索榮遙

(北京博陽世通信息技術(shù)有限公司, 北京 110101)

0 引言

人口管理是公安部門重要的基礎(chǔ)性工作[1]。針對公安人口管理目前有一些研究成果,如喬鈴翔[2]設(shè)計的地市公安機關(guān)村落人口管理系統(tǒng),實現(xiàn)了人口、身份證、案件等信息的采集與管理;郭俊江[3]等人構(gòu)建了以人口、地址、單位和關(guān)聯(lián)信息為核心的人口管理系統(tǒng);褚文苗[4]等人建立的WebGIS警用實有人口可視化管理平臺,設(shè)計了樓層布局信息表單來加強人口信息的可視化表達。以上成果尚缺乏空間信息庫支撐,人口信息空間查詢分析效率有待提高;缺乏實景三維(three-dimensional,3D)支撐,人、房、案件的實景化關(guān)聯(lián)管理與精細展示有待完善;缺乏人員實體詳細分析,重點人員識別有待擴展。實景地圖是關(guān)聯(lián)公安業(yè)務(wù)專用地理信息的較好媒介,將三維實景影像應(yīng)用于警用地理信息業(yè)務(wù)中可有效提升警用地理信息平臺生命力,但未見將其深入應(yīng)用到公安人口管理業(yè)務(wù)中。

目前各省市縣公安部門通過物聯(lián)網(wǎng)采集、人工采集、出警處理、網(wǎng)絡(luò)抓取等方式,積累了大量人員及相關(guān)事、地、物、組織等信息,人口及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)既有明顯的空間特性,又有多時間尺度特征[5],且信息涵蓋量大,現(xiàn)有公安人口管理系統(tǒng)優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)采集全面且相對規(guī)范、業(yè)務(wù)流程相對成熟,但人口數(shù)據(jù)高效組織、快速查詢、時空分析與直觀可視化展示明顯不足。面對突發(fā)狀況時重點數(shù)據(jù)快速挖掘篩選的應(yīng)急能力較弱,難以在短時間內(nèi)精準快速地從庫中獲取人員及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)并在接近真實的地理空間場景中進行直觀查詢、分析、研判、輔助決策。

因此，本文研究將空間數(shù)據(jù)庫、時空實體與實景三維應(yīng)用于公安人口管理業(yè)務(wù)中,提升人口數(shù)據(jù)價值、升級人口信息化管理新模式,建立集人口數(shù)據(jù)重組、高效查詢、時空分析、三維直觀展示于一體的、更加精細化的人口管理系統(tǒng),從而較好地解決以上問題。

1 總體思路

以警綜數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立全要素時空實體模型抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)重組生成公安人口實體,采用空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化組織存儲,以實景三維模型為基礎(chǔ)集成遙感影像、矢量等空間數(shù)據(jù)構(gòu)建公安人口管理的地理底圖,在接近真實的地理空間場景中實現(xiàn)公安人口從宏觀到微觀的多粒度精細化管理,以及房、人、事在空間和時間上的有序關(guān)聯(lián)和深度分析,提升公安人口精準管理分析能力。

2 系統(tǒng)框架

以基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和傾斜攝影三維數(shù)據(jù)為背景,基于Cesium(一個用于顯示三維地球和地圖的開源庫)三維地球引擎框架建立瀏覽器/服務(wù)器(browser/server,B/S)結(jié)構(gòu)的三維WebGIS應(yīng)用系統(tǒng),采用數(shù)據(jù)源接入層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層架構(gòu)體系,如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

數(shù)據(jù)源接入層：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以警綜為數(shù)據(jù)源,對三實信息深度梳理與分析,基于全要素時空實體模型實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)抽取加工,建立時空關(guān)聯(lián)度更高、數(shù)據(jù)價值密度更高的人口實體資源;地理空間數(shù)據(jù)以影像、矢量、數(shù)字高程模型、OSGB(open scene gragh binary)格式傾斜攝影三維模型、GLTF(Graphics Language transmission format)格式三維模型為主,對OSGB格式的三維模型數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換處理生成系統(tǒng)可支持的3D切片(3DTiles)數(shù)據(jù)格式。

