公安大數(shù)據應用課程教學探索與實踐

胡嘯峰 ，石 拓

（1. 中國人民公安大學，北京 100038；2. 北京警察學院，北京 102202）

隨著公安大數(shù)據戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進，多源異構數(shù)據不斷積累，以海量數(shù)據的深度應用已逐步成為公安工作提質增效的重要支撐性條件。在公安行業(yè)中，數(shù)據驅動下的治安防控、偵查打擊、合成作戰(zhàn)等工作模式正在逐步實現(xiàn)更新?lián)Q代，大數(shù)據在公安領域的應用已全面展開[1-3]。習近平總書記在全國公安工作會議上指出“要把大數(shù)據作為推動公安創(chuàng)新發(fā)展的大引擎、培育戰(zhàn)斗力生成新的增長點，全面推動公安工作質量變革、效率變革、動力變革”[4]?？梢?，公安大數(shù)據的建設與應用是長遠之計，是防范重大風險、保障人民生命與財產安全、不斷提高人民群眾安全感與滿意度的重要途徑。

為培養(yǎng)公安大數(shù)據專門人才，全國公安院校廣泛開設了相關的本科生、研究生課程。公安大數(shù)據人才的專業(yè)化、系統(tǒng)化的培養(yǎng)已全面展開，公安院校結合公安工作特點和自身發(fā)展特色逐步開啟了相關課程體系的設計與重構[5-7]。在數(shù)據警務技術以及其他相關專業(yè)的公安大數(shù)據課程中，應用類課程由于與公安實戰(zhàn)結合緊密、貼合度高而成為了廣受學校和學生重視的一類課程，例如公安情報、刑事科學技術[8，9]等專業(yè)中的數(shù)據應用類課程均占據較高的比例。從公安大數(shù)據人才的需求來看，專業(yè)技術能力與業(yè)務實踐能力缺一不可，且上述兩種能力需要相互融合、形成合力，從而有效地將大數(shù)據這一基礎性戰(zhàn)略資源轉化為切實服務于公安實戰(zhàn)的戰(zhàn)斗力。因此，在人才培養(yǎng)過程中，需要著力培育學生的數(shù)據思維，通過理解數(shù)據、挖掘數(shù)據、應用數(shù)據來解決業(yè)務問題，進而提升整個公安行業(yè)在大數(shù)據時代的社會治理能力[10]，這是公安大數(shù)據應用課程建設的核心任務。

本文旨在通過分析公安大數(shù)據應用課程的教學現(xiàn)狀，剖析其存在的主要問題，進而以中國人民公安大學開設的《預測預警與智能決策》課程為例，從改革授課模式、積累數(shù)據資源、優(yōu)化培養(yǎng)路徑等方面創(chuàng)新性地提出公安大數(shù)據應用課程教學的措施建議。

一、公安大數(shù)據應用課程教學現(xiàn)狀及問題分析

公安大數(shù)據應用課程已逐步在全國公安院校開設，但從目前各院校的教學實踐看，尚存在以下幾個值得關注的問題。

（一）與公安實戰(zhàn)應用場景結合不緊密

當前，公安大數(shù)據應用課程中的教學內容普遍存在“重技術、輕實戰(zhàn)”的問題，即通常以講授數(shù)據統(tǒng)計、數(shù)據挖掘、機器學習等大數(shù)據處理、分析的理論、方法、算法以及計算機編程語言（Python或R語言等）為主，而以公安實戰(zhàn)中如何運用上述技術能力解決問題的講解不足，從而造成教學內容與公安實戰(zhàn)應用的脫節(jié)。例如，在講授犯罪時空預測方法的過程中，教學重點往往是長短記憶神經網絡（Long Short-Term Memory networks， LSTM）、卷積神經網絡（Convolutional Neural Network， CNN）、圖卷積網絡（Graph Convolutional Network， GCN）等深度學習模型的技術原理和算法實現(xiàn)，而以于犯罪時空預測方法在治安防控、情報指揮等工作中的具體作用、精度要求、限制條件等問題缺乏深度探討。犯罪時空預測過程中，不僅用到了犯罪時空分布數(shù)據，實際上也需要經濟狀況、人口密度、交通條件、土地類型、氣象變化等自然、社會環(huán)境數(shù)據的支撐，因此，這些數(shù)據的跨網絡、跨平臺獲取以及多維融合等工作也是公安大數(shù)據應用過程中不得不解決的問題。此外，犯罪時空預測得到的結果必然存在一定的誤差，不同時間尺度、空間尺度的誤差可接受標準是由公安實戰(zhàn)需求決定的，其能否為實戰(zhàn)決策提供支持是評價模型性能的首要指標?？梢?，公安大數(shù)據應用課程內容的設計離不開全鏈條業(yè)務場景的支撐，教學內容與公安實戰(zhàn)應用結合不緊密的問題亟待解決。

