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公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程教學(xué)探索與實(shí)踐

2022-07-05 06:24胡嘯峰
關(guān)鍵詞:公安時(shí)空預(yù)測(cè)

胡嘯峰 ,石 拓

(1. 中國人民公安大學(xué),北京 100038;2. 北京警察學(xué)院,北京 102202)

隨著公安大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn),多源異構(gòu)數(shù)據(jù)不斷積累,以海量數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用已逐步成為公安工作提質(zhì)增效的重要支撐性條件。在公安行業(yè)中,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的治安防控、偵查打擊、合成作戰(zhàn)等工作模式正在逐步實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代,大數(shù)據(jù)在公安領(lǐng)域的應(yīng)用已全面展開[1-3]。習(xí)近平總書記在全國公安工作會(huì)議上指出“要把大數(shù)據(jù)作為推動(dòng)公安創(chuàng)新發(fā)展的大引擎、培育戰(zhàn)斗力生成新的增長點(diǎn),全面推動(dòng)公安工作質(zhì)量變革、效率變革、動(dòng)力變革”[4]??梢姡泊髷?shù)據(jù)的建設(shè)與應(yīng)用是長遠(yuǎn)之計(jì),是防范重大風(fēng)險(xiǎn)、保障人民生命與財(cái)產(chǎn)安全、不斷提高人民群眾安全感與滿意度的重要途徑。

為培養(yǎng)公安大數(shù)據(jù)專門人才,全國公安院校廣泛開設(shè)了相關(guān)的本科生、研究生課程。公安大數(shù)據(jù)人才的專業(yè)化、系統(tǒng)化的培養(yǎng)已全面展開,公安院校結(jié)合公安工作特點(diǎn)和自身發(fā)展特色逐步開啟了相關(guān)課程體系的設(shè)計(jì)與重構(gòu)[5-7]。在數(shù)據(jù)警務(wù)技術(shù)以及其他相關(guān)專業(yè)的公安大數(shù)據(jù)課程中,應(yīng)用類課程由于與公安實(shí)戰(zhàn)結(jié)合緊密、貼合度高而成為了廣受學(xué)校和學(xué)生重視的一類課程,例如公安情報(bào)、刑事科學(xué)技術(shù)[8,9]等專業(yè)中的數(shù)據(jù)應(yīng)用類課程均占據(jù)較高的比例。從公安大數(shù)據(jù)人才的需求來看,專業(yè)技術(shù)能力與業(yè)務(wù)實(shí)踐能力缺一不可,且上述兩種能力需要相互融合、形成合力,從而有效地將大數(shù)據(jù)這一基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源轉(zhuǎn)化為切實(shí)服務(wù)于公安實(shí)戰(zhàn)的戰(zhàn)斗力。因此,在人才培養(yǎng)過程中,需要著力培育學(xué)生的數(shù)據(jù)思維,通過理解數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)來解決業(yè)務(wù)問題,進(jìn)而提升整個(gè)公安行業(yè)在大數(shù)據(jù)時(shí)代的社會(huì)治理能力[10],這是公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程建設(shè)的核心任務(wù)。

本文旨在通過分析公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程的教學(xué)現(xiàn)狀,剖析其存在的主要問題,進(jìn)而以中國人民公安大學(xué)開設(shè)的《預(yù)測(cè)預(yù)警與智能決策》課程為例,從改革授課模式、積累數(shù)據(jù)資源、優(yōu)化培養(yǎng)路徑等方面創(chuàng)新性地提出公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程教學(xué)的措施建議。

一、公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題分析

公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程已逐步在全國公安院校開設(shè),但從目前各院校的教學(xué)實(shí)踐看,尚存在以下幾個(gè)值得關(guān)注的問題。

