科技日报记者 王禹涵
在陕西省网络计算与安全技术重点实验室，机房里的服务器指示灯不停闪烁，电脑屏幕上实时跳动着各类轨道交通设施的监测数据。这里有一条看不见的“数字防线”正默默守护着轨道交通安全。
日前，科技日报记者专访了实验室负责人、西安理工大学副校长黑新宏，探寻这支扎根轨道交通安全领域近20年的团队，是如何用技术为关键基础设施筑牢网络安全屏障的。
研究聚焦轨道交通网络安全
记者：实验室虽名为“网络计算与安全技术重点实验室”，但研究方向却聚焦于轨道交通。“网络计算与安全技术”与“轨道交通”这两者听上去似乎风马牛不相及，它们之间有什么关系？
黑新宏：这正是我们实验室的特色所在。我们不是单纯做网络安全，而是把安全技术应用到轨道交通领域的关键基础设施中。列车的运行控制、调度指挥、设备状态监测等，都依赖背后的信息系统。如果这个系统被攻击，后果不堪设想。例如，若黑客侵入列车通信网络，篡改前车上报的位置数据，后车就可能因误判前方轨道空闲而与前车追尾。尽管目前尚未发生大规模真实事故，但这类针对关键信息系统的网络攻击是我们必须防范的现实威胁。
我们的工作是融合网络安全、大数据分析与人工智能技术，对列车运行日志、通信流量、施工监测信息等海量数据进行分析，从而识别隐患、预警风险。简单来说，就是用先进的计算与安全技术解决轨道交通安全问题。
记者：实验室如何逐步开展轨道交通领域网络安全研究？
黑新宏：大家平时说的“安全”，英文里其实对应两个词：一个是safety，指的是功能安全；一个是security，通常指网络安全或信息安全。过去，我们主要关注功能安全——比如列车不撞车、不脱轨，这是基本的安全诉求。但近十几年，随着轨道交通越来越信息化、智能化，另一层挑战随之而来。
我在日本读博时，导师研究的就是新干线的安全。那时候我预感到，网络安全会是个大问题。以前，别人要破坏铁路，得扛着炸药包去炸。现在，他带个笔记本干扰通信网络，就可能让列车相撞。2008年回国后，我就开始聚焦这个方向，算是这一领域的“拓荒者”。
2011年，西安理工大学发挥“计算机科学与技术”一级学科的优势，以及在网络信息安全、物联网技术等方向的积累，成功获批组建陕西省网络计算与安全技术重点实验室，开启了关键基础设施网络安全的探索之路。
2018年是一个关键节点。那一年，我们轨道交通安全保障与智能化团队获批陕西省科技创新团队。这个团队的组建，整合了此前分散的研究力量，逐步形成了从轨道交通智能建造、智能运维到风险主动防控的全链条研究体系。
近三年，我们牵头成立了网络空间安全学院，聚焦关键基础设施安全和匿名网络对抗等技术方向进行持续攻关。
我们还建成了“智能感知与系统安全引智基地”“网络对抗智能化校企联合研究中心”等省部级科研平台，成为西北地区关键基础设施安全领域的重要研究基地之一。
核心成果落地重点工程
记者：实验室在轨道交通全生命周期的安全保障方面取得了哪些核心成果？有哪些应用？
黑新宏：我们围绕智能建造、智能运维、风险主动防控三大研究方向，形成了覆盖轨道交通全生命周期的安全保障技术体系。我们自主研发的基于开放式图形引擎的铁路工程智能勘察设计技术，可自动完成设计内容与国家规范的比对校验，从源头减少人为差错，提升设计合规性；实验室研发的“智能巡检卫士”系统，可实现隧道施工质量智能化无人监测，大幅提高检测效率与施工实时安全性；团队研发的数智化安全管控平台与智能分析算法，结合全链条风险主动防控技术，可全方位保障列车安全运行。
我们与北京交通大学、中国中铁一局集团有限公司、中铁第一勘察设计院集团有限公司、中国铁道科学研究院集团有限公司、奇安信科技集团股份有限公司等单位开展了深度合作，成果技术在渝万铁路、西康铁路、西安东站等重点工程上完成验证。
