数据可视化在轨道交通公安业务中的应用

2020-01-14深圳市公安局公交分局赖智平

中国安全防范技术与应用 2019年6期

■ 文/深圳市公安局公交分局赖智平

公安部第一研究所王秋实

关键字：数据可视化轨道交通公安业务

1 引言

随着信息化及物联网等技术的应用，越来越多的数据被采集、汇聚，数据可视化作为最直观呈现和分析数据的方法受到各个行业的重视。对于大规模的数据，传统技术无法对其进行直观的展示，而数据可视化技术借助计算机将其转换为更易于使用者理解和接受的形式，能够辅助使用者更加快速地获得具有价值的知识。

在轨道交通公安业务中，由于城市规模的不断扩大和流动人口的持续增加，目前全国大部分地区的业务系统已无法完全满足治安及反恐等需求。如何结合数据可视化技术呈现轨道交通公安业务中的数据，通过数据可视化技术指导公安业务，从而提高执法效率、降低执法成本、增加民众满意度成为首要问题。

为解决此问题，深圳市公安局公交分局经过充分调研及筹备，于2018 年建成了“深运平台”。该平台充分运用了数据可视化技术，将轨道交通公安业务中的复杂数据通过不同维度进行展示，其感知多样化、呈现直观化、预警智能化的特点，可以在不影响出行人员通行、不增加警力的前提下极大地提高执法效率、降低执法成本，为民众的出行安全提供更好的保障。

2 数据可视化技术原理

数据可视化是利用计算机图形学和图像处理，将数据转换为图形或图像并在屏幕上显示、交互的理论方法和技术。它是一种数据的直观表达方式，可以展示数据所具有的规律，是对数据的透彻理解、深入分析和综合应用，具有易懂性、必然性、多维性、片面性、专业性等特性。优秀的可视化项目应该有效地提取和归纳信息，并把信息有机组织起来，让用户的注意力集中于关键点。

数据可视化问题的处理步骤为：

1）明确问题，确定可视化的目标；

2）运用各类技术手段收集、获取所需数据；

3）对收集到的原始数据进行分类筛选等预处理；

4）选取可视化模式，决定数据可视化方案；

5）根据用户需求展开应用，呈现结果，辅助用户发现新知识，得到新结论。

数据可视化所涉及到的技术众多，目前的主要技术如图1 所示。

图1 数据可视化主要技术

从空间的维度上，可以将数据可视化技术分为：一维数据可视化、二维空间数据可视化以及三维空间数据可视化，下面分别进行介绍。

2.1 一维数据可视化

一维数据可视化是指以某项参数作为数据排列依据并对其进行直观展示的技术，这类技术主要用于分类、聚类、查询、模式发现和预测。下文将介绍具有代表性的图表。

2.1.1 常见统计图表

统计图表是最简单而常见的一维数据的表示方法，最常见的有折线图、条形图、饼状图、雷达图等，如图2 所示。

图2 传统统计图表

2.1.2 树图

树图是一种展示逻辑层次的可视化方法，从一个总集合出发，引出多个分支，再由每个分支继续展开，适合展示一件事的内在逻辑及分层，如图3 所示。

图3 树图

2.1.3 甘特图

甘特图是通过条状图来显示项目各步骤进度的表示方法，将项目各阶段按照先后次序进行排列，并将其所需的时间周期依次进行罗列，可以直观的体现各步骤的进度，如图4 所示。

图4 甘特图

2.1.4 旭日图

旭日图是多个饼状图的组合，其每个圆环代表一个层级的数据，各圆环上的分类代表数据在该层级中所占比例，适合展示多类数据的占比，见图5。

图5 旭日图

目前，一维数据可视化在轨道交通公安业务中起着至关重要的作用，例如站内人数统计及预警、全线路客流统计分析、民警考勤、犯罪关系挖掘、犯罪人员关系挖掘等。

2.2 二维空间数据可视化

二维空间数据可视化是指基于可视化技术的平面空间分析、数据挖掘和知识发现技术，目前主要运用3S技术、平面建模及信息处理技术作为其重要手段。根据所展示的类型可分为二维空间数据静态可视化及二维空间数据动态可视化两类。

2.2.1 二维空间数据静态可视化

二维空间数据静态可视化是在平面图上叠加所需要展示的各类要素，以此来表达某要素在平面图所示范围内的变化特征。所展示的要素可以通过符号、图标、颜色等多种方式来表达，也可以将不同条件下的平面图进行对比，以此来体现该条件对所展示要素的影响。

