基于时空实体与实景三维实现公安人口精细管理

索荣遥

(北京博阳世通信息技术有限公司, 北京 110101)

0 引言

人口管理是公安部门重要的基础性工作[1]。针对公安人口管理目前有一些研究成果,如乔铃翔[2]设计的地市公安机关村落人口管理系统,实现了人口、身份证、案件等信息的采集与管理;郭俊江[3]等人构建了以人口、地址、单位和关联信息为核心的人口管理系统;褚文苗[4]等人建立的WebGIS警用实有人口可视化管理平台,设计了楼层布局信息表单来加强人口信息的可视化表达。以上成果尚缺乏空间信息库支撑,人口信息空间查询分析效率有待提高;缺乏实景三维(three-dimensional,3D)支撑,人、房、案件的实景化关联管理与精细展示有待完善;缺乏人员实体详细分析,重点人员识别有待扩展。实景地图是关联公安业务专用地理信息的较好媒介,将三维实景影像应用于警用地理信息业务中可有效提升警用地理信息平台生命力,但未见将其深入应用到公安人口管理业务中。

目前各省市县公安部门通过物联网采集、人工采集、出警处理、网络抓取等方式,积累了大量人员及相关事、地、物、组织等信息,人口及其关联数据既有明显的空间特性,又有多时间尺度特征[5],且信息涵盖量大,现有公安人口管理系统优势在于数据采集全面且相对规范、业务流程相对成熟,但人口数据高效组织、快速查询、时空分析与直观可视化展示明显不足。面对突发状况时重点数据快速挖掘筛选的应急能力较弱,难以在短时间内精准快速地从库中获取人员及其关联数据并在接近真实的地理空间场景中进行直观查询、分析、研判、辅助决策。

因此，本文研究将空间数据库、时空实体与实景三维应用于公安人口管理业务中,提升人口数据价值、升级人口信息化管理新模式,建立集人口数据重组、高效查询、时空分析、三维直观展示于一体的、更加精细化的人口管理系统,从而较好地解决以上问题。

1 总体思路

以警综数据为基础,建立全要素时空实体模型抽取关键数据重组生成公安人口实体,采用空间数据库实现多源异构数据的一体化组织存储,以实景三维模型为基础集成遥感影像、矢量等空间数据构建公安人口管理的地理底图,在接近真实的地理空间场景中实现公安人口从宏观到微观的多粒度精细化管理,以及房、人、事在空间和时间上的有序关联和深度分析,提升公安人口精准管理分析能力。

2 系统框架

以基础地理空间数据和倾斜摄影三维数据为背景,基于Cesium(一个用于显示三维地球和地图的开源库)三维地球引擎框架建立浏览器/服务器(browser/server,B/S)结构的三维WebGIS应用系统,采用数据源接入层、数据层、服务层、应用层架构体系,如图1所示。

图1 系统框架

数据源接入层：业务数据以警综为数据源,对三实信息深度梳理与分析,基于全要素时空实体模型实现关键数据抽取加工,建立时空关联度更高、数据价值密度更高的人口实体资源;地理空间数据以影像、矢量、数字高程模型、OSGB(open scene gragh binary)格式倾斜摄影三维模型、GLTF(Graphics Language transmission format)格式三维模型为主,对OSGB格式的三维模型数据进行转换处理生成系统可支持的3D切片(3DTiles)数据格式。

数据层：基于空间数据库实现公安人口实体数据、多源地理空间数据、实景三维模型数据等多源异构数据一体化组织与存储,建立公安人口时空数据一个库,为人口管理提供“后勤”资源保障。在数据底层通过时间和空间的交叉关联计算自动建立业务实体数据与地理空间数据、实景三维模型之间的时空关系,建立数据全文索引和时空索引,提高上层应用的查询检索效率。

服务层：为数据层和应用层之间沟通的桥梁,提供网络要素服务(web feature service,WFS)、网络地图瓦片服务(web map tile service,WMTS)等,三维模型服务,JDBC(Java database connectivity)数据库访问接口服务,以及地理信息空间查询分析服务等。

应用层：是应用系统的实现和直观表现层,在实景三维可视化框架之上对某重点管理区域进行立体的、富信息的地理场景三维展示,进一步实现警务机构目录导航、人员实体画像、房人事关联查询、警务统计分析等功能。

3 关键技术

3.1 全要素时空实体建模技术

从时间、空间、属性三维度出发,剖析公安人、事、物、地、组织等细粒度对象本质,以客观地理空间世界中实体对象的方式进行抽象,针对实体的多维度特征,从基本属性考、组成结构、时空属性、关联关系、行为能力、认知能力六要素进行实体分析、数据抽取、实体重组、描述表达,建立集静态和动态、历史和实时、离散和统计、属性和时空、直观和挖掘等信息于一体的公安人口实体,将接入的多源数据基于要素与人口实体数据等进行自动匹配关联,全方位呈现人口实体数据。按需动态重构生成具有特定应用性质的公安实体数据。时空实体模型如图2所示。