近五年，团队主持国家级重点项目10余项，研究成果应用于京张、成渝、合新、大临等铁路以及西安地铁、广州地铁等百余项目，累计降本增效20.5亿元，经济社会效益显著。
记者：在这些成果中，哪一个给您留下深刻印象？
黑新宏：在众多研究成果中，让我印象深刻的是“智能巡检卫士”系统。利用人工进行隧道工程安全检测不仅存在风险，而且往往需要停工后才能实施。我们希望能有一台机器人驻留在现场，随时监测、及时预警，于是“智能巡检卫士”系统应运而生。
其研发过程最大的难题是让机器人适应真实工况。隧道里没有GPS信号，光线暗、粉尘强，实验室里运行良好的设备一到现场就有很多模块失灵。我们已经迭代了三版机器人，每次现场测试都会发现电池续航不足、移动性不够、光线干扰、数据精度不达标等新问题。回来后，团队重新设计了一套多传感器融合方案，让激光雷达做主导航、视觉设备做辅助、惯性导航做备份。经过两年多反复调试，最终在渝万铁路、引汉济渭工程上验证成功。如今，这台机器人已经集成了激光雷达、高清摄像头、瓦斯传感器、温湿度传感器等多种设备，能在复杂环境下自主巡检，检测精度达到亚厘米级。
从工程现场来到工程现场去
记者：实验室如何培养能扎根科研的年轻人？
黑新宏：我认为要培养年轻人，并且让他们能扎根科研，职称、待遇等固然重要，但科研的内核是解决真实存在的问题，因此要让他们找到真问题更加重要。我们与企业长期合作，企业提出的都是真实需求。如今企业研发水平不断提升，他们解决不了的问题，往往是行业最前沿的难题和痛点。年轻人参与其中，既能感受挑战，也能实现价值，在实际工程中快速成长。
除了真问题，培养年轻人还需要一个好氛围。我常对团队成员说，我们是合作者，不是上下级。志同道合的人聚到一起，才能形成真正的战斗力。大家统一思想、目标一致、相互认可、协同攻关，遇到难题时拧成一股绳，这样的团队才能走得长远。
记者：怎样实现多学科团队协同创新？
黑新宏：我们将其概括为“动与不动”。“不动”，指的是以计算机学科为核心的研究团队，掌握人工智能、网络安全、风险防控等基础理论与关键技术，持续锤炼扎实的“内功”，筑牢创新根基；“动”，指的是面向不同应用场景与不同领域专家合作，例如服务轨道交通，就与铁路领域专家深度合作；服务水利安全，就与水利领域专家协同攻关，不断丰富实战“招式”，提升综合实力。“夯实内功，精进招式；静能笃行，动能致远”是我们团队的理念。
依托西安理工大学的多学科优势，我们构建起目标一致、优势互补的跨学科团队。同时，学校大力推进“智能+”“计算+”，去年成立了人工智能交叉现代产业学院，为学科交叉提供了机制保障。
记者：实验室未来有什么计划？
黑新宏：我们下一步将聚焦两个方向进行研究。一是目前功能安全与网络安全仍处于分离状态，我们希望做到“原生安全”——从设计之初就将两种安全融合，进一步夯实基础设施安全体系。二是无人机、无人车、机器人等智能装备，若被非法操控，装备智能化程度越高、功能越强，造成的安全风险就越严重。因此我们正在布局无人系统的安全研究，包括水下无人装备的安全防护等。
我希望实验室能成为一个“从工程现场来、到工程现场去”的平台。我们不搞空中楼阁的研究，所有的课题都来自真实需求，所有的成果都要解决实际问题。未来，我们将进一步提升实验室的平台能级，在关键基础设施安全领域形成更强的创新能力和影响力，围绕“原生安全”这一前沿方向持续攻关，力争在功能安全与网络安全深度融合方面取得标志性成果，打造一支战略力量，为关键基础设施的安全筑牢更坚实的科技屏障。
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