警用综合地理信息系统

警用综合地理信息系统

一、现状与问题

公安部已经将警用综合地理信息系统建设列入“金盾工程”23个一类项目中，成为“金盾工程”的重要组成部分。而目前的公安地理信息系统建设和空间信息数据的应用尚处于初级阶段。根据调研，目前大部分公安局的地理信息系统建设偏重应用系统的建设，先后建立了交通管理系统、110指挥系统、GPS监控系统等，应用初具规模，但比较分散、与业务系统集成较弱。同时，警用综合地理信息应用要求业务地理信息能够共享、实现相互调用进行综合决策分析，而当前的警用地理信息系统无法满足上述要求，主要存在问题是：

⑴地图不统一。目前，地市级公安局还没有建立一套完善的警用电子地图基础空

间数据（体系）。各单位在应用建设过程中，各自购置不同来源、不同比例尺和信息质量的电子地图，造成这些电子地图在投影、坐标系、数据格式、图层分层等方面互不统一，同时重复采集一些公共性地理信息，造成资金和人力的浪费，给全局地图基础空间数据的统一化管理和信息共享带来了极大的困难。因此，亟待进一步补充、完善与整合。

⑵地理信息标准不统一。没有建立统一的警用地理信息分类与编码、图层分层、

数据采集工作规范、元数据标准、地理信息应用规范等一系列的相关标准规范，无法对全局的警用基础空间数据的建设和各单位地理信息系统的应用与开发进行统筹规划与协调。

⑶技术规范不统一。各单位已建的地理信息系统在GIS软件平台、数据库的选

型、数据存储格式、空间/属性数据的组织方式和体系结构设计等方面各不相同。

此外，由于缺乏统一的数据交换和数据通讯接口标准，系统之间相互独立，无法实现数据共享。

空间信息应用是公安行业信息化的核心应用之一，而公安行业是典型的全国联网、需要海量数据存储和共享的空间信息应用服务体系。随着空间信息技术向着网络化、海量化和分布式及联机计算的方向发展，从技术的角度讲，已经为公安行业的空间信息应用创造了条件。

警用综合地理信息系统从传统以单一系统为基础的构架，开始转变为以3S空间信息栅格体系结构的架构。基于空间信息栅格的警用综合地理信息系统，通过网络连接地理上分布的各类计算机（包括机群）、数据库、各类设备和存储设备等，形成对用户相对透明的虚拟的高性能计算环境，应用包括了分布式计算、高吞吐量计算、协同工作等诸多功能。基于空间信息栅格的警用综合地理信息系统可以定义为一个广域范围的“无缝的集成和协同计算环境”下的公安3S应用与服务环境即警用综合地理信息应用与服务系统。

警用综合地理信息系统就是利用空间地理信息技术，以电子地图为基础，以公安宽带网络为依托，以信息共享和综合利用为目标，实现公安基础信息基于空间电

子地图的可视化查询和分析，提高在指挥决策、快速反映、反恐等方面的综合能力，为治安管理、警力部署、巡逻布控、安全警卫等公安业务提供行之有效的管理手段。从整个公安行业信息化和公安“金盾工程”建设的角度来看，建立警用综合地理信息应用与服务系统十分必要，是整个公安信息化建设的一部分。

二、系统建设的目的和意义

1、通过综合地理信息应用与服务系统的建设，对已有电子地图信息资源进行补充、完善与整合，建立一套可供全局使用的警用电子地图基础空间数据（体系），为各单位有关地理信息应用提供基础数据服务，避免重复建设和重复投资，有利于加快地理信息系统应用开发的周期和信息共享。

2、建立综合地理信息应用与服务系统，实现各系统、各应用间的数据交换、信息共享。全局各单位可充分利用各图层数据信息开展应用，并及时对数据进行更新和维护，达到全局地理信息的综合利用，避免公共图层信息的重复采集和重复建设。同时借助综合地理信息应用与服务系统，将市局各业务数据库信息资源与电子地图有机的关联与融合，实现抽象属性信息与地图的完美结合，为各级领导的指挥决策提供更形象、更直观的可视化的信息展示界面，在公安实战中发挥出更大的作用。