(一)與公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合不緊密

當(dāng)前,公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程中的教學(xué)內(nèi)容普遍存在“重技術(shù)、輕實(shí)戰(zhàn)”的問題,即通常以講授數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等大數(shù)據(jù)處理、分析的理論、方法、算法以及計(jì)算機(jī)編程語言(Python或R語言等)為主,而以公安實(shí)戰(zhàn)中如何運(yùn)用上述技術(shù)能力解決問題的講解不足,從而造成教學(xué)內(nèi)容與公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用的脫節(jié)。例如,在講授犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)方法的過程中,教學(xué)重點(diǎn)往往是長短記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Long Short-Term Memory networks, LSTM)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolutional Neural Network, CNN)、圖卷積網(wǎng)絡(luò)(Graph Convolutional Network, GCN)等深度學(xué)習(xí)模型的技術(shù)原理和算法實(shí)現(xiàn),而以于犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)方法在治安防控、情報(bào)指揮等工作中的具體作用、精度要求、限制條件等問題缺乏深度探討。犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)過程中,不僅用到了犯罪時(shí)空分布數(shù)據(jù),實(shí)際上也需要經(jīng)濟(jì)狀況、人口密度、交通條件、土地類型、氣象變化等自然、社會(huì)環(huán)境數(shù)據(jù)的支撐,因此,這些數(shù)據(jù)的跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺(tái)獲取以及多維融合等工作也是公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用過程中不得不解決的問題。此外,犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)得到的結(jié)果必然存在一定的誤差,不同時(shí)間尺度、空間尺度的誤差可接受標(biāo)準(zhǔn)是由公安實(shí)戰(zhàn)需求決定的,其能否為實(shí)戰(zhàn)決策提供支持是評(píng)價(jià)模型性能的首要指標(biāo)。可見,公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)離不開全鏈條業(yè)務(wù)場(chǎng)景的支撐,教學(xué)內(nèi)容與公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用結(jié)合不緊密的問題亟待解決。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源匯聚不完備

實(shí)驗(yàn)課程是公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程體系中的重要一環(huán)。通過實(shí)驗(yàn)課,可以幫助學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)平臺(tái)的使用方法,利用專業(yè)軟件工具或通過計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)完成數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn),從而鞏固課堂教學(xué)中所學(xué)的理論知識(shí)和技術(shù)方法,培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。然而,當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的一個(gè)問題是大數(shù)據(jù)資源的匱乏。眾所周知,很多公安實(shí)戰(zhàn)單位擁有海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源,但受限于數(shù)據(jù)密級(jí)、數(shù)據(jù)質(zhì)量等條件,目前能夠轉(zhuǎn)化為公安院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的數(shù)據(jù)仍然非常有限。因此,在很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中普遍采用了互聯(lián)網(wǎng)開源數(shù)據(jù)集作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),盡管在數(shù)據(jù)建模、模型驗(yàn)證等環(huán)節(jié)中,開源數(shù)據(jù)也可以起到支撐作用,但來源于世界其他國家的犯罪(如Crime Open Database[11])、恐怖襲擊(如Global Terrorism Database[12])等數(shù)據(jù)集往往難以反映我國的社會(huì)安全現(xiàn)狀,不利于學(xué)生了解真實(shí)的公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和數(shù)據(jù)挖掘、分析任務(wù),難以切實(shí)感受公安大數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用過程中面臨的實(shí)際困難和挑戰(zhàn),從而影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(三)學(xué)生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)不充分

為滿足公安實(shí)戰(zhàn)要求,大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才需要具備持續(xù)的學(xué)習(xí)能力,掌握不斷更新的科技知識(shí),提升場(chǎng)景抽象、數(shù)據(jù)融合、挖掘分析、輔助決策等各個(gè)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新能力。以犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)為例,高精度犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)方法目前仍處在不斷研究和反復(fù)試驗(yàn)的過程中,盡管大量模型、系統(tǒng)已投入到了公安實(shí)戰(zhàn)中,但其依賴的數(shù)據(jù)種類和預(yù)測(cè)算法不盡相同。事實(shí)上,數(shù)據(jù)融合手段和模型構(gòu)建方法在不同的應(yīng)用環(huán)境中往往難以保證其普適性,也就是說,課堂上所教授給學(xué)生的、在某一個(gè)案例中被驗(yàn)證可行的技術(shù)方案很有可能難以應(yīng)用于其他環(huán)境,這就需要啟發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生“舉一反三”的能力,引導(dǎo)其根據(jù)所學(xué)知識(shí),以方法進(jìn)行移植、迭代、升級(jí)、創(chuàng)新。然而,當(dāng)前的公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用類課程仍以教師的課堂講授為主,實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)有限,且實(shí)驗(yàn)任務(wù)多為驗(yàn)證型內(nèi)容,而探索型實(shí)驗(yàn)則較為匱乏。因此,傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以支撐公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

二、公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程創(chuàng)新性實(shí)踐探索

針以公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用課程存在的問題,本文從以下三個(gè)方面闡述其創(chuàng)新性實(shí)踐改革方案,以探索公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才培養(yǎng)的新路徑。整合校內(nèi)外教學(xué)資源,在本科課堂引入公安實(shí)戰(zhàn)單位資深教官提供業(yè)務(wù)指導(dǎo),與校內(nèi)教師共同開展互動(dòng)式教學(xué),并通過構(gòu)建大數(shù)據(jù)資源池和并軌科研項(xiàng)目,探索“教研”一體化的公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才培養(yǎng)路徑。

