一种基于AI摄像头的防火墙Bypass灯态同步采集与自动化测试系统及方法与流程

本发明涉及铁路信号安全，具体为一种基于ai摄像头的防火墙bypass灯态同步采集与自动化测试系统及方法。

背景技术：

1、bypass功能作为防火墙的核心应急保障功能，当防火墙发生故障、断电或运行异常时，可使对应接口跳过安全检测环节实现数据直接转发，保障网络业务的连续性与稳定性，其功能有效性直接决定网络运行的可靠程度。对于铁路信号系统这类对运行安全性、稳定性要求极高的应用场景，防火墙bypass功能的可靠运行是网络安全防护的关键环节，因此bypass功能验证是防火墙出厂测试、版本回归测试、运维检测中的核心测试项，而面板bypass灯态是直观判断bypass功能是否生效的核心标识。目前行业内针对防火墙bypass功能的测试，主流仍采用人工目视观察面板灯态的方式，由测试人员全程值守并手动记录灯态，再与接口配置状态进行人工比对；部分方案引入普通摄像头完成面板图像采集，但仅实现基础拍摄存档，仍需人工解析图像、判读灯态；另有部分防火墙自动化测试方案聚焦于接口转发性能、安全策略有效性的验证，通用ai图像识别技术也已在工业设备状态检测领域得到一定应用。

2、但在铁路信号系统专用防火墙的bypass测试场景中，现有技术仍存在诸多明显缺陷。首先，人工测试模式人力成本高、测试效率低下，测试人员易受视觉疲劳、环境光照干扰出现灯态误判，且人工记录无法实现灯态与测试动作的同步采集与实时关联，难以满足铁路信号系统高安全、高可靠的测试标准；其次，现有自动化测试方案未将bypass灯态采集纳入完整的测试闭环，无法自动验证灯态显示与接口实际bypass状态的一致性，易出现接口已切换bypass模式但灯态异常、灯态显示正常但接口未实际生效等漏检问题，形成测试盲区，直接威胁网络运行安全；再次，现有图像识别方案多采用通用算法，未针对铁路信号防火墙的bypass灯布局特征、亮灭逻辑做专项优化，识别精度与抗干扰能力不足，无法适配机房强光、弱光、设备多角度部署等复杂实际场景；此外，现有测试环境多采用多防火墙组网架构，硬件部署成本高，且行业内缺乏统一的bypass灯布局与灯态含义规范，不同测试人员的判读标准存在差异，测试流程不规范、结果不可复用；同时，现有采集方案无法完成灯态识别、状态匹配、异常告警、数据归档的全流程自动化，未与防火墙web自动化测试形成协同联动，无法同步关联灯态、接口配置、抓包数据与安全日志，测试结果缺乏完整的关联性与权威性；最后，现有ai识别方案多依赖重型模型与gpu服务器，部署成本高、识别延迟大，难以适配铁路信号防火墙产线量产、快速迭代的低延迟测试需求。

3、因此，亟需一种针对铁路信号系统专用防火墙的bypass灯态同步采集与自动化测试方案，构建标准化、低成本的单设备测试环境，实现bypass灯态的高精度自动识别与测试流程的同步联动，形成完整的自动化测试闭环，提升测试效率与结果准确性，消除安全测试盲区，满足铁路信号系统网络安全防护的高可靠测试要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于ai摄像头的防火墙bypass灯态同步采集与自动化测试系统及方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于ai摄像头的防火墙bypass灯态同步采集与自动化测试系统，应用于铁路信号系统防火墙bypass功能测试，包括工作主机、管理网交换机、被测防火墙、ai摄像头以及四台辅助测试设备；

