PGIS创新与发展(二)：国内PGIS的应用展望*

李一琳，邓三鸿，陈泽军

(1.南京大学 信息管理学院 江苏省数据工程与知识服务重点实验室，江苏 南京210023;2.南京森林警察学院 刑事科学技术学院，江苏 南京210023)

美国警察部门和司法机构最早将犯罪信息制图与分析纳入例行警政工作及决策的一环，并在大中型都会区使用PGIS协助警务实战。同时，实现了PGIS的信息大众化共享，社会公众在客户端可通过搜索具体位置，查看当地的犯罪频率与警力分布情况[1]，强化了警局与民众的沟通能力，提高了社会治安的管理水平，使得传统警务资源信息服务实现了由单向性到双向性的变革。

PGIS作为GIS技术的拓展，近些年也有着长足的进步。但因我国的国情和警务工作的特点，导致其技术、推广、应用等在国内的发展并不乐观。通过梳理相关文献资料，从应用和技术革新两方面对国内PGIS技术的发展进行归纳总结，以期能为PGIS在国内的推广应用提供一些参考。

1 国内PGIS平台的技术架构

本文以“警用地理信息系统”“PGIS”等检索词在中国知网和Web of Science(WoS)等数据库中共检索出中文文献199篇，英文文献75篇，书籍3本，规范性文件1份(检索日期2020年4月)。对文献资料进行通读筛选后，发现国内关于PGIS的研究主要集中在PGIS各级系统的建设、警务管理平台设计、高级算法的应用等理论建设阶段，鲜有实际案例的分析与技术推广;国外有关PGIS的文献侧重于实用性技术的介绍(如CompStat警务管理模式)、管理经验的分享和案例分析等。

通过梳理文献资料中关于PGIS技术的系统设计、平台建设等信息，整理出国内PGIS系统的技术架构主要包括数据库、技术层、应用层、用户层4个部分。其中数据库涉及的主要数据实体包括基础地理数据、人口数据、车辆、案件、预案推演等。技术层主要围绕地理信息、系统和数据的管理、分析与处理几个方面。应用层更注重用户体验感和实际工作需求，包括人口、监控、情报、预警、警力配置等部分。详见图1。

图1 警务地理信息系统的应用平台架构图

国内PGIS系统是由公安部专研部门研发并统一下发使用的，显然这无法满足因人而异和因地制宜的使用目的。如果不能根据使用人或部门的技术需求和业务内容进行自主研发和改造，很难发挥PGIS的技术优势。我国的PGIS平台支持自主研发功能，使不同地域、不同警种、不同操作的个体根据各自的实际需求开发PGIS的应用功能，这也是国内PGIS的最大亮点。

1.1 数据库的建设

在各级警务活动和管理工作中，总会直接或间接地与时空数据产生关联，为实现各级警务部门之间的数据互通共享，需要就数据组织建立统一的标准。PGIS的时空数据库包括空间对象数据、属性对象数据和对象版本数据，根据数据来源分为基础地理数据(包括：基础地图数据层、基础地图数据属性)和警用专题数据(包括：警用专题数据图层、警用专题数据属性)。详见表1。

表1 警用地理空间数据项目分类

在PGIS中建立一个时空数据集可有效地组织和管理时空数据，是实现时空数据可视化的重要前提[2]。PGIS的数据组织与管理包含的项目较多，参考城市警用地理信息系统建设规范[3]，得表2。

表2 警用地理空间数据的组织与管理

警务工作中几乎所有环节都涉及时空变化，如户籍变更、警情接收、车辆信息变化、警用车辆移动和预案等都产生大量时空数据。因此，在PGIS设计时空数据库时需使用现状数据库、历史数据库和版本数据库分别管理时空数据[4]。

PGIS数据的收集与录入是一项耗时、耗力、投入大而收效慢的长期工作，也是一项具有长远意义的大变革。各地政府及时跟进地理信息的收集，各单位的测绘部门和有测绘资质的企业都积极与PGIS项目合作，为建库任务提供各项数据。虽然前期建设数据库要花费相当大的人力、物力和时间，但是将其完全建成后，可为未来节省更多的资源，为警务工作提供更多的便利。

1.2 PGIS的技术支持

1.2.1 地理信息管理

随着警务信息化和PGIS技术的推进，各级警务部门均已建立大量的业务信息系统，其中有90%以上的信息与空间位置有关[2]。在地理信息管理中，地理编码技术是最核心最关键的技术。地理编码技术可为自然语言描述的地址字符串赋予空间坐标信息(即X和Y坐标)，再导入GIS系统实现地址信息的可视化。

