PGIS創新與發展(二)：國內PGIS的應用展望*

李一琳，鄧三鴻，陳澤軍

(1.南京大學 信息管理學院 江蘇省數據工程與知識服務重點實驗室，江蘇 南京210023;2.南京森林警察學院 刑事科學技術學院，江蘇 南京210023)

美國警察部門和司法機構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，并在大中型都會區使用PGIS協助警務實戰。同時，實現了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，查看當地的犯罪頻率與警力分布情況[1]，強化了警局與民眾的溝通能力，提高了社會治安的管理水平，使得傳統警務資源信息服務實現了由單向性到雙向性的變革。

PGIS作為GIS技術的拓展，近些年也有著長足的進步。但因我國的國情和警務工作的特點，導致其技術、推廣、應用等在國內的發展并不樂觀。通過梳理相關文獻資料，從應用和技術革新兩方面對國內PGIS技術的發展進行歸納總結，以期能為PGIS在國內的推廣應用提供一些參考。

1 國內PGIS平臺的技術架構

本文以“警用地理信息系統”“PGIS”等檢索詞在中國知網和Web of Science(WoS)等數據庫中共檢索出中文文獻199篇，英文文獻75篇，書籍3本，規范性文件1份(檢索日期2020年4月)。對文獻資料進行通讀篩選后，發現國內關于PGIS的研究主要集中在PGIS各級系統的建設、警務管理平臺設計、高級算法的應用等理論建設階段，鮮有實際案例的分析與技術推廣;國外有關PGIS的文獻側重于實用性技術的介紹(如CompStat警務管理模式)、管理經驗的分享和案例分析等。

通過梳理文獻資料中關于PGIS技術的系統設計、平臺建設等信息，整理出國內PGIS系統的技術架構主要包括數據庫、技術層、應用層、用戶層4個部分。其中數據庫涉及的主要數據實體包括基礎地理數據、人口數據、車輛、案件、預案推演等。技術層主要圍繞地理信息、系統和數據的管理、分析與處理幾個方面。應用層更注重用戶體驗感和實際工作需求，包括人口、監控、情報、預警、警力配置等部分。詳見圖1。

圖1 警務地理信息系統的應用平臺架構圖

國內PGIS系統是由公安部專研部門研發并統一下發使用的，顯然這無法滿足因人而異和因地制宜的使用目的。如果不能根據使用人或部門的技術需求和業務內容進行自主研發和改造，很難發揮PGIS的技術優勢。我國的PGIS平臺支持自主研發功能，使不同地域、不同警種、不同操作的個體根據各自的實際需求開發PGIS的應用功能，這也是國內PGIS的最大亮點。

1.1 數據庫的建設

在各級警務活動和管理工作中，總會直接或間接地與時空數據產生關聯，為實現各級警務部門之間的數據互通共享，需要就數據組織建立統一的標準。PGIS的時空數據庫包括空間對象數據、屬性對象數據和對象版本數據，根據數據來源分為基礎地理數據(包括：基礎地圖數據層、基礎地圖數據屬性)和警用專題數據(包括：警用專題數據圖層、警用專題數據屬性)。詳見表1。

表1 警用地理空間數據項目分類

在PGIS中建立一個時空數據集可有效地組織和管理時空數據，是實現時空數據可視化的重要前提[2]。PGIS的數據組織與管理包含的項目較多，參考城市警用地理信息系統建設規范[3]，得表2。

表2 警用地理空間數據的組織與管理

警務工作中幾乎所有環節都涉及時空變化，如戶籍變更、警情接收、車輛信息變化、警用車輛移動和預案等都產生大量時空數據。因此，在PGIS設計時空數據庫時需使用現狀數據庫、歷史數據庫和版本數據庫分別管理時空數據[4]。

