天空地一體化大數(shù)據(jù)在社會安全領(lǐng)域的應(yīng)用

張文英　耿秋實(shí)　張雪瑩　李慧波

摘要：大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)資源共享開放和綜合利用給公共安全領(lǐng)域警務(wù)模式帶來了重大變革。論文首先分析了大數(shù)據(jù)在社會安全中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其具有的重要地位與作用；給出了天空地一體化大數(shù)據(jù)的定義及其存在的新特征，結(jié)合天空地一體化大數(shù)據(jù)在社會治安防控和反恐維穩(wěn)方面的實(shí)際應(yīng)用需求，利用大數(shù)據(jù)的理論和方法，開展系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，最后以系統(tǒng)建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)協(xié)同感知與處理、數(shù)據(jù)融合關(guān)聯(lián)、分析建模、應(yīng)用為主線探討各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：天空地一體化大數(shù)據(jù)；社會安全；融合關(guān)聯(lián)；事件預(yù)測；可視化

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）10-0055-03

大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，推動了數(shù)據(jù)資源共享開放和開發(fā)應(yīng)用。目前，大數(shù)據(jù)已在電子商務(wù)、交通、公共衛(wèi)生、金融等行業(yè)發(fā)揮了重要作用，也為社會安全治安防控提供新途徑、新手段。美國是國際上較早就利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行反恐的國家之一。據(jù)調(diào)查：美國政府（NATGRID）情報(bào)部門通過利用21個(gè)不同的部門和機(jī)構(gòu)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，綜合利用重點(diǎn)關(guān)注人員平時(shí)產(chǎn)生的各種信息，包括交通、購物、交友、通話、電子郵件、聊天記錄、視頻等，以清晰勾勒出犯罪嫌疑人的行蹤和面貌?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的信息安全智能化在幫助美國打擊恐怖分子中起到了巨大的作用。近年來，我國各地公安機(jī)關(guān)也在不斷探索大數(shù)據(jù)的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，紛紛利用大數(shù)據(jù)開展反恐維穩(wěn)預(yù)測、治安形勢預(yù)測、社會安全治理、社會輿情預(yù)測等方面的應(yīng)用探索工作[1]。

由此可見，大數(shù)據(jù)在社會安全領(lǐng)域具有很大的利用價(jià)值。但是目前的很多公安大數(shù)據(jù)平臺還存在數(shù)據(jù)采集不全面、信息融合不夠、關(guān)聯(lián)性弱等問題，本文重點(diǎn)從反恐維穩(wěn)、社會治安防控的角度，研究天空地一體化大數(shù)據(jù)在社會安全領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息手段提升公安部門對違法犯罪行為和管控對象進(jìn)行有效預(yù)警和打擊處理的能力。

1 天空地一體化大數(shù)據(jù)的定義及特征

1.1 天空地一體化大數(shù)據(jù)的定義

什么是天空地一體化大數(shù)據(jù)？這里的天空地一體化大數(shù)據(jù)泛指空天領(lǐng)域的衛(wèi)星和航拍影像以及地面檢測采集的各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱。根據(jù)天空地一體化大數(shù)據(jù)中所涉及的不同領(lǐng)域和來源，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類：

（1）衛(wèi)星和航拍影像數(shù)據(jù)

衛(wèi)星和航拍影像數(shù)據(jù)包括航天、航空多種平臺上多個(gè)傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如全色、多光譜、高光譜、紅外、合成孔徑雷達(dá)（SAR）、激光雷達(dá)（LiDAR）等拍攝的遙感影像數(shù)據(jù)。

（2）公安業(yè)務(wù)部門數(shù)據(jù)

公安業(yè)務(wù)部門數(shù)據(jù)掌握在各個(gè)部門手中，主要包括電子卡口數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻錄像、電子圍欄、電子警察、出入境辦證信息、出入境記錄、接處警信息、常住人口、重點(diǎn)人員、機(jī)動車、駕駛員、歷史案例等[1]。

（3）社會數(shù)據(jù)

