基于警用地理信息平台的警情时空分析

邓勇 余新康 姚丰

（1.河南省公安厅 科信处，河南 郑州 450000； 2.河南省测绘地理信息局信息中心，河南 郑州 450003）

1 引言

近年来，随着公安信息化建设的速度加快，作为公安基本信息五要素之一的地理数据，例如常住人口地址、案件发生地址、出租屋地址等，需要及时更新，安全保密。但是在统计收集数据的过程中，由于地址信息采集没有统一标准，现有数据往往分布在不同业务系统中，且格式多样、互不相连、互不共享，造成数据零散、统计工作烦琐等问题，刑侦工作利用地址做关联分析时，也受到了极大限制。因此，如何更好地统计、管理这些海量地址数据，是公安部门亟待解决的问题[1]。

本文以河南省公安厅警用地理信息平台建设为例，提出基于时空大数据的警用地理信息平台设计与实现方案，通过时空大数据分析、智能终端、地图管理等信息化手段，为警民提供便利服务，实现警务的可视化、智能化指挥、调度和管理。

2 警用地理信息平台总体设计

2.1 实现目标

河南省公安厅警用地理信息平台基于平台前期建设成果，充分利用云计算、时空大数据、移动互联网以及GIS新技术，整合政府、社会和互联网地图数据资源，借鉴互联网地图的设计理念，以建设全省地图服务中心为核心，推动各类业务图层的完善、融合和共享，构建基础性、综合性的在线地图应用，组织开展定位信息联网平台的建设，探索时空大数据分析应用，打造实战实用、响应敏捷的河南公安“警务百度地图”，为反恐应急、情报研判、扁平化指挥调度、跨区域警务合作、犯罪时空分析、基层基础等警务工作提供可靠的地图及位置服务保障，实现智慧警务的总体目标。

2.2 系统框架结构设计

河南省公安厅警用地理信息平台按照系统的功能模块需求，将系统框架结构分为基础设施层、数据层、服务层、应用层和用户层。系统框架结构如图1所示。

图1 系统框架结构图

基础设施层：为平台提供基础软硬件设施，主要包括虚拟机、关系数据库、NoSQL数据库、安全设施、负载均衡、分布式文件系统等。

数据层：为平台提供警用地图基础数据和业务数据的存储及管理。主要包括PGIS数据库、标准数据库、业务图层库、时空数据库等。

服务层：为平台提供地图开放API、开发组件、PGIS扩展服务、PGIS基础服务等多层次服务支撑。

应用层：为平台用户提供实战应用支持，例如地图一键搜、警情时空分析、警力态势标绘、人车布控等。

用户层：为平台用户提供专业实用的业务系统，例如报警定位系统、调度指挥系统、情报系统等。

2.3 数据库设计

河南省公安厅警用地理信息平台的数据库主要有四个：警用基础地理信息数据库、警用标准地址库、警用业务图层数据库和警用时空大数据库。

警用基础地理信息数据库：为平台提供基本的道路、河流等空间信息，包括矢量地图、影像地图、交通专题图、2.5维地图。

警用标准地址库：提供新一代警用地址数据，对公安部门原有各业务应用系统的地址数据进行规范化处理、标准化梳理与导入，形成规范的警用标准地址数据库和完善的地址资源库。

警用业务图层数据库：包括旅馆、网吧、卡口、警情等警方最关注的实体信息，方便警用业务数据的查询、展示和分析。

警用时空大数据库：存储汇集了多种实时动态位置数据，让公安部门在传统地理实体的静态坐标信息外，获取大量人员、车辆、物品的实时位置和轨迹信息。

2.4 平台功能设计

依据平台的定位及各种业务应用的需求分析，河南省公安厅警用地理信息平台的功能模块包括基础地图、地图查询、时空分析、警力监控和用户管理模块。

基础地图模块：展示全省的栅格地图、矢量地图和影像地图，控制警用图层的显示状态，以实现地图浏览、辖区定位、地图打印、信息标绘和地图纠错等功能。

地图查询模块：以空间数据为基础，关联人、车、案等相关的数据资源，以地图搜索服务为基本支撑，以地图为展现平台，以空间数据结合业务数据为展现形式。通过地图搜索，快速掌握关注区域周边的各类公安资源，并在地图上进行定位。其功能包括图层查询、地图搜索、空间检索和路径规划。

时空分析模块：基于警用时空大数据库，为用户提供基于人、车、物的轨迹查询分析服务，并将其展现在地图上。其功能包括警情时空分析、人员时空分析、车辆时空分析、视频时空分析和通话时空分析。

