王燕 劉玉龍 馮衛(wèi)勇 華北計(jì)算技術(shù)研究所

一、引言

20世紀(jì)末，隨著國內(nèi)學(xué)者對(duì)地理信息系統(tǒng)的深入研究以及地理信息技術(shù)自身的發(fā)展，行業(yè)應(yīng)用逐步展開。地理信息系統(tǒng)憑借強(qiáng)大的空間分析能力、信息表達(dá)與展現(xiàn)能力在公安行業(yè)展開初步應(yīng)用，并在指揮調(diào)度、警情分析研判、交通管理、治安管理、重大活動(dòng)安保等業(yè)務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮出作用，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。在此背景下，公安部將全國警用地理信息系統(tǒng)（Police Geographic Information System，以下簡稱“PGIS”）納入“金盾工程”重點(diǎn)建設(shè)[1]。

PGIS建設(shè)經(jīng)歷了“金盾工程”一期應(yīng)用試點(diǎn)探索與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)階段以及二期較快發(fā)展階段，已經(jīng)由最初的桌面應(yīng)用發(fā)展到面向全警的B/S應(yīng)用[2]。隨著公安部PGIS平臺(tái)軟件的初步建成，PGIS進(jìn)入了大規(guī)模推廣示范應(yīng)用階段。截止2011年底，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，各地公安機(jī)關(guān)基于PGIS平臺(tái)已開發(fā)了1200多個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，在警情分析、案件偵破等傳統(tǒng)公安業(yè)務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。自2012年開始，PGIS平臺(tái)建設(shè)進(jìn)入了規(guī)?；?、多樣化的業(yè)務(wù)創(chuàng)新服務(wù)與深化應(yīng)用階段，通過提供共享服務(wù)，支持各警種開發(fā)個(gè)性化的深入應(yīng)用[3]，全面推進(jìn)公安信息化發(fā)展進(jìn)程，提升信息開放共享與應(yīng)用水平。

由于PGIS平臺(tái)擁有大量的地圖數(shù)據(jù)資源和各警種業(yè)務(wù)地理信息資源，并且能夠?qū)ν獍l(fā)布資源共享服務(wù)，各警種可以直接調(diào)用PGIS平臺(tái)的基礎(chǔ)地圖服務(wù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)，為本警種業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，從而大大降低系統(tǒng)的建設(shè)成本，縮短開發(fā)周期，使PGIS平臺(tái)真正服務(wù)于各警種業(yè)務(wù)工作。現(xiàn)在已經(jīng)有一些警種基于PGIS平臺(tái)完成了業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)工作，并投入了實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。例如，王楠等[4]研究的網(wǎng)格化巡邏系統(tǒng)、朱振華和曾憲江等[5,6]研究的指揮調(diào)度系統(tǒng)等。以上學(xué)者都從本警種業(yè)務(wù)和實(shí)際狀況出發(fā)，描述了業(yè)務(wù)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，本文旨在對(duì)各警種基于PGIS平臺(tái)建設(shè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)過程中的共性且關(guān)鍵的問題進(jìn)行分析與闡述，同時(shí)給出在某警種的具體實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用案例，為更多的警種和部門提供一些建設(shè)思路與經(jīng)驗(yàn)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）總體框架設(shè)計(jì)

結(jié)合公安各警種基礎(chǔ)工作或任務(wù)開展需要，設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的總體框架。系統(tǒng)框架可以設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)：最上層為業(yè)務(wù)應(yīng)用層，中間層為服務(wù)支撐層，最下層為數(shù)據(jù)庫層。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

1．業(yè)務(wù)應(yīng)用層

為各警種用戶提供信息采集、任務(wù)處理、指揮決策的可視化界面，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行功能劃分。基礎(chǔ)工作模塊可以作為核心業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)功能模塊；任務(wù)管理是系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)模塊；輔助決策和情報(bào)研判可以作為系統(tǒng)的特色模塊，使用新的技術(shù)并結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供一定的科學(xué)依據(jù)；實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析、績效考核模塊可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要作為輔助支撐模塊。

2．服務(wù)支撐層

包括內(nèi)部各類服務(wù)平臺(tái)與外部對(duì)接的服務(wù)。外部對(duì)接的服務(wù)主要是PGIS平臺(tái)中的地圖數(shù)據(jù)服務(wù)和其它警種通過PGIS平臺(tái)發(fā)布的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)；其次，可以根據(jù)實(shí)際需要，適時(shí)接入公安其它數(shù)據(jù)服務(wù)，如八大資源庫、大情報(bào)平臺(tái)以及路線導(dǎo)航服務(wù)等。服務(wù)支撐層為上層應(yīng)用提供必要的服務(wù)支撐，同時(shí)與數(shù)據(jù)庫層進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求與獲取的消息通信以及數(shù)據(jù)傳輸。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫層