社會數(shù)據(jù)主要指政府部門和社會單位系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，如交通票務(wù)系統(tǒng)、運(yùn)營商系統(tǒng)、酒店住宿系統(tǒng)、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)、工商管理系統(tǒng)、民政司法系統(tǒng)、教育宗教系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)主要包括：一是微博、微信、QQ、社區(qū)、電子郵件等社交網(wǎng)絡(luò)中的用戶生成數(shù)據(jù)，二是搜索引擎、運(yùn)營商、網(wǎng)購、金融服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)行為所產(chǎn)生的用戶行為、交易日志等數(shù)據(jù)。

（5）其他數(shù)據(jù)

其他數(shù)據(jù)是指未歸入上述類型，但是可能會對公共安全有一定影響的數(shù)據(jù)。

1.2 天空地一體化大數(shù)據(jù)的特性

天空地一體化大數(shù)據(jù)在滿足大數(shù)據(jù)4V特性的基礎(chǔ)上[2]，由于其數(shù)據(jù)來源跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)，又表現(xiàn)出了新的特性：

（1）多元化

天空地一體化大數(shù)據(jù)由于需要匯聚衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、跨時(shí)空視頻數(shù)據(jù)、電磁信息、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、社會數(shù)據(jù)及公安部門數(shù)據(jù)等，多元化不僅僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)類型的多樣性，還體現(xiàn)在數(shù)據(jù)之間的多尺度、多粒度，如遙感觀測的傳感器種類包括全色、多光譜、高光譜、紅外、合成孔徑雷達(dá)（SAR）、激光雷達(dá)（LiDAR）等，它們的觀測范圍各不一樣，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)格式也不盡相同；同樣是軌跡數(shù)據(jù)，如遙感影像拍攝的軌跡與視頻監(jiān)控、手機(jī)等拍攝的軌跡數(shù)據(jù)。

（2）演化性

天空地一體化大數(shù)據(jù)，具有鮮明的時(shí)空屬性，即數(shù)據(jù)隨時(shí)間和空間的變化而變化，比如，實(shí)體的某些屬性在不同時(shí)間點(diǎn)或空間可能產(chǎn)生變化，這就要求合理建模演化行為，保證數(shù)據(jù)一致性。同時(shí)，在反恐維穩(wěn)領(lǐng)域，對數(shù)據(jù)處理有較高的時(shí)效性要求。

（3）準(zhǔn)確性

天空地一體化大數(shù)據(jù)由于其數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)多樣的特點(diǎn)，不同的數(shù)據(jù)源或者不同時(shí)刻產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，有可能會相互矛盾或沖突，因此在數(shù)據(jù)分析之前，應(yīng)該處理信息源之間的內(nèi)容沖突，消除信息的歧義。同時(shí)，單一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)有時(shí)包含的信息不夠全面，獲取多個(gè)信息源的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合關(guān)聯(lián)，可以補(bǔ)全信息或者對信息進(jìn)行相互印證，從而提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[3]。

天空地一體化大數(shù)據(jù)的這些新特性，為數(shù)據(jù)的接入、處理、存儲、融合關(guān)聯(lián)提出了更高的要求。

2 天空地一體化大數(shù)據(jù)在社會安全領(lǐng)域的應(yīng)用需求分析

天空地一體化大數(shù)據(jù)在社會安全領(lǐng)域的應(yīng)用，是一個(gè)相對較新的研究方向，隨著高分遙感技術(shù)、人臉車輛識別、語音識別、文本識別等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，在單場景中對異常行為的識別能力有了很大的提高，依托大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將這些數(shù)據(jù)資源進(jìn)行跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的融合關(guān)聯(lián)，并通過建立智能化分析模型，應(yīng)用在犯罪線索挖掘、犯罪活動預(yù)測、犯罪分子及團(tuán)伙發(fā)現(xiàn)、犯罪分子追蹤等方面，從而解決公安部門的實(shí)際需求問題。

2.1 線索挖掘

正所謂“存在就有痕跡，聯(lián)系就有信息”，當(dāng)今社會充斥著各類流動的信息，人流、物流、資金流、信息流相互交錯(cuò)融合，給公共安全領(lǐng)域事件預(yù)測預(yù)警帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，依靠人的管理和單一的監(jiān)控手段顯然不行，可以依靠大數(shù)據(jù)優(yōu)勢構(gòu)建一個(gè)聯(lián)合的信息環(huán)境，根據(jù)這些信息挖掘各種犯罪線索：如分析高分衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，可以快速有效地監(jiān)測空間動態(tài)信息的變化，挖掘出恐怖分子的訓(xùn)練營及活動通道；偏遠(yuǎn)地區(qū)的無業(yè)游民，整天用國際化的聊天工具和外界溝通聯(lián)系，可能是恐怖分子的一些特征。