PGIS數據的收集與錄入是一項耗時、耗力、投入大而收效慢的長期工作，也是一項具有長遠意義的大變革。各地政府及時跟進地理信息的收集，各單位的測繪部門和有測繪資質的企業都積極與PGIS項目合作，為建庫任務提供各項數據。雖然前期建設數據庫要花費相當大的人力、物力和時間，但是將其完全建成后，可為未來節省更多的資源，為警務工作提供更多的便利。

1.2 PGIS的技術支持

1.2.1 地理信息管理

隨著警務信息化和PGIS技術的推進，各級警務部門均已建立大量的業務信息系統，其中有90%以上的信息與空間位置有關[2]。在地理信息管理中，地理編碼技術是最核心最關鍵的技術。地理編碼技術可為自然語言描述的地址字符串賦予空間坐標信息(即X和Y坐標)，再導入GIS系統實現地址信息的可視化。

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

我國從20世紀80年代就開始對一部分城市進行地理編碼研究，因我國的地名體系過于復雜，至今尚未形成統一的編碼標準，國外現有的地理編碼軟件也并不適用于中國國情。目前，國內GIS領域的地址編碼標準化仍處于探索階段，當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據與空間坐標相關聯，在地圖上確定地理實體的位置。地理編碼包括地址標準化和地址匹配。地址匹配可將地址文本數據庫和地圖數據庫相連接，并為地址數據庫中的地址數據賦予空間坐標，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 系統編程與測試

系統編程是利用程序設計語言實現詳細設計產生的每一個模塊，并檢驗程序的正確性。編程有結構化的程序設計方法，包括程序流程圖、源程序、調試記錄、系統數據輸入和輸出。

在設計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基礎平臺，成熟的GIS平臺對實現系統功能、提高開發效率、升級維護都比較便利，節約開發成本。(2)提高系統配置，采用高效率的算法和數據結構，以滿足PGIS對海量數據的運算需求。(3)使用PGIS的對象較多，操作流程復雜且非模式化，友好型的設計界面可保證程序的穩定和流暢，方便使用和開發。(4)程序要具有很強的容錯性，因基層警員的業務素質和技術水平參差不齊，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崩潰。

系統測試內容由單元測試、集成測試和驗收測試三部分組成。為了測試PGIS平臺的不同功能，需要設計豐富的測試用例，并包含一部分錯誤數據，且要滿足功能測試、性能測試、安全性測試、穩定性測試、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，需要表達對社會、環境、經濟和安全的關注[5]，他們比專家更了解周邊的社會環境和問題，因此群眾的參與度和意見反饋對于提高PGIS平臺的實用性很有價值。

1.2.3 數據管理與分析

數據管理是GIS中數據組織的重要環節，將直接影響數據質量和后期的數據分析。PGIS平臺涉及兩部分數據，即基礎地理信息數據和警務專題數據，這兩部分互為補充。因兩部分數據的來源和使用方向不同，處理方式略有差別。

基礎地理數據來源廣泛，在對接警務工作時，需要經過三個層級的篩選。(1)初選，錄入之前需要進行數據的篩選，對于錯誤、異議和歧義的信息要進行甄別和修正。(2)數據檢查，在導入數據庫之前，需要對數據的點狀要素、線狀要素、面狀要素的閉合情況進行檢查、補充。(3)專題篩選，基礎地理信息可為諸多警務數據分析模塊所使用，根據自身的應用需求，對基礎地理信息進行分類管理和提取，以便對應不同的警務工作內容。對于基礎地理信息中無法獲得的警務專題數據，需開展野外調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據的準確性，并且可以提供數據的統計和分析，才算是基本實現了PGIS的數據管理與分析功能。除了基本的數據統計和分析外，更深入的PGIS數據分析功能還包括圖文互查、疊加分析、影像數據與矢量數據疊加、專題圖層分析、三維場景模擬等。

2 國內PGIS的發展趨勢

2.1 技術的局限性

公安部研究中心統一研制并定時下發PGIS新版軟件，因此我國的警務信息系統才得以建立了信息傳輸和建庫的統一標準，各省各地區間的警務信息互通才得以實現，這是統一建設PGIS系統的優勢。但這也導致該系統的應用較為單一，作為一項為全國所有警務人員提供地理信息服務的平臺，顯然它并不能對每一領域都做到有針對性。為解決這一問題，當前的PGIS平臺支持使用人自主研發，同時也要求使用人有計算機專業基礎，并對GIS技術有較深的了解與掌握。