(一)建立案例教學(xué)與情景互動(dòng)相結(jié)合的授課模式

為解決教學(xué)內(nèi)容與公安實(shí)戰(zhàn)結(jié)合不緊密的問題,可以建立案例教學(xué)與情景互動(dòng)相結(jié)合的授課模式,基本流程如圖1所示。首先,由實(shí)戰(zhàn)教官向?qū)W生介紹實(shí)戰(zhàn)情景。中國人民公安大學(xué)目前已與相關(guān)實(shí)戰(zhàn)單位建立了合作關(guān)系,聘請(qǐng)資深教官為學(xué)生提供公安業(yè)務(wù)指導(dǎo)。其次,根據(jù)實(shí)戰(zhàn)情景,教師向?qū)W生提出需要解決的問題,針以該問題,由教官向?qū)W生闡述限制條件并給出能夠用于解決問題的數(shù)據(jù)資源、計(jì)算資源等。再次,由教師引導(dǎo)學(xué)生共同研討解決方案,并給出方案中的關(guān)鍵技術(shù)方法,進(jìn)而向?qū)W生系統(tǒng)性地講授該方法。最后,通過公安實(shí)戰(zhàn)中的實(shí)際案例,向?qū)W生展示利用大數(shù)據(jù)分析方法為公安實(shí)戰(zhàn)提供決策支持的全流程,并開展進(jìn)一步的研討、總結(jié),從而以已有方案進(jìn)行迭代、優(yōu)化。

圖1 案例教學(xué)與情景互動(dòng)相結(jié)合的授課模式

以犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)為例。實(shí)戰(zhàn)教官可以首先向?qū)W生介紹應(yīng)用場(chǎng)景,例如指揮部門需要利用轄區(qū)內(nèi)各街道未來一周內(nèi)各類犯罪案件數(shù)量的空間分布來進(jìn)行警力需求測(cè)算,填寫警力測(cè)算表,優(yōu)化轄區(qū)內(nèi)的警力部署。教師幫助學(xué)生進(jìn)行情景分析,指出需要解決的關(guān)鍵性問題是實(shí)現(xiàn)以“周”為時(shí)間尺度、以“街道”為空間尺度的犯罪時(shí)空分布預(yù)測(cè)。進(jìn)而,教官為學(xué)生列舉出案事件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、轄區(qū)地圖數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù),并給出可以用于模型訓(xùn)練、測(cè)試的軟硬件環(huán)境。通過課堂討論,共同確定需要采用深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)較高精度的犯罪時(shí)空預(yù)測(cè)。然后,由教師為學(xué)生講授長短記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法,并闡述在此案例中使用上述方法解決問題的具體流程。最后,介紹實(shí)際案例中的計(jì)算結(jié)果,與學(xué)生共同分析如何利用預(yù)測(cè)結(jié)果輔助指揮中心完成警力測(cè)算,同時(shí),以預(yù)測(cè)誤差開展分析,進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)測(cè)方案,從而得到更為精準(zhǔn)的結(jié)果。

通過該授課模式,可以深化“以問題為導(dǎo)向”的教學(xué)思路,充分借助公安院校特有的實(shí)戰(zhàn)教官、實(shí)用數(shù)據(jù)、實(shí)際場(chǎng)景等教學(xué)資源,啟發(fā)學(xué)生以解決問題為目標(biāo),思考可行的技術(shù)路徑,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生帶著問題開展互動(dòng)式研討,有針以性地教授其所需的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)方法,并最終通過實(shí)戰(zhàn)案例以全鏈條教學(xué)進(jìn)行強(qiáng)化、提升,從而幫助學(xué)生高效地實(shí)現(xiàn)“學(xué)以致用”的目標(biāo)。

(二)積累業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與社會(huì)數(shù)據(jù)相融合的數(shù)據(jù)資源

在與公安實(shí)戰(zhàn)單位開展全面合作的過程中,在符合規(guī)定的前提下,以部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯聚、脫敏處理以及再加工,并與其他渠道匯聚的社會(huì)數(shù)據(jù)(如經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)、城市交通數(shù)據(jù)等)進(jìn)行融合,形成公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程所需的數(shù)據(jù)集,并通過數(shù)據(jù)積累和不斷整合、完善,構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)大數(shù)據(jù)資源池,為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程提供符合我國公安實(shí)戰(zhàn)特點(diǎn)的、鮮活的數(shù)據(jù)資源。

