实物保护集成管理系统应用与发展

胡洪涛，林 雯

（国家核安保技术中心，北京 102401）

近年来，我国自主可控的信息技术得到了较快发展，信息技术在各行各业的应用和发展越来越广泛，带动各行业各领域逐步由模拟时代过渡到信息化的数字时代，为国民经济发展带来勃勃生机。当前，信息技术的普及应用，为各行业实现数字化转型奠定了技术基础，各行业各领域与数字技术深度融合的态势在不断深化发展，这对各行业的资源优化重组、技术更新换代和竞争格局变化起到了明显的推动作用，其影响力不可忽视。

随着系统技术的发展，各行业的信息系统逐步由单一的功能系统向多功能系统综合应用方向发展。在实现多功能系统的综合应用、数据信息共享、系统接口统一及人机界面优化等工作中，系统集成技术起到了不可或缺的作用，为各行业各领域优化资源配置、提高资源利用率、推动行业全面发展，提供了有效的解决途径。

1 系统集成技术

从现代科学技术的发展态势来说，科学技术领域分工越来越细，相继出现了新的学科方向和新的专业领域，有逐步分化的趋势。同时，现有的不同学科、不同领域的专业技术和专业方向又相互交叉并相互融合，呈现出逐渐综合和高度集成的趋势。

系统集成就是基于信息网络技术，融合计算机软件技术，将各个独立分离的设备、功能模块和信息集成到相互关联、统一协调的系统中，通过开发专用集成管理软件，将各功能系统通过技术接口集中到集成管理软件进行功能联动和统一管理，推动数据资源交互、网络资源共享，实现系统的集中、高效、便捷的统一管理，其核心是强调运用系统的思想和理念指导行业的管理行为与实践，突出的是一体化系统思维，是一种效率和效果并重的系统管理模式。

按照资源共享与集中的深度，系统集成可分为网络集成、界面集成和功能集成等不同层次。其中网络集成和界面集成，主要实现了网络资源和操作界面的统一集中，实现的是一种资源的集合，形成了1+1=2 的效果。通常所说的系统集成主要是指系统功能层面的集成，是在网络资源集合的基础上，实现了各功能模块的数据共享和逻辑处理，目的是达到1+1＞2 的效果，其关键在于解决系统之间的数据共享、信息互联和操作互通等问题，是一个多产品、多协议并面向多种应用需求的体系性平台。在功能集成过程中，各组成模块之间能彼此有机、协调地工作，以发挥整体效益，在各功能模块基础上实现新的功能。因此，功能集成需要解决各类设备、各功能模块之间数据共享与信息互通的接口、协议、操作平台及软件界面等问题，是一项综合性很强的技术问题。

2 实物保护系统

基于纵深防御、均衡保护的原则要求而建立起来的安全防范技术体系，主要包括探测、延迟和响应三大组成部分。其中，探测主要是指通过入侵探测报警、视频监控复核、出入控制管理以及巡更、通信指挥等技术手段和管理措施，实现对非法入侵行为的及时感知与复核确认；延迟主要设置利用各保护区域周界、出入口设施、保护目标建筑物外墙及门窗等实体屏障，延缓非法入侵者的进入与撤离行动，为响应力量争取应对准备和到达事件现场的时间；响应是指确定非法入侵事件发生后按照预案所采取的抵御和制止非法入侵行为的一系列行动，包括响应预案的启动、报告、增援和战斗等，实物保护值班执勤及负责核设施守卫的人员承担相应职责，在技术措施上包括通信指挥和响应装备等内容。

3 实物保护集成管理

根据我国相关法规标准要求，保卫控制中心是实物保护系统的数据通信和信息汇聚的中心枢纽。早期实物保护系统中的入侵探测、视频监控、出入控制和通讯指挥等功能系统相互独立且互不干扰和影响。发生报警事件时，由值班人员按照要求调取对应区域视频监控图像进行复核确认，一旦确认发生非法入侵事件，由值班人员通过有线或无线对讲系统进行逐级上报。在非法入侵事件发生时，实物保护系统的处理与响应速度，很大程度上受到值班人员对实物保护各功能系统的操作能力和对处理流程的掌握程度等因素的制约，影响实物保护的及时应对与快速响应。