2.2犯罪活動預(yù)測

犯罪分子的活動具有隱蔽性，不太容易掌控，但仍然具有一定的規(guī)律可循。比如恐怖團(tuán)伙要策劃一場具有一定規(guī)模的恐怖事件，必須滿足人力、物力、資金的需求，恐怖分子之間要通過各種手段聯(lián)系，整個(gè)過程要進(jìn)行周密的策劃[4]。具體到“3.01”昆明火車站暴力恐怖事件，多名新疆分裂主義分子到達(dá)當(dāng)?shù)?，對作案地進(jìn)行長時(shí)間的偵察與策劃，就應(yīng)該為分析預(yù)測提供線索。因此，通過實(shí)時(shí)采集的天空地一體化大數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多尺度、多粒度的關(guān)聯(lián)，能夠動態(tài)地掌握犯罪分子的活動空間規(guī)律、群體行為法則，及時(shí)識別異常行為及異常人員，對預(yù)測犯罪事件、犯罪熱點(diǎn)地區(qū)和犯罪趨勢具有很大的潛在優(yōu)勢[5]。

2.3重點(diǎn)人員管控

通過大數(shù)據(jù)分析，開展重點(diǎn)人員日常管控，嚴(yán)密監(jiān)控其所有網(wǎng)絡(luò)行為與日常社交行為對象，建立人群高維關(guān)系網(wǎng)絡(luò)知識圖譜，并將人、物、案（事）件、組織的重要屬性特征，與各類數(shù)據(jù)庫中的信息資源進(jìn)行一對一、一對多、多對一或多對多的關(guān)聯(lián)碰撞比對，及時(shí)發(fā)現(xiàn)犯罪人員及團(tuán)伙。

2.4犯罪分子追蹤

案件發(fā)生后，犯罪分子發(fā)生逃匿，可通過將公安部門的追蹤信息，重要場所的監(jiān)控視頻，普通民眾利用微博、微信、QQ、社區(qū)等社交網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的信息等進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，動態(tài)地掌握犯罪分子的行蹤，實(shí)現(xiàn)對犯罪分子的追蹤。

3 面向社會安全的天空地一體化大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建

近年來，我國各地公安機(jī)關(guān)也在不斷探索大數(shù)據(jù)的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，公安機(jī)關(guān)本身掌握著海量數(shù)據(jù)資源，具有較好的數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)。通過搭建基于天空地一體化大數(shù)據(jù)平臺，整合空天領(lǐng)域的衛(wèi)星和航拍影像、公安業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、社會單位數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等各類資源，將大數(shù)據(jù)存儲、計(jì)算技術(shù)融入到系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)中，改變社會公共安全領(lǐng)域 “事后查證”的模式，致力于事前預(yù)警和事中快速響應(yīng)能力的全面提升。

3.1總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

為滿足海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理、分析需求，系統(tǒng)的總體架構(gòu)應(yīng)建立在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算架構(gòu)的基礎(chǔ)之上，確保數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算的高效、穩(wěn)定及系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)采用分層架構(gòu)，自下而上分為基礎(chǔ)設(shè)施層（IAAS）、平臺支撐層（PAAS）和業(yè)務(wù)應(yīng)用層（SAAS）。其中，基礎(chǔ)設(shè)施層提供對計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等各類資源管理和調(diào)度；平臺支撐層包括數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)支撐，數(shù)據(jù)支撐實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的匯聚、按需存儲和處理，服務(wù)支撐提供服務(wù)管理功能，為應(yīng)用提供分析服務(wù)和基礎(chǔ)服務(wù)；業(yè)務(wù)應(yīng)用層面向一線實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用需求，提供異常行為告警、重點(diǎn)人員管控、團(tuán)伙挖掘、事件預(yù)測等業(yè)務(wù)功能。

3.2關(guān)鍵技術(shù)研究

針對系統(tǒng)建設(shè)過程中的數(shù)據(jù)感知與處理、數(shù)據(jù)融合關(guān)聯(lián)、分析建模及應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)，研究和探討各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的關(guān)鍵技術(shù)，為系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)保障。