3、所述管理网交换机分别与所述工作主机、所述被测防火墙的管理接口以及四台所述辅助测试设备的管理接口连接，构建独立管理网段；

4、所述被测防火墙设置有两组bypass接口，每组bypass接口分别与两台所述辅助测试设备的业务接口直连；所述被测防火墙的前面板设置有信号灯组，所述信号灯组位于前面板左侧第一个console口的左侧，包括四个竖向排列的信号灯，其中从上至下第三个与第四个信号灯为bypass灯，不同灯态组合对应不同的接口bypass工作状态；

5、所述ai摄像头固定于所述被测防火墙前面板正前方，与所述工作主机连接，用于采集所述被测防火墙面板的所述信号灯图像；

6、所述工作主机部署有ai测试平台，所述ai测试平台包括ai摄像头采集模块、图像识别模块、web自动化模块以及同步联动模块；所述工作主机内置pcap文件解析组件，安装有网页浏览器并通过浏览器原生远程调试协议访问所述被测防火墙的web管理页面，用于存储测试用例文档、运行ai识别模型、生成并执行自动化测试脚本、汇总测试日志与测试报告；

7、所述ai摄像头采集模块用于控制所述ai摄像头执行启动、采集、停止操作，接收并存储采集的图像数据；所述图像识别模块用于对采集的所述信号灯图像进行预处理与识别，输出标准化灯态结果；所述web自动化模块用于远程配置所述被测防火墙的接口bypass状态、执行抓包操作与业务连通性验证；所述同步联动模块用于控制图像采集与防火墙配置操作同步执行，并将识别得到的灯态结果与接口bypass配置状态进行一致性匹配验证。

8、优选的，四个所述信号灯按自上而下顺序排布；

9、四个所述信号灯全灭对应所述被测防火墙关机状态，第三个所述信号灯点亮且第四个所述信号灯熄灭对应第一组bypass接口生效，第四个所述信号灯点亮且第三个所述信号灯熄灭对应第二组bypass接口生效，第三个与第四个所述信号灯均点亮对应两组所述bypass接口全局生效。