图2 时空实体模型

3.2 多元异构数据一体化组织存储技术

公安人口管理业务中涉及地理空间数据、人-地-事-物-组织属性数据/位置数据/多媒体数据、物联传感数据等时空多媒体数据,数据具有多来源、多粒度、多模态、时空关联复杂等特点,采用空间数据库针对公安人口管理业务数据多源异构的特点建立多元异构数据一体化组织存储模型,在保证上层功能不受影响的同时,最大限度地提高其数据存取效率;将各类物理存储格式的时空多媒体数据在逻辑上综合集成,实现不同数据对象的组织关联在上层提供一体化查询检索与分析。

(1)跨结构数据库表扩展：实现关系结构和对象结构的统一组织和访问,同时支持关系表和文件的统一组织和访问,实现多源异构时空多媒体数据一体化管理和透明统一访问。

(2)时空关联搜索引擎：为各类实体、图像、视频/音频、物联传感数据标识时间属性和空间位置属性,并借助关键词索引以及自适应空间索引、时态索引综合实现基于主题词或空间位置的快速检索,以及图、文、多媒体互查。

3.3 实景三维场景可视化技术

基于Cesium框架搭建三维WebGIS实景三维场景可视化平台,实现实景三维模型数据格式转换、单体化处理、服务发布与可视化应用。将小区实景三维模型与公安人口实体关联融合,满足对建筑物(楼)-房屋(户)的分层分户点选查询管理需求。

(1)实景三维模型数据转换。本文采用的实景三维模型数据以倾斜摄影OSGB模型为主。利用CesiumLab(一种三维模型处理工具)将OSGB格式模型转换成Cesium框架所使用的3DTiles格式模型加载到三维场景中。

(2)实景三维模型与公安人口实体信息关联。倾斜摄影获取的实景三维模型实际上是具备高精度三维展示效果的“一张皮”,无法对地物进行单独选择、查询,需要进行模型单体化处理才可为地物赋予属性值进行单体交互查询。本文采用Cesium动态单体化方法[6]。技术流程如图3所示。

图3 实景三维单体化技术流程

4 系统主要功能实现

4.1 辖区实景三维可视化

集成高程地形数据、倾斜摄影数据、重点建筑三维模型、影像数据、行政区划矢量数据等多源地理空间数据作为底图进行三维地球渲染展示,为警务工作辅助决策提供更加直观的、可量测的立体空间参考。将公安人口、房屋、案件实体精准映射到实景三维模型上,所有管理对象的信息可在此场景中展示操作[7],让警务管理人员仿佛置身辖区实景中分楼、分户的精细化看房、管人、查事。

4.2 警务机构目录导航

将警务管理机构按照上下级关系生成八级目录树,包含省公安厅、市公安局、分局、派出所、警务室、街道、建筑、房屋,分级授权管理,不同级别机构具有不同操作权限。支持机构目录查询、机构地图定位、辖区建筑物上图、辖区警务信息统计概览等。

4.3 人员实体画像

根据全要素时空实体模型,构建常住人口、流动人口、重点人员、嫌疑人等人员实体画像,提供基本特征、关联关系、时空属性、行为能力、组成结构、认知能力等人员六元组信息,展示某人相关静态、动态、直接、隐含的全要素信息。可快速掌握是谁、住哪儿、现在在哪儿、近期去过哪儿、家有什么人、曾经涉案情况、有什么特长等。

(1)基本特征。用以简明地展现某人身份特征,根据特征动态赋予不同颜色醒目表达常住人口、流动人口、重点人员、嫌疑人。基本特征信息包括从警综数据库内人员基本信息中抽取的基本属性,如姓名、性别、出生日期、照片、职业、身份证、户籍地、现住址;通过人员基本信息、案件信息关联分析提取的涉案情况统计信息。

(2)关联关系。建立人员家族关系模型,生成每个人的家族关系圈图谱,掌握人员家庭组成结构及家庭成员性质、详细信息等;挖掘目标人员关系圈中的重点人员并进行标识提醒;将关系圈与空间地图集成实现关联人员上图,掌握目标人员及关联人员空间分布状况。

(3)时空属性。用于描述和展现人员的时空轨迹流转情况[8],基于一定时间段抽取人员出行信息,包括定位信息、出入车站/机场、入住宾馆等时空信息,经过时空有序重组生成人员位置流转轨迹实体并在实景三维场景中显示,基于轨迹进行动态演播、停留点分析、轨迹碰撞分析及关联查询分析[9],辅助警务人员更快地获得情报，预防、制止犯罪[10]。

(4)行为能力。用于描述和展现人员特长信息,将某人的形体特征、职业信息、涉事信息等进行关联分析得出某人的特长能力并给出关键词云。

(5)组成结构。主要描述人员信用特征,基于银行大数据金融信息抽取银行卡使用状态、贷款情况、信用等级及支付记录等信息,分析其是否存在支付能力弱、违规违法倒钱行为及其潜在不稳定危险因素和犯罪趋势。