3、通过平台实现MIS数据的地图可视化和综合应用，实现基于地理信息的警用综合地理信息查询、工作方预案管理、业务地理信息服务。

4、通过平台建设制定一套较为完善的警用地理信息系统标准与规范，使全局地理信息系统的应用与开发逐步实现统一化、规范化、标准化的建设目标。

三、系统总体框架

综合地理信息系统的基础是建立一套全局统一的电子地图数据库，形成科学、有效的数据采集和更新维护机制，实现数据的统一。

其次，在电子地图数据库的基础上，建立地理信息共享与交换平台，完成数据的上传与下载、数据相互转换，实现信息共享，保证全局各业务单位地理信息数据的一致性。

同时，为了保证数据的统一和信息的共享，应该建立相应的标准和规范，规范数

据、业务和应用，保障系统的建设和实施。

综合地理信息系统的核心是各业务单位在综合地理信息平台的基础上，结合自身业务特点，建设各自的业务应用系统，从而实现全局应用的综合并发挥整体优势。

系统的建设可以归纳为从数据的统一，到信息的共享、到标准规范的建设，形成全局的综合应用。

四、门牌号码数据库在警用综合地理信息系统中的作用。

目前公安行业已经建立大量的数据库如常驻人口数据库、重点人口数据库、刑侦数据库、110警情数据库等和相应的业务应用系统。警用综合地理信息系统的建设必须和这些数据进行有效的结合，实现业务信息基于地理信息的可视化分析。从这个角度看，警用综合地理信息系统离不开MIS数据库的支撑，MIS数据库是警用综合地理信息的最重要来源，警用综合地理信息系统只有能够动态和MIS数据关联，将MIS定位到地图上实现可视化和综合地理信息应用，系统才具有生命力和发挥应有的作用。

如何将MIS数据定位到地图上是解决警用综合地理信息系统可持续发展的关键问题。按照“公安五要素”模型，将警务信息抽象为人、案(事)件、机构、物品、地理位置五要素，公安涉及的所有信息可以按照该五要素进行分类。同时，对数据库研究发现，大部分MIS数据库中都包含了地址信息。

而在实践中发现，每个楼块都有相应的地址编码，即每个地址编码都有相应的地理坐标。建立基于地址编码比对和匹配技术的MIS数据自动地图定位，是解决MIS数据可视化的关键技术和手段。实现地址编码和地址比对、地址匹配，需要做如下工作：

1）建立标准地址编码库：基于大比例尺电子地图提供的楼块数据，进行标准地址编码的普查，通过地址编码采集系统录入数据、地址编码整理系统建立标准地址编码库；

2）建立地址匹配服务系统：实现对自然语言地址信息的语义分析、词法分析，自动和标准地址库匹配，比对出精确的地理坐标；

3）建立批量处理MIS数据库的地址比对系统：实现对大数据量MIS数据的处理，生成相应MIS数据的图层；

4）对MIS数据库的地址信息进行标准化处理和规范化录入，提高地址比对成功率

五、警用综合地理信息组织、管理与共享交换

实现海量公安综合地理信息的存储、组织、管理和共享交换。

1、警用地理信息

警用综合地理信息系统涉及的空间信息包括：

1）警用基础地理信息

从测绘部门获取的一些最基础的、为社会各行业和各公安业务部门所共用的常规的公共地理信息（包含建筑物、道路、水系、植被等）。这些信息在应用系统中，主要发挥着背景地图的作用和定位参考的作用。它来源于测绘部门，按测绘部门的国土代码进行编码，并由测绘部门进行维护。

2）、警用公共地理信息

与公安业务密切相关、且可为公安业务各部门开展地理信息应用所共同需要的一些公用性数据。每一类警用公共地理信息，按信息的业务归口关系，由一个主要部门负责数据采集和图层制作，并由多个单位协助其完成相关属性信息的采集和完善。警用公共地理信息按照五要素方法进行划分，描述其地理实体信息

3）、业务专用地理信息

业务性特强、仅与某一种公安业务密切相关的（或包含某种特定公安业务保密信息的）一些具有特殊业务用途的信息。它由各业务部门负责数据采集与更新维护工作。

2、电子地图的比例尺选用

不同比例尺的电子地图能够表现的内容和信息量有所不同，可以满足不同的警务GIS应用需求。

根据目前业务需求和权威部门的资料，重点建设的电子地图的比例尺为

1:10000和1:2000。1:10000主要反映一些宏观的信息，精度能达到10－20米，以庄胜大厦为例，在1:10000地图上只是一个基本的图形位置表示，在1：2000地图上可以看到其基本形状，精度2－5米，能够满足比较详细的警务工作需要。

