新一代警用地理信息系統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推廣了警用地理信息系統PGIS平臺1.0、1.6版本,建立了警用地理信息基礎平臺、系統互聯互通、部門間共享服務支撐體系。在當時技術條件下,該軟件的研發解決了警用地理信息基礎平臺建設的關鍵技術、標準統一和系統互連問題,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,物聯網、云計算、大數據、人工智能等技術不斷發展,對警用地理信息平臺的基礎運行環境、應用開發方式、技術架構、新應用要求也帶來了重大影響,在新技術發展形勢下,PGIS發展建設面臨許多新的問題與挑戰。

1 現狀問題

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。在運行環境及數據管理層面,當前各地警務云、移動警務、物聯網和警務大數據技術快速發展,PGIS平臺軟件架構、數據管理技術等跟不上新技術的發展。在跨區域、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、物聯網等新技術形勢下公安信息化實戰對地理信息的需求,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、業務協同等方面,存在制約支撐實戰發展的瓶頸。導致公安地理信息業務應用效果不理想,影響公安信息化建設發展[2-3]。

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

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,避免對已有業務應用造成較大影響。

在門戶方面,PGIS 2.0平臺將采用互聯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。原平臺是基于傳統架構的地圖服務,提供傳統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網多源信息實時接入與管理等服務。

數據庫管理系統。原平臺主要采用關系型數據庫,包含靜態、結構化的空間數據?，F可以采用分布式文件系統、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、結構化和非結構化的多源、多維時空大數據管理。

部署運行環境。原系統采用傳統中心服務器模式,包括PC服務器、小型機、服務集群等?，F在部署環境去IOE化,采用異構警務云、虛擬化和實體機運行環境并存。部署環境多樣,支持云計算環境(云主機、云存儲、云安全、云負載)和傳統中心機房模式。

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,技術架構簡單,開發難度大?，F根據云技術、大數據應用、微服務,重新優化軟件技術架構,與商業基礎GIS軟件實現松耦合,與老版本兼容,減少新平臺對接業務的影響,開發難度小。

3 系統框架

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

圖1 系統框架圖

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境開展建設;數據層按照公安大數據處理流程和規范,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、動態資源庫和業務關注庫;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,并用于二次開發地圖服務接口,以及大數據可視化地圖組件,滿足各警種業務系統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,開發建設警種業務應用系統。

4 關鍵技術研究

根據當前技術發展和業務要求,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,是各類公安業務工作的空間數字底板、地圖應用的統一載體,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范,建成基礎地理信息庫、地址資源庫、動態資源庫和業務關注庫。

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、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展,實現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、大數據熱區服務、大數據熱點服務、軌跡查詢與分析、人員地理畫像、關聯分析、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展成熟后出現的新型架構,可以把大型的單個應用和服務拆分為多個協同工作的小服務[5]。與傳統架構相比,微服務架構具有技術異構性、彈性、低成本擴展、可組合性、簡化部署等優點。采用該架構可以形成標準統一、動態部署、聯動協同、集成上云、開放共享的新生態[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勢。在PGIS微服務改造過程中,原系統正常運行,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,優先選取獨立性較強的功能,利用反向代理、灰度發布等方式,實現系統微服務化架構改造。

設計使用統一的微服務協議,連通不同的業務系統,實現應用內部服務、跨應用之間的服務互相調用,減少系統間的依賴。提供微服務管理,包括微服務的生命周期管理、服務發布、服務目錄、服務調用、監控管理、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,每種服務可繼續拆分成更小的微服務。基于微服務提供地圖開發接口、二次開發組件,實現二三維一體化瀏覽、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、靜態和動態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、動態資源數據和業務關注數據等空間地理信息數據資源,進行提取、清洗、關聯、比對等處理后[8],組織形成基礎地理信息庫、地址資源庫、動態資源庫和業務關注庫,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,實現數據標簽化。按業務主題、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的研究應用,服務于GIS空間數據分析與挖掘,實現感知智能化,為打擊犯罪、分析研判和決策指揮提供支撐[7]。

將PGIS平臺、物聯網和智能感知設備關聯,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、物聯網等設備,實現對特定行為、特殊情況的自動識別感知,展現區域內的感知終端如攝像機、警力資源等,并自動報警,調度民警到達現場處置,實現案事件發生點就近快速處置[9],逐步實現全方位、全時空,連續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勢、犯罪手段、作案規律和人員躲避打擊規律,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,實現自動監測、辨識人流異常狀態,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PGIS 2.0的建設是當前新技術發展和新業務需求的產物,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,為警務實戰地圖服務提供技術支撐參考。