實物保護集成管理系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展

胡洪濤，林 雯

（國家核安保技術(shù)中心，北京 102401）

近年來，我國自主可控的信息技術(shù)得到了較快發(fā)展，信息技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展越來越廣泛，帶動各行業(yè)各領(lǐng)域逐步由模擬時代過渡到信息化的數(shù)字時代，為國民經(jīng)濟發(fā)展帶來勃勃生機。當前，信息技術(shù)的普及應(yīng)用，為各行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，各行業(yè)各領(lǐng)域與數(shù)字技術(shù)深度融合的態(tài)勢在不斷深化發(fā)展，這對各行業(yè)的資源優(yōu)化重組、技術(shù)更新?lián)Q代和競爭格局變化起到了明顯的推動作用，其影響力不可忽視。

隨著系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)的信息系統(tǒng)逐步由單一的功能系統(tǒng)向多功能系統(tǒng)綜合應(yīng)用方向發(fā)展。在實現(xiàn)多功能系統(tǒng)的綜合應(yīng)用、數(shù)據(jù)信息共享、系統(tǒng)接口統(tǒng)一及人機界面優(yōu)化等工作中，系統(tǒng)集成技術(shù)起到了不可或缺的作用，為各行業(yè)各領(lǐng)域優(yōu)化資源配置、提高資源利用率、推動行業(yè)全面發(fā)展，提供了有效的解決途徑。

1 系統(tǒng)集成技術(shù)

從現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢來說，科學技術(shù)領(lǐng)域分工越來越細，相繼出現(xiàn)了新的學科方向和新的專業(yè)領(lǐng)域，有逐步分化的趨勢。同時，現(xiàn)有的不同學科、不同領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)和專業(yè)方向又相互交叉并相互融合，呈現(xiàn)出逐漸綜合和高度集成的趨勢。

系統(tǒng)集成就是基于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，融合計算機軟件技術(shù)，將各個獨立分離的設(shè)備、功能模塊和信息集成到相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的系統(tǒng)中，通過開發(fā)專用集成管理軟件，將各功能系統(tǒng)通過技術(shù)接口集中到集成管理軟件進行功能聯(lián)動和統(tǒng)一管理，推動數(shù)據(jù)資源交互、網(wǎng)絡(luò)資源共享，實現(xiàn)系統(tǒng)的集中、高效、便捷的統(tǒng)一管理，其核心是強調(diào)運用系統(tǒng)的思想和理念指導行業(yè)的管理行為與實踐，突出的是一體化系統(tǒng)思維，是一種效率和效果并重的系統(tǒng)管理模式。

按照資源共享與集中的深度，系統(tǒng)集成可分為網(wǎng)絡(luò)集成、界面集成和功能集成等不同層次。其中網(wǎng)絡(luò)集成和界面集成，主要實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源和操作界面的統(tǒng)一集中，實現(xiàn)的是一種資源的集合，形成了1+1=2 的效果。通常所說的系統(tǒng)集成主要是指系統(tǒng)功能層面的集成，是在網(wǎng)絡(luò)資源集合的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了各功能模塊的數(shù)據(jù)共享和邏輯處理，目的是達到1+1＞2 的效果，其關(guān)鍵在于解決系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、信息互聯(lián)和操作互通等問題，是一個多產(chǎn)品、多協(xié)議并面向多種應(yīng)用需求的體系性平臺。在功能集成過程中，各組成模塊之間能彼此有機、協(xié)調(diào)地工作，以發(fā)揮整體效益，在各功能模塊基礎(chǔ)上實現(xiàn)新的功能。因此，功能集成需要解決各類設(shè)備、各功能模塊之間數(shù)據(jù)共享與信息互通的接口、協(xié)議、操作平臺及軟件界面等問題，是一項綜合性很強的技術(shù)問題。

2 實物保護系統(tǒng)

