本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法，屬于工控安全技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

工業(yè)控制系統(tǒng)是運(yùn)用控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、儀器儀表等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程的各種信息采集、分析、處理，并進(jìn)行優(yōu)化控制和合理的調(diào)度、管理，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的一種控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)安全可以分成三個(gè)方面，即功能安全、物理安全和信息安全。其中功能安全是為了達(dá)到設(shè)備和工廠安全功能，受保護(hù)的、和控制設(shè)備的安全相關(guān)部分必須正確執(zhí)行其功能，而且當(dāng)失效或故障發(fā)生時(shí)，設(shè)備或系統(tǒng)必須仍能保持安全條件或進(jìn)入到安全狀態(tài)。我們可以通過采集工控系統(tǒng)之間的信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)來進(jìn)行異常檢測，通過歷史模式和模型預(yù)測來判斷數(shù)據(jù)異常。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法，其基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，監(jiān)測控制系統(tǒng)之間的信號(hào)發(fā)送。當(dāng)有異于常規(guī)操作的情況發(fā)生時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警或是保護(hù)相關(guān)的設(shè)備拒絕指令。

所述方法包括：

步驟101、采集控制系統(tǒng)之間信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并處理為反應(yīng)信號(hào)發(fā)送方向與順序的信號(hào)流數(shù)據(jù)；

步驟103、異常檢測；

步驟105、存儲(chǔ)歷史信號(hào)流數(shù)據(jù)庫樣本；

步驟107、根據(jù)異常檢測的結(jié)果，作出正常操作、發(fā)出報(bào)警或是產(chǎn)生相關(guān)的拒絕指令的操作。

其中，所述步驟103包括以下步驟：

2.1、在假設(shè)無異常的情況下，獲取所述信號(hào)流數(shù)據(jù)，形成信號(hào)流數(shù)據(jù)集，并對(duì)其進(jìn)行基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的預(yù)處理；

2.2、對(duì)下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性進(jìn)行分析；

2.3、判斷控制系統(tǒng)是否有異常；

2.4、根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相關(guān)操作。

其中，所述步驟2.2具體為：接收步驟2.1得出的統(tǒng)計(jì)預(yù)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述預(yù)測數(shù)據(jù)估算從數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理模塊獲取的下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)。

其中，所述步驟2.3具體為：根據(jù)下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的預(yù)測值和實(shí)際值，對(duì)所述下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性進(jìn)行判斷。

其中，所述步驟2.4具體為：根據(jù)所述異常性判斷結(jié)果作出正常操作、發(fā)出報(bào)警或是產(chǎn)生相關(guān)的拒絕指令的操作的決策，同時(shí)根據(jù)所述異常性判斷結(jié)果對(duì)所述預(yù)測數(shù)據(jù)作出更新，將本次信號(hào)流數(shù)據(jù)集發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元以更新歷史信號(hào)流數(shù)據(jù)庫樣本。

其中，所述步驟2.2中對(duì)所述下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性進(jìn)行判斷的方法具體包括以下步驟：

3.1、比較所述預(yù)測值與獲取的下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)的實(shí)際值，得出兩者的差值Δ；

3.2、獲取與所測信號(hào)流數(shù)據(jù)具有相同的時(shí)間步長和系統(tǒng)操作背景的歷史數(shù)據(jù)庫樣本，計(jì)算該樣本的標(biāo)準(zhǔn)差；

3.3、比較所述差值與標(biāo)準(zhǔn)差范圍：

如果差值Δ不在[-δ,δ]的范圍之內(nèi)，計(jì)算偏離值P，其中P＝||Δ|-δ|；如果差值Δ在[-δ,δ]的范圍之內(nèi)，則發(fā)送一個(gè)肯定信號(hào)，確定無異常情況。

其中，所述步驟2.3進(jìn)行決策的方法具體包括以下步驟：

4.1、若判斷結(jié)果為偏離值P,則進(jìn)行步驟4.2，若數(shù)據(jù)為一個(gè)肯定信號(hào)，則進(jìn)行步驟4.3；

4.2、若接收偏離值P，將偏離值P與已設(shè)定的判定值λ進(jìn)行比較，若偏離值P小于判定值λ，發(fā)送報(bào)警信號(hào)；若偏離值P大于等于判定值λ，則送保護(hù)信號(hào)，同時(shí)，更新本次的信號(hào)流數(shù)據(jù)樣本，并標(biāo)記為異常事件；

4.3、若接收到肯定信號(hào)，則將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，用于檢測下一次的信號(hào)流數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果包括：

1、通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)之間信號(hào)發(fā)送進(jìn)行異常檢測，從而提供在假設(shè)無異常情況下信號(hào)流狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布預(yù)測，提高了工控系統(tǒng)的異常識(shí)別率，同時(shí)節(jié)約了大量的人力。

2、所述工控安全防護(hù)與報(bào)警方法可自感知異常，并在發(fā)現(xiàn)異常后，作出自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警或是保護(hù)相關(guān)的設(shè)備拒絕指令的操作。

3、可將本地服務(wù)器主機(jī)中的歷史數(shù)據(jù)的鏡像副本定期更新在云服務(wù)器中，避免因服務(wù)器主機(jī)損壞造成的損失。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1是本發(fā)明基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明中檢測步驟示意方框圖。

圖3是本發(fā)明中信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性判斷方法流程圖。

圖4是本發(fā)明中決策模塊進(jìn)行決策的步驟示意方框圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

如圖1所示，本發(fā)明公開一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法，其包括：

步驟101、采集控制系統(tǒng)之間信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并處理為反應(yīng)信號(hào)發(fā)送方向與順序的信號(hào)流數(shù)據(jù)。

