基于PGIS及三维实景图像的案件现场辅助分析系统设计与实现

高树辉, 汪明松, 胡晓光, 蔡能斌

(1.中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京 100038; 2.上海市刑事科学技术研究院现场物证重点实验室, 上海 200083)

基于PGIS及三维实景图像的案件现场辅助分析系统设计与实现

高树辉1, 汪明松1, 胡晓光1, 蔡能斌2

(1.中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京 100038; 2.上海市刑事科学技术研究院现场物证重点实验室, 上海 200083)

目的 利用计算机图形学、三维仿真等技术，将案件现场信息有效结合，设计建立一个结合GIS和现场内容的现场分析重建平台。方法 通过基于人机交互方式的多媒体高效编辑与整理入库模块，为案件分析、现场重建、案情汇报等提供辅助分析的信息化平台。对系统功能进行设计和模块划分，并根据各功能模块设计对应的数据表。设计和实现系统各功能模块的界面。结果 将传统的案件分析汇报集成化、系统化、三维实景化并精确测量现场的全景图像，以帮助现场勘查部门客观全面记录、分析、判断现场，并从中获得所需要数据，提升工作精度和工作效率。结论 开发刑事案件现场综合分析重建汇报整合平台系统，基于公安地理信息、实景图像与刑事案件现场内容、物证、视频侦查等信息相结合，为犯罪现场重现、确定犯罪嫌疑人行踪、地区发案密度分析等提供直观侦查线索，将现场勘查分析重建及其汇报工作尽可能方便化、信息集成化，使勘查结果尽可能一目了然，在一个平台上合成案件侦破的多条信息，以新的应用技术武装基层民警的刑侦能力。

GIS; 案件现场; 辅助分析

0 引言

随着计算机图形学、三维仿真、虚拟现实、动画等技术的发展，建立在这些技术之上的犯罪现场重建，能够让办案人员对案件现场的整体情况及案情进程有更深入的了解和分析。本文提出基于GIS、视频侦查资源及现场勘查内容的管理系统方案，并通过案例仿真，验证此系统的应用效果。

传统的现场分析建立在“三录”的基础上，案件侦破过程中，如果重要物证记录不全会贻误战机，甚至影响诉讼。因此，如何充分利用全部案件信息，客观、全面、系统地再现现场，为案件提供侦查分析平台，是一个有待解决的现实问题。本论文通过将地理信息系统(GIS)和案件现场内容融合，研究一种可以将传统的案件分析汇报集成化、系统化、实景化，又可以从宏观上刻画犯罪嫌疑人的逃跑路线，从微观上测量物证信息的一体化系统。

1 基于GIS和现场内容的案件现场辅助分析重建系统

1.1 需求分析

提高公安办案部门的工作效率，实现案件录入、制作分析、汇报的传统手工化向自动化转变，为犯罪现场重现、确定嫌疑人行踪、案情分析、案情汇报等提供一站式服务，解决现场实景与平面图、地理信息服务的三位一体同步技术，使现场分析重建及其汇报工作方便化、信息集成化，最终自动生成可视文件，勘查结果一目了然。

1.2 功能模块设计

软件系统功能设计是设计流程中的一个非常重要的环节，系统功能模块设计要能够涵盖辅助分析系统所涉及信息的各个方面。根据系统结构分析，本系统可以分为4个子系统。根据前期对系统的需求分析、总结，将系统分为业务处理部分、数据库管理部分、图形处理部分。数据库管理部分由数据库管理系统(Access)来实现；图形处理部分通过GMAP组件完成并显示，如图1所示。

图1 总体功能结构图

2 系统仿真展示

现场照片采集使用Canon EOS 5D Mark II相机，外围模型建立使用SketchUp软件，全景拼接使用PTGui软件，虚拟漫游使用P2VR软件，基础平台使用Google Earth，主要编程语言为KML。

2.1 登录功能及界面实现

选择登录方式进入主功能界面，如图2所示。

图2 登录界面图

2.2 地理信息管理功能及界面实现

本系统将地理信息管理设置为主界面，利用GMAP控件技术实现GIS的基本操作功能，便于办案人员结合地理和案件信息直观全面地掌握案件情况。地理信息管理界面主要分为两个部分，分别是案件名称、案件编号目录树和地图设置，左侧目录树显示当前系统已录入的案件名称或编号，点击目录树上的案件名称或案件编号时，右侧地图上便会显示对应的标记、全景图点以及其他信息。如果没有则说明还未对案件相关的地理进行设置，此时可以通过工具栏上的编辑功能设置。如图3、图4所示。