基于縱深防御、均衡保護的原則要求而建立起來的安全防范技術(shù)體系，主要包括探測、延遲和響應(yīng)三大組成部分。其中，探測主要是指通過入侵探測報警、視頻監(jiān)控復(fù)核、出入控制管理以及巡更、通信指揮等技術(shù)手段和管理措施，實現(xiàn)對非法入侵行為的及時感知與復(fù)核確認；延遲主要設(shè)置利用各保護區(qū)域周界、出入口設(shè)施、保護目標建筑物外墻及門窗等實體屏障，延緩非法入侵者的進入與撤離行動，為響應(yīng)力量爭取應(yīng)對準備和到達事件現(xiàn)場的時間；響應(yīng)是指確定非法入侵事件發(fā)生后按照預(yù)案所采取的抵御和制止非法入侵行為的一系列行動，包括響應(yīng)預(yù)案的啟動、報告、增援和戰(zhàn)斗等，實物保護值班執(zhí)勤及負責核設(shè)施守衛(wèi)的人員承擔相應(yīng)職責，在技術(shù)措施上包括通信指揮和響應(yīng)裝備等內(nèi)容。

3 實物保護集成管理

根據(jù)我國相關(guān)法規(guī)標準要求，保衛(wèi)控制中心是實物保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和信息匯聚的中心樞紐。早期實物保護系統(tǒng)中的入侵探測、視頻監(jiān)控、出入控制和通訊指揮等功能系統(tǒng)相互獨立且互不干擾和影響。發(fā)生報警事件時，由值班人員按照要求調(diào)取對應(yīng)區(qū)域視頻監(jiān)控圖像進行復(fù)核確認，一旦確認發(fā)生非法入侵事件，由值班人員通過有線或無線對講系統(tǒng)進行逐級上報。在非法入侵事件發(fā)生時，實物保護系統(tǒng)的處理與響應(yīng)速度，很大程度上受到值班人員對實物保護各功能系統(tǒng)的操作能力和對處理流程的掌握程度等因素的制約，影響實物保護的及時應(yīng)對與快速響應(yīng)。

隨著技術(shù)的發(fā)展，我國實物保護技術(shù)標準體系也逐步完善。為使實物保護系統(tǒng)中的入侵探測報警、視頻監(jiān)控、出入控制、通訊指揮和巡更等功能子系統(tǒng)相互融合，現(xiàn)有實物保護標準體系中，《核材料與核設(shè)施核安保的實物保護要求》（EJ/T 1054-2018）提出了保衛(wèi)控制中心設(shè)置實物保護集成管理系統(tǒng)的內(nèi)容，針對實物保護集成管理系統(tǒng)的具體功能提出了明確的技術(shù)要求。增加實物保護集成管理系統(tǒng)后，實物保護系統(tǒng)整體功能得到了進一步完善和發(fā)展，形成了以專用網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息化網(wǎng)絡(luò)體系。入侵探測報警、視頻監(jiān)控、出入控制、通訊指揮等基本功能模塊的前端設(shè)備的信息通過控制器、交換機等中間傳輸設(shè)備，將探測報警信號、視頻圖像、出入控制以及通訊信號傳輸至各功能模塊的管理工作站，各功能模塊管理工作站在實現(xiàn)對前端設(shè)備信號處理、管理與控制的同時，通過交換機等設(shè)備接入到實物保護專用網(wǎng)絡(luò)中，實物保護設(shè)集成管理系統(tǒng)配備了雙機熱備服務(wù)器及管理工作站，對各入侵探測報警、視頻監(jiān)控、出入控制、通訊指揮等功能模塊的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理和分析，形成了數(shù)據(jù)互通、信息共享和聯(lián)動控制的有機整體，提高了實物保護系統(tǒng)對非法入侵行為的及時感知與快速應(yīng)對能力，系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 實物保護系統(tǒng)基本架構(gòu)Fig.1 Basic architecture of physical protection system