警力监控模块：对民警和车辆的移动终端进行状态和位置监控，以便实时掌控警力分布。其功能包括设备状态、设备实时位置、轨迹查询和空间查询。

用户管理模块：管理员对普通用户的监管及对其个人信息的管理，其功能包括组织机构管理、权限管理、用户管理和个人管理中心。

3 关键技术

3.1 map-reduce分布式计算模型

为了实现对地图瓦片的高速索引和检索，基于Hadoop的map-reduce分布式计算模型[2]，将地图服务和空间索引计算分布到不同的计算资源节点上，以并行计算的方式在各个节点上检索数据，最后将结果汇聚到master上进行展现。其优势在于，以往一台机器在10万文件中检索的模式转化为10台机器在1万文件中检索的模式，通过并行计算的方式，节约了计算时间，提高了检索效率。

采用map-reduce分布式文件系统，对地图瓦片数据等非结构化、半结构化数据进行存储管理，通过将大量小切片文件聚合为较大的数据包，统一存放在分布式存储节点中，实现低成本、高可靠的存储和并发访问。

3.2 MPP架构

MPP是一种海量数据分析架构，适合实时或离线的大规模分析处理。MPP作为一种share-nothing架构，每个节点运行自己的操作系统和数据库等，节点之间的信息交互只能通过网络连接实现[3]。MPP架构目前被并行数据库广泛采用，一般通过Scan、Sort和Merge等操作符实时返回查询结果。

对于警用时空大数据，除了传统的存储和查询需求外，还需要对其进行深入的分析和挖掘，从而获取有价值的信息。河南省公安厅警用地理信息平台建设通过MPP等技术框架，来实现大规模时空信息的统一分析。在实际数据处理中，可以将MPP与Hadoop进行整合，用MPP处理PB级别的、高质量的结构化数据，同时为应用提供丰富的SQL和事务支持能力；用Hadoop实现半结构化、非结构化数据处理。这样可同时满足结构化、半结构化和非结构化数据的处理需求，两者形成一个有机整体[4]。

4 警情时空分析应用

河南省公安厅警用地理信息平台向全省民警提供空间查询、路径规划、在线制图等基础功能，打造地图一键搜，案件、警情、视频、人、车、电信轨迹时空分析和布控预警等综合性、基础性在线地图应用，服务基层民警的警务实战。基层民警最为关注的时空分析应用，是人员行迹追踪、车辆踪迹调查、以往警情的案例分析评估和人车布控，下面主要介绍这四部分应用。

4.1 人员追踪分析

根据人员在时间、空间两个维度的变化情况，分析人员的活动轨迹和活动规律。

（1）人员空间轨迹分析

人员空间轨迹包括登记数据和轨迹数据。登记数据主要有旅馆入住、网吧上网等信息；轨迹数据主要是卡口的过车记录，将这些数据与空间数据关联起来变成空间轨迹展现在地图上，与案件的发生地及其他重点关注区域相叠加，可进一步挖掘嫌疑人信息。

登记类轨迹数据，可以将案发一定时间、区域范围内的网吧上网人员和旅馆入住人员全部搜索出来；也可以将某个嫌疑人的网吧、旅馆轨迹检索出来，显示在地图上，依此分析嫌疑人在案发前后一定时间内在案发地周边的活动轨迹，进一步判断该嫌疑人的作案可能。

（2）人员空间碰撞分析

案件的侦破最终要集中到人身上，针对人员空间轨迹的分析就显得尤为重要。将登记数据、轨迹数据和空间数据关联起来成为空间轨迹，展现在地图上。与案件的发生地以及其他重点关注区域相叠加，可以进一步挖掘犯罪嫌疑人多次发生空间碰撞的人员信息，分析案件是否为团伙作案。人员空间碰撞分析如图2所示。

图2 人员空间碰撞分析

（3）重点人员变化趋势分析

根据地图索引库里的人员标签，用户可选择单个或多个标签进行重点人员分析。从重点人员实际居住地、网吧、酒店的登记信息获取地图位置信息，根据不同重点人员显示的不同图标，通过地图将其进行区域分布展示，并利用资源服务平台展示业务信息，比如重点人员的家庭关系、成员情况、社会关系等。该应用可作为地图服务发布给其他业务系统直接使用。

通过热力图和海量点对重点人员的分布区域进行展示，可以直观了解重点人员的分布区域；设定时间轴，通过热力图在不同时间段内的热力变化，展现重点人员某段时间内在全省的分布情况变化。

（4）话单通话空间分析

警用地理信息平台获取民警导入的包含坐标信息的话单数据，自动解析上图标注，并可开展话单密集分析、通话频次分析和通话轨迹展示，方便民警了解通话记录和通话空间位置的关联和特点。

4.2 车辆追踪分析

（1）卡口通行车辆空间查询

警用地理信息平台将用户输入的卡口名称或在地图上选定的卡口信息和起止时间等查询条件，提交给河南省公安厅大数据服务平台，查询经过指定卡口的所有车辆信息、通过时间及车辆照片。大数据服务平台按照通过时间降序方式将信息反馈给警用地理信息平台，并将通过车辆照片横向展示。