（二）實驗教學數(shù)據資源匯聚不完備

實驗課程是公安大數(shù)據應用課程體系中的重要一環(huán)。通過實驗課，可以幫助學生掌握大數(shù)據平臺的使用方法，利用專業(yè)軟件工具或通過計算機程序設計完成數(shù)據分析實驗，從而鞏固課堂教學中所學的理論知識和技術方法，培養(yǎng)解決實際問題的能力。然而，當前實驗教學中普遍存在的一個問題是大數(shù)據資源的匱乏。眾所周知，很多公安實戰(zhàn)單位擁有海量的多源異構數(shù)據資源，但受限于數(shù)據密級、數(shù)據質量等條件，目前能夠轉化為公安院校實驗教學資源的數(shù)據仍然非常有限。因此，在很多實驗教學設計中普遍采用了互聯(lián)網開源數(shù)據集作為實驗數(shù)據，盡管在數(shù)據建模、模型驗證等環(huán)節(jié)中，開源數(shù)據也可以起到支撐作用，但來源于世界其他國家的犯罪（如Crime Open Database[11]）、恐怖襲擊（如Global Terrorism Database[12]）等數(shù)據集往往難以反映我國的社會安全現(xiàn)狀，不利于學生了解真實的公安大數(shù)據應用場景和數(shù)據挖掘、分析任務，難以切實感受公安大數(shù)據實際應用過程中面臨的實際困難和挑戰(zhàn)，從而影響實驗教學效果。

（三）學生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)不充分

為滿足公安實戰(zhàn)要求，大數(shù)據應用人才需要具備持續(xù)的學習能力，掌握不斷更新的科技知識，提升場景抽象、數(shù)據融合、挖掘分析、輔助決策等各個環(huán)節(jié)的創(chuàng)新能力。以犯罪時空預測為例，高精度犯罪時空預測方法目前仍處在不斷研究和反復試驗的過程中，盡管大量模型、系統(tǒng)已投入到了公安實戰(zhàn)中，但其依賴的數(shù)據種類和預測算法不盡相同。事實上，數(shù)據融合手段和模型構建方法在不同的應用環(huán)境中往往難以保證其普適性，也就是說，課堂上所教授給學生的、在某一個案例中被驗證可行的技術方案很有可能難以應用于其他環(huán)境，這就需要啟發(fā)、培養(yǎng)學生“舉一反三”的能力，引導其根據所學知識，以方法進行移植、迭代、升級、創(chuàng)新。然而，當前的公安大數(shù)據應用類課程仍以教師的課堂講授為主，實驗課程的課時有限，且實驗任務多為驗證型內容，而探索型實驗則較為匱乏。因此，傳統(tǒng)的教學模式難以支撐公安大數(shù)據應用人才的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

二、公安大數(shù)據應用課程創(chuàng)新性實踐探索

針以公安大數(shù)據應用課程存在的問題，本文從以下三個方面闡述其創(chuàng)新性實踐改革方案，以探索公安大數(shù)據應用人才培養(yǎng)的新路徑。整合校內外教學資源，在本科課堂引入公安實戰(zhàn)單位資深教官提供業(yè)務指導，與校內教師共同開展互動式教學，并通過構建大數(shù)據資源池和并軌科研項目，探索“教研”一體化的公安大數(shù)據應用人才培養(yǎng)路徑。

（一）建立案例教學與情景互動相結合的授課模式

為解決教學內容與公安實戰(zhàn)結合不緊密的問題，可以建立案例教學與情景互動相結合的授課模式，基本流程如圖1所示。首先，由實戰(zhàn)教官向學生介紹實戰(zhàn)情景。中國人民公安大學目前已與相關實戰(zhàn)單位建立了合作關系，聘請資深教官為學生提供公安業(yè)務指導。其次，根據實戰(zhàn)情景，教師向學生提出需要解決的問題，針以該問題，由教官向學生闡述限制條件并給出能夠用于解決問題的數(shù)據資源、計算資源等。再次，由教師引導學生共同研討解決方案，并給出方案中的關鍵技術方法，進而向學生系統(tǒng)性地講授該方法。最后，通過公安實戰(zhàn)中的實際案例，向學生展示利用大數(shù)據分析方法為公安實戰(zhàn)提供決策支持的全流程，并開展進一步的研討、總結，從而以已有方案進行迭代、優(yōu)化。

圖1 案例教學與情景互動相結合的授課模式

以犯罪時空預測為例。實戰(zhàn)教官可以首先向學生介紹應用場景，例如指揮部門需要利用轄區(qū)內各街道未來一周內各類犯罪案件數(shù)量的空間分布來進行警力需求測算，填寫警力測算表，優(yōu)化轄區(qū)內的警力部署。教師幫助學生進行情景分析，指出需要解決的關鍵性問題是實現(xiàn)以“周”為時間尺度、以“街道”為空間尺度的犯罪時空分布預測。進而，教官為學生列舉出案事件統(tǒng)計數(shù)據、轄區(qū)地圖數(shù)據等多源數(shù)據，并給出可以用于模型訓練、測試的軟硬件環(huán)境。通過課堂討論，共同確定需要采用深度學習算法實現(xiàn)較高精度的犯罪時空預測。然后，由教師為學生講授長短記憶神經網絡、圖卷積神經網絡的基本原理和實現(xiàn)方法，并闡述在此案例中使用上述方法解決問題的具體流程。最后，介紹實際案例中的計算結果，與學生共同分析如何利用預測結果輔助指揮中心完成警力測算，同時，以預測誤差開展分析，進一步優(yōu)化預測方案，從而得到更為精準的結果。