為上層應(yīng)用與服務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。在硬件和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過商用數(shù)據(jù)庫軟件和商用GIS軟件，構(gòu)建基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫和歷史歸檔數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)本業(yè)務(wù)特需的地圖數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并可以將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的歷史版本存入歸檔數(shù)據(jù)庫。

（二）功能設(shè)計(jì)

考慮公安各警種業(yè)務(wù)工作的共通性，可以將系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)為七大模塊。功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1．基礎(chǔ)工作

基礎(chǔ)工作模塊結(jié)合地理信息技術(shù)并充分利用外部數(shù)據(jù)資源，提供數(shù)據(jù)采集、整合、展示等功能，為業(yè)務(wù)工作的開展提供完整的數(shù)據(jù)視圖。

2．任務(wù)管理

任務(wù)管理模塊實(shí)現(xiàn)任務(wù)基本信息管理、任務(wù)相關(guān)基礎(chǔ)資料的查詢、統(tǒng)計(jì)、比對(duì)、分析，任務(wù)方預(yù)案制定、推演，任務(wù)監(jiān)控等功能。

3．輔助決策

輔助決策模塊可以根據(jù)各警種需要，定制能夠輔助領(lǐng)導(dǎo)快速?zèng)Q策的功能，如指揮調(diào)度所需的態(tài)勢(shì)演練功能和任務(wù)出行所需的路徑分析功能。

4．情報(bào)研判

情報(bào)研判模塊對(duì)于治安、刑偵、警衛(wèi)、反恐等業(yè)務(wù)領(lǐng)域意義重大，可以提供身份核查和情報(bào)熱點(diǎn)分析等功能。

5．實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊功能實(shí)現(xiàn)要依托于對(duì)接的內(nèi)部或外部警力位置信息以及視頻信息。

6．統(tǒng)計(jì)分析

基于二維平臺(tái)地圖實(shí)現(xiàn)對(duì)本警種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及外部對(duì)接公安數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)計(jì)分析。可將時(shí)間、空間維度結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)，支持基于點(diǎn)、線、面、可變區(qū)域等多種范圍的統(tǒng)計(jì)手段，統(tǒng)計(jì)結(jié)果也可以多種圖表方式進(jìn)行展現(xiàn)，并可按照既定模板導(dǎo)出分析報(bào)表，為輔助決策提供數(shù)據(jù)支持。

7．績效考核

通過分析基礎(chǔ)資料采集、更新、維護(hù)的數(shù)據(jù)量和準(zhǔn)確率等指標(biāo)，對(duì)在一線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、方案制作人員的工作強(qiáng)度和質(zhì)量進(jìn)行分析對(duì)比，并得出綜合排名，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的績效考核，從而激勵(lì)基層人員的工作積極性，同時(shí)提升基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)的質(zhì)量。

三、關(guān)鍵問題分析

（一）外部資源對(duì)接

基于PGIS平臺(tái)建設(shè)警種業(yè)務(wù)系統(tǒng)最關(guān)鍵的就是外部資源的協(xié)調(diào)與對(duì)接，對(duì)接需求的準(zhǔn)確分析、相關(guān)部門的溝通協(xié)調(diào)和對(duì)接工作的安排執(zhí)行都關(guān)系到最終系統(tǒng)的建設(shè)效果。

資源對(duì)接總的流程如圖3所示。

1．確定數(shù)據(jù)對(duì)接需求

一般地，基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)是最基本、最迫切需要對(duì)接的，但是需要明確數(shù)據(jù)范圍，例如全國、全省或全市。明確包含的地圖要素類型，例如鐵路、水路、國道、城市主干道等；明確各級(jí)地圖數(shù)據(jù)最大比例尺，全國、全省、全市、主城區(qū)都分別要精細(xì)到何種程度。另外，分析本警種業(yè)務(wù)開展過程中，需要哪些其他警種的特有數(shù)據(jù)資源作支撐，例如人口信息、車輛信息、治安信息、情報(bào)信息等。