2.2.2 二维空间数据动态可视化

二维空间数据动态可视化是指将某段连续时间轴上各时间点所对应的二维空间静态数据图进行叠加呈现的可视化方法，可以直观地表现各类要素在某段时间的变化过程。该方法能集中、形象地表示时间对所要展示要素的影响，并展示该要素的变化过程。

目前，二维空间数据可视化技术在轨道交通公安业务中也起着至关重要的作用，例如深圳市客流热力分布、各站警力分布、犯罪人员轨迹、公交线路搜索等。

2.3 三维空间数据可视化

三维空间数据可视化技术作为一项正逐步走向成熟的新技术，已在军事、航空、建筑、规划、制造业等领域得到广泛应用。通过3D 建模、倾斜摄影等手段，可以绘制虚拟的现场模型，并在该模型上进行相应的信息标注及应用，以实现更为直观、清晰地可视化展示。其展示直观、信息量丰富的特点也开始越来越受到国内外公安部门的重视与青睐，成为一个新的重要应用领域。

目前，三维空间数据可视化技术在轨道交通公安业务中也起着至关重要的作用，例如站内设备分布、警员站内定位、站内人流热力展示等。

3 “深运平台”的应用

“深运平台”具有丰富的可视化展示功能，其业务领域涵盖客流统计、民警考核、犯罪挖掘、警力分布等。依据可视化维度可将展示类型分为三类：一维数据可视化展示、二维空间数据可视化展示以及三维空间数据可视化展示，下面分别进行介绍。

3.1 一维数据可视化展示

平台可对任一站内的实时客流人数进行展示，以机器学习技术为支撑，录入过往经验作为参考数据，可自动对上下班高峰或特殊事件带来的大客流进行提前预警，并推送给公安系统，方便公安系统分配及部署警力，如图6 所示。

图6 站内客流统计及预警

平台可对深圳地铁全线客流总数及各站数据进行实时直观展示，并根据客流量对各站进行排序，方便管理部门查看，方便公安系统分配及部署警力，如图7 所示。

图7 全线路客流统计分析

平台可根据警员佩戴的设备，自动记录执勤民警的巡逻轨迹、执勤时间等信息，并且可以与执勤民警进行实时视频通话，方便管理部门进行考勤及指挥调度，如图8 所示。

图8 民警考核

平台可以根据采集信息，对犯罪人员的随同人员及接触人员进行关系挖掘，自动绘制犯罪关系图，方便公安机关对犯罪人员关系网进行梳理，减轻民警工作压力，提高抓捕效率，如图9 所示。

图9 犯罪关系挖掘

3.2 二维空间数据可视化展示

平台可展示深圳公交系统热力图，直观绘制深圳市出行规律分布图，指导公安系统合理配置与调度警力资源、优化警员的巡逻路线。

图10 城市公交系统热力图

平台可直观地对民警、辅警、警犬的数量及分布进行展示，方便管理部门进行直观查看，并可在发生紧急情况时实现就近快速调度。

图11 站点警力分布图

平台可根据采集信息，对犯罪人员的出行轨迹进行绘制，直观体现犯罪人员的出行规律及活动范围，方便公安机关进行布控及抓捕。

图12 犯罪人员轨迹图

平台可对地面公交系统进行查询，根据所输入的信息进行交叉比对，筛选出符合条件的公交车，并绘制其轨迹，辅助案件侦查。

图13 公交搜索轨迹图

3.3 三维空间数据可视化展示

平台对深圳地铁各站进行了3D 建模，在其中标注出了摄像头等警用设备的位置、执勤民警的实时位置以及其他关键信息的位置，方便管理人员进行查看。同时，平台可以根据采集信息实时展示站内出行人员热力图，方便公安机关了解出行人员的分布情况，提前进行警力部署。

图14 3D 站内立体展示图

4 实战效果

“深运平台”自2018 年7 月底在深圳公交系统投入运行以来，协助深圳市公安局公交分局解决了长期以来的安全管控难题，极大地提高了执法效率，民警及工作人员的调度指挥工作效能得到了明显提升。通过平台的应用，民警及工作人员能够提前得到大客流预警并安排客流疏导工作，预防和降低了持续大客流可能造成的交通拥堵和公共安全风险。平台还集成前端采集设备，通过前端设备的识别与追踪功能，共追回走失老人与儿童超过200 人，打击犯罪和特殊对象预警和处置效率提升近10 倍，地铁站内各类案件的发生率得到明显的下降。