數(shù)據(jù)層：基于空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)公安人口實體數(shù)據(jù)、多源地理空間數(shù)據(jù)、實景三維模型數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)一體化組織與存儲,建立公安人口時空數(shù)據(jù)一個庫,為人口管理提供“后勤”資源保障。在數(shù)據(jù)底層通過時間和空間的交叉關(guān)聯(lián)計算自動建立業(yè)務(wù)實體數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)、實景三維模型之間的時空關(guān)系,建立數(shù)據(jù)全文索引和時空索引,提高上層應(yīng)用的查詢檢索效率。

服務(wù)層：為數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層之間溝通的橋梁,提供網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)(web feature service,WFS)、網(wǎng)絡(luò)地圖瓦片服務(wù)(web map tile service,WMTS)等,三維模型服務(wù),JDBC(Java database connectivity)數(shù)據(jù)庫訪問接口服務(wù),以及地理信息空間查詢分析服務(wù)等。

應(yīng)用層：是應(yīng)用系統(tǒng)的實現(xiàn)和直觀表現(xiàn)層,在實景三維可視化框架之上對某重點管理區(qū)域進行立體的、富信息的地理場景三維展示,進一步實現(xiàn)警務(wù)機構(gòu)目錄導(dǎo)航、人員實體畫像、房人事關(guān)聯(lián)查詢、警務(wù)統(tǒng)計分析等功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 全要素時空實體建模技術(shù)

從時間、空間、屬性三維度出發(fā),剖析公安人、事、物、地、組織等細粒度對象本質(zhì),以客觀地理空間世界中實體對象的方式進行抽象,針對實體的多維度特征,從基本屬性考、組成結(jié)構(gòu)、時空屬性、關(guān)聯(lián)關(guān)系、行為能力、認知能力六要素進行實體分析、數(shù)據(jù)抽取、實體重組、描述表達,建立集靜態(tài)和動態(tài)、歷史和實時、離散和統(tǒng)計、屬性和時空、直觀和挖掘等信息于一體的公安人口實體,將接入的多源數(shù)據(jù)基于要素與人口實體數(shù)據(jù)等進行自動匹配關(guān)聯(lián),全方位呈現(xiàn)人口實體數(shù)據(jù)。按需動態(tài)重構(gòu)生成具有特定應(yīng)用性質(zhì)的公安實體數(shù)據(jù)。時空實體模型如圖2所示。

圖2 時空實體模型

3.2 多元異構(gòu)數(shù)據(jù)一體化組織存儲技術(shù)

公安人口管理業(yè)務(wù)中涉及地理空間數(shù)據(jù)、人-地-事-物-組織屬性數(shù)據(jù)/位置數(shù)據(jù)/多媒體數(shù)據(jù)、物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)等時空多媒體數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)具有多來源、多粒度、多模態(tài)、時空關(guān)聯(lián)復(fù)雜等特點,采用空間數(shù)據(jù)庫針對公安人口管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的特點建立多元異構(gòu)數(shù)據(jù)一體化組織存儲模型,在保證上層功能不受影響的同時,最大限度地提高其數(shù)據(jù)存取效率;將各類物理存儲格式的時空多媒體數(shù)據(jù)在邏輯上綜合集成,實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)對象的組織關(guān)聯(lián)在上層提供一體化查詢檢索與分析。

(1)跨結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫表擴展：實現(xiàn)關(guān)系結(jié)構(gòu)和對象結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一組織和訪問,同時支持關(guān)系表和文件的統(tǒng)一組織和訪問,實現(xiàn)多源異構(gòu)時空多媒體數(shù)據(jù)一體化管理和透明統(tǒng)一訪問。

(2)時空關(guān)聯(lián)搜索引擎：為各類實體、圖像、視頻/音頻、物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)標識時間屬性和空間位置屬性,并借助關(guān)鍵詞索引以及自適應(yīng)空間索引、時態(tài)索引綜合實現(xiàn)基于主題詞或空間位置的快速檢索,以及圖、文、多媒體互查。