10、优选的，所述图像识别模块包括opencv预处理单元与yolov13-nano轻量化检测模型；

11、所述opencv预处理单元用于对采集的所述信号灯图像依次执行灰度化、去噪滤波、光照归一化、阈值分割与轮廓筛选处理；

12、所述yolov13-nano检测模型经bypass灯态专属数据集微调训练，用于识别各所述信号灯的亮灭状态并转换为标准化灯态语义描述。

13、优选的，所述同步联动模块基于多线程信号量机制，使所述web自动化模块的配置操作与所述ai摄像头的图像采集动作的时间差不超过100毫秒；

14、所述同步联动模块在所述灯态结果与所述接口bypass配置状态匹配成功时推进测试流程，在匹配失败时暂停所述测试流程并推送告警信息。

15、优选的，所述 ai 测试平台还包括抗干扰优化模块，所述抗干扰优化模块包括光照自适应调节单元、遮挡容错单元、抖动抑制单元与多帧验证单元；其中：

16、所述光照自适应调节单元用于实时检测采集环境的光照强度，自适应调节摄像头曝光参数与图像对比度，适配强光与弱光测试场景；

17、所述遮挡容错单元用于结合所述信号灯的固定布局特征补全被轻微遮挡的信号灯轮廓，并在遮挡面积超出预设阈值时触发告警；

18、所述抖动抑制单元用于校正环境振动导致的图像偏移，稳定信号灯区域的识别坐标；

19、所述多帧验证单元用于通过连续多帧识别结果校验灯态有效性，降低单帧干扰引发的误判概率。

20、一种基于ai摄像头的防火墙bypass灯态同步采集与自动化测试方法，应用于任一项所述的测试系统，包括以下步骤：

21、s1)搭建单防火墙标准化测试环境，完成所述测试系统中各设备的网络连接与所述ai摄像头的部署标定，构建独立管理网段与业务测试链路；

22、s2)初始化所述测试环境，部署所述辅助测试设备的业务服务端，确认所述被测防火墙的初始接口状态与初始灯态；

23、s3)同步执行所述被测防火墙的接口bypass配置操作与面板灯态图像采集，对采集图像进行预处理与ai识别，得到当前标准化灯态结果；

24、s4)将所述灯态结果与所述接口bypass配置状态进行一致性匹配验证，根据匹配结果推进或终止测试流程；

25、s5)执行bypass转发功能验证与非bypass接口拦截验证，测试完成后回滚所述被测防火墙的配置，关闭图像采集并归档全部测试数据，生成标准化测试报告。

26、优选的，步骤s3中的灯态图像采集与识别具体包括：

27、采用动态跳帧结合运动检测的策略采集图像帧，对所述图像帧执行多步骤预处理后输入微调后的yolov13-nano模型进行推理，输出各所述信号灯的亮灭状态并转换为对应接口bypass状态的语义描述。

28、优选的，步骤s3中通过多线程信号量实现配置操作与图像采集的同步触发；

29、当所述web自动化模块执行接口bypass配置时，向所述ai摄像头采集模块发送同步信号，确保配置动作与图像采集的时间差不超过100毫秒。

30、优选的，步骤s3中的采集识别过程中执行抗干扰处理，包括实时检测环境光照并自适应调节曝光参数，对轻微遮挡的所述信号灯轮廓进行补全，校正图像抖动偏移，以及采用连续多帧验证机制确认所述灯态结果的有效性。

31、优选的，步骤s5中的功能验证包括单组接口bypass测试、全局bypass测试与关机状态灯态验证；

32、测试完成后自动取消所有bypass配置、删除测试安全策略、关闭抓包任务，生成包含灯态记录、配置信息、抓包数据与匹配结果的标准化测试报告。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1）本技术构建了单防火墙标准化测试环境，简化了硬件组网架构，大幅降低测试环境的部署成本，同时明确了铁路信号专用防火墙的bypass灯布局规范与灯态、接口状态映射关系，形成了统一、可复用的标准化测试判据，解决了现有测试中灯态解读不统一、测试流程不规范、结果不可追溯的问题，从测试环境层面保障了铁路信号安全设备测试的一致性与可信度，适配铁路信号系统安全测试的标准化、可追溯要求；

35、2）本技术通过ai摄像头实现了bypass灯态的实时同步采集，采用轻量化目标检测模型结合多步骤图像预处理技术，针对铁路信号设备的bypass灯态特征做专项优化，具备极高的识别精度与快速响应能力，同时通过光照自适应、遮挡容错、抖动抑制、多帧验证等抗干扰设计，可适配强光、弱光、轻微遮挡等复杂机房环境，彻底消除了人工目视判读带来的误判风险；且轻量化模型无需重型计算设备支撑，在普通工作主机上即可部署运行，大幅降低了硬件投入成本，能够满足产线量产、现场运维等多场景的低延迟测试需求；

36、3）本技术实现了ai灯态采集与防火墙web自动化测试的深度同步联动，通过多线程同步触发机制确保测试动作与灯态采集的时间一致性，可自动匹配灯态显示与接口实际bypass配置状态，完成bypass功能完整性的自动判定，全面消除了灯态与接口状态不符的测试盲区；同时构建了采集、识别、匹配、判定、告警、归档的全流程自动化闭环，全程无需人工值守，显著提升了测试效率，可稳定支撑防火墙批量投产、安全升级、版本回归等多类关键安全测试场景；

37、4）本技术采用浏览器原生远程调试协议实现web自动化控制，不依赖第三方测试框架，方案自主可控性强，更适配铁路信号关键信息基础设施的安全要求；测试过程中可全程记录灯态变化、接口配置、抓包数据与安全日志，所有数据关联存储，支持历史数据回溯与问题追溯，为铁路信号网络安全审计、故障定位、责任认定提供完整的数据依据；测试完成后可自动回滚设备配置、清理测试数据，实现测试环境全自动复位，支持多批次、多型号设备的无人值守轮询测试，形成完整可靠的商用化测试闭环。