| 学科专业评审组： | 计算机与系统科学组 | | 项目名称： | 信息物理融合系统安全与控制方法研究及应用 |
| 提名单位： | 陕西省教育厅 |
| 提名等级： | 二等奖 |
| 提名单位意见： | 该项目面向煤矿典型场景信息物理融合系统（Cyber-Physical System，CPS）安全的重大应用需求，对CPS安全与控制方法进行了系统深入的研究，并在煤矿领域开展了示范应用。取得了以下成果：
1. 提出了CPS模糊测试方法，显著提升了煤矿工控系统CPS漏洞挖掘效率。
2. 建立了CPS恶意软件传播动力学模型并揭示其传播机理，提出了一种混合分岔控制方法，有效提升了CPS的安全韧性。
3. 形成了CPS多模态对抗攻击技术体系，大幅提升了煤矿自动驾驶CPS在真实工业环境中的高鲁棒性与高可靠性。
4. 突破了CPS临界可观性验证与强化控制关键技术，实现了系统在恶意攻击下的临界状态精准感知，有效增强了CPS在攻击下的韧性保障能力。
项目成果在陕西彬长小庄矿业有限公司、内蒙古神东天隆武家塔露天煤矿和青岛慧拓智能机器有限公司等多家企业得到了成功应用，显著提升了煤矿领域CPS主动防御能力，有效降低了信息安全事件导致的非计划停产。近年来，累计创造经济效益超过1.3亿元，经济和社会效益显著。
成果材料齐全、规范，经完成单位公示，无知识产权纠纷，人员排序无争议，符合陕西省科学技术奖提名条件。
提名该项目为陕西省科学技术进步奖二等奖。
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| 项目简介： | 
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| 客观评价： | 
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| 应用情况和效益： | 
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| 主要知识产权和标准规范等目录： | 
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| 主要完成人： | - 姓名：于振华
排名：1
行政职务：院长
技术职称：教授
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目负责人，总体负责项目理论研究和技术应用，确保项目组织、策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）构建了基于生成对抗网络的测试用例生成方法，提出了基于多摇臂算法的CPS模糊测试变异策略，提出了基于决策边界引导的深度学习模型模糊测试方法（创新点1，知识产权1、7）。
（2）建立了CPS中恶意软件传播模型，揭示其传播机理；提出了一种混合分岔控制方法，旨在抑制有害分岔，维持系统稳定运行（创新点2，知识产权2）。
（3）提出了面向语音、图像分类与目标检测的多模态黑盒对抗攻击技术体系，增强无人运输平行驾驶系统和远程驾驶系统等CPS的鲁棒性与韧性（创新点3，知识产权8、9、10）。
曾获国家科技奖励情况：2024年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖 信息物理融合系统安全与控制方法研究 排名第一
- 姓名：赵彦龙
排名：2
行政职务：总经理
技术职称：工程师
工作单位：中国电信股份有限公司陕西分公司
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，负责项目研究和应用全过程，协助项目策划、实施和推广应用的顺利完成。具体贡献如下：
（1）基于实测数据，将恶意软件传播模型应用于煤矿自动驾驶系统中，完善煤矿自动驾驶系统恶意软件传播控制方法，提升了煤矿自动驾驶系统的安全性（创新点2，知识产权6）。
（2）基于对抗样本生成方法为煤矿自动驾驶系统深度学习模型安全提供技术支撑，研发了一套煤矿平行驾驶操作系统，并在煤矿现场完成了自动驾驶系统的实地测试，显著提升了煤矿辅助运输系统的安全性、效率和自动化程度；将本项目成果在煤矿中进行推广应用（创新点3，知识产权6）。
曾获国家科技奖励情况：无
- 姓名：丛旭亚
排名：3
行政职务：无
技术职称：副教授
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，主要负责项目理论研究，协助项目策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）完善了一种基于增强型神经预测器的黑盒对抗语音样本生成方法和一种面向图像显著区域的黑盒有目标对抗样本生成方法（创新点3，知识产权8、9）。
（2）构建了一种多视角通道的优化训练方法，全面考虑了行人在不同视角下的目标特征，从而提升了攻击方法的鲁棒性（创新点3，知识产权10）。
（3）提出了基于Petri网和线性优化理论的CPS临界可观性验证方法，引入监督控制理论，构造最大行为许可监控器，在最大限度保留闭环系统合法状态空间的同时实现了CPS临界可观性强化控制（创新点4，知识产权3、4、5）。
曾获国家科技奖励情况：2024年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖 信息物理融合系统安全与控制方法研究 排名第二
- 姓名：张蕴
排名：4
行政职务：无
技术职称：讲师
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，主要负责项目理论研究，协助项目策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）根据查询自动语音识别系统的反馈结果引入动态因子，设计了一种自适应搜索算法，加速搜索过程（创新点3，知识产权8）。
（2）在编解码器与分类网络间设计对抗变换模块，对生成的对抗样本进行随机仿射变换，使生成的对抗样本多样化，以提高其迁移性和鲁棒性（创新点3，知识产权9）。
（3）构建了一种权重平衡策略，在训练过程中动态调整不同视角的权重，提升攻击方法的视角鲁棒性（创新点3，知识产权10）。
