基于警用地理信息平臺的警情時空分析

鄧勇 余新康 姚豐

（1.河南省公安廳 科信處，河南 鄭州 450000； 2.河南省測繪地理信息局信息中心，河南 鄭州 450003）

1 引言

近年來，隨著公安信息化建設的速度加快，作為公安基本信息五要素之一的地理數(shù)據(jù)，例如常住人口地址、案件發(fā)生地址、出租屋地址等，需要及時更新，安全保密。但是在統(tǒng)計收集數(shù)據(jù)的過程中，由于地址信息采集沒有統(tǒng)一標準，現(xiàn)有數(shù)據(jù)往往分布在不同業(yè)務系統(tǒng)中，且格式多樣、互不相連、互不共享，造成數(shù)據(jù)零散、統(tǒng)計工作煩瑣等問題，刑偵工作利用地址做關聯(lián)分析時，也受到了極大限制。因此，如何更好地統(tǒng)計、管理這些海量地址數(shù)據(jù)，是公安部門亟待解決的問題[1]。

本文以河南省公安廳警用地理信息平臺建設為例，提出基于時空大數(shù)據(jù)的警用地理信息平臺設計與實現(xiàn)方案，通過時空大數(shù)據(jù)分析、智能終端、地圖管理等信息化手段，為警民提供便利服務，實現(xiàn)警務的可視化、智能化指揮、調(diào)度和管理。

2 警用地理信息平臺總體設計

2.1 實現(xiàn)目標

河南省公安廳警用地理信息平臺基于平臺前期建設成果，充分利用云計算、時空大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)以及GIS新技術，整合政府、社會和互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)資源，借鑒互聯(lián)網(wǎng)地圖的設計理念，以建設全省地圖服務中心為核心，推動各類業(yè)務圖層的完善、融合和共享，構建基礎性、綜合性的在線地圖應用，組織開展定位信息聯(lián)網(wǎng)平臺的建設，探索時空大數(shù)據(jù)分析應用，打造實戰(zhàn)實用、響應敏捷的河南公安“警務百度地圖”，為反恐應急、情報研判、扁平化指揮調(diào)度、跨區(qū)域警務合作、犯罪時空分析、基層基礎等警務工作提供可靠的地圖及位置服務保障，實現(xiàn)智慧警務的總體目標。

2.2 系統(tǒng)框架結構設計

河南省公安廳警用地理信息平臺按照系統(tǒng)的功能模塊需求，將系統(tǒng)框架結構分為基礎設施層、數(shù)據(jù)層、服務層、應用層和用戶層。系統(tǒng)框架結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架結構圖

基礎設施層：為平臺提供基礎軟硬件設施，主要包括虛擬機、關系數(shù)據(jù)庫、NoSQL數(shù)據(jù)庫、安全設施、負載均衡、分布式文件系統(tǒng)等。

數(shù)據(jù)層：為平臺提供警用地圖基礎數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲及管理。主要包括PGIS數(shù)據(jù)庫、標準數(shù)據(jù)庫、業(yè)務圖層庫、時空數(shù)據(jù)庫等。

服務層：為平臺提供地圖開放API、開發(fā)組件、PGIS擴展服務、PGIS基礎服務等多層次服務支撐。

應用層：為平臺用戶提供實戰(zhàn)應用支持，例如地圖一鍵搜、警情時空分析、警力態(tài)勢標繪、人車布控等。

用戶層：為平臺用戶提供專業(yè)實用的業(yè)務系統(tǒng)，例如報警定位系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、情報系統(tǒng)等。

2.3 數(shù)據(jù)庫設計

河南省公安廳警用地理信息平臺的數(shù)據(jù)庫主要有四個：警用基礎地理信息數(shù)據(jù)庫、警用標準地址庫、警用業(yè)務圖層數(shù)據(jù)庫和警用時空大數(shù)據(jù)庫。

警用基礎地理信息數(shù)據(jù)庫：為平臺提供基本的道路、河流等空間信息，包括矢量地圖、影像地圖、交通專題圖、2.5維地圖。

警用標準地址庫：提供新一代警用地址數(shù)據(jù)，對公安部門原有各業(yè)務應用系統(tǒng)的地址數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理、標準化梳理與導入，形成規(guī)范的警用標準地址數(shù)據(jù)庫和完善的地址資源庫。

警用業(yè)務圖層數(shù)據(jù)庫：包括旅館、網(wǎng)吧、卡口、警情等警方最關注的實體信息，方便警用業(yè)務數(shù)據(jù)的查詢、展示和分析。

警用時空大數(shù)據(jù)庫：存儲匯集了多種實時動態(tài)位置數(shù)據(jù)，讓公安部門在傳統(tǒng)地理實體的靜態(tài)坐標信息外，獲取大量人員、車輛、物品的實時位置和軌跡信息。