美国是地理编码应用最早的国家，并开发了通用地理编码软件。1990年以来，澳大利亚也意识到高质量地址编码数据库的重要性，加拿大、德国和以色列等国家，很早就对地理编码技术开展研究，并将一些研究成果应用于国家的行政规划中[2]。

我国从20世纪80年代就开始对一部分城市进行地理编码研究，因我国的地名体系过于复杂，至今尚未形成统一的编码标准，国外现有的地理编码软件也并不适用于中国国情。目前，国内GIS领域的地址编码标准化仍处于探索阶段，当前使用的与地理编码相匹配的软件主要有ArcGIS的Geocoding模块和MapInfo的MapMarker等。

不管是ArcGIS还是MapInfo，地理编码都是将空间地址数据与空间坐标相关联，在地图上确定地理实体的位置。地理编码包括地址标准化和地址匹配。地址匹配可将地址文本数据库和地图数据库相连接，并为地址数据库中的地址数据赋予空间坐标，这是地理编码最核心的部分[2]。详见图2。

图2 地理编码的流程图

1.2.2 系统编程与测试

系统编程是利用程序设计语言实现详细设计产生的每一个模块，并检验程序的正确性。编程有结构化的程序设计方法，包括程序流程图、源程序、调试记录、系统数据输入和输出。

在设计PGIS平台时，则有一些特殊的要求。(1)尽可能使用成熟的地理信息系统基础平台，成熟的GIS平台对实现系统功能、提高开发效率、升级维护都比较便利，节约开发成本。(2)提高系统配置，采用高效率的算法和数据结构，以满足PGIS对海量数据的运算需求。(3)使用PGIS的对象较多，操作流程复杂且非模式化，友好型的设计界面可保证程序的稳定和流畅，方便使用和开发。(4)程序要具有很强的容错性，因基层警员的业务素质和技术水平参差不齐，可能存在非法操作或错误操作的情况，良好的容错性可避免系统崩溃。

系统测试内容由单元测试、集成测试和验收测试三部分组成。为了测试PGIS平台的不同功能，需要设计丰富的测试用例，并包含一部分错误数据，且要满足功能测试、性能测试、安全性测试、稳定性测试、多用户共享测试等多方面的要求[3]。另外，在编辑系统测试模块时还需要考虑群众的诉求，群众是社会的基本组成部分，需要表达对社会、环境、经济和安全的关注[5]，他们比专家更了解周边的社会环境和问题，因此群众的参与度和意见反馈对于提高PGIS平台的实用性很有价值。

1.2.3 数据管理与分析

数据管理是GIS中数据组织的重要环节，将直接影响数据质量和后期的数据分析。PGIS平台涉及两部分数据，即基础地理信息数据和警务专题数据，这两部分互为补充。因两部分数据的来源和使用方向不同，处理方式略有差别。

基础地理数据来源广泛，在对接警务工作时，需要经过三个层级的筛选。(1)初选，录入之前需要进行数据的筛选，对于错误、异议和歧义的信息要进行甄别和修正。(2)数据检查，在导入数据库之前，需要对数据的点状要素、线状要素、面状要素的闭合情况进行检查、补充。(3)专题筛选，基础地理信息可为诸多警务数据分析模块所使用，根据自身的应用需求，对基础地理信息进行分类管理和提取，以便对应不同的警务工作内容。对于基础地理信息中无法获得的警务专题数据，需开展野外调研及测量后重新制作专题图。

使用PGIS平台需要确保警察输入或检查数据的准确性，并且可以提供数据的统计和分析，才算是基本实现了PGIS的数据管理与分析功能。除了基本的数据统计和分析外，更深入的PGIS数据分析功能还包括图文互查、叠加分析、影像数据与矢量数据叠加、专题图层分析、三维场景模拟等。

2 国内PGIS的发展趋势

2.1 技术的局限性

公安部研究中心统一研制并定时下发PGIS新版软件，因此我国的警务信息系统才得以建立了信息传输和建库的统一标准，各省各地区间的警务信息互通才得以实现，这是统一建设PGIS系统的优势。但这也导致该系统的应用较为单一，作为一项为全国所有警务人员提供地理信息服务的平台，显然它并不能对每一领域都做到有针对性。为解决这一问题，当前的PGIS平台支持使用人自主研发，同时也要求使用人有计算机专业基础，并对GIS技术有较深的了解与掌握。