3.3 實景三維場景可視化技術(shù)

基于Cesium框架搭建三維WebGIS實景三維場景可視化平臺,實現(xiàn)實景三維模型數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、單體化處理、服務(wù)發(fā)布與可視化應(yīng)用。將小區(qū)實景三維模型與公安人口實體關(guān)聯(lián)融合,滿足對建筑物(樓)-房屋(戶)的分層分戶點選查詢管理需求。

(1)實景三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。本文采用的實景三維模型數(shù)據(jù)以傾斜攝影OSGB模型為主。利用CesiumLab(一種三維模型處理工具)將OSGB格式模型轉(zhuǎn)換成Cesium框架所使用的3DTiles格式模型加載到三維場景中。

(2)實景三維模型與公安人口實體信息關(guān)聯(lián)。傾斜攝影獲取的實景三維模型實際上是具備高精度三維展示效果的“一張皮”,無法對地物進行單獨選擇、查詢,需要進行模型單體化處理才可為地物賦予屬性值進行單體交互查詢。本文采用Cesium動態(tài)單體化方法[6]。技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 實景三維單體化技術(shù)流程

4 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

4.1 轄區(qū)實景三維可視化

集成高程地形數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、重點建筑三維模型、影像數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)等多源地理空間數(shù)據(jù)作為底圖進行三維地球渲染展示,為警務(wù)工作輔助決策提供更加直觀的、可量測的立體空間參考。將公安人口、房屋、案件實體精準映射到實景三維模型上,所有管理對象的信息可在此場景中展示操作[7],讓警務(wù)管理人員仿佛置身轄區(qū)實景中分樓、分戶的精細化看房、管人、查事。

4.2 警務(wù)機構(gòu)目錄導(dǎo)航

將警務(wù)管理機構(gòu)按照上下級關(guān)系生成八級目錄樹,包含省公安廳、市公安局、分局、派出所、警務(wù)室、街道、建筑、房屋,分級授權(quán)管理,不同級別機構(gòu)具有不同操作權(quán)限。支持機構(gòu)目錄查詢、機構(gòu)地圖定位、轄區(qū)建筑物上圖、轄區(qū)警務(wù)信息統(tǒng)計概覽等。

4.3 人員實體畫像

根據(jù)全要素時空實體模型,構(gòu)建常住人口、流動人口、重點人員、嫌疑人等人員實體畫像,提供基本特征、關(guān)聯(lián)關(guān)系、時空屬性、行為能力、組成結(jié)構(gòu)、認知能力等人員六元組信息,展示某人相關(guān)靜態(tài)、動態(tài)、直接、隱含的全要素信息。可快速掌握是誰、住哪兒、現(xiàn)在在哪兒、近期去過哪兒、家有什么人、曾經(jīng)涉案情況、有什么特長等。

(1)基本特征。用以簡明地展現(xiàn)某人身份特征,根據(jù)特征動態(tài)賦予不同顏色醒目表達常住人口、流動人口、重點人員、嫌疑人?；咎卣餍畔◤木C數(shù)據(jù)庫內(nèi)人員基本信息中抽取的基本屬性,如姓名、性別、出生日期、照片、職業(yè)、身份證、戶籍地、現(xiàn)住址;通過人員基本信息、案件信息關(guān)聯(lián)分析提取的涉案情況統(tǒng)計信息。

(2)關(guān)聯(lián)關(guān)系。建立人員家族關(guān)系模型,生成每個人的家族關(guān)系圈圖譜,掌握人員家庭組成結(jié)構(gòu)及家庭成員性質(zhì)、詳細信息等;挖掘目標人員關(guān)系圈中的重點人員并進行標識提醒;將關(guān)系圈與空間地圖集成實現(xiàn)關(guān)聯(lián)人員上圖,掌握目標人員及關(guān)聯(lián)人員空間分布狀況。