2.4 平臺功能設計

依據(jù)平臺的定位及各種業(yè)務應用的需求分析，河南省公安廳警用地理信息平臺的功能模塊包括基礎地圖、地圖查詢、時空分析、警力監(jiān)控和用戶管理模塊。

基礎地圖模塊：展示全省的柵格地圖、矢量地圖和影像地圖，控制警用圖層的顯示狀態(tài)，以實現(xiàn)地圖瀏覽、轄區(qū)定位、地圖打印、信息標繪和地圖糾錯等功能。

地圖查詢模塊：以空間數(shù)據(jù)為基礎，關聯(lián)人、車、案等相關的數(shù)據(jù)資源，以地圖搜索服務為基本支撐，以地圖為展現(xiàn)平臺，以空間數(shù)據(jù)結合業(yè)務數(shù)據(jù)為展現(xiàn)形式。通過地圖搜索，快速掌握關注區(qū)域周邊的各類公安資源，并在地圖上進行定位。其功能包括圖層查詢、地圖搜索、空間檢索和路徑規(guī)劃。

時空分析模塊：基于警用時空大數(shù)據(jù)庫，為用戶提供基于人、車、物的軌跡查詢分析服務，并將其展現(xiàn)在地圖上。其功能包括警情時空分析、人員時空分析、車輛時空分析、視頻時空分析和通話時空分析。

警力監(jiān)控模塊：對民警和車輛的移動終端進行狀態(tài)和位置監(jiān)控，以便實時掌控警力分布。其功能包括設備狀態(tài)、設備實時位置、軌跡查詢和空間查詢。

用戶管理模塊：管理員對普通用戶的監(jiān)管及對其個人信息的管理，其功能包括組織機構管理、權限管理、用戶管理和個人管理中心。

3 關鍵技術

3.1 map-reduce分布式計算模型

為了實現(xiàn)對地圖瓦片的高速索引和檢索，基于Hadoop的map-reduce分布式計算模型[2]，將地圖服務和空間索引計算分布到不同的計算資源節(jié)點上，以并行計算的方式在各個節(jié)點上檢索數(shù)據(jù)，最后將結果匯聚到master上進行展現(xiàn)。其優(yōu)勢在于，以往一臺機器在10萬文件中檢索的模式轉(zhuǎn)化為10臺機器在1萬文件中檢索的模式，通過并行計算的方式，節(jié)約了計算時間，提高了檢索效率。

采用map-reduce分布式文件系統(tǒng)，對地圖瓦片數(shù)據(jù)等非結構化、半結構化數(shù)據(jù)進行存儲管理，通過將大量小切片文件聚合為較大的數(shù)據(jù)包，統(tǒng)一存放在分布式存儲節(jié)點中，實現(xiàn)低成本、高可靠的存儲和并發(fā)訪問。

3.2 MPP架構

MPP是一種海量數(shù)據(jù)分析架構，適合實時或離線的大規(guī)模分析處理。MPP作為一種share-nothing架構，每個節(jié)點運行自己的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等，節(jié)點之間的信息交互只能通過網(wǎng)絡連接實現(xiàn)[3]。MPP架構目前被并行數(shù)據(jù)庫廣泛采用，一般通過Scan、Sort和Merge等操作符實時返回查詢結果。

對于警用時空大數(shù)據(jù)，除了傳統(tǒng)的存儲和查詢需求外，還需要對其進行深入的分析和挖掘，從而獲取有價值的信息。河南省公安廳警用地理信息平臺建設通過MPP等技術框架，來實現(xiàn)大規(guī)模時空信息的統(tǒng)一分析。在實際數(shù)據(jù)處理中，可以將MPP與Hadoop進行整合，用MPP處理PB級別的、高質(zhì)量的結構化數(shù)據(jù)，同時為應用提供豐富的SQL和事務支持能力；用Hadoop實現(xiàn)半結構化、非結構化數(shù)據(jù)處理。這樣可同時滿足結構化、半結構化和非結構化數(shù)據(jù)的處理需求，兩者形成一個有機整體[4]。

4 警情時空分析應用

河南省公安廳警用地理信息平臺向全省民警提供空間查詢、路徑規(guī)劃、在線制圖等基礎功能，打造地圖一鍵搜，案件、警情、視頻、人、車、電信軌跡時空分析和布控預警等綜合性、基礎性在線地圖應用，服務基層民警的警務實戰(zhàn)。基層民警最為關注的時空分析應用，是人員行跡追蹤、車輛蹤跡調(diào)查、以往警情的案例分析評估和人車布控，下面主要介紹這四部分應用。

