新一代警用地理信息系統(tǒng)PGIS 2.0框架和關鍵技術研究

馬國春, 姚遠

(1.上海眾恒軟件技術有限公司,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平臺、系統(tǒng)互聯(lián)互通、部門間共享服務支撐體系。在當時技術條件下,該軟件的研發(fā)解決了警用地理信息基礎平臺建設的關鍵技術、標準統(tǒng)一和系統(tǒng)互連問題,為公安指揮調度、偵查辦案、治安管理、人口管理、交通管理、大型活動安保、應急救援等各類警務工作地理可視化應用奠定了基礎,并取得了良好的應用成效[1]。

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

1 現(xiàn)狀問題

在軟件技術層面,PGIS 1.X平臺軟件升級速度跟不上當前技術和應用發(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)境及數據管理層面,當前各地警務云、移動警務、物聯(lián)網和警務大數據技術快速發(fā)展,PGIS平臺軟件架構、數據管理技術等跟不上新技術的發(fā)展。在跨區(qū)域、跨網絡數據資源共享層面,對PGIS平臺的技術支撐能力及服務模式提出了更高要求,各部門對移動警務地圖應用也提出了應用需求。

原系統(tǒng)在標準體系、技術架構、支撐能力等方面受到陳舊技術結構的制肘,已經無法滿足大數據、云計算、物聯(lián)網等新技術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據治理和共享、地圖展示模式、位置精準定位、地理數據服務、基礎支撐、業(yè)務協(xié)同等方面,存在制約支撐實戰(zhàn)發(fā)展的瓶頸。導致公安地理信息業(yè)務應用效果不理想,影響公安信息化建設發(fā)展[2-3]。

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

2 PGIS 2.0設計技術思路

新版PGIS 2.0平臺需要在現(xiàn)有的PGIS 1.X平臺軟件基礎上,對其技術架構進行重構升級,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)務應用造成較大影響。

在門戶方面,PGIS 2.0平臺將采用互聯(lián)網風格的新型地圖門戶,開放平臺和PGIS微應用組成。

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

應用服務。原平臺是基于傳統(tǒng)架構的地圖服務,提供傳統(tǒng)空間數據庫的數據查詢檢索服務。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,提供基于索引的空間檢索和公安物聯(lián)網多源信息實時接入與管理等服務。

數據庫管理系統(tǒng)。原平臺主要采用關系型數據庫,包含靜態(tài)、結構化的空間數據?，F(xiàn)可以采用分布式文件系統(tǒng)、分布式空間索引文件、內存數據庫、關系型數據庫等,提供動態(tài)、結構化和非結構化的多源、多維時空大數據管理。

部署運行環(huán)境。原系統(tǒng)采用傳統(tǒng)中心服務器模式,包括PC服務器、小型機、服務集群等?，F(xiàn)在部署環(huán)境去IOE化,采用異構警務云、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。

架構設計。原有的從零開始,基于成熟的基礎GIS軟件、數據庫和中間件研發(fā),技術架構簡單,開發(fā)難度大?，F(xiàn)根據云技術、大數據應用、微服務,重新優(yōu)化軟件技術架構,與商業(yè)基礎GIS軟件實現(xiàn)松耦合,與老版本兼容,減少新平臺對接業(yè)務的影響,開發(fā)難度小。

3 系統(tǒng)框架

本文按照公安大數據智能化建設總體規(guī)劃,并充分結合地理信息技術專業(yè)特點構建PGIS 2.0平臺,其技術架構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

由圖1可知:基礎設施層依托新一代公安信息網、警務云平臺、移動警務平臺等基礎支撐環(huán)境開展建設;數據層按照公安大數據處理流程和規(guī)范,對空間數據資源進行接入、處理、組織、治理,建成基礎地理信息庫、地址資源庫、動態(tài)資源庫和業(yè)務關注庫;支撐層基于各類空間地理信息數據資源采用微服務方式,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,并用于二次開發(fā)地圖服務接口,以及大數據可視化地圖組件,滿足各警種業(yè)務系統(tǒng)的空間地理信息數據服務需要;在應用層構建地圖門戶和地圖App,集中展示平臺的各種服務能力,支持各警種基于平臺提供的空間地理信息數據和服務能力,開發(fā)建設警種業(yè)務應用系統(tǒng)。

4 關鍵技術研究

根據當前技術發(fā)展和業(yè)務要求,提出PGIS 2.0框架設計的關鍵技術,如空間數據管理的大數據、平臺框架的微服務化、數據治理、智能化技術等。

4.1 基于大數據的空間數據管理

PGIS 2.0平臺是公安大數據智能化建設的組成部分,是各類公安業(yè)務工作的空間數字底板、地圖應用的統(tǒng)一載體,提供空間可視化、大數據時空分析工具。平臺按照公安大數據處理流程和規(guī)范,建成基礎地理信息庫、地址資源庫、動態(tài)資源庫和業(yè)務關注庫。

大數據智能化空間數據管理包括空間大數據存儲管理、空間大數據分析、數據治理、空間大數據可視化等技術,為警務GIS提供基礎技術支撐[4]。

警用空間數據分布式存儲計算技術基于公安大數據平臺,對空間數據索引、數據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空間數據庫、彈性搜索引擎,根據空間數據的橫向發(fā)展,實現(xiàn)大數據量的儲存與管理。