圖2所示為“預(yù)測(cè)預(yù)警與智能決策”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源。如圖所示,針以犯罪空間熱點(diǎn)預(yù)測(cè)、犯罪時(shí)空分布預(yù)測(cè)、犯罪風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)圖譜等不同實(shí)驗(yàn)任務(wù),獲取并構(gòu)建了“重點(diǎn)巡邏點(diǎn)位與排查區(qū)域”“各街道經(jīng)濟(jì)指標(biāo)”“各街道常住人口數(shù)量”“各類犯罪案件記錄”“街道級(jí)地圖”“各單位每日在崗警力”“社會(huì)面巡控警力”“社區(qū)警務(wù)室信息”等多個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)集,而不同實(shí)驗(yàn)任務(wù)則根據(jù)需要靈活選擇其中的幾種數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)。如前文所述,并非所有數(shù)據(jù)均來源于公安機(jī)關(guān),例如,街道級(jí)地圖即是課程組通過向第三方公司采購的方式獲得。在數(shù)據(jù)處理過程中,首先需要按照公安機(jī)關(guān)的相關(guān)規(guī)定和具體標(biāo)準(zhǔn)要求,以數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏處理。然后以部分?jǐn)?shù)據(jù)按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)需求進(jìn)行一定程度的加工,方便學(xué)生靈活使用。例如,在犯罪案件數(shù)據(jù)集中,原本不包括天氣數(shù)據(jù),但是大量研究[13-15]指出,天氣變量以犯罪時(shí)空分布具有一定影響,因此可以將天氣變量作為外部特征用于犯罪時(shí)空分布預(yù)測(cè),那么,在實(shí)驗(yàn)過程中為節(jié)約時(shí)間,將學(xué)生的精力集中于主要的數(shù)據(jù)處理和建模工作,于是將每日以應(yīng)的天氣數(shù)據(jù)提前處理好,加入犯罪案件數(shù)據(jù)集供學(xué)生使用。

圖2 “預(yù)測(cè)預(yù)警與智能決策”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源

此外,隨著新的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的不斷引入,用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的大數(shù)據(jù)資源池也處于動(dòng)態(tài)擴(kuò)充、調(diào)整和完善過程,從而更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提升。

(三)創(chuàng)建課程教學(xué)與科研實(shí)踐相契合的培養(yǎng)路徑

公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才通常需要具備較強(qiáng)的應(yīng)用創(chuàng)新能力,體現(xiàn)為在業(yè)務(wù)實(shí)踐中抽象應(yīng)用場(chǎng)景的能力、在應(yīng)用場(chǎng)景中提出解決方案的能力、在解決方案中開展數(shù)據(jù)分析的能力、在數(shù)據(jù)分析中實(shí)現(xiàn)輔助決策的能力。因此,所謂課程教學(xué)與科研實(shí)踐相結(jié)合的培養(yǎng)路徑,即在課程教學(xué)的同時(shí),鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生了解、參與科研項(xiàng)目,通過“第二課堂”反哺常規(guī)教學(xué)。形式上則可以采取多種形式,包括根據(jù)解決問題的思路或解決方案的特點(diǎn)分成研究小組,參與到教師或教研室承擔(dān)的各類科研項(xiàng)目(如國家自然科學(xué)基金等)中,或者由研究小組牽頭申請(qǐng)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”“北京市支持中央在京高校共建項(xiàng)目”等學(xué)生科研項(xiàng)目,以授課教師或教研室其他教師為指導(dǎo)教師,同步開展“一體化”的教研活動(dòng),從而更為系統(tǒng)化地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,為“科研-實(shí)戰(zhàn)”復(fù)合型公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才培養(yǎng)創(chuàng)造新路徑。

三、結(jié)語

上述以中國人民公安大學(xué)開設(shè)的公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用類課程為研究以象,分析了課程教學(xué)現(xiàn)狀及其存在的與公安實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合不緊密、實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源匯聚不完備、學(xué)生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)不充分等主要問題,進(jìn)而以“預(yù)測(cè)預(yù)警與智能決策”課程為例,提出了建立案例教學(xué)與情景互動(dòng)相結(jié)合的授課模式、積累業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與社會(huì)數(shù)據(jù)相融合的數(shù)據(jù)資源、創(chuàng)建課程教學(xué)與科研實(shí)踐相契合的培養(yǎng)路徑等建設(shè)性意見,以期為“科研-實(shí)戰(zhàn)”復(fù)合型公安大數(shù)據(jù)應(yīng)用人才的培養(yǎng)提供參考。

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