城軌交通網絡安全系列（四） | 城市軌道交通數字孿生技術的應用及展望

一、背景

近年來，互聯網、物聯網、數字化等技術不斷出現，加上智慧城市建設需求及《城市軌道交通技術發展綱要建議(2010-2015)》，城市軌道交通管理逐漸向數字化、精細化方向發展。以往的2D表格及圖紙等數據已不能滿足城市系統要求，傳統的網絡安全態勢只是信息的堆疊和展示，無法構成直觀的網絡空間，城市軌道交通需要從全域的角度了解網絡安全態勢，而海量數據讓管理者沒有直觀認知，進而無法快速處置安全事件，并準確做出合理決策。

而基于空間數據模型的數字孿生建模技術具備數字化、立體化、精細化等優勢，數字化軌道交通已成為該領域研究的重點問題之一。城市軌道交通全域數字孿生是精準映射實體軌道交通的數字基礎設施，能夠將城市軌道交通網絡安全資產識別與脆弱性檢測數字化，通過簡便的形式展示給用戶，用戶能夠更容易、更清晰地理解面向特定區域的網絡情報分析挖掘、全域態勢感知、攻防演練，以及對網絡空間新風險的定義和分析等。

二、數字孿生技術在城市軌道網絡安全的應用

No.1 什么是數字孿生

數字孿生，英文名是Digital Twin（數字雙胞胎），也被稱為數字映射、數字鏡像。官方定義為：數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。

No.2 數字孿生在城市軌道網絡安全的應用

城市軌道網絡是復雜、多系統、大型城域網絡，資產數量多且復雜。網絡安全風險涉及IT網絡、工業控制網絡、物聯網網絡、無線網絡、云計算、大數據等，暴露面廣且防護難度大，很難在發生網絡安全事件時以最短的時間準確定位并處置問題。目前，城市軌道網絡安全是以單線為主的防護方式，企業難以了解整個全域的網絡安全狀態。

傳統的網絡安全態勢只是信息的堆疊和展示，無法構成直觀的網絡空間。數字孿生技術在網絡安全空間的應用（呈現、預測、指揮等）中可發揮重大作用。網絡攻擊是現實世界對數字世界的影響，同樣，數字世界也能對現實世界產生影響，二者有著密切的聯系。在這個方向上將現實世界和數字世界耦合（數字孿生）是需求強烈的發展方向。城市軌道交通從全域的角度了解網絡安全態勢，海量的數據無法讓管理者有直觀的認知，也就無法快速的處置安全事件，并做出合理的決策。城市軌道交通全域數字孿生成為解決問題的路徑之一。

目前，城市軌道交通網絡安全可做到資產識別與脆弱性檢測數字化、面向特定區域的網絡情報分析挖掘數字化、全域態勢感知數字化、攻防演練數字化，以及對網絡空間新風險的定義和分析等。

城市軌道信息化資產安全閉環管理

資產信息化是整個數字孿生應用的基礎。在網絡安全領域，資產信息化、數字化是繪制網絡安全空間的重要工作之一。通過對資產的多維（資產名稱、所屬子網、所屬區域、所屬系統、所屬子系統、資產類型、資產重要性、IP等）識別和數據關聯分析，實現識別資產脆弱性分析、網絡情報分析挖掘、關基監管、掛圖作戰和態勢感知業務、實戰攻防演練和靶場業務，以及對網絡空間新風險的定義和分析等。以反映網絡空間資源狀態變化、網絡行為和攻擊意圖。

城市軌道信息化資產安全閉環管理

全景展示城市軌道交通網絡安全態勢

運營中心監控城市地鐵線路時，將全局線路、單條線路下至某個車站，并進行數據監控，為用戶展示整體到局部的地鐵網絡安全情況。運營中心采用虛擬的網絡安全世界可視化技術，以物理空間方式進行展示，用戶可以更直觀的感受到網絡安全世界的連接方式、數據流轉以及業務能力。

全景展示城市軌道交通網絡安全態勢

數據中心可視化巡檢

將機器人與虛擬網絡空間結合，可以不依靠人力排查和運維，精準定位事發地點、事件的詳細信息，并采集相關數據，自動化研判和解決事件，將相關操作交給用戶，讓用戶決策如何解決相關事件。這種通過機器人深入到機房的巡檢，與虛擬網絡空間真實對應，對機房內部進行事件巡查，當發現網絡安全事件時，采集相關數據，依靠機器人進行事件分析，輸出事件結果。通過視覺識別技術，節省用戶深入到數據中心的時間和精力，提高整個運營中心的工作效率。

數據中心可視化巡檢（機器人巡檢）

No.3 數字孿生技術在軌道交通中的展望

《城市軌道交通技術發展綱要建議（2021-2025）》提到要打造新型城市軌道交通綜合運維平臺體系。構建網線一體化調度指揮平臺。推進調度指揮系統由二維向三維模式轉變，發揮數據分析技術、人工智能算法的優勢，加快調度操作的簡化性。推進調度指揮系統數字化轉型，加速推進調度指揮系統數據安全一體化、加強采集層、平臺層、展示層數據安全性；加速推進調度指揮系統的基礎操作系統向工業化安全操作系統轉化。推動基于BIM技術的三維參數化協同設計，實現數模一體、圖模一體及設計施工一體化；促進BIM技術與云計算、物聯網、人工智能、大數據等信息化技術的集成應用及與業務的深度融合，充分挖掘融合應用價值等建議。

軌道交通數字孿生框架

未來，數字孿生技術在城市軌道交通中發揮的作用會越來越大，除應用在建造方面外，也會拓展到其他各個方面。綠盟科技也會持續加強新技術的應用和新領域的拓展，為城市軌道行業網絡安全保障增加助力。