李一琳，鄧三鴻，陳澤軍

(1.南京大學(xué) 信息管理學(xué)院 江蘇省數(shù)據(jù)工程與知識服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210023;2.南京森林警察學(xué)院 刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210023)

美國警察部門和司法機(jī)構(gòu)最早將犯罪信息制圖與分析納入例行警政工作及決策的一環(huán)，并在大中型都會區(qū)使用PGIS協(xié)助警務(wù)實(shí)戰(zhàn)。同時，實(shí)現(xiàn)了PGIS的信息大眾化共享，社會公眾在客戶端可通過搜索具體位置，查看當(dāng)?shù)氐姆缸镱l率與警力分布情況[1]，強(qiáng)化了警局與民眾的溝通能力，提高了社會治安的管理水平，使得傳統(tǒng)警務(wù)資源信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)了由單向性到雙向性的變革。

PGIS作為GIS技術(shù)的拓展，近些年也有著長足的進(jìn)步。但因我國的國情和警務(wù)工作的特點(diǎn)，導(dǎo)致其技術(shù)、推廣、應(yīng)用等在國內(nèi)的發(fā)展并不樂觀。通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)資料，從應(yīng)用和技術(shù)革新兩方面對國內(nèi)PGIS技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行歸納總結(jié)，以期能為PGIS在國內(nèi)的推廣應(yīng)用提供一些參考。

1 國內(nèi)PGIS平臺的技術(shù)架構(gòu)

本文以“警用地理信息系統(tǒng)”“PGIS”等檢索詞在中國知網(wǎng)和Web of Science(WoS)等數(shù)據(jù)庫中共檢索出中文文獻(xiàn)199篇，英文文獻(xiàn)75篇，書籍3本，規(guī)范性文件1份(檢索日期2020年4月)。對文獻(xiàn)資料進(jìn)行通讀篩選后，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)關(guān)于PGIS的研究主要集中在PGIS各級系統(tǒng)的建設(shè)、警務(wù)管理平臺設(shè)計、高級算法的應(yīng)用等理論建設(shè)階段，鮮有實(shí)際案例的分析與技術(shù)推廣;國外有關(guān)PGIS的文獻(xiàn)側(cè)重于實(shí)用性技術(shù)的介紹(如CompStat警務(wù)管理模式)、管理經(jīng)驗(yàn)的分享和案例分析等。

通過梳理文獻(xiàn)資料中關(guān)于PGIS技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計、平臺建設(shè)等信息，整理出國內(nèi)PGIS系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)庫、技術(shù)層、應(yīng)用層、用戶層4個部分。其中數(shù)據(jù)庫涉及的主要數(shù)據(jù)實(shí)體包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、車輛、案件、預(yù)案推演等。技術(shù)層主要圍繞地理信息、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的管理、分析與處理幾個方面。應(yīng)用層更注重用戶體驗(yàn)感和實(shí)際工作需求，包括人口、監(jiān)控、情報、預(yù)警、警力配置等部分。詳見圖1。

圖1 警務(wù)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用平臺架構(gòu)圖

國內(nèi)PGIS系統(tǒng)是由公安部專研部門研發(fā)并統(tǒng)一下發(fā)使用的，顯然這無法滿足因人而異和因地制宜的使用目的。如果不能根據(jù)使用人或部門的技術(shù)需求和業(yè)務(wù)內(nèi)容進(jìn)行自主研發(fā)和改造，很難發(fā)揮PGIS的技術(shù)優(yōu)勢。我國的PGIS平臺支持自主研發(fā)功能，使不同地域、不同警種、不同操作的個體根據(jù)各自的實(shí)際需求開發(fā)PGIS的應(yīng)用功能，這也是國內(nèi)PGIS的最大亮點(diǎn)。

1.1 數(shù)據(jù)庫的建設(shè)

在各級警務(wù)活動和管理工作中，總會直接或間接地與時空數(shù)據(jù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，為實(shí)現(xiàn)各級警務(wù)部門之間的數(shù)據(jù)互通共享，需要就數(shù)據(jù)組織建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。PGIS的時空數(shù)據(jù)庫包括空間對象數(shù)據(jù)、屬性對象數(shù)據(jù)和對象版本數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來源分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(包括：基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)屬性)和警用專題數(shù)據(jù)(包括：警用專題數(shù)據(jù)圖層、警用專題數(shù)據(jù)屬性)。詳見表1。

表1 警用地理空間數(shù)據(jù)項(xiàng)目分類

在PGIS中建立一個時空數(shù)據(jù)集可有效地組織和管理時空數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)時空數(shù)據(jù)可視化的重要前提[2]。PGIS的數(shù)據(jù)組織與管理包含的項(xiàng)目較多，參考城市警用地理信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范[3]，得表2。