4.1 人員追蹤分析

根據(jù)人員在時間、空間兩個維度的變化情況，分析人員的活動軌跡和活動規(guī)律。

（1）人員空間軌跡分析

人員空間軌跡包括登記數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)。登記數(shù)據(jù)主要有旅館入住、網(wǎng)吧上網(wǎng)等信息；軌跡數(shù)據(jù)主要是卡口的過車記錄，將這些數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)關聯(lián)起來變成空間軌跡展現(xiàn)在地圖上，與案件的發(fā)生地及其他重點關注區(qū)域相疊加，可進一步挖掘嫌疑人信息。

登記類軌跡數(shù)據(jù)，可以將案發(fā)一定時間、區(qū)域范圍內(nèi)的網(wǎng)吧上網(wǎng)人員和旅館入住人員全部搜索出來；也可以將某個嫌疑人的網(wǎng)吧、旅館軌跡檢索出來，顯示在地圖上，依此分析嫌疑人在案發(fā)前后一定時間內(nèi)在案發(fā)地周邊的活動軌跡，進一步判斷該嫌疑人的作案可能。

（2）人員空間碰撞分析

案件的偵破最終要集中到人身上，針對人員空間軌跡的分析就顯得尤為重要。將登記數(shù)據(jù)、軌跡數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)關聯(lián)起來成為空間軌跡，展現(xiàn)在地圖上。與案件的發(fā)生地以及其他重點關注區(qū)域相疊加，可以進一步挖掘犯罪嫌疑人多次發(fā)生空間碰撞的人員信息，分析案件是否為團伙作案。人員空間碰撞分析如圖2所示。

圖2 人員空間碰撞分析

（3）重點人員變化趨勢分析

根據(jù)地圖索引庫里的人員標簽，用戶可選擇單個或多個標簽進行重點人員分析。從重點人員實際居住地、網(wǎng)吧、酒店的登記信息獲取地圖位置信息，根據(jù)不同重點人員顯示的不同圖標，通過地圖將其進行區(qū)域分布展示，并利用資源服務平臺展示業(yè)務信息，比如重點人員的家庭關系、成員情況、社會關系等。該應用可作為地圖服務發(fā)布給其他業(yè)務系統(tǒng)直接使用。

通過熱力圖和海量點對重點人員的分布區(qū)域進行展示，可以直觀了解重點人員的分布區(qū)域；設定時間軸，通過熱力圖在不同時間段內(nèi)的熱力變化，展現(xiàn)重點人員某段時間內(nèi)在全省的分布情況變化。

（4）話單通話空間分析

警用地理信息平臺獲取民警導入的包含坐標信息的話單數(shù)據(jù)，自動解析上圖標注，并可開展話單密集分析、通話頻次分析和通話軌跡展示，方便民警了解通話記錄和通話空間位置的關聯(lián)和特點。

4.2 車輛追蹤分析

（1）卡口通行車輛空間查詢

警用地理信息平臺將用戶輸入的卡口名稱或在地圖上選定的卡口信息和起止時間等查詢條件，提交給河南省公安廳大數(shù)據(jù)服務平臺，查詢經(jīng)過指定卡口的所有車輛信息、通過時間及車輛照片。大數(shù)據(jù)服務平臺按照通過時間降序方式將信息反饋給警用地理信息平臺，并將通過車輛照片橫向展示。

（2）車輛通過卡口空間查詢

警用地理信息平臺將用戶輸入的車牌號碼、起止時間等查詢條件，提交給大數(shù)據(jù)服務平臺。大數(shù)據(jù)服務平臺按照通過時間降序方式，將指定車輛經(jīng)過的所有卡口信息、通過時間、車輛照片等信息反饋給警用地理信息平臺。同時，支持對指定車輛經(jīng)過卡口及抓拍車輛照片的同步軌跡回放，方便民警對車輛進行查詢。

（3）伴隨車輛空間查詢

用戶在警用地理信息平臺中設定伴隨車牌號碼、起止時間、伴隨時間間隔等參數(shù)，手工規(guī)劃車輛行駛路線，提交給河南省公安廳大數(shù)據(jù)服務平臺，大數(shù)據(jù)服務平臺自動分析出伴隨的車輛信息（包括車牌號碼、通過卡口名稱及時間等），并按照伴隨車輛頻次降序方式反饋給警用地理信息平臺。同時，警用地理信息平臺支持對檢索結果車輛的二次伴隨車輛空間查詢，方便民警對伴隨車輛的綜合查詢。

（4）套牌車輛分析

河南省公安廳大數(shù)據(jù)服務平臺作為分析的計算支撐，提供套牌車輛分析功能，建立套牌車輛信息庫，結合地圖對車輛進行軌跡分析，定位套牌車輛的位置。

4.3 警情評估分析

警用地理信息平臺可以開展警情信息的研判和挖掘，幫助公安機關分析社會治安形勢，發(fā)現(xiàn)治安工作焦點，科學調(diào)整警力部署，實施定向精確打擊，評估公安績效，從而達到輔助決策的目標。