随着技术的发展，我国实物保护技术标准体系也逐步完善。为使实物保护系统中的入侵探测报警、视频监控、出入控制、通讯指挥和巡更等功能子系统相互融合，现有实物保护标准体系中，《核材料与核设施核安保的实物保护要求》（EJ/T 1054-2018）提出了保卫控制中心设置实物保护集成管理系统的内容，针对实物保护集成管理系统的具体功能提出了明确的技术要求。增加实物保护集成管理系统后，实物保护系统整体功能得到了进一步完善和发展，形成了以专用网络为基础的信息化网络体系。入侵探测报警、视频监控、出入控制、通讯指挥等基本功能模块的前端设备的信息通过控制器、交换机等中间传输设备，将探测报警信号、视频图像、出入控制以及通讯信号传输至各功能模块的管理工作站，各功能模块管理工作站在实现对前端设备信号处理、管理与控制的同时，通过交换机等设备接入到实物保护专用网络中，实物保护设集成管理系统配备了双机热备服务器及管理工作站，对各入侵探测报警、视频监控、出入控制、通讯指挥等功能模块的数据进行统一处理和分析，形成了数据互通、信息共享和联动控制的有机整体，提高了实物保护系统对非法入侵行为的及时感知与快速应对能力，系统的基本架构如图1 所示。

图1 实物保护系统基本架构Fig.1 Basic architecture of physical protection system

2018 年发布的《核材料与核设施实物保护集成管理系统技术要求》（EJ/T 20199-2018）中，对实物保护集成管理系统的定义为：通过链接、数据、应用等的综合运用，对实物保护各子系统信息进行汇聚、显示和处理，实现各子系统的连接、数据交换、功能应用，为核设施相关部门和人员提供管理服务。该标准从可靠性、兼容性、可维护性和安全性等方面的总体要求，以及系统整体设计、系统功能设计和系统接口设计等方面提出了明确要求。其系统功能部分可分为基本功能、运维管理、后台管理和安全管理四个方面的内容，其中基本功能提出了电子地图、探测报警、视频监控、出入控制、专用通讯、巡更管理、预案管理、设备管理和报表管理等方面的要求，运维管理提出了运行事件信息、用户使用信息和日志信息检索等方面的要求，后台管理提出了用户管理、权限管理、时间管理和存储管理等方面的要求，安全管理提出了登录安全、系统可靠性及网络安全等方面的要求。

3.1 实物保护集成管理技术特点

实物保护集成管理平台是结合实物保护系统的特点和管理要求，依托信息化、网络化、智能化技术，将分散的、相互独立的、工作原理和技术特点完全不同的视频监控、入侵探测报警、出入控制和通讯指挥等各子系统用统一的网络环境和统一的人机界面进行集成，实现实物保护系统各功能模块集中统一管理的系统平台，具有集成性、可靠性、可扩容性的特点。

（1）集成性

集成管理平台通过全局性的管理功能模块与通信控制模块，实现数据信息上传与控制指令下达的功能，即在对各功能子系统上传数据的融合分析计算后，向相关功能子系统下达特定指令，各功能模块能准确接收、识别和执行集成管理平台下达指令。当入侵事件发生时，入侵报警系统或出入控制系统产生的报警信息通过集成管理平台联动视频监控系统，对应区域的现场实时视频图像直接在大屏幕上弹出，同时设在保卫控制中心监控大厅的声光报警设备向值班人员发出报警提醒，值班人员通过实时视频图像及对应区域的历史图像进行复核确认，并通过集成管理平台提示的应对预案及处置流程，直接点击集成的通行系统进行上报并向驻厂响应力量提供准确的信息支持。

（2）可靠性

本文针对裂隙岩基上修筑土石坝这种特殊渗流区域，根据裂隙系统与连续介质系统交界处节点水头一致的原则，将裂隙系统和连续介质系统的单元传导系数矩阵组集在一起，形成裂隙-连续介质整体耦合渗流刚度矩阵，然后对整体方程求解渗流场。编制了裂隙-连续介质耦合渗流分析程序，算例验证了程序的可靠性。

集成管理平台与各子系统以分散的方式进行连接和运行，不会因集成管理平台或某子系统故障，引发其他子系统的连锁故障，真正实现“集中管理、分散控制”的特点；同时，系统在交换机、服务器等硬件系统建设中采用冗余备份配置，保障在个别硬件设备故障情况下能无缝切换到备用设备，保证了系统的可靠性。

（3）扩容性

实物保护系统的规模和容量，也在随着核设施规模的扩大以及实物保护新技术的发展应用而发生变化，这就要求建成的实物保护系统的各功能系统和集成系统具有一定的扩容能力，且根据任务量的增加和前端设备量的变化，进行适当的扩容后，不影响系统的功能和稳定性。

实物保护集成管理系统为跨子系统联动提供了基础平台，改变了原有实物保护系统各子系统之间缺乏互联互通，相关信息及联动靠人工查询、操作的模式，实现了各子系统之间的信息联动与集中管理，提高了实物保护系统的自动化水平和执行效率，减轻了操作人员的劳动强度，降低了误操作的概率。

统一的集成管理，是实物保护系统完善管理模式，适应在信息化条件下多功能模块、多类型数据统一协调和资源共享的根本要求和必然选择。统一的集成管理要求各功能模块与集成管理系统具有通信与控制的专用接口协议，同时集成管理系统应具有全局信息综合分析、管理与控制能力，有条不紊地接收、分析各功能模块传送的数据信息，生成各类复杂的指令和动作。