2018 年發(fā)布的《核材料與核設(shè)施實物保護集成管理系統(tǒng)技術(shù)要求》（EJ/T 20199-2018）中，對實物保護集成管理系統(tǒng)的定義為：通過鏈接、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等的綜合運用，對實物保護各子系統(tǒng)信息進行匯聚、顯示和處理，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的連接、數(shù)據(jù)交換、功能應(yīng)用，為核設(shè)施相關(guān)部門和人員提供管理服務(wù)。該標準從可靠性、兼容性、可維護性和安全性等方面的總體要求，以及系統(tǒng)整體設(shè)計、系統(tǒng)功能設(shè)計和系統(tǒng)接口設(shè)計等方面提出了明確要求。其系統(tǒng)功能部分可分為基本功能、運維管理、后臺管理和安全管理四個方面的內(nèi)容，其中基本功能提出了電子地圖、探測報警、視頻監(jiān)控、出入控制、專用通訊、巡更管理、預(yù)案管理、設(shè)備管理和報表管理等方面的要求，運維管理提出了運行事件信息、用戶使用信息和日志信息檢索等方面的要求，后臺管理提出了用戶管理、權(quán)限管理、時間管理和存儲管理等方面的要求，安全管理提出了登錄安全、系統(tǒng)可靠性及網(wǎng)絡(luò)安全等方面的要求。

3.1 實物保護集成管理技術(shù)特點

實物保護集成管理平臺是結(jié)合實物保護系統(tǒng)的特點和管理要求，依托信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)，將分散的、相互獨立的、工作原理和技術(shù)特點完全不同的視頻監(jiān)控、入侵探測報警、出入控制和通訊指揮等各子系統(tǒng)用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和統(tǒng)一的人機界面進行集成，實現(xiàn)實物保護系統(tǒng)各功能模塊集中統(tǒng)一管理的系統(tǒng)平臺，具有集成性、可靠性、可擴容性的特點。

（1）集成性

集成管理平臺通過全局性的管理功能模塊與通信控制模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息上傳與控制指令下達的功能，即在對各功能子系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的融合分析計算后，向相關(guān)功能子系統(tǒng)下達特定指令，各功能模塊能準確接收、識別和執(zhí)行集成管理平臺下達指令。當入侵事件發(fā)生時，入侵報警系統(tǒng)或出入控制系統(tǒng)產(chǎn)生的報警信息通過集成管理平臺聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對應(yīng)區(qū)域的現(xiàn)場實時視頻圖像直接在大屏幕上彈出，同時設(shè)在保衛(wèi)控制中心監(jiān)控大廳的聲光報警設(shè)備向值班人員發(fā)出報警提醒，值班人員通過實時視頻圖像及對應(yīng)區(qū)域的歷史圖像進行復(fù)核確認，并通過集成管理平臺提示的應(yīng)對預(yù)案及處置流程，直接點擊集成的通行系統(tǒng)進行上報并向駐廠響應(yīng)力量提供準確的信息支持。

（2）可靠性

本文針對裂隙巖基上修筑土石壩這種特殊滲流區(qū)域，根據(jù)裂隙系統(tǒng)與連續(xù)介質(zhì)系統(tǒng)交界處節(jié)點水頭一致的原則，將裂隙系統(tǒng)和連續(xù)介質(zhì)系統(tǒng)的單元傳導系數(shù)矩陣組集在一起，形成裂隙-連續(xù)介質(zhì)整體耦合滲流剛度矩陣，然后對整體方程求解滲流場。編制了裂隙-連續(xù)介質(zhì)耦合滲流分析程序，算例驗證了程序的可靠性。

集成管理平臺與各子系統(tǒng)以分散的方式進行連接和運行，不會因集成管理平臺或某子系統(tǒng)故障，引發(fā)其他子系統(tǒng)的連鎖故障，真正實現(xiàn)“集中管理、分散控制”的特點；同時，系統(tǒng)在交換機、服務(wù)器等硬件系統(tǒng)建設(shè)中采用冗余備份配置，保障在個別硬件設(shè)備故障情況下能無縫切換到備用設(shè)備，保證了系統(tǒng)的可靠性。