2．確定可對(duì)接數(shù)據(jù)資源

PGIS平臺(tái)中包括地圖數(shù)據(jù)資源、各警種業(yè)務(wù)地理信息資源等，具體各省、市的數(shù)據(jù)情況也各有差異，需要與當(dāng)?shù)毓部萍夹畔⒉块T確定數(shù)據(jù)情況。同時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)接一些其它的開放資源，例如公安部八大庫資源、公安大情報(bào)平臺(tái)等，與PGIS平臺(tái)中的數(shù)據(jù)融合使用。

3．確定數(shù)據(jù)對(duì)接方式

數(shù)據(jù)對(duì)接可以采用調(diào)用服務(wù)的方式，也可以采用開發(fā)接口的方式，可以根據(jù)實(shí)際情況作出選擇。通常，調(diào)用服務(wù)的方式更為簡單安全，服務(wù)提供方只需要明確服務(wù)調(diào)用方式，而不需要有定制開發(fā)工作量。

4．確定對(duì)接進(jìn)度和責(zé)任人

數(shù)據(jù)對(duì)接通常需要協(xié)調(diào)的單位、人員較多，為了保證對(duì)接效果，需要在實(shí)際工作開展前，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，確定數(shù)據(jù)對(duì)接計(jì)劃，明確各單位責(zé)任人，按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)積極推進(jìn)工作，確保所需數(shù)據(jù)都能按計(jì)劃順利對(duì)接。

（二）數(shù)據(jù)庫建設(shè)

基于PGIS平臺(tái)建設(shè)的警種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，雖然很多數(shù)據(jù)需要依賴于PGIS平臺(tái)，但是，針對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量大，或涉密程度較高的警種，也需要在本地建立數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)需要內(nèi)部采集維護(hù)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和部分地圖數(shù)據(jù)，外部數(shù)據(jù)資源接入后，再與本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合顯示，這樣，便于管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，防止業(yè)務(wù)信息被更多人知悉，發(fā)生泄密事件，同時(shí)也能夠減輕科技信息部門的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理壓力。本地?cái)?shù)據(jù)庫建設(shè)可以分為基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、歷史歸檔數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。

1．基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)庫建設(shè)

由于PGIS平臺(tái)分為部、省、市三級(jí)進(jìn)行建設(shè)，分級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，市級(jí)地圖數(shù)據(jù)比例尺可達(dá)到1:2000或1:500。但是大比例尺數(shù)據(jù)并不能覆蓋到全國所有省、市，這與當(dāng)?shù)豍GIS建設(shè)資金投入有很大關(guān)系。因此，對(duì)基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)有特殊需求的警種，如高比例尺矢量數(shù)據(jù)或者高分辨率影像數(shù)據(jù)等，則需要自行采集或購買，之后利用商用GIS軟件制作地圖緩存切片并發(fā)布地圖服務(wù)，或者直接發(fā)布矢量數(shù)據(jù)服務(wù)，與PGIS平臺(tái)接入的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加顯示，作為業(yè)務(wù)系統(tǒng)的二維背景地圖。有些警種要求系統(tǒng)的展示效果更有立體感與沉浸感，則可以在系統(tǒng)中增加三維場(chǎng)景，作為業(yè)務(wù)地理信息的輔助展示手段，這樣就需要采購影像數(shù)據(jù)，并構(gòu)建真三維模型，或者利用向煜等[7]提到的三維全景技術(shù)構(gòu)建三維場(chǎng)景，建立三維地圖數(shù)據(jù)庫。

2．業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫需要基于商用數(shù)據(jù)庫軟件和商用GIS軟件建設(shè)，主要用于存儲(chǔ)本業(yè)務(wù)特有的、需要自己采集維護(hù)并著重展示的數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫又分為業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)庫。業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)有空間位置的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括平面坐標(biāo)和高度信息等，數(shù)據(jù)通過GIS軟件的空間數(shù)據(jù)引擎存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中；業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)無空間位置的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)等。

3．歷史歸檔數(shù)據(jù)庫建設(shè)

各警種核心任務(wù)數(shù)據(jù)非常重要，對(duì)于已經(jīng)完成任務(wù)的全部數(shù)據(jù)都應(yīng)該作為歷史數(shù)據(jù)及時(shí)歸檔存儲(chǔ)，以后若有類似任務(wù)出現(xiàn)時(shí)，便于及時(shí)提取歷史信息進(jìn)行比較分析和快速?zèng)Q策。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用案例

本文以上所闡述的警種業(yè)務(wù)地理信息系統(tǒng)建設(shè)思路與方式已應(yīng)用于公安某警種，并得以具體實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用.NET框架，B/S結(jié)構(gòu)，C#程序設(shè)計(jì)語言，在Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境下完成程序編寫工作。

