城市智慧安全保障系統的研究與實現

王星捷，張廷斌

(1.成都理工大學 工程技術學院，四川 樂山 614007；2.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059)

0 引 言

科技的不斷進步，讓人們的生活變得越來越便捷、舒適。但在時代進步的同時危及社會的重大安全事故也時有發生。往往一些事故總會給社會、國家和環境構成威脅，人民日常生活安定的保證必然會依靠著城市安防工作，可以說城市安防部門對阻止事故的發生和減輕事故造成的危害起了重要的作用。在不斷進步發展的社會環境下，研究一個全面的城市智慧安全保障系統，協助城市安防部門提高城市安全性，保障人們的高質量生活[1-5]。

文中通過整合城市警力資源，推進地理空間信息平臺建設，逐步通過數據資源的“集中管理、分布應用”實現數據內部管理部門和外部巡邏部門之間的共建共享[6]。實現決策基礎數據資源管理的智能化、可視化。通過整合GIS技術[7-8]，將地圖元素和地下空間信息融入到管理體系中，實現城市決策信息資源的智能化和可視化，提高了決策的科學性和合理性。提高公安部門保障公共安全和處置突發公共事件的能力。突發應急事故發生后，公安部門可在第一時間了解案件發生地情況，高效調用相關警力資源，迅速完成應急處置，使產生的危害降到最低程度。提升基礎數據管理水平，既可以查閱局部地區警力的各種安排細節，又可瀏覽區域巡邏的宏觀分布；既可研究各區域穩定情況，又可安排各種巡邏分布；既可用于警用安保，又可用來做新區規劃，使城市安全保障工作長久穩定。

1 系統設計

1.1 系統設計原則

系統設計原則包括：實用性原則、可靠性原則、標準化原則、安全性原則、高效性原則和可維護性原則。

(1)實用性原則。保證系統界面友好美觀，操作便捷，響應快速，滿足部門單位的需求，在應用中達到專業領域標準，系統運行中保證數據的準確性。

(2)可靠性原則。能保障系統的各功能操作和數據分析長期的穩定性，盡量避免產生的錯誤幾率，在運行中，能夠確保數據精準可靠和信息的完整性。

(3)標準化原則。系統中采用的地理數據、地圖標識均符合國家相關部門的標準和規定，模型的合理性和高程相關信息合理準確。

(4)安全性原則。系統在用戶信息、日志文件、事故記錄等方面經過嚴格加密措施處理，確保系統運行安全和數據安全，保障系統在平臺安全運行。

(5)高效性原則。系統在處理分析數據時，保障快速的系統響應，并減少分析處理時間，達到良好的用戶體驗，在操作輸入方面設計簡潔明了，能夠直觀反映出來。

(6)可維護性原則。系統預留擴展模塊，以備未來系統升級更新，在數據方面預留備份，可以為后期數據更新進行添加修改。

1.2 系統架構

系統框架共分為四層，包括應用層、服務平臺、數據資源和支持層，具體如圖1所示。

圖1 系統框架

應用層主要以單位用戶或管理用戶為主，普通用戶通過資源服務中心訪問發布的各種數據服務進行相應的操作，管理員或者開發者用戶可通過應用開發中心進行系統的開發和修改，通過調用API來實現對服務平臺的開發，主要采用HTML、Javascript、C#等語言。

服務平臺分為服務接口和服務發布，其中在服務接口中，包含web應用開發接口和服務接口OGC標準服務，應用開發人員可以根據此接口開發標準化的應用服務，滿足用戶的各個需求；在服務發布中包含數據服務和功能服務。數據服務內主要有：專題地圖服務、文檔服務、網絡數據服務等；功能服務內主要有：地理編碼服務、空間分析服務、空間處理服務等。普通用戶通過訪問各個服務，進行相應的信息交互處理，通過分布式的架構，使得服務平臺更高效地響應用戶操作。

數據資源為服務平臺提供各種數據支持，在數據資源中分為基礎地理數據和專業業務數據，其中在基礎地理數據中包含地理實體數據、電子地圖數據、地名地址數據和空間數據等。在專業業務數據包含具體的警力管理、城市警力布點空間數據、巡邏路線等。數據是服務平臺的核心，所以在數據資源的管理上，采用基礎地理數據和業務數據的劃分存儲管理，保障系統數據庫安全，經過分別部署操作，方便后期管理和維護。