警用空間大數據分析技術針對警務常見業(yè)務,將以往Oracle數據庫難于承載的海量歷史數據和實時流式數據進行數據遷移,擴展數據存儲能力,增強查詢分析能力。提供大數據空間聚類、時間聚類分析、大數據熱區(qū)服務、大數據熱點服務、軌跡查詢與分析、人員地理畫像、關聯(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、感知數據的空間數據知識圖譜,結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 平臺微服務化架構

微服務架構作為大數據和云計算技術發(fā)展成熟后出現(xiàn)的新型架構,可以把大型的單個應用和服務拆分為多個協(xié)同工作的小服務[5]。與傳統(tǒng)架構相比,微服務架構具有技術異構性、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PGIS平臺,采用微服務架構升級改造的方式更具優(yōu)勢。在PGIS微服務改造過程中,原系統(tǒng)正常運行,新老架構能夠平滑過渡。

該架構支持服務化的單體應用(如歷史遺留模塊)、粗細粒度服務應用、共享數據庫服務應用以及微服務應用的注冊、管理與訪問控制管理。

對于新建模塊或擬升級改造的模塊,基于微服務化技術進行服務拆解與應用接入,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)微服務化架構改造。

設計使用統(tǒng)一的微服務協(xié)議,連通不同的業(yè)務系統(tǒng),實現(xiàn)應用內部服務、跨應用之間的服務互相調用,減少系統(tǒng)間的依賴。提供微服務管理,包括微服務的生命周期管理、服務發(fā)布、服務目錄、服務調用、監(jiān)控管理、日志管理、訪問控制等。

將PGIS功能拆分為微服務、容器化部署、運行節(jié)點滾動升級、彈性伸縮和故障恢復,對所有微服務資源進行實時監(jiān)控。拆分的服務包括地圖訪問服務、空間查詢服務、地址資源服務、時空分析服務等,每種服務可繼續(xù)拆分成更小的微服務?；谖⒎仗峁┑貓D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、數據上圖、警務要素一圖展示等應用。對各警種的業(yè)務應用,也通過微服務接口提供技術支撐。

4.3 數據治理

數據治理遵循公安大數據治理要求,結合地理信息的數據特點,將警務空間數據擴展到包含空間位置信息的一切數據,對公安與非公安、結構化和非結構化、靜態(tài)和動態(tài)等不同類型數據分別進行存儲、治理[7]。針對不同的數據類型和來源,實現(xiàn)多源異構警務時空數據的實時接入獲取、空間數據處理、空間數據組織以及空間數據治理,實現(xiàn)數據資產清單、數據標準、數據質量的一站式管理,為空間數據服務提供數據支撐。

PGIS 2.0平臺通過不同的方式接入基礎地理信息數據、地址資源數據、動態(tài)資源數據和業(yè)務關注數據等空間地理信息數據資源,進行提取、清洗、關聯(lián)、比對等處理后[8],組織形成基礎地理信息庫、地址資源庫、動態(tài)資源庫和業(yè)務關注庫,構建空間數據資源目錄,并納入公安大數據平臺服務目錄體系。

通過空間數據有效治理、空間數據分類管理,實現(xiàn)數據標簽化。按業(yè)務主題、應用場景對數據進行定義和分類,形成標準地址、軌跡、房屋、場所、POI信息、設備設施等信息。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、設備等時空軌跡信息;房屋各類信息包括房屋基本信息,產權信息等;場所為各類重點場所信息;設備設施包括場所、安防及警用IOT設備、設施等信息。

4.4 智能化

使用人工智能技術用于警務地理信息系統(tǒng)的研究應用,服務于GIS空間數據分析與挖掘,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)網和智能感知設備關聯(lián),記錄IoT感知數據(如煙感、智能安防感知設備等)。通過智能探頭、智能門禁、物聯(lián)網等設備,實現(xiàn)對特定行為、特殊情況的自動識別感知,展現(xiàn)區(qū)域內的感知終端如攝像機、警力資源等,并自動報警,調度民警到達現(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據,以及互聯(lián)網地圖外部資源數據,開展地址數據空間化治理。采用機器學習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,構建全警地址資源庫,滿足對地址的請求服務要求。

PGIS平臺與案件、犯罪人員信息結合,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、熱點警務的基礎上[10],基于深度學習和多維數據分析等技術,建立案件串并、犯罪預測分析、犯罪態(tài)勢算法和模型,向基層辦案部門推送打擊預警信息,隨時響應各類應急任務。

以PGIS平臺為基礎,結合視頻、Wi-Fi、手機信令、軌交票務等手段,實時采集人流密集重點區(qū)域的客流關鍵技術指標,通過預警模型計算,與預警指標、風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),建立客流風控情報墻進行展示和預警。

5 總結

新一代警用地理信息系統(tǒng)PGIS 2.0的建設是當前新技術發(fā)展和新業(yè)務需求的產物,結合當前的前沿技術,本文設計了PGIS 2.0技術框架,闡述架構原理和技術設計思路,提出了平臺關鍵技術的設計方法,具有先進性和可操作性,能夠更好的保障PGIS平臺建設,為警務實戰(zhàn)地圖服務提供技術支撐參考。