新一代警用地理信息系統(tǒng)PGIS 2.0框架和關(guān)鍵技術(shù)研究

馬國春, 姚遠

(1.上海眾恒軟件技術(shù)有限公司,上海 200042; 2.重慶市公安局,重慶 400030)

0 引言

2009年以來,全國各地公安機關(guān)研發(fā)推廣了警用地理信息系統(tǒng)PGIS平臺1.0、1.6版本,建立了警用地理信息基礎(chǔ)平臺、系統(tǒng)互聯(lián)互通、部門間共享服務(wù)支撐體系。在當時技術(shù)條件下,該軟件的研發(fā)解決了警用地理信息基礎(chǔ)平臺建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)、標準統(tǒng)一和系統(tǒng)互連問題,為公安指揮調(diào)度、偵查辦案、治安管理、人口管理、交通管理、大型活動安保、應(yīng)急救援等各類警務(wù)工作地理可視化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),并取得了良好的應(yīng)用成效[1]。

在PGIS 1.X平臺建設(shè)和推廣的這幾年,物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)不斷發(fā)展,對警用地理信息平臺的基礎(chǔ)運行環(huán)境、應(yīng)用開發(fā)方式、技術(shù)架構(gòu)、新應(yīng)用要求也帶來了重大影響,在新技術(shù)發(fā)展形勢下,PGIS發(fā)展建設(shè)面臨許多新的問題與挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)狀問題

在軟件技術(shù)層面,PGIS 1.X平臺軟件升級速度跟不上當前技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展需求,無法支撐各警種對該平臺快速增長的地理信息需求。在運行環(huán)境及數(shù)據(jù)管理層面,當前各地警務(wù)云、移動警務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)和警務(wù)大數(shù)據(jù)技術(shù)快速發(fā)展,PGIS平臺軟件架構(gòu)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)等跟不上新技術(shù)的發(fā)展。在跨區(qū)域、跨網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源共享層面,對PGIS平臺的技術(shù)支撐能力及服務(wù)模式提出了更高要求,各部門對移動警務(wù)地圖應(yīng)用也提出了應(yīng)用需求。

原系統(tǒng)在標準體系、技術(shù)架構(gòu)、支撐能力等方面受到陳舊技術(shù)結(jié)構(gòu)的制肘,已經(jīng)無法滿足大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)形勢下公安信息化實戰(zhàn)對地理信息的需求,特別是在海量地理數(shù)據(jù)治理和共享、地圖展示模式、位置精準定位、地理數(shù)據(jù)服務(wù)、基礎(chǔ)支撐、業(yè)務(wù)協(xié)同等方面,存在制約支撐實戰(zhàn)發(fā)展的瓶頸。導(dǎo)致公安地理信息業(yè)務(wù)應(yīng)用效果不理想,影響公安信息化建設(shè)發(fā)展[2-3]。

因此,迫切需要采用新的技術(shù)研發(fā)升級PGIS平臺軟件的技術(shù)架構(gòu),設(shè)計新一代警用地理信息系統(tǒng),即PGIS 2.0平臺,開發(fā)相關(guān)服務(wù)、工具和平臺功能,建立能夠滿足警務(wù)實戰(zhàn)應(yīng)用需求的PGIS平臺軟件快速迭代更新機制、警務(wù)實戰(zhàn)的支撐保障。

2 PGIS 2.0設(shè)計技術(shù)思路

新版PGIS 2.0平臺需要在現(xiàn)有的PGIS 1.X平臺軟件基礎(chǔ)上,對其技術(shù)架構(gòu)進行重構(gòu)升級,盡可能做到對原平臺軟件核心模塊的兼容支持,避免對已有業(yè)務(wù)應(yīng)用造成較大影響。

在門戶方面,PGIS 2.0平臺將采用互聯(lián)網(wǎng)風(fēng)格的新型地圖門戶,開放平臺和PGIS微應(yīng)用組成。

二次開發(fā)API方面,將升級原有Web地圖API,支持HTML5、大數(shù)據(jù)可視化API、移動地圖API。

應(yīng)用服務(wù)。原平臺是基于傳統(tǒng)架構(gòu)的地圖服務(wù),提供傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢檢索服務(wù)。PGIS 2.0平臺將基于云計算及分布式環(huán)境的高性能地圖服務(wù),提供基于索引的空間檢索和公安物聯(lián)網(wǎng)多源信息實時接入與管理等服務(wù)。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。原平臺主要采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,包含靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化的空間數(shù)據(jù)。現(xiàn)可以采用分布式文件系統(tǒng)、分布式空間索引文件、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫等,提供動態(tài)、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的多源、多維時空大數(shù)據(jù)管理。