曾获国家科技奖励情况：2024年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖 信息物理融合系统安全与控制方法研究 排名第三
- 姓名：王丹
排名：5
行政职务：无
技术职称：副教授
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，主要负责项目理论研究，协助项目策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）设计了基于覆盖率引导的序列生成对抗网络，利用该网络生成高通过率的测试用例（创新点1，知识产权1）。
（2）分析恶意软件传播模型SEI2RS的平衡点稳定性和分岔等复杂动力学行为，明确了影响传播过程的关键参数（创新点2，知识产权2）。
（3）设计了一种神经元选择策略选择邻近决策边界的神经元，以扩大神经元覆盖率（创新点3，知识产权7）。
曾获国家科技奖励情况：2024年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖 信息物理融合系统安全与控制方法研究 排名第四 - 姓名：叶鸥
排名：6
行政职务：无
技术职称：副教授
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，主要负责项目理论研究，协助项目策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）提出了一种热图多层映射的有目标对抗样本生成方法，提升了黑盒攻击成功率，有效增强了CPS对抗样本的隐蔽性与泛化能力。（创新点3，知识产权9）。
（2）构建了面向图像目标检测的CPS对抗样本生成方法。构建多视角训练通道，结合model shake drop和patch cut out策略增强模型泛化能力；设计动态权重平衡机制，自适应优化不同视角攻击效果，有效降低了图像目标检测精度（创新点3，知识产权10）。
曾获国家科技奖励情况：2024年度陕西高等学校科学技术研究优秀成果奖一等奖 信息物理融合系统安全与控制方法研究 排名第五
- 姓名：张文超
排名：7
行政职务：无
技术职称：讲师
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，主要负责项目理论研究，协助项目策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）基于局部映射构建编码器，确保编码器准确提取图像显著区域中的目标类别特征（创新点3，知识产权9）。
（2）评估面向图像显著区域的黑盒有目标对抗样本生成方法的性能，对源模型进行有目标的黑盒攻击（创新点3，知识产权9）。
曾获国家科技奖励情况：无 - 姓名：金浩
排名：8
行政职务：副院长
技术职称：教授
工作单位：西安科技大学
对本项目技术创造性贡献：作为项目参与人，主要负责项目理论分析，协助项目策划和实施的顺利完成，具体贡献如下：
（1）集成基于增强型神经预测器的黑盒对抗语音样本生成方法，设计并开发了一个智能语音对抗攻击系统（创新点3，知识产权8）。
（2）设计并开发了一个面向目标检测的对抗攻击系统，实现了对抗攻击参数设置、特征热图展示、对抗样本对比以及指标可视化等功能（创新点3，知识产权10）。
曾获国家科技奖励情况：无
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| 主要完成单位及创新推广贡献： | - 单位名称：西安科技大学
单位贡献：西安科技大学是本项目的第一完成单位，确保项目组织、策划和实施的顺利完成，制定项目研究总体方案、技术路线、研究内容等，具体贡献如下：
（1）提出基于覆盖率引导生成对抗网络的CPS工控协议模糊测试用例生成方法和模糊测试变异策略，研发了基于决策边界和覆盖率双引导的CPS深度学习模型模糊测试技术，显著提升了煤矿工控网络中CPS漏洞挖掘效率。
（2）以非线性动力学理论为基础，建立了CPS中恶意软件传播模型，分析平衡点的稳定性并求出其稳定条件，揭示了CPS可信性演化机理; 提出了一种混合分岔控制方法，旨在抑制有害分岔、维持系统稳定运行，为煤矿安全监控系统等CPS中恶意软件传播与控制提供了理论框架与技术支撑。
（3）提出一种基于增强型神经预测器的黑盒语音对抗攻击方法；提出一种基于显著区域的黑盒对抗攻击方法；针对行人目标提出多视角自适应加权方法，通过动态融合多视角信息优化扰动，实现跨视角鲁棒攻击。该方法为自动驾驶系统中安全阈值的科学设定提供了理论依据与方法支撑。
（4）以Petri网作为煤矿生产系统和煤炭安全监控系统等煤矿CPS的建模工具，提出一种基于线性优化理论的CPS临界可观性验证方法；结合监督控制理论，创建了CPS临界可观性强化控制理论方法，为恶意攻击下CPS的安全恢复与韧性维持提供了理论机制。对创新点1、2、3和4有贡献。
- 单位名称：中国矿业大学（北京）
单位贡献：中国矿业大学（北京）是本项目的第二完成单位，主要协助项目组织、策划和实施的顺利完成，并负责本项目成果的推广应用。具体贡献如下：
（1）将恶意软件传播模型应用于煤矿自动驾驶系统中进行测试和验证，分析其动力学行为，完善煤矿自动驾驶系统恶意软件传播控制方法，为增强煤矿自动驾驶系统的安全性与鲁棒性提供了重要支撑。
（2）基于煤矿真实场景采集的实测数据，协助提出面向目标检测模型的黑盒对抗攻击方法，并将其在煤矿自动驾驶系统进行应用和验证。通过生成更具隐蔽性和鲁棒性的对抗样本，有效验证并增强了无人矿卡视觉感知系统性能。该研究显著提升了煤矿自动驾驶系统的安全性与可靠性，为复杂矿山环境下智能运输系统的稳健运行提供了关键技术支撑。
（3）应用本项目成果，参与研制了一套煤矿平行驾驶操作系统，并在煤矿现场完成了自动驾驶系统的实地部署与验证。该系统显著提升了煤矿辅助运输体系的安全运行水平、运输效率与整体智能化程度。
（4）将本项目成果在相关煤矿进行大力推广应用。对创新点2和3有贡献。
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| 完成人合作关系说明： | 完成人合作关系说明：1
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