(3)時空屬性。用于描述和展現(xiàn)人員的時空軌跡流轉(zhuǎn)情況[8],基于一定時間段抽取人員出行信息,包括定位信息、出入車站/機場、入住賓館等時空信息,經(jīng)過時空有序重組生成人員位置流轉(zhuǎn)軌跡實體并在實景三維場景中顯示,基于軌跡進行動態(tài)演播、停留點分析、軌跡碰撞分析及關(guān)聯(lián)查詢分析[9],輔助警務(wù)人員更快地獲得情報，預(yù)防、制止犯罪[10]。

(4)行為能力。用于描述和展現(xiàn)人員特長信息,將某人的形體特征、職業(yè)信息、涉事信息等進行關(guān)聯(lián)分析得出某人的特長能力并給出關(guān)鍵詞云。

(5)組成結(jié)構(gòu)。主要描述人員信用特征,基于銀行大數(shù)據(jù)金融信息抽取銀行卡使用狀態(tài)、貸款情況、信用等級及支付記錄等信息,分析其是否存在支付能力弱、違規(guī)違法倒錢行為及其潛在不穩(wěn)定危險因素和犯罪趨勢。

(6)認知能力。綜合人員基本信息、時空位置、關(guān)聯(lián)人員、行為能力,重點分析網(wǎng)絡(luò)輿論信息、涉事涉案過程及結(jié)果信息等,挖掘分析其煽動、預(yù)判和反偵察等認知能力。

4.4 房、人、事關(guān)聯(lián)查詢上圖

通過空間位置關(guān)系和屬性關(guān)聯(lián)關(guān)系,在數(shù)據(jù)庫中建立組織機構(gòu)、房屋、人員、案件等各類實體之間的互聯(lián)互通數(shù)據(jù)模型,可通過任一實體瞬時關(guān)聯(lián)抽取到另一類實體并在地圖上展示其詳細信息,實現(xiàn)“房、人、事”之間的閉環(huán)關(guān)聯(lián)查詢,為組織機構(gòu)快速掌握管轄社區(qū)人口及關(guān)聯(lián)信息提供快速通道。

4.4.1房屋實體查詢上圖

可按地址、所屬區(qū)域(所在社區(qū)、街道)等條件查詢,也可在地圖上繪制空間范圍進行查詢。房屋實體地圖展示：實有房屋映射為地圖上的點,上圖時自動按照空間范圍進行點聚合展示并進行房屋數(shù)量統(tǒng)計,選擇某個房屋點進一步查看房屋分布及實體信息。實有房屋樓房三維模型,如圖4所示,展示整棟樓內(nèi)實有人口的概要信息,包括樓房基本信息、樓內(nèi)人口統(tǒng)計信息、樓內(nèi)居住人員簡要信息,若有重點人員則動態(tài)渲染醒目提示。實有房屋樓房實景三維模型,如圖5所示,對樓房實景三維模型進行單體化處理,在三維數(shù)字地球上加載顯示,對樓棟、戶進行獨立交互操作查看信息。

(說明：圖中敏感信息由“*”代替)

(說明：圖中敏感信息由“*”代替)

4.4.2人員實體查詢上圖

可按人員類型、身份證號、姓名、性別、民族、所屬區(qū)域(所在社區(qū)、街道)等條件查詢,也可以在地圖上繪制空間范圍查詢。實有人口實體上圖,以不同顏色區(qū)分顯示常住人口、流動人口、重點人員、嫌疑人等,與人口列表聯(lián)動,直觀表達實有人口空間地域分布狀態(tài)。地圖上選擇某人口實體點,可查看其詳細人員實體畫像,如圖6所示。實現(xiàn)從大面積人口分布、到小范圍人員定位、再到人員個體畫像詳細信息的縱向深度鉆取、橫向時空關(guān)聯(lián)的查詢模式,可快速為警務(wù)工作人員提供多角度、多粒度、多維度的完整人員信息。

(說明：圖中敏感信息由“*”代替)