部署運行環(huán)境。原系統(tǒng)采用傳統(tǒng)中心服務(wù)器模式,包括PC服務(wù)器、小型機、服務(wù)集群等。現(xiàn)在部署環(huán)境去IOE化,采用異構(gòu)警務(wù)云、虛擬化和實體機運行環(huán)境并存。部署環(huán)境多樣,支持云計算環(huán)境(云主機、云存儲、云安全、云負載)和傳統(tǒng)中心機房模式。

架構(gòu)設(shè)計。原有的從零開始,基于成熟的基礎(chǔ)GIS軟件、數(shù)據(jù)庫和中間件研發(fā),技術(shù)架構(gòu)簡單,開發(fā)難度大。現(xiàn)根據(jù)云技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、微服務(wù),重新優(yōu)化軟件技術(shù)架構(gòu),與商業(yè)基礎(chǔ)GIS軟件實現(xiàn)松耦合,與老版本兼容,減少新平臺對接業(yè)務(wù)的影響,開發(fā)難度小。

3 系統(tǒng)框架

本文按照公安大數(shù)據(jù)智能化建設(shè)總體規(guī)劃,并充分結(jié)合地理信息技術(shù)專業(yè)特點構(gòu)建PGIS 2.0平臺,其技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

由圖1可知:基礎(chǔ)設(shè)施層依托新一代公安信息網(wǎng)、警務(wù)云平臺、移動警務(wù)平臺等基礎(chǔ)支撐環(huán)境開展建設(shè);數(shù)據(jù)層按照公安大數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范,對空間數(shù)據(jù)資源進行接入、處理、組織、治理,建成基礎(chǔ)地理信息庫、地址資源庫、動態(tài)資源庫和業(yè)務(wù)關(guān)注庫;支撐層基于各類空間地理信息數(shù)據(jù)資源采用微服務(wù)方式,提供地圖訪問、空間查詢、地址資源、空間定位、時空分析等服務(wù),并用于二次開發(fā)地圖服務(wù)接口,以及大數(shù)據(jù)可視化地圖組件,滿足各警種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的空間地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)需要;在應(yīng)用層構(gòu)建地圖門戶和地圖App,集中展示平臺的各種服務(wù)能力,支持各警種基于平臺提供的空間地理信息數(shù)據(jù)和服務(wù)能力,開發(fā)建設(shè)警種業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

根據(jù)當前技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)要求,提出PGIS 2.0框架設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù),如空間數(shù)據(jù)管理的大數(shù)據(jù)、平臺框架的微服務(wù)化、數(shù)據(jù)治理、智能化技術(shù)等。

4.1 基于大數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)管理

PGIS 2.0平臺是公安大數(shù)據(jù)智能化建設(shè)的組成部分,是各類公安業(yè)務(wù)工作的空間數(shù)字底板、地圖應(yīng)用的統(tǒng)一載體,提供空間可視化、大數(shù)據(jù)時空分析工具。平臺按照公安大數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范,建成基礎(chǔ)地理信息庫、地址資源庫、動態(tài)資源庫和業(yè)務(wù)關(guān)注庫。

大數(shù)據(jù)智能化空間數(shù)據(jù)管理包括空間大數(shù)據(jù)存儲管理、空間大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)治理、空間大數(shù)據(jù)可視化等技術(shù),為警務(wù)GIS提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐[4]。

警用空間數(shù)據(jù)分布式存儲計算技術(shù)基于公安大數(shù)據(jù)平臺,對空間數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)分塊進行分布式存儲,提供分布式空間文件系統(tǒng)、分布式SQL空間數(shù)據(jù)庫、彈性搜索引擎,根據(jù)空間數(shù)據(jù)的橫向發(fā)展,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的儲存與管理。