（3）擴容性

實物保護系統(tǒng)的規(guī)模和容量，也在隨著核設(shè)施規(guī)模的擴大以及實物保護新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用而發(fā)生變化，這就要求建成的實物保護系統(tǒng)的各功能系統(tǒng)和集成系統(tǒng)具有一定的擴容能力，且根據(jù)任務(wù)量的增加和前端設(shè)備量的變化，進行適當?shù)臄U容后，不影響系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性。

實物保護集成管理系統(tǒng)為跨子系統(tǒng)聯(lián)動提供了基礎(chǔ)平臺，改變了原有實物保護系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間缺乏互聯(lián)互通，相關(guān)信息及聯(lián)動靠人工查詢、操作的模式，實現(xiàn)了各子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)動與集中管理，提高了實物保護系統(tǒng)的自動化水平和執(zhí)行效率，減輕了操作人員的勞動強度，降低了誤操作的概率。

統(tǒng)一的集成管理，是實物保護系統(tǒng)完善管理模式，適應(yīng)在信息化條件下多功能模塊、多類型數(shù)據(jù)統(tǒng)一協(xié)調(diào)和資源共享的根本要求和必然選擇。統(tǒng)一的集成管理要求各功能模塊與集成管理系統(tǒng)具有通信與控制的專用接口協(xié)議，同時集成管理系統(tǒng)應(yīng)具有全局信息綜合分析、管理與控制能力，有條不紊地接收、分析各功能模塊傳送的數(shù)據(jù)信息，生成各類復(fù)雜的指令和動作。

3.2 實物保護集成管理系統(tǒng)存在的問題

雖然，我國基于實際工作的需要，對實物保護集成管理系統(tǒng)提出明確的要求，但在實際應(yīng)用中，存在一些影響實物保護集成管理系統(tǒng)高效運行的問題，具體包括：

（1）與各子系統(tǒng)的接口標準不統(tǒng)一

各子系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)類型的復(fù)雜性，尚未建立各功能子系統(tǒng)與集成管理系統(tǒng)之間的接口標準，這加劇了集成管理平臺的開發(fā)及工程調(diào)試的復(fù)雜程度，制約了實物保護集成管理系統(tǒng)的進一步完善和發(fā)展。

實物保護系統(tǒng)涉及電子、信息、激光、雷達、力學、通訊和網(wǎng)絡(luò)等多領(lǐng)域多學科，屬于高新技術(shù)領(lǐng)域，構(gòu)成各功能子系統(tǒng)的設(shè)備種類多、數(shù)量大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。結(jié)合實物保護系統(tǒng)要求而實現(xiàn)的各功能模塊之間的數(shù)據(jù)通信接口，是實物保護集成管理系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，新的技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，特別是我國自主可控技術(shù)處于快速發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)更新較快，這為實物保護集成管理系統(tǒng)與各功能系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信接口的建立，帶來了一定的難度和復(fù)雜度。因此，建立統(tǒng)一的接口標準是一項相當復(fù)雜而又急需開展的工作。

（2）集成管理平臺智能分析能力不足

大數(shù)據(jù)、云計算、智能分析、網(wǎng)絡(luò)安全以及可視化運維等新技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，為各行業(yè)各領(lǐng)域的信息系統(tǒng)整體水平的提升提供了全新的技術(shù)手段，也催生了很多新的應(yīng)用。而實物保護集成管理系統(tǒng)在新技術(shù)應(yīng)用和智能分析等方面與其他行業(yè)相比存在明顯不足。實物保護系統(tǒng)又是特別重要、高度綜合、集中管理的信息技術(shù)體系，基于大數(shù)據(jù)、智能分析、網(wǎng)絡(luò)安全及可視化技術(shù)，借鑒其他行業(yè)成功經(jīng)驗，建立新一代實物保護集成管理系統(tǒng)，對于提升實物保護系統(tǒng)的智能化水平和運行效率，具有十分重要的意義和行業(yè)推動作用。