系統(tǒng)中二維地理信息相關(guān)功能是基于Arcgis Server 9.3版本實(shí)現(xiàn)的。Arcgis Server作為服務(wù)器平臺(tái)，不僅可以發(fā)布自采的二維地圖數(shù)據(jù)，同時(shí)支持開發(fā)遵循REST標(biāo)準(zhǔn)的Web API。REST模式的Web服務(wù)比較傳統(tǒng)的SOAP模式服務(wù)更加簡潔，調(diào)用效率更高。前端頁面采用了Flex框架，構(gòu)建了更具展現(xiàn)力的GIS應(yīng)用，用戶體驗(yàn)大大增強(qiáng)。

系統(tǒng)中三維地理信息相關(guān)功能是基于Skyline三維軟件6.0版本實(shí)現(xiàn)的。通過TerraBuilder疊加處理正射影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)，生成三維地形數(shù)據(jù)，通過TerraGate發(fā)布地形數(shù)據(jù)供前端應(yīng)用調(diào)用。同時(shí)，借助Streaming Feature Server (SFS)，將三維實(shí)體模型以及其它矢量數(shù)據(jù)以流方式發(fā)布，每次地圖瀏覽只加載當(dāng)前地圖范圍的數(shù)據(jù)，緩存機(jī)制的運(yùn)用保證了模型數(shù)據(jù)顯示的高性能；三維功能研制是基于TerraExplorer Pro中所包含的開發(fā)接口實(shí)現(xiàn)的。

數(shù)據(jù)庫軟件采用Oracle 11g，同時(shí)借助ArcGIS SDE將空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)于Oracle中。

按照以上實(shí)現(xiàn)方式，公安某警種從需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)投入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用總耗時(shí)六個(gè)月，共對(duì)接了包括PGIS平臺(tái)基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)在內(nèi)的25類公安資源，在二維和三維兩種場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)了任務(wù)所需的全部功能。系統(tǒng)部分實(shí)現(xiàn)效果如圖4、圖5、圖6所示。

該系統(tǒng)正式運(yùn)行至今已成功應(yīng)用于某警種多次重大活動(dòng)中，在任務(wù)方預(yù)案制作，方案推演，活動(dòng)路線、現(xiàn)場(chǎng)周邊警力、視頻資源的查看、分析，重點(diǎn)人員的控制，可疑人員、車輛核查以及出行線路規(guī)劃等方面，為重大活動(dòng)、會(huì)議安保等工作的萬無一失提供了重要的技術(shù)支撐。

五、結(jié)語

PGIS平臺(tái)經(jīng)過多年的大力投入建設(shè)，現(xiàn)在已比較成熟。目前最迫切的就是將PGIS平臺(tái)建設(shè)成果與警種業(yè)務(wù)需要結(jié)合，深化應(yīng)用。因此，本文從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、外部資源對(duì)接、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用效果等方面，對(duì)基于PGIS平臺(tái)建設(shè)警種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整體思路與關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，旨在為公安行業(yè)各警種深化應(yīng)用PGIS資源提供一些思路分析與可借鑒經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用實(shí)踐證明，基于PGIS平臺(tái)，確實(shí)能夠降低特色業(yè)務(wù)地理信息系統(tǒng)建設(shè)成本，加快系統(tǒng)建設(shè)速度，促進(jìn)警種間資源的極大共享，同時(shí)也能夠豐富PGIS平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景與方向，推動(dòng)平臺(tái)自身的進(jìn)一步提升與完善。

今后可考慮從以下幾個(gè)方面強(qiáng)化公安各警種業(yè)務(wù)地理信息系統(tǒng)建設(shè)。擴(kuò)大警種共享業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的范圍，通過PGIS平臺(tái)對(duì)外發(fā)布共享數(shù)據(jù)，為警種間數(shù)據(jù)再利用提供便利；適當(dāng)加強(qiáng)三維全景技術(shù)、傾斜攝影技術(shù)等其他快速建模技術(shù)的應(yīng)用，與PGIS平臺(tái)中的二維平面地圖結(jié)合，豐富公安業(yè)務(wù)信息展示方式，增強(qiáng)展示效果；充分利用移動(dòng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在數(shù)據(jù)采集、導(dǎo)航定位、身份核查、信息感知等方面擴(kuò)展應(yīng)用，增強(qiáng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)用性和便捷性。

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