的速度與各行各業(yè)融合，實物保護系統(tǒng)具有海量和層次豐富的數(shù)據(jù)，是其最好的應用領域。人工智能在實物保護系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)在視頻結構化、生物識別和大數(shù)據(jù)分析等新領域的技術拓展和傳統(tǒng)領域的技術提升兩方面。

視頻結構化融合了機器視覺、圖像處理、模式識別、深度識別等前沿的技術，是一種基于目標行為的智能監(jiān)控技術。應用該技術對圖像進行自動分析、識別、跟蹤、理解和描述能有效提高傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的效能，提高實物保護系統(tǒng)探測和復核的有效性。視頻結構化的技術實現(xiàn)包括：目標檢測、目標跟蹤和目標屬性提取。目標檢測是從視頻中識別有效目標和無效目標，在實物保護系統(tǒng)中一般將人員、車輛、人臉、滯留物等設置為有效目標，將樹葉、光線、陰影等設置為無效目標。目標跟蹤指在場景中的持續(xù)跟蹤有效目標。目標屬性提取是對有效目標屬性進行識別，判斷該目標具有哪些可視化的特征屬性，如人員性別、年齡、著裝、姿態(tài)、車輛車型、號牌、顏色等。

生物識別技術是利用人體固有的生理特性和行為特征來進行個人身份鑒定的技術。目前實物保護系統(tǒng)中應用較多的生物識別技術包括人臉識別和虹膜識別。傳統(tǒng)的人臉識別易受到姿態(tài)、光照、清晰度等因素的影響，特征相似度閾值的設置也會對其準確度有一定影響，所以在實物保護系統(tǒng)中往往需要疊加另一種身份識別方式，比如智能卡。人工智能技術的應用，可以更精準地分析人臉部特征，而不是簡單的圖像對比，從而提高人臉識別的準確度。同時通過面部表情分析，可判斷人員可能的狀態(tài)，進而開展人員可靠性分析，進行一定程度的預警。同時結合視頻結構化和人臉識別技術可以幫助管理人員從大量視頻圖像中快速找到具有特定特征的“目標人”，縮短系統(tǒng)響應時間。

大數(shù)據(jù)技術為人工智能提供強大的分布式計算能力和知識庫管理能力，是人工智能分析預測、自主完善的重要支撐。其包含三大部分：海量數(shù)據(jù)管理、大規(guī)模分布式計算和數(shù)據(jù)挖掘。實物保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括人員信息數(shù)據(jù)、人員和車輛通行數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控圖像、入侵報警數(shù)據(jù)、安保通信通話數(shù)據(jù)、巡更數(shù)據(jù)、電源監(jiān)控數(shù)據(jù)及設備管理數(shù)據(jù)等。對這些數(shù)據(jù)進行梳理及挖掘，分析其內(nèi)在規(guī)律，可進行輿情監(jiān)控和事件預警。

人工智能技術還將為實物保護傳統(tǒng)領域帶來技術提升。傳統(tǒng)的入侵探測器大多輸出模擬開關量報警信號，加之探測器本身的固有特性，在實際使用中很難避免噪擾報警的發(fā)生，造成控制室報警頻發(fā)，難于區(qū)分有效報警和噪擾報警的情況。通過引入自學習算法，可以對探測器的報警信號進行分析判斷，過濾噪擾報警，提高系統(tǒng)管理效能。傳統(tǒng)的巡更巡檢也將逐漸被智能化設備所替代，如視頻巡邏、機器人巡邏和無人機巡邏，將最大限度地減少人因失誤和系統(tǒng)運行的人力成本。在人工智能的賦能下，實物保護系統(tǒng)將從傳統(tǒng)的被動防御向主動判斷和預警方向發(fā)展。

四、結語

在未來實物保護系統(tǒng)將不斷提高應對新型威脅的能力，繼續(xù)提升網(wǎng)絡安全防護水平，持續(xù)完善系統(tǒng)效能分析方法，建立健全的全生命周期管理機制，并加速與新型智能化技術相融合。對于新技術既要最大化利用，又要最大化防御。從業(yè)人員應時刻保持高度的敏銳性，具備前瞻性，加強自身的學習能力和創(chuàng)新能力，共同推動實物保護將朝著高安全、高質量、高可靠的方向邁進，為核能發(fā)展營造良好的生態(tài)環(huán)境。