表2 警用地理空間數(shù)據(jù)的組織與管理

警務(wù)工作中幾乎所有環(huán)節(jié)都涉及時空變化，如戶籍變更、警情接收、車輛信息變化、警用車輛移動和預(yù)案等都產(chǎn)生大量時空數(shù)據(jù)。因此，在PGIS設(shè)計時空數(shù)據(jù)庫時需使用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和版本數(shù)據(jù)庫分別管理時空數(shù)據(jù)[4]。

PGIS數(shù)據(jù)的收集與錄入是一項(xiàng)耗時、耗力、投入大而收效慢的長期工作，也是一項(xiàng)具有長遠(yuǎn)意義的大變革。各地政府及時跟進(jìn)地理信息的收集，各單位的測繪部門和有測繪資質(zhì)的企業(yè)都積極與PGIS項(xiàng)目合作，為建庫任務(wù)提供各項(xiàng)數(shù)據(jù)。雖然前期建設(shè)數(shù)據(jù)庫要花費(fèi)相當(dāng)大的人力、物力和時間，但是將其完全建成后，可為未來節(jié)省更多的資源，為警務(wù)工作提供更多的便利。

1.2 PGIS的技術(shù)支持

1.2.1 地理信息管理

隨著警務(wù)信息化和PGIS技術(shù)的推進(jìn)，各級警務(wù)部門均已建立大量的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，其中有90%以上的信息與空間位置有關(guān)[2]。在地理信息管理中，地理編碼技術(shù)是最核心最關(guān)鍵的技術(shù)。地理編碼技術(shù)可為自然語言描述的地址字符串賦予空間坐標(biāo)信息(即X和Y坐標(biāo))，再導(dǎo)入GIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地址信息的可視化。

美國是地理編碼應(yīng)用最早的國家，并開發(fā)了通用地理編碼軟件。1990年以來，澳大利亞也意識到高質(zhì)量地址編碼數(shù)據(jù)庫的重要性，加拿大、德國和以色列等國家，很早就對地理編碼技術(shù)開展研究，并將一些研究成果應(yīng)用于國家的行政規(guī)劃中[2]。

我國從20世紀(jì)80年代就開始對一部分城市進(jìn)行地理編碼研究，因我國的地名體系過于復(fù)雜，至今尚未形成統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)，國外現(xiàn)有的地理編碼軟件也并不適用于中國國情。目前，國內(nèi)GIS領(lǐng)域的地址編碼標(biāo)準(zhǔn)化仍處于探索階段，當(dāng)前使用的與地理編碼相匹配的軟件主要有ArcGIS的Geocoding模塊和MapInfo的MapMarker等。

不管是ArcGIS還是MapInfo，地理編碼都是將空間地址數(shù)據(jù)與空間坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)，在地圖上確定地理實(shí)體的位置。地理編碼包括地址標(biāo)準(zhǔn)化和地址匹配。地址匹配可將地址文本數(shù)據(jù)庫和地圖數(shù)據(jù)庫相連接，并為地址數(shù)據(jù)庫中的地址數(shù)據(jù)賦予空間坐標(biāo)，這是地理編碼最核心的部分[2]。詳見圖2。

圖2 地理編碼的流程圖

1.2.2 系統(tǒng)編程與測試

系統(tǒng)編程是利用程序設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)詳細(xì)設(shè)計產(chǎn)生的每一個模塊，并檢驗(yàn)程序的正確性。編程有結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計方法，包括程序流程圖、源程序、調(diào)試記錄、系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入和輸出。

在設(shè)計PGIS平臺時，則有一些特殊的要求。(1)盡可能使用成熟的地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，成熟的GIS平臺對實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、提高開發(fā)效率、升級維護(hù)都比較便利，節(jié)約開發(fā)成本。(2)提高系統(tǒng)配置，采用高效率的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以滿足PGIS對海量數(shù)據(jù)的運(yùn)算需求。(3)使用PGIS的對象較多，操作流程復(fù)雜且非模式化，友好型的設(shè)計界面可保證程序的穩(wěn)定和流暢，方便使用和開發(fā)。(4)程序要具有很強(qiáng)的容錯性，因基層警員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技術(shù)水平參差不齊，可能存在非法操作或錯誤操作的情況，良好的容錯性可避免系統(tǒng)崩潰。