因各警種各部門間工作內容上的差異，目前PGIS平臺在實際警務工作中的作用相當有限，能夠實際參與到工作中的應用模塊并不多。各單位在使用PGIS時從技術上開拓創新，在日常工作中總結積累，整合PGIS能夠參與到的工作類型，并考慮地理信息的應用需要，有規劃地運用PGIS的自主研發功能開發了一批適合各部門的應用模塊，如指揮中心PGIS應用、實有人口PGIS應用、案件PGIS應用、治安管理PGIS應用、安保PGIS應用、交通管理PGIS應用、消防管理PGIS應用等。這些應用的開發為國內PGIS發展帶來更多具體的應用手段，有效改善了PGIS應用單一的現狀，擴大了使用范圍。

2.2 PGIS的新技術融合

國內PGIS1.0誕生至今才10年，如今PGIS2.0項目的啟動是該系統的一次大變革。PGIS作為GIS技術與警務工作相結合的產物，GIS技術的發展和警務工作的改革對PGIS未來的研發有關鍵的導向作用。

現階段的GIS技術已近乎完善，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

建筑信息模型(BIM)技術是通過數字仿真來建立建筑物的真實信息，它是對建筑過程的數字化展示，用以協助數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標記然后注上屬性信息，通常的應用方式是根據點所賦予的信息與點分布情況、密集程度等分析發展趨勢、總局部署等較大的概念。而與BIM技術結合，使得地理信息的運用可以向更加精細化的程度發展。

2.2.2 三維全息影像技術

三維全息影像技術可以提供城市、街道、建筑物內部水平視角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成的地圖，它以一種完全真實的方式來展現空間信息[6]。三維全息影像技術可以讓使用人有身臨其境的直觀立體感受，在犯罪研究、犯罪偵查的犯罪現場還原、嫌疑人逃脫路線的建模分析中有較好的呈現，使得案件研究向著更加細致化、精確化的方向開展。另外，在這些情境設定的模擬實驗中，三維全息影像技術的運用可大大減少成本并節約模擬的準備時間，能更好地定格保護真實的犯罪現場。

PGIS與BIM、三維全息影像技術相融合，通過虛擬仿真技術衍生出室內定位系統(IPS)。室內定位系統可以讓使用人更加清晰直觀地查看某一處“小點”內的具體情況，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、重點區域的虛擬仿真方面，BIM和三維全息影像技術可以提供精確的定位和制高點分析，輔助公安機關主動預防和打擊犯罪，如圖3所示。

圖3 虛擬仿真室內定位概念圖

今后隨著全國警用地址數據庫建設項目的實施，及時掌握各類警務要素位置信息以及空間關聯信息，有助于快速處理各類違法犯罪事件、高效精準地處理突發應急事件[7]。

以警用地理信息系統、警務地理信息、電子警務、公安信息化、三維仿真為關鍵詞搜索中國知網數據庫和萬方數據庫，2000年至2020年5月共統計到98篇中文文獻。目前，國內外關于PGIS在三維虛擬仿真工作站建設、三維PGIS平臺應用、城市三維影像、城市空間犯罪的環境預防設[8]等方面更多的是理論研究和技術構想，實際案例分析主要還是集中在GIS技術。

在信息高速發展的時代，PGIS作為我國現代化警務工作中最為關鍵的技術平臺，其發展已受到公安部的重視。地理信息已從面向服務轉變為智能服務，PGIS也將面臨巨大的技術變革?，F階段PGIS系統本身已較為成熟，其更大的發展空間、更廣闊的應用前景和未來無限的可能性才是最引人關注的。特別期待PGIS2.0系統在三維影像+虛擬仿真技術上的新成果。