通過該授課模式，可以深化“以問題為導向”的教學思路，充分借助公安院校特有的實戰(zhàn)教官、實用數(shù)據、實際場景等教學資源，啟發(fā)學生以解決問題為目標，思考可行的技術路徑，進而引導學生帶著問題開展互動式研討，有針以性地教授其所需的科學知識和技術方法，并最終通過實戰(zhàn)案例以全鏈條教學進行強化、提升，從而幫助學生高效地實現(xiàn)“學以致用”的目標。

（二）積累業(yè)務數(shù)據與社會數(shù)據相融合的數(shù)據資源

在與公安實戰(zhàn)單位開展全面合作的過程中，在符合規(guī)定的前提下，以部分業(yè)務數(shù)據進行收集、匯聚、脫敏處理以及再加工，并與其他渠道匯聚的社會數(shù)據（如經濟數(shù)據、人口數(shù)據、城市交通數(shù)據等）進行融合，形成公安大數(shù)據應用實驗課程所需的數(shù)據集，并通過數(shù)據積累和不斷整合、完善，構建實驗教學大數(shù)據資源池，為學生的實驗課程提供符合我國公安實戰(zhàn)特點的、鮮活的數(shù)據資源。

圖2所示為“預測預警與智能決策”課程的實驗教學數(shù)據資源。如圖所示，針以犯罪空間熱點預測、犯罪時空分布預測、犯罪風險知識圖譜等不同實驗任務，獲取并構建了“重點巡邏點位與排查區(qū)域”“各街道經濟指標”“各街道常住人口數(shù)量”“各類犯罪案件記錄”“街道級地圖”“各單位每日在崗警力”“社會面巡控警力”“社區(qū)警務室信息”等多個不同類型的數(shù)據集，而不同實驗任務則根據需要靈活選擇其中的幾種數(shù)據集設計并開展實驗。如前文所述，并非所有數(shù)據均來源于公安機關，例如，街道級地圖即是課程組通過向第三方公司采購的方式獲得。在數(shù)據處理過程中，首先需要按照公安機關的相關規(guī)定和具體標準要求，以數(shù)據進行脫敏處理。然后以部分數(shù)據按照實驗任務需求進行一定程度的加工，方便學生靈活使用。例如，在犯罪案件數(shù)據集中，原本不包括天氣數(shù)據，但是大量研究[13-15]指出，天氣變量以犯罪時空分布具有一定影響，因此可以將天氣變量作為外部特征用于犯罪時空分布預測，那么，在實驗過程中為節(jié)約時間，將學生的精力集中于主要的數(shù)據處理和建模工作，于是將每日以應的天氣數(shù)據提前處理好，加入犯罪案件數(shù)據集供學生使用。

圖2 “預測預警與智能決策”課程的實驗教學數(shù)據資源

此外，隨著新的多源異構數(shù)據的不斷引入，用于實驗教學的大數(shù)據資源池也處于動態(tài)擴充、調整和完善過程，從而更好地服務于實驗教學效果的提升。

（三）創(chuàng)建課程教學與科研實踐相契合的培養(yǎng)路徑

公安大數(shù)據應用人才通常需要具備較強的應用創(chuàng)新能力，體現(xiàn)為在業(yè)務實踐中抽象應用場景的能力、在應用場景中提出解決方案的能力、在解決方案中開展數(shù)據分析的能力、在數(shù)據分析中實現(xiàn)輔助決策的能力。因此，所謂課程教學與科研實踐相結合的培養(yǎng)路徑，即在課程教學的同時，鼓勵、引導學生了解、參與科研項目，通過“第二課堂”反哺常規(guī)教學。形式上則可以采取多種形式，包括根據解決問題的思路或解決方案的特點分成研究小組，參與到教師或教研室承擔的各類科研項目（如國家自然科學基金等）中，或者由研究小組牽頭申請“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”“北京市支持中央在京高校共建項目”等學生科研項目，以授課教師或教研室其他教師為指導教師，同步開展“一體化”的教研活動，從而更為系統(tǒng)化地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，為“科研-實戰(zhàn)”復合型公安大數(shù)據應用人才培養(yǎng)創(chuàng)造新路徑。

三、結語

上述以中國人民公安大學開設的公安大數(shù)據應用類課程為研究以象，分析了課程教學現(xiàn)狀及其存在的與公安實戰(zhàn)應用場景結合不緊密、實驗教學數(shù)據資源匯聚不完備、學生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)不充分等主要問題，進而以“預測預警與智能決策”課程為例，提出了建立案例教學與情景互動相結合的授課模式、積累業(yè)務數(shù)據與社會數(shù)據相融合的數(shù)據資源、創(chuàng)建課程教學與科研實踐相契合的培養(yǎng)路徑等建設性意見，以期為“科研-實戰(zhàn)”復合型公安大數(shù)據應用人才的培養(yǎng)提供參考。