系統(tǒng)測試內(nèi)容由單元測試、集成測試和驗(yàn)收測試三部分組成。為了測試PGIS平臺的不同功能，需要設(shè)計豐富的測試用例，并包含一部分錯誤數(shù)據(jù)，且要滿足功能測試、性能測試、安全性測試、穩(wěn)定性測試、多用戶共享測試等多方面的要求[3]。另外，在編輯系統(tǒng)測試模塊時還需要考慮群眾的訴求，群眾是社會的基本組成部分，需要表達(dá)對社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和安全的關(guān)注[5]，他們比專家更了解周邊的社會環(huán)境和問題，因此群眾的參與度和意見反饋對于提高PGIS平臺的實(shí)用性很有價值。

1.2.3 數(shù)據(jù)管理與分析

數(shù)據(jù)管理是GIS中數(shù)據(jù)組織的重要環(huán)節(jié)，將直接影響數(shù)據(jù)質(zhì)量和后期的數(shù)據(jù)分析。PGIS平臺涉及兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，即基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和警務(wù)專題數(shù)據(jù)，這兩部分互為補(bǔ)充。因兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的來源和使用方向不同，處理方式略有差別。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來源廣泛，在對接警務(wù)工作時，需要經(jīng)過三個層級的篩選。(1)初選，錄入之前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選，對于錯誤、異議和歧義的信息要進(jìn)行甄別和修正。(2)數(shù)據(jù)檢查，在導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫之前，需要對數(shù)據(jù)的點(diǎn)狀要素、線狀要素、面狀要素的閉合情況進(jìn)行檢查、補(bǔ)充。(3)專題篩選，基礎(chǔ)地理信息可為諸多警務(wù)數(shù)據(jù)分析模塊所使用，根據(jù)自身的應(yīng)用需求，對基礎(chǔ)地理信息進(jìn)行分類管理和提取，以便對應(yīng)不同的警務(wù)工作內(nèi)容。對于基礎(chǔ)地理信息中無法獲得的警務(wù)專題數(shù)據(jù)，需開展野外調(diào)研及測量后重新制作專題圖。

使用PGIS平臺需要確保警察輸入或檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且可以提供數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，才算是基本實(shí)現(xiàn)了PGIS的數(shù)據(jù)管理與分析功能。除了基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析外，更深入的PGIS數(shù)據(jù)分析功能還包括圖文互查、疊加分析、影像數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)疊加、專題圖層分析、三維場景模擬等。

2 國內(nèi)PGIS的發(fā)展趨勢

2.1 技術(shù)的局限性

公安部研究中心統(tǒng)一研制并定時下發(fā)PGIS新版軟件，因此我國的警務(wù)信息系統(tǒng)才得以建立了信息傳輸和建庫的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各省各地區(qū)間的警務(wù)信息互通才得以實(shí)現(xiàn)，這是統(tǒng)一建設(shè)PGIS系統(tǒng)的優(yōu)勢。但這也導(dǎo)致該系統(tǒng)的應(yīng)用較為單一，作為一項(xiàng)為全國所有警務(wù)人員提供地理信息服務(wù)的平臺，顯然它并不能對每一領(lǐng)域都做到有針對性。為解決這一問題，當(dāng)前的PGIS平臺支持使用人自主研發(fā)，同時也要求使用人有計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)，并對GIS技術(shù)有較深的了解與掌握。

因各警種各部門間工作內(nèi)容上的差異，目前PGIS平臺在實(shí)際警務(wù)工作中的作用相當(dāng)有限，能夠?qū)嶋H參與到工作中的應(yīng)用模塊并不多。各單位在使用PGIS時從技術(shù)上開拓創(chuàng)新，在日常工作中總結(jié)積累，整合PGIS能夠參與到的工作類型，并考慮地理信息的應(yīng)用需要，有規(guī)劃地運(yùn)用PGIS的自主研發(fā)功能開發(fā)了一批適合各部門的應(yīng)用模塊，如指揮中心PGIS應(yīng)用、實(shí)有人口PGIS應(yīng)用、案件PGIS應(yīng)用、治安管理PGIS應(yīng)用、安保PGIS應(yīng)用、交通管理PGIS應(yīng)用、消防管理PGIS應(yīng)用等。這些應(yīng)用的開發(fā)為國內(nèi)PGIS發(fā)展帶來更多具體的應(yīng)用手段，有效改善了PGIS應(yīng)用單一的現(xiàn)狀，擴(kuò)大了使用范圍。

2.2 PGIS的新技術(shù)融合

國內(nèi)PGIS1.0誕生至今才10年，如今PGIS2.0項(xiàng)目的啟動是該系統(tǒng)的一次大變革。PGIS作為GIS技術(shù)與警務(wù)工作相結(jié)合的產(chǎn)物，GIS技術(shù)的發(fā)展和警務(wù)工作的改革對PGIS未來的研發(fā)有關(guān)鍵的導(dǎo)向作用。