(6)认知能力。综合人员基本信息、时空位置、关联人员、行为能力,重点分析网络舆论信息、涉事涉案过程及结果信息等,挖掘分析其煽动、预判和反侦察等认知能力。

4.4 房、人、事关联查询上图

通过空间位置关系和属性关联关系,在数据库中建立组织机构、房屋、人员、案件等各类实体之间的互联互通数据模型,可通过任一实体瞬时关联抽取到另一类实体并在地图上展示其详细信息,实现“房、人、事”之间的闭环关联查询,为组织机构快速掌握管辖社区人口及关联信息提供快速通道。

4.4.1房屋实体查询上图

可按地址、所属区域(所在社区、街道)等条件查询,也可在地图上绘制空间范围进行查询。房屋实体地图展示：实有房屋映射为地图上的点,上图时自动按照空间范围进行点聚合展示并进行房屋数量统计,选择某个房屋点进一步查看房屋分布及实体信息。实有房屋楼房三维模型,如图4所示,展示整栋楼内实有人口的概要信息,包括楼房基本信息、楼内人口统计信息、楼内居住人员简要信息,若有重点人员则动态渲染醒目提示。实有房屋楼房实景三维模型,如图5所示,对楼房实景三维模型进行单体化处理,在三维数字地球上加载显示,对楼栋、户进行独立交互操作查看信息。

(说明：图中敏感信息由“*”代替)

(说明：图中敏感信息由“*”代替)

4.4.2人员实体查询上图

可按人员类型、身份证号、姓名、性别、民族、所属区域(所在社区、街道)等条件查询,也可以在地图上绘制空间范围查询。实有人口实体上图,以不同颜色区分显示常住人口、流动人口、重点人员、嫌疑人等,与人口列表联动,直观表达实有人口空间地域分布状态。地图上选择某人口实体点,可查看其详细人员实体画像,如图6所示。实现从大面积人口分布、到小范围人员定位、再到人员个体画像详细信息的纵向深度钻取、横向时空关联的查询模式,可快速为警务工作人员提供多角度、多粒度、多维度的完整人员信息。

(说明：图中敏感信息由“*”代替)

4.4.3案件实体查询上图

可以按案件名称、编号、时间、类型、来源、危害程度、发案处所等条件进行查询,可在地图上绘制空间范围查询。依据案发位置进行空间化在地图上定位展示形成案事件地图,选择案件点可快速获取案件实体信息,包括基本信息、涉案地点、关联人员、关联物品、关联组织等多元信息。

4.4.4“建筑物->户->人->事”关联查询

可在楼房三维模型、实景三维模型上选择某一户,查看其房屋室内结构图及户成员详细信息,同时关联到人员实体画像、案件实体,一条线深入掌握人员详细信息及涉案情况。避免警务工作人员在多条查询通道中来回切换奔波,近实景地展示环境，也可以让工作人员在系统中更好地掌握实地环境，减少现场奔波,提高信息查询和获得效率。

4.5 警务分析展示

综合位置计算、时空分析、统计分析等方法,对人员结构、案件结构、重点人员进行多维度、多粒度分析,提供即有全局又有局部的分析结果,将抽象的警务分析结果直观简明化,加速警务人员对分析内容的特征、关系和趋势进行理解、辅助决策。

4.5.1人员结构分析

将人口按照人数、类别、籍贯、民族、年龄、性别等条件进行人口分类数量统计、重点人员籍贯特征分析、重点人员年龄特征分析、重点人员民族特征分析、人口流动流向分析、人口变化趋势分析等,以地图位置为核心关联地理飞线、饼图、柱状图、折线图等展现。

4.5.2案件地理分析

将案件按照案发时段、区域、类型等条件进行案件热点分析、案件总数变化分析、案件分类数量统计、各类案件案发时段分析、案件类型变化分析及案发严重程度变化分析等,分析结果可作为犯罪案事件的预测基础[11]。

4.5.3重点人员识别

选择某街道模拟工作人员持警务终端巡逻的办公场景,通过空间位置计算,实时识别巡逻街道周边存在安全隐患因素的房屋、重点人员,并按距离远近、按安全等级高低推送显示。

5 结束语

全要素公安时空实体模式使公安人口信息价值密度更高,可查询、可分析性更强;实景三维让实体有了全方位的实景空间依托,为公安人口管理工作提供了更具有实战意义的操作环境。实景三维被定义为国家新型基础设施建设的重要组成部分,未来国家各行各业信息化建设也将依托统一的实景三维数字底座开展。本文采用的时空实体与实景三维相互辅佐、相互成就的技术模式与系统框架,顺应新时代新技术发展趋势,可有效减少数据跑腿路程,实现多角度、多粒度、多维度完整人口信息的瞬时提取,融合实景三维场景表达提高数据应急能力和公共安全预警能力,可为公安人口精细化管理业务及其他相关管控业务提供更先进更高效的服务支撑。然而,目前系统主要应用于某市公安人口管理,且只在某重点区域引入了实景三维数据支撑,数据处理规模不大,系统尚需进一步研究大面积实景三维批量自动单体化处理、人/房实体自动关联处理等技术,以适应更大规模的公安人口管理业务。