因各警种各部门间工作内容上的差异，目前PGIS平台在实际警务工作中的作用相当有限，能够实际参与到工作中的应用模块并不多。各单位在使用PGIS时从技术上开拓创新，在日常工作中总结积累，整合PGIS能够参与到的工作类型，并考虑地理信息的应用需要，有规划地运用PGIS的自主研发功能开发了一批适合各部门的应用模块，如指挥中心PGIS应用、实有人口PGIS应用、案件PGIS应用、治安管理PGIS应用、安保PGIS应用、交通管理PGIS应用、消防管理PGIS应用等。这些应用的开发为国内PGIS发展带来更多具体的应用手段，有效改善了PGIS应用单一的现状，扩大了使用范围。

2.2 PGIS的新技术融合

国内PGIS1.0诞生至今才10年，如今PGIS2.0项目的启动是该系统的一次大变革。PGIS作为GIS技术与警务工作相结合的产物，GIS技术的发展和警务工作的改革对PGIS未来的研发有关键的导向作用。

现阶段的GIS技术已近乎完善，因此近几年甚至是未来很长一段时间，GIS的主要发展方向是与其他高新科技相融合。

2.2.1 建筑信息模型技术

建筑信息模型(BIM)技术是通过数字仿真来建立建筑物的真实信息，它是对建筑过程的数字化展示，用以协助数字信息的交流及合作。BIM信息既包含建筑的几何信息，又包含物理信息、建造实施和管理过程。因此BIM不仅能全面反映建筑的属性，而且能为管理提供信息支持。以往的地理信息在库中的存储方式是以点标记然后注上属性信息，通常的应用方式是根据点所赋予的信息与点分布情况、密集程度等分析发展趋势、总局部署等较大的概念。而与BIM技术结合，使得地理信息的运用可以向更加精细化的程度发展。

2.2.2 三维全息影像技术

三维全息影像技术可以提供城市、街道、建筑物内部水平视角360°、垂直视角180°的全景图像，是一种以地面近景影像测量立体形象文件及其外方位元素构成的地图，它以一种完全真实的方式来展现空间信息[6]。三维全息影像技术可以让使用人有身临其境的直观立体感受，在犯罪研究、犯罪侦查的犯罪现场还原、嫌疑人逃脱路线的建模分析中有较好的呈现，使得案件研究向着更加细致化、精确化的方向开展。另外，在这些情境设定的模拟实验中，三维全息影像技术的运用可大大减少成本并节约模拟的准备时间，能更好地定格保护真实的犯罪现场。

PGIS与BIM、三维全息影像技术相融合，通过虚拟仿真技术衍生出室内定位系统(IPS)。室内定位系统可以让使用人更加清晰直观地查看某一处“小点”内的具体情况，位置信息可以直接定位到具体的楼层和房间，使消防救援、犯罪分子抓获等工作尤为高效。特别是在重点人员(指有犯罪前科、服刑罪犯、恶意上访和精神病患者)的空间管控、重点区域的虚拟仿真方面，BIM和三维全息影像技术可以提供精确的定位和制高点分析，辅助公安机关主动预防和打击犯罪，如图3所示。

图3 虚拟仿真室内定位概念图

今后随着全国警用地址数据库建设项目的实施，及时掌握各类警务要素位置信息以及空间关联信息，有助于快速处理各类违法犯罪事件、高效精准地处理突发应急事件[7]。

以警用地理信息系统、警务地理信息、电子警务、公安信息化、三维仿真为关键词搜索中国知网数据库和万方数据库，2000年至2020年5月共统计到98篇中文文献。目前，国内外关于PGIS在三维虚拟仿真工作站建设、三维PGIS平台应用、城市三维影像、城市空间犯罪的环境预防设[8]等方面更多的是理论研究和技术构想，实际案例分析主要还是集中在GIS技术。

在信息高速发展的时代，PGIS作为我国现代化警务工作中最为关键的技术平台，其发展已受到公安部的重视。地理信息已从面向服务转变为智能服务，PGIS也将面临巨大的技术变革。现阶段PGIS系统本身已较为成熟，其更大的发展空间、更广阔的应用前景和未来无限的可能性才是最引人关注的。特别期待PGIS2.0系统在三维影像+虚拟仿真技术上的新成果。