警用空間大數(shù)據(jù)分析技術(shù)針對警務(wù)常見業(yè)務(wù),將以往Oracle數(shù)據(jù)庫難于承載的海量歷史數(shù)據(jù)和實時流式數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)遷移,擴展數(shù)據(jù)存儲能力,增強查詢分析能力。提供大數(shù)據(jù)空間聚類、時間聚類分析、大數(shù)據(jù)熱區(qū)服務(wù)、大數(shù)據(jù)熱點服務(wù)、軌跡查詢與分析、人員地理畫像、關(guān)聯(lián)分析、起止分析、鄰近分析等。形成以人、車、案、組織、場所單位、物、感知數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)知識圖譜,結(jié)合警用地理信息平臺進行時空可視化展示,輔助公安指揮實戰(zhàn)和決策。

4.2 平臺微服務(wù)化架構(gòu)

微服務(wù)架構(gòu)作為大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)發(fā)展成熟后出現(xiàn)的新型架構(gòu),可以把大型的單個應(yīng)用和服務(wù)拆分為多個協(xié)同工作的小服務(wù)[5]。與傳統(tǒng)架構(gòu)相比,微服務(wù)架構(gòu)具有技術(shù)異構(gòu)性、彈性、低成本擴展、可組合性、簡化部署等優(yōu)點。采用該架構(gòu)可以形成標準統(tǒng)一、動態(tài)部署、聯(lián)動協(xié)同、集成上云、開放共享的新生態(tài)[6]。

對各地已建設(shè)PGIS平臺,采用微服務(wù)架構(gòu)升級改造的方式更具優(yōu)勢。在PGIS微服務(wù)改造過程中,原系統(tǒng)正常運行,新老架構(gòu)能夠平滑過渡。

該架構(gòu)支持服務(wù)化的單體應(yīng)用(如歷史遺留模塊)、粗細粒度服務(wù)應(yīng)用、共享數(shù)據(jù)庫服務(wù)應(yīng)用以及微服務(wù)應(yīng)用的注冊、管理與訪問控制管理。

對于新建模塊或擬升級改造的模塊,基于微服務(wù)化技術(shù)進行服務(wù)拆解與應(yīng)用接入,對于在用模塊,優(yōu)先選取獨立性較強的功能,利用反向代理、灰度發(fā)布等方式,實現(xiàn)系統(tǒng)微服務(wù)化架構(gòu)改造。

設(shè)計使用統(tǒng)一的微服務(wù)協(xié)議,連通不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng),實現(xiàn)應(yīng)用內(nèi)部服務(wù)、跨應(yīng)用之間的服務(wù)互相調(diào)用,減少系統(tǒng)間的依賴。提供微服務(wù)管理,包括微服務(wù)的生命周期管理、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)目錄、服務(wù)調(diào)用、監(jiān)控管理、日志管理、訪問控制等。

將PGIS功能拆分為微服務(wù)、容器化部署、運行節(jié)點滾動升級、彈性伸縮和故障恢復(fù),對所有微服務(wù)資源進行實時監(jiān)控。拆分的服務(wù)包括地圖訪問服務(wù)、空間查詢服務(wù)、地址資源服務(wù)、時空分析服務(wù)等,每種服務(wù)可繼續(xù)拆分成更小的微服務(wù)。基于微服務(wù)提供地圖開發(fā)接口、二次開發(fā)組件,實現(xiàn)二三維一體化瀏覽、搜索、空間分析、數(shù)據(jù)上圖、警務(wù)要素一圖展示等應(yīng)用。對各警種的業(yè)務(wù)應(yīng)用,也通過微服務(wù)接口提供技術(shù)支撐。

4.3 數(shù)據(jù)治理

數(shù)據(jù)治理遵循公安大數(shù)據(jù)治理要求,結(jié)合地理信息的數(shù)據(jù)特點,將警務(wù)空間數(shù)據(jù)擴展到包含空間位置信息的一切數(shù)據(jù),對公安與非公安、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化、靜態(tài)和動態(tài)等不同類型數(shù)據(jù)分別進行存儲、治理[7]。針對不同的數(shù)據(jù)類型和來源,實現(xiàn)多源異構(gòu)警務(wù)時空數(shù)據(jù)的實時接入獲取、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)組織以及空間數(shù)據(jù)治理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單、數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)質(zhì)量的一站式管理,為空間數(shù)據(jù)服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