支持層為云管理平臺，分為存儲服務、數據庫服務、應用服務器、GIS服務器。通過云管理平臺對各個服務體系進行部署管理，協調各部分工作，優化系統性能。

2 系統模塊設計

系統布局合理，符合人體工程學，易于快速熟悉相關操作，在系統界面設計上簡潔明了，顏色標注易于分辨，符合大眾審美需求。系統在數據分析統計過程中，等待消耗時間少，響應速度快，分析結果真實可靠，以及系統預留擴展接口，代碼清晰明了，注釋明確，編寫規范，可在后期方便修改擴展。整個系統模塊分為安防巡邏模塊、案件管理模塊、模擬演練模塊和基礎功能模塊，具體如圖2所示。

圖2 系統功能模塊

基礎功能模塊，主要是基于地圖的基礎操作和地圖空間屬性的查詢。地圖的基礎操作包括了地圖的點擊放大、點擊縮小、拉框放大、拉框縮小、移動、復位、刷新、導航條、鷹眼、圖層列表、比例尺、系統當前時間等；地圖空間屬性的查詢包括了信息定位查詢、緩沖查詢、多邊形查詢、模糊查詢等。

案件管理模塊，主要包括了案件添加和案件查詢。案件添加主要添加所需的案件資料，選擇案件發生區域，選擇案件類型，案件的具體情況，犯罪嫌疑人數并輸入根據需要的警力調配的具體警員。案件查詢主要是對歷史的案件信息進行查詢，根據區域、時間等參數查詢發生案件的詳細信息、進展情況、處理情況等。

安防巡邏模塊，分為了巡邏部署、巡邏查詢、巡邏監管、巡邏記錄數據導出。巡邏部署具有三種部署功能： Excel數據表的導入警員的具體部署信息；在地圖上，選擇派出所，根據派出所空間地理位置部署該區域巡邏警員，安排警員巡邏時間，添加、移除巡邏警員，保存部署信息；巡邏查詢，可以選擇時間、區域，查看警員的巡邏信息和巡邏路徑，并可以查看動態的軌跡效果；警員巡邏管理，主要是對巡邏人員的位置和執行狀態進行控制和管理，包括了區域、坐標、執行狀態等具體的數據信息；巡邏記錄數據導出，巡邏數據的導出成Excel表格，便于數據統計和歷史數據的保存，可以將比較久遠的歷史數據進行導出并進行留檔保存，也可以進行數據的統計分析處理。

智能部署，根據突發情況，根據區域位置以及各派出所的警力情況，自動分配人員，自動部署。設計的思想是，通過選擇派出所，選擇分配的警員，輸入日期和時間，自動生成駐守坐標信息或者巡邏路線的路徑，并將信息添加到巡邏管理的巡邏列表中，并保存在對應的巡邏記錄數據庫中。根據實際的情況也可以臨時更換巡邏人員，并進行巡邏記錄的修改和保存。具體的功能包括了自動和手動兩種。

模擬演練模塊，包含了出警模擬和救援演練。出警模擬，主要是通過模擬地域發生突發事件，根據突發事件進行出警調配，具有兩種模式：一種是自動分析，通過點擊出警目的地，通過最近設計分析算法和聚類分析算法[9-11]，自動分析選擇出警的派出所，根據派出所的警力，智能選擇出警人員，生成出警方案，選擇出警方案后，自動生成出警路線圖，并進行動態模擬；另一種是手動分析，通過管理員選擇具體出警的派出所，選擇具體的人員，根據最短路徑算法[12-16]，自動生成出警路線，選擇路線生成出警路線，或者可以通過管理員自定義規劃出警路線，最后進行動態模擬演示。出警路線根據起始點和終止點，分配多個路線方案。路線方案分為默認路線和手動選擇出警路線。默認路線，可以根據人數自動分配出幾條出警路線。手動選擇路線，會提供待班的警員列表，選擇警員確定出警路線。具體流程如圖3(b)所示。救援演練，針對發生事故，根據最近設施分析算法，智能地生成救援路線，并通過搜索最近的醫院，智能生成最短的到達醫院的路線。

(a)智能巡邏部署流程

3 系統實現與分析

3.1 開發環境

空間數據制作平臺采用MapGIS 10，MapGIS 10云GIS軟件可根據需求聚合、重構各種GIS工具[17]，最終遷移形成自身所需的行業應用；同時提供了完備數據編輯和處理能力，可進行數據的專業構建分析，使用戶能夠快速搭建數據服務體系。WebGIS二次開發平臺和服務器平臺采用MapGIS IGServer for .NET，MapGIS IGServer for .NET的WebGIS二次開發，采用服務架構，Web客戶端可直接使用其封裝好的二次開發庫，通過客戶端二次開發API調用GIS服務端的服務接口實現相應的GIS服務，大大提高Web開發效率。系統開發工具為Visual Studio 2013和WebStorm[18]，開發語言為C#、JavaScript、HTML、CSS；關系數據庫為SQL Server 2008，空間數據庫為MapGIS K10 HDF。