随着未来应用的需要,将进一步建设比例尺为1:500的地图，在该比例尺下，精度达到0.5－1米，大厦的详细信息如台阶、出入口等都可精确显示。

另外，由于电子地图更新具有一定的周期性，对于变化较大的地区，可以从卫星遥感影像或者飞机拍摄的航片中获取最新信息。

此外，对重点区域还可以建立三维模型，实现虚拟现实的仿真模拟。

多比例尺空间数据库必须能够实现以多个基本比例尺空间数据库为基础，根据用户特定的应用目标和比例尺条件，系统实时提取数量适宜、并能反映该区域地理

特征的地理要素，使GIS空间信息的缩放显示随比例尺变化自适应和镶嵌。

平台建设中可以采用金字塔存储结构的多比例尺空间数据库，建立多级基本比例尺之间的金字塔存储结构模型和元数据表，建立比例尺之间的互动机制，能够提取出满足应用需求的任意比例尺下的显示数据。

3、空间数据管理系统

按照公安金盾工程总体设计和地市级综合地理信息系统总体设计的要求，将公安要素划分为五要素模型，按照五要素模型的理论对公安综合地理信息要素进行建模，并按照数据集项进行分类建立不同的要素库。

在面向实体及其关系模型的基础上对公安综合地理信息要素在数据库中的组织与管理必须建立一套完整的组织规范，包括数据库中空间数据对象关系、约束限制、存储方式、元数据、访问接口规范等，实现空间数据的规范化处理。

对多源空间数据进行标准化改造和入库提供数据转换、图幅接边、入库处理等功能；对空间数据库的访问、操作提供库管理机制，包括事务处理、锁机制、长事务管理、安全和用户管理、并发访问管理等一系列空间数据库的库管理功能。

海量数据管理：采用数据库存储方式，从理论上可以实现数据的统一管理，而从实际应用角度出发，基于图幅的管理应用模式十分广泛，为此针对数据库存储机制建立一套新的图库管理。图库在保留了传统图库的“纵向分层，横向分幅”的管理机制，在数据存储采用大表机制，并采用空间分区管理、R树索引、分区内Moton编码物理聚簇的方式存储，以解决海量数据表访问的效率瓶颈。在功能上，图库模块将实现图库建立、修改等基本操作、图幅操作、小比例尺图库及非矩形图幅建库管理、图幅接边、图幅提取等功能。

性能优化：提供海量数据处理能力的主要手段包括：

空间分区（Spatial Partition）就是基于特征的空间位置将其放入数据库中相应的数据区中，在做查询时则根据规则将查询范围尽可能缩小在某些数据分区内，从而提高海量空间表的查询速度。

空间聚簇是在分区中根据特征的位置进行Morton编码，并Morton码的顺序存储，实现空间位置临近的特征在磁盘存储的数据块上聚集，从而提高查询内存命中率。

建库管理：建库流程包括数据质量检查、坐标系统转换、图形图像配准、空间数据编辑、空间索引管理等必要的入库步骤。

在数据入库过程中进行多源数据的标准化和一致性维护，在空间数据编辑中，实现空间实体与属性数据的一体化编辑。

数据提取和合并

数据提取：处理元数据查询后所得到的数据请求，进行数据提取，生成相应的数据文件，以满足特定的业务应用需要。

数据合并，对某一范围的空间数据入库，实现数据拼接合并，建立统一的空间数据。

4、数据采集与更新系统

警用空间基础数据库的建设是警用综合地理信息系统建设的基础。警用空间数据库建设主要内容包括基础地理空间信息，警用公共空间信息和业务专用空间信息的建设。

地市级警用空间基础数据库的建设过程大致可分解为以下三步：一是数据的采集与整理；二是数据库及管理系统的建立；三是数据库的应用。

在数据采集与整理阶段，针对不同类型不同比例系列的基础空间数据，首先是制订数据建库与更新的技术规程，作为整个建库过程中各环节、各部门工作的总指导，然后制订建立数据分层、编码和属性等标准，各个数据采集任务实施单位要严格按照这些标准完成数据的采集工作，再制订各作业单位成果提交的中间标准格式，最后制订建库部门对成果数据的质量检查与验收规程。这样，在这些标准和规程的指导下，该阶段可以获得满足建库要求的原始数据。