PGIS 2.0平臺通過不同的方式接入基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地址資源數(shù)據(jù)、動態(tài)資源數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)關(guān)注數(shù)據(jù)等空間地理信息數(shù)據(jù)資源,進行提取、清洗、關(guān)聯(lián)、比對等處理后[8],組織形成基礎(chǔ)地理信息庫、地址資源庫、動態(tài)資源庫和業(yè)務(wù)關(guān)注庫,構(gòu)建空間數(shù)據(jù)資源目錄,并納入公安大數(shù)據(jù)平臺服務(wù)目錄體系。

通過空間數(shù)據(jù)有效治理、空間數(shù)據(jù)分類管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)標簽化。按業(yè)務(wù)主題、應(yīng)用場景對數(shù)據(jù)進行定義和分類,形成標準地址、軌跡、房屋、場所、POI信息、設(shè)備設(shè)施等信息。地址信息為以建筑物、門路牌號信息為主的標準地址信息,非標地址和標準地址的映射信息;POI信息包括各類POI點信息;位置軌跡包括人、車、設(shè)備等時空軌跡信息;房屋各類信息包括房屋基本信息,產(chǎn)權(quán)信息等;場所為各類重點場所信息;設(shè)備設(shè)施包括場所、安防及警用IOT設(shè)備、設(shè)施等信息。

4.4 智能化

使用人工智能技術(shù)用于警務(wù)地理信息系統(tǒng)的研究應(yīng)用,服務(wù)于GIS空間數(shù)據(jù)分析與挖掘,實現(xiàn)感知智能化,為打擊犯罪、分析研判和決策指揮提供支撐[7]。

將PGIS平臺、物聯(lián)網(wǎng)和智能感知設(shè)備關(guān)聯(lián),記錄IoT感知數(shù)據(jù)(如煙感、智能安防感知設(shè)備等)。通過智能探頭、智能門禁、物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備,實現(xiàn)對特定行為、特殊情況的自動識別感知,展現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的感知終端如攝像機、警力資源等,并自動報警,調(diào)度民警到達現(xiàn)場處置,實現(xiàn)案事件發(fā)生點就近快速處置[9],逐步實現(xiàn)全方位、全時空,連續(xù)不間斷的自動化指揮。

PGIS平臺在標準地址的基礎(chǔ)上,匯聚各警種、其他政府部門和社會單位共享的地名地址數(shù)據(jù),以及互聯(lián)網(wǎng)地圖外部資源數(shù)據(jù),開展地址數(shù)據(jù)空間化治理。采用機器學(xué)習(xí)等算法建立地址分詞、地址匹配模型,建立地址匹配引擎、地址匹配管理工具,構(gòu)建全警地址資源庫,滿足對地址的請求服務(wù)要求。

PGIS平臺與案件、犯罪人員信息結(jié)合,綜合各種案件犯罪態(tài)勢、犯罪手段、作案規(guī)律和人員躲避打擊規(guī)律,在犯罪時空聚類分析、熱點警務(wù)的基礎(chǔ)上[10],基于深度學(xué)習(xí)和多維數(shù)據(jù)分析等技術(shù),建立案件串并、犯罪預(yù)測分析、犯罪態(tài)勢算法和模型,向基層辦案部門推送打擊預(yù)警信息,隨時響應(yīng)各類應(yīng)急任務(wù)。

以PGIS平臺為基礎(chǔ),結(jié)合視頻、Wi-Fi、手機信令、軌交票務(wù)等手段,實時采集人流密集重點區(qū)域的客流關(guān)鍵技術(shù)指標,通過預(yù)警模型計算,與預(yù)警指標、風(fēng)險級別指標進行匹配,實現(xiàn)自動監(jiān)測、辨識人流異常狀態(tài),建立客流風(fēng)控情報墻進行展示和預(yù)警。

5 總結(jié)

新一代警用地理信息系統(tǒng)PGIS 2.0的建設(shè)是當前新技術(shù)發(fā)展和新業(yè)務(wù)需求的產(chǎn)物,結(jié)合當前的前沿技術(shù),本文設(shè)計了PGIS 2.0技術(shù)框架,闡述架構(gòu)原理和技術(shù)設(shè)計思路,提出了平臺關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計方法,具有先進性和可操作性,能夠更好的保障PGIS平臺建設(shè),為警務(wù)實戰(zhàn)地圖服務(wù)提供技術(shù)支撐參考。