图3 地理信息管理界面

图4 在地图上添加标记

2.3 全景图像精确测量

本系统的全景图像由几幅大视场照片组合而成，系统可根据相机自检校得到的内外方位元素或者相对方位元素、结合全景图像的配准精度等，共同完成全景图像的精确测量。该模块基于OpenCV计算机视觉函数库实现，从而提高了现场全景测量的速度，同时为了测量工作的便利，也提供了测量参数的调整接口。

2.4 案件信息管理功能及界面实现

案件信息管理模块，对公安机关日常办理刑事案件信息进行专项管理，包括4部分：案件基本信息操作、案件信息列表的显示和查询、案件信息的下级功能模块、案情简介。

2.5 案情分析功能及界面实现

案情分析功能模块是本系统的最主要部分，地理信息管理功能和案件信息管理功能为案情分析奠定了基础。案情分析功能主要通过设定某些已知条件生成辅助分析结果，帮助办案人员和指挥人员进行决策，另外还可以生成案件的专题图、文信息，以帮助办案人员快速了解案情。案情分析功能模块根据办案过程中的实际需求，将辅助分析功能分为类似案件区域分布、嫌疑人逃跑方式、分析结论、案件专题图文信息4个部分。

2.5.1 案件区域分布分析功能

系列案件中，犯罪嫌疑人一般会以自己的藏身地为中心，在较远周围区域活动，将某一区域内同样类型的有关联的案件连接起来，构成一个封闭多边，多边形的折点是发生的案件地点，多边形所包含的区域即是嫌疑人的活动区域，多边形中心区域有可能是犯罪嫌疑人的藏身地点，帮助办案人员确定侦查范围。此类分析，首先通过数据库检索符合条件的案发地址，保存在数组中，地址是案发地址的经纬度。但是数组中保存的地址经纬度并不是按照顺序排列的，需要将这些地址按顺序排列，将地址按顺序连接，起始地址和最后一个地址相连，便形成了一个闭合区域，用BRUSH控件将闭合区域刷成红色半透明样式。区域分布分析结果如图5所示。

图5 区域分布分析结果显示

2.5.2 嫌疑人逃跑方式

嫌疑人作案后的逃跑方式是案件侦查的一个重点。嫌疑人作案后步行、骑自行车、乘车或者先步行后乘车逃跑，获取关键信息对侦查人员非常重要。如确定嫌疑人乘车逃跑，可以通过监控获取这段时间内符合条件的车辆信息，然后进一步侦查。逃跑方式分析主要依据各种逃跑方式的速度不同判断。功能实现和结果分析如图6所示。

2.5.3 分析结论及案件汇报PPT的生成

分析结论模块的功能可帮助勘查人员全面而有条理地进行汇报。分析结论功能界面如图7所示。生成汇报PPT时，只需要选择要生成的案件，点击生成即可，如图8所示。

2.5.4 案件专题图文信息

案件图文信息包括嫌疑人基本情况、案件基本情况、嫌疑照片及案发地点四部分信息，输入案件编号，点击生成即可生成图文信息。案件图文信息主要以最简便的方式让帮助协查的单位快速了解案情和犯罪嫌疑人情况，以便及时作出正确部署。具体如图9所示。

图6 逃跑方式分析

图7 分析结论

图8 生成汇报PPT

图9 案件专题图文信息输出

3 结语

(1) 基于PGIS及三维实景图像的案件现场辅助分析系统，主要表达案发地点、周边地理与环境状况、人员状况，以及与案件相关的其他必要信息，将传统的案件分析汇报集成化、系统化、三维实景化，构建人机交互方式的多媒体材料高效编辑与整理入库模块， 以帮助现场勘查部门客观全面记录、分析、判断现场，并从中获得所需要的测量数据。永久性保存复杂的第一现场，为现场复查提供形象化的工具。利用软件比较精确地测量任意空间的距离，为侦查人员有效分析现场提供条件，在较短的时间内重建现场，为案件分析、领导决策、专家远程会诊提供及时和真实的现场实景资料，对复杂案件现场中由于干扰因素引起的疏忽或由于现场撤销造成的数据丢失起到补救测量作用。

(2) 该系统在现场内容之间自由链接、互动，全面反映现场，基于PGIS，自由嵌入视频和音频，直观了解现场。实现数码影像资料的融合、拼接、缝合技术，解决三维实景与平面图、地理信息服务的同步确认。同时可结合新旧线索全面分析测量现场，在此基础上可进一步实现应用计算机人工智能对刑事现场勘查所掌握信息进行辅助推断、剧情模式、时间轴模式等方式展现线索和物证等案情演绎研究。

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(责任编辑 陈小明)

2016年中国人民公安大学刑事科学技术学院学科建设项目资助；上海市刑事科学技术研究院现场物证重点实验室开放课题资助。

高树辉(1971—)，女，内蒙古包头人，教授，博士。研究方向为刑事科学技术教学和研究。

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