在第二阶段，即数据库及管理系统的建立阶段，要完成原始数据的监理检查、自动化入库以及数据库的管理，包括数据库安全管理、数据备份、数据恢复、数据库版本管理、数据库扩充等等，该阶段的工作主要是通过建立管理信息系统来完成，因此，需要制订软件工程技术文档，包括用户需求报告、总体设计报告、详细设计报告、测试报告以及用户手册等。

在第三阶段，即数据库的应用阶段，数据的共享成为主要问题。地市级警用基础空间数据库是服务于全局的共享型基础空间数据库，是地市级公安局综合地理信息应用与服务系统建设的目标。

5、数据交换系统

在实际应用中，各基层单位信息中心需要直接下载信息中心的数据，又要自动或手动上传更新后的数据到信息中心，需要实现不同区域、不同图层空间数据和属性数据的网络上载、下传功能。在此过程中既要保障数据的安全性和保密性，又要方便办案人员的使用。为此公安综合地理信息应用与服务系统需要有分布式的数据交换能力，支持网络数据更新入库功能，提供更新数据的检查和审核机制。

由于网络环境和客户端环境的影响，用户可能在不同环境下来访问空间数据，能够通过客户端程序、浏览器等手段进行数据交换，为此需要在地理信息平台的服务器端构筑一个数据交换中心，作为所有数据交换的统一界面。为此我们在空间数据管理平台的基础上设计数据交换应用服务器，提供统一的应用系统开发接

口，实现警用综合地理信息系统的网络数据交换的功能。

6、平台管理系统

要保证系统的安全性，需要建立一套平台的系统管理，包括用户认证（与CA连接），用户、角色、权限的定义和维护，监控平台的运行状况，基础代码维护和业务代码维护，组织机构维护，以及数据的备份和恢复等。该子系统的功能结构如图所示。

六、警用综合地理信息应用系统

1、警用业务地理信息服务定制系统

为了满足各个业务部门快速方便地建立自己的基本GIS业务应用，警用综合地理信息系统提供了业务应用定制的功能。即在综合地理信息系统平台基础之上，结合各个业务部门自身的业务需要，系统管理员可以通过定制建立一个简单易用的GIS业务应用系统，供相关业务部门使用。它针对业务应用通用GIS需要，对没有GIS系统的用户提供快速搭建业务应用GIS服务系统的能力，迅速开展应用

业务定制通过工具为业务单位生成一个简单的GIS系统，开展应用，主要实现的定制功能包括：

?基本查询：地图定位、模糊查询、地址定位查询

?周边环境查询：点周围、线路两侧，区域内部

?拉框查询：园、矩形、多边形、线

?专题查询：提供过滤器：区域过滤、图层过滤、类别过滤、范围过滤、时间过滤、

?专题统计：对专题查询出的信息进行统计

?专题分析：例如按照区域过滤下一级别区域；提供对区域结果的专题图功能。

2、综合地理信息查询系统

基于放入中心的全局所有数据，对领导、业务单位、基层民警提供一种综合性的GIS查询与分析，主要包括周边情况关联查询和分析、警情分析。

周边情况关联查询和分析：按照人、地、案事件、机构单位场所、物品设施五个要素，通过设置查询目标、查询方式，可以查询某个范围内相关的业务信息，并根据查询的业务信息进行周边情况的关联查询，查询相关的警务地理信息。

警情分析：在电子地图上，可以同时显示各种业务信息，例如可以在地图上查询相应的警情数据和案件信息；同时可以在电子地图上查看该地区原有各警力的部署情况，通过和现有警情数据的对比分析，从而设置合理的警力部署方案。

3、方预案管理系统

在警用综合地理信息系统中，可以在数据采集系统、业务查询系统和综合应用系统的基础上建立方预案管理系统，实现全局多警种协同作战和动态部警。针对各

种突发事件，可以启动已有的预案，也可是建立针对实时情况的工作方案，全局各警种可以在统一平台上协同工作、统一调度和指挥。

北京大学计算所中国周大良供稿