在實現過程主要采用了最近設施分析、緩沖分析和最短路徑分析的空間分析算法。最近設施分析，通過動態數據情況計算出各個派出所對應的參數因子，在智能出警功能中，能分析和選擇最佳的派出所和人員。緩沖分析，根據人口分布，緊急事件發生，計算涉及范圍，通過計算機分配出警人員。最短路徑分析，通過對起點和終點的路徑進行對比分析，采用A*算法實現了最短路徑，生成出警最佳路線。

3.2 系統實現效果

歷史記錄查詢，輸入查詢區域，輸入查詢日期，地圖上高亮顯示為該查詢區域，并顯示該區域查詢的詳細記錄信息，警員編號、姓名、執勤區域、所屬部門、日期以及備注信息。查詢記錄展開顯示該次巡邏區域的詳盡信息，點擊查看可在圖上展示巡邏路線。具體效果如圖4所示。

圖4 歷史記錄查詢

模擬演練，緊急調配是模擬演練中最重要的組成部分，模擬該區域人口分布，并自動分析最佳調配警員人數，生成最適合到達線路，以便用最少的時間到達現場，組織區域人口疏散。可以根據計算的所需人員，通過手動分配出警的警員。從出發地到目的地能自動分析出最佳到達的路線距離以及所需時間。具體效果如圖5所示。

圖5 模擬演練

警員管理，可以選擇不同派出所，根據派出所空間地理位置部署該區域巡邏警員，安排警員巡邏時間，添加、移除巡邏警員，保存部署信息。利用每個區域不同的基站點或者利用GPS定位傳輸警員身上反饋的實時信息，進而時刻監控每個警員所處的空間地理位置，并在系統二維地圖上展示出即時的警員位置信息。警員工作狀態可以從窗口中一目了然獲取，一共有駐守、待班、巡邏三種狀態。具體效果如圖6所示。

圖6 警員狀態管理

3.3 數據分析

測試數據為樂山市市中區的數據，數據覆蓋了整個市中區的主干道路、支路、居民小區、政府行政單位、社區人口、醫院等城市空間信息數據，近10萬條數據。對系統設計的各項功能分別進行了測試，具體測試功能包括地圖基本操作、智能案件管理、智能出警、巡邏管理、出警演練等。地圖基本操作較好地實現了地圖的各種交互功能；智能案件管理，實現了案件智能查詢、智能分類以及人員的匹配查詢；智能出警，實現了根據發生的緊急情況，采用最近設施服務和最優選擇的方法，自動分配警員，并生成出警的路線等；巡邏管理，較好地實現了對警員的巡邏情況的查詢，可以查詢到具體的巡邏情況，可以顯示巡邏狀態、位置坐標以及動態的巡邏路線；出警演練，實現了模擬演練，根據設計的事件進行演練，可以自動分配警員出警或者通過分配具體的人員進行出警演練，生成動態的演練路徑。從功能測試的數據，體現了較好的實現效果，證明了系統功能完成得較好，達到了系統設計的目標。

4 結束語

通過整合GIS技術，將地圖元素和城市空間信息融入到管理體系中，實現城市智慧安全保障信息資源的智能化，提高了巡邏的科學性和合理性。針對當前城市基礎空間數據的信息分析、表達、應用的實際需要，設計開發出一套警力資源匯聚管理分析平臺——城市智慧安全保障系統。系統有效地將城市安防警力資源融入系統之中，全面實現警力數據二三維一體化，以及動態監測數據與警力安排于一體。此外，系統融合地理信息、業務辦公和輔助決策于一體，提高安保巡邏、處理突發性事件和模擬演練的實用性。大量節省時間和費用，最大限度減少因突發事件造成的經濟損失。系統整合城市安全保障巡邏數據資源，系統化警力人員安排，并直觀顯示在web平臺上，方便后臺調度人員進行城市安全的常態化監測操作，將數據資源通過“集中管理、分布應用”來實現后臺調度管理部門和巡邏部門之間的共建共享。同時能夠提升公安巡邏部門保障公共安全和處置突發公共事件的能力。突發應急事故發生后，公安部門可在第一時間了解事故發生地周邊人員分布情況，高效調用警務人員資源，迅速完成應急處置，使產生的危害降到最低程度。提升基礎數據管理水平，既可以查閱局部地區歷史事故的各種詳細數據，又可瀏覽區域巡邏人員的宏觀分布；既可研究單個巡邏人員情況，又可了解各種區域警務巡邏人員的整體分布關系；既可用以指導區域安保巡邏，又可用來做城區規劃或人口密集地疏導。該研究為城市智慧安全保障系統提供了一定的技術和理論參考。