其中，通過數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理模塊監(jiān)控控制系統(tǒng)之間的信號(hào)發(fā)送，采集控制系統(tǒng)之間信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)處理成反應(yīng)信號(hào)發(fā)送方向與順序的信號(hào)流的形式。

步驟103、異常檢測。

其中，接收步驟101中處理的信號(hào)流數(shù)據(jù)，并對(duì)所述數(shù)據(jù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)框架進(jìn)行異常性檢測，得出是否有異常于常規(guī)操作的情況發(fā)生的結(jié)論。

步驟105、存儲(chǔ)歷史信號(hào)流數(shù)據(jù)庫樣本。

步驟107、根據(jù)異常檢測的結(jié)果，作出正常操作、發(fā)出報(bào)警或是產(chǎn)生相關(guān)的拒絕指令的操作。

如圖2所示，本發(fā)明提出的所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法中，檢測步驟包括：2.1、在假設(shè)無異常的情況下，獲取所述信號(hào)流數(shù)據(jù)，形成信號(hào)流數(shù)據(jù)集，并對(duì)其進(jìn)行基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的預(yù)處理；2.2、對(duì)下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性進(jìn)行分析；2.3、判斷控制系統(tǒng)是否有異常；2.4、根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相關(guān)操作。

其中，以上步驟具體為：步驟2.2，接收步驟2.1得出的統(tǒng)計(jì)預(yù)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述預(yù)測數(shù)據(jù)估算從數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理模塊獲取的下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)；在步驟2.3，根據(jù)下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的預(yù)測值和實(shí)際值，對(duì)所述下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性進(jìn)行判斷；在步驟2.4，根據(jù)所述異常性判斷結(jié)果作出正常操作、發(fā)出報(bào)警或是產(chǎn)生相關(guān)的拒絕指令的操作的決策，同時(shí)根據(jù)所述異常性判斷結(jié)果對(duì)所述預(yù)測數(shù)據(jù)作出更新，將本次信號(hào)流數(shù)據(jù)集發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元以更新歷史信號(hào)流數(shù)據(jù)庫樣本。

如圖3所示，本發(fā)明提出的所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法中，所述步驟2.2中對(duì)所述下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)集的異常性進(jìn)行判斷的方法具體包括以下步驟：

3.1、比較所述預(yù)測值與獲取的下一次信號(hào)流數(shù)據(jù)的實(shí)際值，得出兩者的差值Δ；

3.2、獲取與所測信號(hào)流數(shù)據(jù)具有相同的時(shí)間步長和系統(tǒng)操作背景的歷史數(shù)據(jù)庫樣本，計(jì)算該樣本的標(biāo)準(zhǔn)差；

3.3、比較所述差值與標(biāo)準(zhǔn)差范圍：

如果差值Δ不在[-δ,δ]的范圍之內(nèi)，計(jì)算偏離值P，其中P＝||Δ|-δ|；如果差值Δ在[-δ,δ]的范圍之內(nèi)，則發(fā)送一個(gè)肯定信號(hào)，確定無異常情況。

如圖4所示，本發(fā)明提出的所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法中，所述步驟2.3進(jìn)行決策的方法具體包括以下步驟：

4.1、若判斷結(jié)果為偏離值P,則進(jìn)行步驟4.2，若數(shù)據(jù)為一個(gè)肯定信號(hào)，則進(jìn)行步驟4.3；

4.2、若接收偏離值P，將偏離值P與已設(shè)定的判定值λ進(jìn)行比較，若偏離值P小于判定值λ，發(fā)送報(bào)警信號(hào)；若偏離值P大于等于判定值λ，則送保護(hù)信號(hào)。同時(shí)，更新本次的信號(hào)流數(shù)據(jù)樣本，并標(biāo)記為異常事件；

4.3、若接收到肯定信號(hào)，則將樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，用于檢測下一次的信號(hào)流數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提出的所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法中，可本地存儲(chǔ)信號(hào)流數(shù)據(jù)集、樣本數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地服務(wù)器主機(jī)中；也可以將本地服務(wù)器主機(jī)中的歷史數(shù)據(jù)的鏡像副本定期更新在云服務(wù)器中，避免因本地服務(wù)器主機(jī)損壞造成的損失。

本發(fā)明提出的所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的工控安防方法中，當(dāng)接收到發(fā)送的報(bào)警信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警；當(dāng)接收到發(fā)送的保護(hù)信號(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)出拒絕操作的指令，使控制系統(tǒng)無法進(jìn)行相關(guān)操作。

本發(fā)明與傳統(tǒng)工控安全防護(hù)與報(bào)警方法相比，通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)控制系統(tǒng)之間信號(hào)發(fā)送進(jìn)行異常檢測，從而提供在假設(shè)無異常情況下信號(hào)流狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布預(yù)測，提高了工控系統(tǒng)的異常識(shí)別率，同時(shí)節(jié)約了大量的人力。

本發(fā)明與傳統(tǒng)工控安全防護(hù)與報(bào)警方法相比，所述工控安全防護(hù)與報(bào)警方法可自感知異常，并在發(fā)現(xiàn)異常后，作出自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警或是保護(hù)相關(guān)的設(shè)備拒絕指令的操作。

本發(fā)明與傳統(tǒng)工控安全防護(hù)與報(bào)警方法相比，通過網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式可將本地服務(wù)器主機(jī)中的歷史數(shù)據(jù)的鏡像副本定期更新在云服務(wù)器中，避免因服務(wù)器主機(jī)損壞造成的損失。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。