因此，系統(tǒng)接口技術(shù)和智能分析應(yīng)用將是實物保護集成技術(shù)發(fā)展的重點方向。

4 展望

系統(tǒng)集成有利于引進先進的集成體系架構(gòu)，從根本上改變傳統(tǒng)的系統(tǒng)體系架構(gòu)及應(yīng)用管理模式。系統(tǒng)集成有利于提高系統(tǒng)的集成度和整體性，實現(xiàn)人機操作界面的統(tǒng)一、操作管理流程的統(tǒng)一和技術(shù)接口標準的統(tǒng)一，進一步提高系統(tǒng)的可用性和便捷性。

實物保護系統(tǒng)，由獨立的模塊化的功能系統(tǒng)，逐漸走向集成管理，實現(xiàn)實物保護系統(tǒng)信息化能力的第一次飛躍，形成實物保護系統(tǒng)管理的核心平臺。其在實物保護技術(shù)體系中的作用越來越重要，極大地提高了實物保護系統(tǒng)能力，降低了操作人員的技術(shù)難度和勞動強度。當前，高新技術(shù)的發(fā)展日趨成熟且應(yīng)用日趨廣泛，為滿足實物保護系統(tǒng)適應(yīng)新形勢的需要，實物保護集成管理系統(tǒng)在不斷完善各功能模塊接口統(tǒng)一工作的同時，在如下幾個方面將有更大的發(fā)展空間。

4.1 在集成管理方面，實現(xiàn)三維整體顯示

隨著三維圖像融合技術(shù)的發(fā)展，運用三維地理信息技術(shù)對核設(shè)施單位所在區(qū)域進行三維建模。通過圖像融合技術(shù)，將實物保護系統(tǒng)中的多個攝像機實時圖像與三維地理信息模型進行實時融合，實現(xiàn)動態(tài)視頻與虛擬場景的實時融合，并將周界實體屏障、入侵探測和出入控制等實物保護要素融合到核設(shè)施三維地理信息系統(tǒng)中，形成整體三維電子地圖。通過智能分析及預(yù)測計算，虛實結(jié)合，實現(xiàn)對人員活動軌跡和現(xiàn)場報警信息等內(nèi)容的實時、整體顯示，實現(xiàn)更高程度的功能集成，使實物保護系統(tǒng)的監(jiān)控更直觀、操作更高效，能有效提高操作使用效率，節(jié)約管理成本。

4.2 在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，實現(xiàn)智能分析處理

智能分析技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用，帶動了相關(guān)行業(yè)信息技術(shù)水平的提升，同時也產(chǎn)生了一些新的應(yīng)用方向。將實物保護技術(shù)與智能分析技術(shù)進行融合，對現(xiàn)有實物保護系統(tǒng)進行邏輯分析與數(shù)據(jù)挖掘，對于提升實物保護系統(tǒng)整體技術(shù)的發(fā)展將起到較大的推動作用。通過智能分析處理，對入侵探測報警及出入控制報警等信息進行分級分類處理，對報警聯(lián)動及預(yù)案管理進行智能預(yù)處理，對出入控制與探測報警信息進行智能聯(lián)動分析等，既能提高系統(tǒng)處理效率和降低誤報率，同時也能降低對值班人員的依賴程度并減少值班人員的操作工作量，從而降低人員誤操作發(fā)生的可能性。

4.3 在系統(tǒng)運維方面，實現(xiàn)系統(tǒng)整體運行態(tài)勢可視化

實物保護系統(tǒng)由不同類型設(shè)備組成，設(shè)備運行的狀態(tài)及運維水平直接影響實物保護系統(tǒng)的有效性。隨著實物保護系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)中的設(shè)備接入量也在增多，設(shè)備運行的狀態(tài)對實物保護系統(tǒng)運行的有效性將產(chǎn)生不可忽視的影響。通過可視化智能運維技術(shù)的應(yīng)用，實物保護集成管理系統(tǒng)能夠?qū)尤胂到y(tǒng)中的設(shè)備運行態(tài)勢進行實時監(jiān)測、直觀顯示與預(yù)測分析。對發(fā)生故障的設(shè)備，實物保護集成管理系統(tǒng)通過報警的方式及時提醒，對即將達到可靠性時間的設(shè)備運行情況進行預(yù)測分析和提示，有利于提高系統(tǒng)運維技術(shù)水平。