（1）跨系統(tǒng)、跨網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)同感知與處理

數(shù)據(jù)的智能感知與處理技術(shù)，是大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)的質(zhì)量，直接影響分析結(jié)果。天空地一體化大數(shù)據(jù)，由于存在數(shù)據(jù)來源廣、數(shù)據(jù)格式多樣、結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并存等特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)的協(xié)同感知與處理方面，需要研究以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集與交換接口技術(shù)；二是數(shù)據(jù)清洗，消除數(shù)據(jù)中存在的大量噪聲、冗余數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量；三是模式識別技術(shù)，研究如何將遙感影像、跨時(shí)空視頻、音頻和網(wǎng)絡(luò)文本等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成能為計(jì)算機(jī)自動識別的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

（2）多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合關(guān)聯(lián)

數(shù)據(jù)融合基于時(shí)序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)換、綜合等操作的核心技術(shù)，完成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的整理與歸并。海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合是目前大數(shù)據(jù)應(yīng)用和智能決策過程的瓶頸。多元化信息的融合是當(dāng)前數(shù)據(jù)融合的一個(gè)發(fā)展趨勢，在天空地一體化大數(shù)據(jù)融合中主要表現(xiàn)為空天遙感數(shù)據(jù)之間的融合、空天地一體化的融合、歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的融合、動態(tài)數(shù)據(jù)與靜止數(shù)據(jù)的融合、實(shí)體空間與網(wǎng)絡(luò)虛擬空間的融合、內(nèi)部數(shù)據(jù)與外部數(shù)據(jù)的融合等。大數(shù)據(jù)融合的難點(diǎn)在于大數(shù)據(jù)的3V（海量、高速、類型多樣）特征，它所需要的關(guān)鍵支撐技術(shù)有模式（本體）對齊技術(shù)、實(shí)體鏈接技術(shù)、沖突解決技術(shù)和關(guān)系推演[6]。通過融合關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)協(xié)同處理，從而為公共安全的監(jiān)控預(yù)警和應(yīng)急處理提供技術(shù)支撐。

（3）分析建模

利用大數(shù)據(jù)分析的方法與工具，比如分類與回歸算法、基于時(shí)空序列的模式分析、關(guān)聯(lián)分析等技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，構(gòu)建各種分析模型，如人流激增預(yù)警模型、犯罪預(yù)測模型、人員智能畫像、涉恐系數(shù)分析模型、人員親密度模型、異常人員分析模型等，通過各種模型的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)異常行為告警、分析研判、事件預(yù)測等功能，筑成社會安全領(lǐng)域預(yù)測和早期階段預(yù)防的第一道防線。

（4）可視化應(yīng)用

大數(shù)據(jù)分析中，可視化展現(xiàn)技術(shù)是使海量數(shù)據(jù)集變得直觀、易于理解的有效方式。典型的可視化包括多維信息可視化、專業(yè)領(lǐng)域知識可視化和預(yù)測分析結(jié)果的可視化[3] 。針對天空地一體化多源大數(shù)據(jù)可視化交互應(yīng)用場景的廣泛性、無規(guī)律、缺乏靈活的可視化手段的問題，研究可視化分析工具集，提供二維或三維概念圖、關(guān)系圖、趨勢圖、對象統(tǒng)計(jì)圖、時(shí)間軸分析工具、數(shù)據(jù)流分析工具、語義網(wǎng)絡(luò)等全方位互聯(lián)互通可擴(kuò)展的可視化分析工具，滿足對知識圖譜、趨勢展示和分析預(yù)警等場景的應(yīng)用需求。

4 總結(jié)

天空地一體化大數(shù)據(jù)在社會公共安全領(lǐng)域的應(yīng)用，充分利用大數(shù)據(jù)的預(yù)測能力，構(gòu)建一種主動的、預(yù)防為主的公共安全警務(wù)模式[8]，為提升公共安全保障能力提供了歷史契機(jī)。隨著海量數(shù)據(jù)的積累以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟，大數(shù)據(jù)分析、預(yù)測的準(zhǔn)確度也會不斷提高，必將進(jìn)一步提升情報(bào)挖掘、事件預(yù)測預(yù)警能力，更好地服務(wù)于社會安全的實(shí)際應(yīng)用需求。

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