4.4.3案件實體查詢上圖

可以按案件名稱、編號、時間、類型、來源、危害程度、發(fā)案處所等條件進行查詢,可在地圖上繪制空間范圍查詢。依據(jù)案發(fā)位置進行空間化在地圖上定位展示形成案事件地圖,選擇案件點可快速獲取案件實體信息,包括基本信息、涉案地點、關(guān)聯(lián)人員、關(guān)聯(lián)物品、關(guān)聯(lián)組織等多元信息。

4.4.4“建筑物->戶->人->事”關(guān)聯(lián)查詢

可在樓房三維模型、實景三維模型上選擇某一戶,查看其房屋室內(nèi)結(jié)構(gòu)圖及戶成員詳細信息,同時關(guān)聯(lián)到人員實體畫像、案件實體,一條線深入掌握人員詳細信息及涉案情況。避免警務(wù)工作人員在多條查詢通道中來回切換奔波,近實景地展示環(huán)境，也可以讓工作人員在系統(tǒng)中更好地掌握實地環(huán)境，減少現(xiàn)場奔波,提高信息查詢和獲得效率。

4.5 警務(wù)分析展示

綜合位置計算、時空分析、統(tǒng)計分析等方法,對人員結(jié)構(gòu)、案件結(jié)構(gòu)、重點人員進行多維度、多粒度分析,提供即有全局又有局部的分析結(jié)果,將抽象的警務(wù)分析結(jié)果直觀簡明化,加速警務(wù)人員對分析內(nèi)容的特征、關(guān)系和趨勢進行理解、輔助決策。

4.5.1人員結(jié)構(gòu)分析

將人口按照人數(shù)、類別、籍貫、民族、年齡、性別等條件進行人口分類數(shù)量統(tǒng)計、重點人員籍貫特征分析、重點人員年齡特征分析、重點人員民族特征分析、人口流動流向分析、人口變化趨勢分析等,以地圖位置為核心關(guān)聯(lián)地理飛線、餅圖、柱狀圖、折線圖等展現(xiàn)。

4.5.2案件地理分析

將案件按照案發(fā)時段、區(qū)域、類型等條件進行案件熱點分析、案件總數(shù)變化分析、案件分類數(shù)量統(tǒng)計、各類案件案發(fā)時段分析、案件類型變化分析及案發(fā)嚴重程度變化分析等,分析結(jié)果可作為犯罪案事件的預(yù)測基礎(chǔ)[11]。

4.5.3重點人員識別

選擇某街道模擬工作人員持警務(wù)終端巡邏的辦公場景,通過空間位置計算,實時識別巡邏街道周邊存在安全隱患因素的房屋、重點人員,并按距離遠近、按安全等級高低推送顯示。

5 結(jié)束語

全要素公安時空實體模式使公安人口信息價值密度更高,可查詢、可分析性更強;實景三維讓實體有了全方位的實景空間依托,為公安人口管理工作提供了更具有實戰(zhàn)意義的操作環(huán)境。實景三維被定義為國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分,未來國家各行各業(yè)信息化建設(shè)也將依托統(tǒng)一的實景三維數(shù)字底座開展。本文采用的時空實體與實景三維相互輔佐、相互成就的技術(shù)模式與系統(tǒng)框架,順應(yīng)新時代新技術(shù)發(fā)展趨勢,可有效減少數(shù)據(jù)跑腿路程,實現(xiàn)多角度、多粒度、多維度完整人口信息的瞬時提取,融合實景三維場景表達提高數(shù)據(jù)應(yīng)急能力和公共安全預(yù)警能力,可為公安人口精細化管理業(yè)務(wù)及其他相關(guān)管控業(yè)務(wù)提供更先進更高效的服務(wù)支撐。然而,目前系統(tǒng)主要應(yīng)用于某市公安人口管理,且只在某重點區(qū)域引入了實景三維數(shù)據(jù)支撐,數(shù)據(jù)處理規(guī)模不大,系統(tǒng)尚需進一步研究大面積實景三維批量自動單體化處理、人/房實體自動關(guān)聯(lián)處理等技術(shù),以適應(yīng)更大規(guī)模的公安人口管理業(yè)務(wù)。