（1）警情分布查詢

按照省、市、縣(區(qū))的轄區(qū)范圍，設定特定時間段，如每天、每周、每月、每年等，根據(jù)案件類型等過濾條件，查詢相應的警情數(shù)據(jù)，并在地圖上顯示。點擊每個警情，可以查詢警情的詳細內(nèi)容。

（2）警情周邊信息查詢

在實現(xiàn)報警地點或案發(fā)地址定位時，平臺能夠自動分析出該地址所需要的資源（GPS警力、治安崗亭、視頻、醫(yī)院等），以不同范圍（100米、200米、500米）的形式在地圖上展現(xiàn)，便于進一步分析和處理。

平臺采用松耦合方式設計，提供周邊資源配置頁面，用戶 可根據(jù)實際情況確定要查詢的周邊資源。平臺還提供手動空間資源查詢，包括矩形、圓形以及不規(guī)則多邊形查詢。在電子地圖上選擇任意區(qū)域范圍，查詢范圍內(nèi)符合條件的信息。平臺支持后臺專題數(shù)據(jù)制作，針對不同類型的警情顯示不同周邊資源信息。警情周邊信息查詢?nèi)鐖D3所示。

圖3 警情周邊信息查詢

（3）警情動態(tài)熱力圖

根據(jù)轄區(qū)、警情案件類別查詢某一段時間內(nèi)案發(fā)數(shù)據(jù)，并在地圖上形成密度圖，通過播放的形式形成時間序列，用于直觀反映一段時間內(nèi)警情數(shù)據(jù)的變化情況。根據(jù)相同的范圍和類型、不同時段的警情數(shù)據(jù)，分別做密度分析，形成兩個時間段案件空間熱點分布圖，通過密度和聚集位置分析，分析不同時間范圍內(nèi)的警情分布情況，找出警情在不同時間段的熱點規(guī)律。

（4）警情關聯(lián)分析

警情關聯(lián)分析是指借助空間統(tǒng)計分析方法，探索空間對象之間的關聯(lián)程度，將案件或者警情的熱點區(qū)域與巡防軌跡的熱點區(qū)域進行疊加，可以看到重點巡防布控區(qū)域內(nèi)的案件或警情的發(fā)生情況。

4.4 人車布控

人車布控是利用地理空間數(shù)據(jù)，以位置為核心進行實時比對的預警工具，根據(jù)犯罪嫌疑人和嫌疑車輛的逃跑路線和行駛速度進行布控分析。同時與短信平臺對接，實現(xiàn)短信通知、系統(tǒng)高亮閃爍報警，以及對特定人員、車輛的布控報警，并通過嚴格的權限控制，實現(xiàn)統(tǒng)一的布控審批流程，以及“誰布控，誰報警”的機制。

當用戶在平臺中發(fā)布車輛或人員的布控信息后，針對布控目標，開展全省范圍內(nèi)的分布式比對工作，實現(xiàn)全網(wǎng)布控、報警消息的實時交互。實時交互分析主要包括布控信息的實時比對、全省關于布控和報警消息的實時交互。

（1）布控信息的實時比對：根據(jù)布控名單，平臺提供24小時不間斷比對分析服務；根據(jù)布控范圍，實現(xiàn)有選擇性的比對。比對范圍主要分省級和市級兩個范圍。

（2）全省關于布控和報警消息的實時交互：針對比對服務推送的報警信息，平臺通過用戶界面，向布控發(fā)起節(jié)點發(fā)出報警信息，并定位報警位置。報警會有聲光提示，用戶點擊查看報警信息后，提示自動結束。

5 結束語

基于警用地理信息平臺的警情時空分析，依據(jù)各類警務要素的查詢、展現(xiàn)、關聯(lián)和分析，提供案件、重點人員、車輛、設備等的軌跡分析，改變以往與地圖高度耦合警種（應急指揮、治安管理、巡特警、交警、情報等）的傳統(tǒng)MIS信息管理格局，有利于形成以地理信息為核心的創(chuàng)新警務、智慧警務的時空分析應用局面。

[1]孫丕龍.全國警用地理信息系統(tǒng)的建設和應用[J].地理信息世界,2014(1):14-15.

[2]柏雪.基于Hadoop的分布式搜索引擎設計與實現(xiàn)[J].圖書館學刊,2016(2):108-111.

[3]陳達倫,陳榮國,謝炯.基于MPP架構的并行空間數(shù)據(jù)庫原型系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].地球信息科學學報,2016,18(2):151-159.

[4]侯健衛(wèi),楊波,李栓林,等.基于MPP和Hadoop的低價值密度結構數(shù)據(jù)聯(lián)合處理方法的設計與實現(xiàn)[J].中國新通信,2015(1):123-124.