（2）车辆通过卡口空间查询

警用地理信息平台将用户输入的车牌号码、起止时间等查询条件，提交给大数据服务平台。大数据服务平台按照通过时间降序方式，将指定车辆经过的所有卡口信息、通过时间、车辆照片等信息反馈给警用地理信息平台。同时，支持对指定车辆经过卡口及抓拍车辆照片的同步轨迹回放，方便民警对车辆进行查询。

（3）伴随车辆空间查询

用户在警用地理信息平台中设定伴随车牌号码、起止时间、伴随时间间隔等参数，手工规划车辆行驶路线，提交给河南省公安厅大数据服务平台，大数据服务平台自动分析出伴随的车辆信息（包括车牌号码、通过卡口名称及时间等），并按照伴随车辆频次降序方式反馈给警用地理信息平台。同时，警用地理信息平台支持对检索结果车辆的二次伴随车辆空间查询，方便民警对伴随车辆的综合查询。

（4）套牌车辆分析

河南省公安厅大数据服务平台作为分析的计算支撑，提供套牌车辆分析功能，建立套牌车辆信息库，结合地图对车辆进行轨迹分析，定位套牌车辆的位置。

4.3 警情评估分析

警用地理信息平台可以开展警情信息的研判和挖掘，帮助公安机关分析社会治安形势，发现治安工作焦点，科学调整警力部署，实施定向精确打击，评估公安绩效，从而达到辅助决策的目标。

（1）警情分布查询

按照省、市、县(区)的辖区范围，设定特定时间段，如每天、每周、每月、每年等，根据案件类型等过滤条件，查询相应的警情数据，并在地图上显示。点击每个警情，可以查询警情的详细内容。

（2）警情周边信息查询

在实现报警地点或案发地址定位时，平台能够自动分析出该地址所需要的资源（GPS警力、治安岗亭、视频、医院等），以不同范围（100米、200米、500米）的形式在地图上展现，便于进一步分析和处理。

平台采用松耦合方式设计，提供周边资源配置页面，用户 可根据实际情况确定要查询的周边资源。平台还提供手动空间资源查询，包括矩形、圆形以及不规则多边形查询。在电子地图上选择任意区域范围，查询范围内符合条件的信息。平台支持后台专题数据制作，针对不同类型的警情显示不同周边资源信息。警情周边信息查询如图3所示。

图3 警情周边信息查询

（3）警情动态热力图

根据辖区、警情案件类别查询某一段时间内案发数据，并在地图上形成密度图，通过播放的形式形成时间序列，用于直观反映一段时间内警情数据的变化情况。根据相同的范围和类型、不同时段的警情数据，分别做密度分析，形成两个时间段案件空间热点分布图，通过密度和聚集位置分析，分析不同时间范围内的警情分布情况，找出警情在不同时间段的热点规律。

（4）警情关联分析

警情关联分析是指借助空间统计分析方法，探索空间对象之间的关联程度，将案件或者警情的热点区域与巡防轨迹的热点区域进行叠加，可以看到重点巡防布控区域内的案件或警情的发生情况。

4.4 人车布控

人车布控是利用地理空间数据，以位置为核心进行实时比对的预警工具，根据犯罪嫌疑人和嫌疑车辆的逃跑路线和行驶速度进行布控分析。同时与短信平台对接，实现短信通知、系统高亮闪烁报警，以及对特定人员、车辆的布控报警，并通过严格的权限控制，实现统一的布控审批流程，以及“谁布控，谁报警”的机制。

当用户在平台中发布车辆或人员的布控信息后，针对布控目标，开展全省范围内的分布式比对工作，实现全网布控、报警消息的实时交互。实时交互分析主要包括布控信息的实时比对、全省关于布控和报警消息的实时交互。

（1）布控信息的实时比对：根据布控名单，平台提供24小时不间断比对分析服务；根据布控范围，实现有选择性的比对。比对范围主要分省级和市级两个范围。

（2）全省关于布控和报警消息的实时交互：针对比对服务推送的报警信息，平台通过用户界面，向布控发起节点发出报警信息，并定位报警位置。报警会有声光提示，用户点击查看报警信息后，提示自动结束。

5 结束语

基于警用地理信息平台的警情时空分析，依据各类警务要素的查询、展现、关联和分析，提供案件、重点人员、车辆、设备等的轨迹分析，改变以往与地图高度耦合警种（应急指挥、治安管理、巡特警、交警、情报等）的传统MIS信息管理格局，有利于形成以地理信息为核心的创新警务、智慧警务的时空分析应用局面。

[1]孙丕龙.全国警用地理信息系统的建设和应用[J].地理信息世界,2014(1):14-15.

[2]柏雪.基于Hadoop的分布式搜索引擎设计与实现[J].图书馆学刊,2016(2):108-111.

[3]陈达伦,陈荣国,谢炯.基于MPP架构的并行空间数据库原型系统的设计与实现[J].地球信息科学学报,2016,18(2):151-159.

[4]侯健卫,杨波,李栓林,等.基于MPP和Hadoop的低价值密度结构数据联合处理方法的设计与实现[J].中国新通信,2015(1):123-124.