3.2 实物保护集成管理系统存在的问题

虽然，我国基于实际工作的需要，对实物保护集成管理系统提出明确的要求，但在实际应用中，存在一些影响实物保护集成管理系统高效运行的问题，具体包括：

（1）与各子系统的接口标准不统一

各子系统由于数据类型的复杂性，尚未建立各功能子系统与集成管理系统之间的接口标准，这加剧了集成管理平台的开发及工程调试的复杂程度，制约了实物保护集成管理系统的进一步完善和发展。

实物保护系统涉及电子、信息、激光、雷达、力学、通讯和网络等多领域多学科，属于高新技术领域，构成各功能子系统的设备种类多、数量大，系统结构复杂。结合实物保护系统要求而实现的各功能模块之间的数据通信接口，是实物保护集成管理系统需要解决的关键技术之一，而且随着技术的发展，新的技术产品不断涌现，特别是我国自主可控技术处于快速发展阶段，相关技术更新较快，这为实物保护集成管理系统与各功能系统之间的数据通信接口的建立，带来了一定的难度和复杂度。因此，建立统一的接口标准是一项相当复杂而又急需开展的工作。

（2）集成管理平台智能分析能力不足

大数据、云计算、智能分析、网络安全以及可视化运维等新技术的发展及广泛应用，为各行业各领域的信息系统整体水平的提升提供了全新的技术手段，也催生了很多新的应用。而实物保护集成管理系统在新技术应用和智能分析等方面与其他行业相比存在明显不足。实物保护系统又是特别重要、高度综合、集中管理的信息技术体系，基于大数据、智能分析、网络安全及可视化技术，借鉴其他行业成功经验，建立新一代实物保护集成管理系统，对于提升实物保护系统的智能化水平和运行效率，具有十分重要的意义和行业推动作用。

因此，系统接口技术和智能分析应用将是实物保护集成技术发展的重点方向。

4 展望

系统集成有利于引进先进的集成体系架构，从根本上改变传统的系统体系架构及应用管理模式。系统集成有利于提高系统的集成度和整体性，实现人机操作界面的统一、操作管理流程的统一和技术接口标准的统一，进一步提高系统的可用性和便捷性。

实物保护系统，由独立的模块化的功能系统，逐渐走向集成管理，实现实物保护系统信息化能力的第一次飞跃，形成实物保护系统管理的核心平台。其在实物保护技术体系中的作用越来越重要，极大地提高了实物保护系统能力，降低了操作人员的技术难度和劳动强度。当前，高新技术的发展日趋成熟且应用日趋广泛，为满足实物保护系统适应新形势的需要，实物保护集成管理系统在不断完善各功能模块接口统一工作的同时，在如下几个方面将有更大的发展空间。

4.1 在集成管理方面，实现三维整体显示

随着三维图像融合技术的发展，运用三维地理信息技术对核设施单位所在区域进行三维建模。通过图像融合技术，将实物保护系统中的多个摄像机实时图像与三维地理信息模型进行实时融合，实现动态视频与虚拟场景的实时融合，并将周界实体屏障、入侵探测和出入控制等实物保护要素融合到核设施三维地理信息系统中，形成整体三维电子地图。通过智能分析及预测计算，虚实结合，实现对人员活动轨迹和现场报警信息等内容的实时、整体显示，实现更高程度的功能集成，使实物保护系统的监控更直观、操作更高效，能有效提高操作使用效率，节约管理成本。

4.2 在数据应用方面，实现智能分析处理

智能分析技术在各行业的应用，带动了相关行业信息技术水平的提升，同时也产生了一些新的应用方向。将实物保护技术与智能分析技术进行融合，对现有实物保护系统进行逻辑分析与数据挖掘，对于提升实物保护系统整体技术的发展将起到较大的推动作用。通过智能分析处理，对入侵探测报警及出入控制报警等信息进行分级分类处理，对报警联动及预案管理进行智能预处理，对出入控制与探测报警信息进行智能联动分析等，既能提高系统处理效率和降低误报率，同时也能降低对值班人员的依赖程度并减少值班人员的操作工作量，从而降低人员误操作发生的可能性。

4.3 在系统运维方面，实现系统整体运行态势可视化

实物保护系统由不同类型设备组成，设备运行的状态及运维水平直接影响实物保护系统的有效性。随着实物保护系统规模的不断扩大，系统中的设备接入量也在增多，设备运行的状态对实物保护系统运行的有效性将产生不可忽视的影响。通过可视化智能运维技术的应用，实物保护集成管理系统能够对接入系统中的设备运行态势进行实时监测、直观显示与预测分析。对发生故障的设备，实物保护集成管理系统通过报警的方式及时提醒，对即将达到可靠性时间的设备运行情况进行预测分析和提示，有利于提高系统运维技术水平。