現(xiàn)階段的GIS技術(shù)已近乎完善，因此近幾年甚至是未來很長一段時間，GIS的主要發(fā)展方向是與其他高新科技相融合。

2.2.1 建筑信息模型技術(shù)

建筑信息模型(BIM)技術(shù)是通過數(shù)字仿真來建立建筑物的真實(shí)信息，它是對建筑過程的數(shù)字化展示，用以協(xié)助數(shù)字信息的交流及合作。BIM信息既包含建筑的幾何信息，又包含物理信息、建造實(shí)施和管理過程。因此BIM不僅能全面反映建筑的屬性，而且能為管理提供信息支持。以往的地理信息在庫中的存儲方式是以點(diǎn)標(biāo)記然后注上屬性信息，通常的應(yīng)用方式是根據(jù)點(diǎn)所賦予的信息與點(diǎn)分布情況、密集程度等分析發(fā)展趨勢、總局部署等較大的概念。而與BIM技術(shù)結(jié)合，使得地理信息的運(yùn)用可以向更加精細(xì)化的程度發(fā)展。

2.2.2 三維全息影像技術(shù)

三維全息影像技術(shù)可以提供城市、街道、建筑物內(nèi)部水平視角360°、垂直視角180°的全景圖像，是一種以地面近景影像測量立體形象文件及其外方位元素構(gòu)成的地圖，它以一種完全真實(shí)的方式來展現(xiàn)空間信息[6]。三維全息影像技術(shù)可以讓使用人有身臨其境的直觀立體感受，在犯罪研究、犯罪偵查的犯罪現(xiàn)場還原、嫌疑人逃脫路線的建模分析中有較好的呈現(xiàn)，使得案件研究向著更加細(xì)致化、精確化的方向開展。另外，在這些情境設(shè)定的模擬實(shí)驗(yàn)中，三維全息影像技術(shù)的運(yùn)用可大大減少成本并節(jié)約模擬的準(zhǔn)備時間，能更好地定格保護(hù)真實(shí)的犯罪現(xiàn)場。

PGIS與BIM、三維全息影像技術(shù)相融合，通過虛擬仿真技術(shù)衍生出室內(nèi)定位系統(tǒng)(IPS)。室內(nèi)定位系統(tǒng)可以讓使用人更加清晰直觀地查看某一處“小點(diǎn)”內(nèi)的具體情況，位置信息可以直接定位到具體的樓層和房間，使消防救援、犯罪分子抓獲等工作尤為高效。特別是在重點(diǎn)人員(指有犯罪前科、服刑罪犯、惡意上訪和精神病患者)的空間管控、重點(diǎn)區(qū)域的虛擬仿真方面，BIM和三維全息影像技術(shù)可以提供精確的定位和制高點(diǎn)分析，輔助公安機(jī)關(guān)主動預(yù)防和打擊犯罪，如圖3所示。

圖3 虛擬仿真室內(nèi)定位概念圖

今后隨著全國警用地址數(shù)據(jù)庫建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，及時掌握各類警務(wù)要素位置信息以及空間關(guān)聯(lián)信息，有助于快速處理各類違法犯罪事件、高效精準(zhǔn)地處理突發(fā)應(yīng)急事件[7]。

以警用地理信息系統(tǒng)、警務(wù)地理信息、電子警務(wù)、公安信息化、三維仿真為關(guān)鍵詞搜索中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和萬方數(shù)據(jù)庫，2000年至2020年5月共統(tǒng)計到98篇中文文獻(xiàn)。目前，國內(nèi)外關(guān)于PGIS在三維虛擬仿真工作站建設(shè)、三維PGIS平臺應(yīng)用、城市三維影像、城市空間犯罪的環(huán)境預(yù)防設(shè)[8]等方面更多的是理論研究和技術(shù)構(gòu)想，實(shí)際案例分析主要還是集中在GIS技術(shù)。

在信息高速發(fā)展的時代，PGIS作為我國現(xiàn)代化警務(wù)工作中最為關(guān)鍵的技術(shù)平臺，其發(fā)展已受到公安部的重視。地理信息已從面向服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芊?wù)，PGIS也將面臨巨大的技術(shù)變革?，F(xiàn)階段PGIS系統(tǒng)本身已較為成熟，其更大的發(fā)展空間、更廣闊的應(yīng)用前景和未來無限的可能性才是最引人關(guān)注的。特別期待PGIS2.0系統(tǒng)在三維影像+虛擬仿真技術(shù)上的新成果。