警用公众地理信息服务平台技术研究与实践

　　近年来,随着物联网、云计算、大数据、移动互联等新技术、新概念不断涌现,对PGIS平台的基础运行环境和应用开发方式也带来了革命性的影响。与之相比,PGIS平台现有的技术架构、服务方式、用户体验、更新速度等与互联网地图应用之间存在较大差距。 因此,参照互联网地图服务模式,按照PGIS相关标准,以规范的坐标、数据及服务要求,枳极引入优质的互联网地图数据及服务资源,使之成为PGIS基础服务能力的有效补充,已迫在眉睫。

　　一、问题分析

　　PGIS平台建设历时十余年,虽然在各公安业务领域取得了良好的应用成效,但在很多方面已不能适应新形势下各级公安机关基于地图的实战应用需求。

　　(一)数据资源层面

　　各地PGIS地图数据覆盖不全、信息不丰富、更新滞后,公安业务数据和互联网数据没有很好地融合应用,一定程度上影响了警种对PGIS应用的积极性。

　　1.基础地图更新困难

　　测绘部门数据更新速度慢,社会采购获取的数据重点关注导航道路及公众类数据,虽然更新速度较快,但费用较高,各地缺乏稳定充足的经费长期更新。

　　2.POI数据获取更新困难

　　社会POI数据如餐馆、商业门店、酒店等位置点频繁更新,依靠国家、地方测绘局、相关政府单位提供或是由民警采集获取的数据,其现实性与更新频率难以满足实战应用需求。

　　3.社会动态数据无法接入

　　PGIS平台缺少交通路况、社会事件、舆情热点、人流聚集等社会面动态信息来源,技术上也无法很好地与PGIS平台融合服务,常常单建一套,难以发挥整体价值。

　　(二)软件技术层面

　　新技术的发展对PGIS平台软件架构体系、功能及技术能力也不断提出新要求。

　　1.对移动端应用的支持

　　近年来,各地公安部门也在大规模开展移动警务应用,对于移动端地图服务支撑的需求越来越强烈。 但PGIS平台目前仍无法对移动端应用提供地图支持。

　　2.对多种地图展现形式的支持

　　PGIS采用的地图预渲染机制虽然提高了地图访问效率,但也带来了地图样式单一的问题,无法根据应用场景需要灵活地修改地图表现形式。

　　3.对多种地图开发引擎的支持

　　PGIS平台自带地图开发引擎功能有限,应用开发学习和切换的成本较高,使用不便,给PGIS平台的推广应用带来了很大阻力。

　　4.对地图全国无缝漫游的支持

　　PGIS通过联网服务的方式实现“物理分散、逻辑集中”的“一张图”建设效果,其联网配置繁琐、边界地区地图融合效果差、联网地图访问速度慢。

　　(三)运行机制层面

　　1.专网应用需求无法满足

　　PGIS平台采用在线软件许可,只能在公安网提供在线地图服务,无法在视频专网、网安专网、技侦专网等一些业务警种的公安内部专网中提供地图支撑。各专网建的地图服务也难以有效共享利用PGIS平台建设成果。

　　2.平台软件更新滞后

　　自2012年以来,PGIS平台一直停留在1.6版本阶段,各项技术已陈旧,支撑的基础GIS软件版本无法购买,新版的基础GIS软件无法有效支持,平台软件更新严重滞后。

　　3.行业生态体系不成熟

　　PGIS未能建立起一个成熟稳定的行业生态体系,参与企业较少,缺乏竞争和活力,行业成长乏力,落后于其它行业地理信息应用的发展。

　　二、总体架构

　　为解决上述问题,可通过整合互联网上丰富的基础空间矢量数据、基础卫星影像数据、社会兴趣点数据、实时交通数据、室内地图数据、运营商数据等公安业务所需的公众地理信息资源,在公安信息网及相关公安业务专网内搭建全国警用公众地理信息服务平台(简称PPMap平台),面向全国公安用户提供数据资源丰富、更新快速、技术先进的警用公众地理信息在线服务。这样做有以下几方面优势:

　　(1)通过各类鲜活的地理信息统一接入,丰富警用地理信息数据来源,提升数据质量,确保数据时效性;(2)通过集约化建设模式,统一汇总,面向全国公安用户按需提供服务,可降低各地公安部门经费投入;(3)与互联网保持同步的技术更新,及时将最新的地理信息技术成果引入公安网,可提高PGIS平台的应用支撑能力,促进深化应用的开展;

　　(4)通过统一接入和服务的方式,可以将公安民警从繁重的PGIS平台建设维护工作中解放出来,将有限的警力投入到业务实战中去,提升公安战斗力;

　　(5)开放共享的建设理念,将在数据提供、技术服务、应用开发等产业链的各个环节建立起互助共生、有序竞争、适者生存的良性生态环境。

　　在数据层面,平台通过合作交换、汇聚、官方授权、第三方接入等多种形式,整合互联网上丰富的、公安业务所需的公众地理信息资源,并将这些资源通过数据安全交换,更新到公安信息网及相关专网中,为公安信息化建设提供警用公众地理信息数据支持。

　　在公安网及专网环境内,PPMap利用这些交换进来的公众地理信息资源,在云架构上建立警用公众地理信息数据中心。同时,PPMap作为一个服务全警的分布式开放平台,采用微服务架构,为业务应用层及用户层提供支撑。PPMap平台从互联网获取数据,并向公安网及各地各警种业务专网提供服务,其服务流程涉及多个相互隔离的网络环境,网络部署结构如图2所示。

　　在不同网络信息交互方面,平台通过数据边界与安全网闸,以数据包同步的方式,打通平台节点在各个网络之间相互联系的通道。

　　在实际部署过程中,平台采用扁平化的分布式结构,去层级化,确保任意一个节点均可与中心节点或网络中可连接的其它节点进行数据交换与更新。

　　三、关键技术问题

　　(一)与PGIS平台的关系定位

　　PPMap按照“开放共享、互为服务、共同支撑”的理念,一方面向PGIS平台提供各类数据资源与服务支撑,另一方面也通过调用PGIS平台所提供的各种公安内部数据及服务资源,充实和提升PPMap的业务支撑能力,通过API层功能的相互融合,共同支撑各个网段、各类公安业务应用的开展。

　　从定位上看,PGIS关注公安内部自身业务相关的地理信息管理与服务支撑,PPMap定位于互联网公众地理信息资源的收集汇聚。一方面解决PGIS平台的数据问题;另一方面将警用地理信息服务延伸到公安专网中;再一方面作为PGIS平台与互联网地图联系的渠道,在公安网内提供类似于百度地图、高德地图的通用地理信息服务工具及APP。

　　从技术上看,PPMap与现有PGIS技术体系完全兼容,并将随着PGIS平台后续升级继续保持兼容性。

　　(二)多源数据动态更新与跨网同步

　　公众地理信息来源于互联网,而PPMap的主要服务对象为公安网的专用应用系统。 互联网数据向内网传输必须遵守不同类型数据在跨网数据交换中的合规性问题。

　　PPMap互联网中心统一汇聚多类互联网数据源,在互联网中心形成数据缓存,向公安业务网内进行更新。 对于不可在互联网存储的原始测绘数据,可采用离线方式更新;其它数据可采用在线数据更新的方式,通过数据边界或网闸,向公安网及部分不可互联的地方专网进行同步更新。其它公安内部专网可基于公安网已更新的数据,通过数据边界或网站进行数据同步。

　　(三)矢量化地图引擎

　　解决矢量化地图引擎问题,一方面是移动端地图应用的需要,另一方面也是不同应用场景对不同地图可视化展现形式的需要。 矢量化地图引擎有如下优势:

　　(1)矢量瓦片数据量小,便于缓存,且不需要为不同的样式反复进行制图、渲染、切片、更新等过程,可提高地图使用的用户体验;

　　(2)从粒度上来看,矢量引擎以要素为单位,加强了对细节的展示能力,可清晰适配于当前各种高分屏、视网膜屏、大屏等显示设备;

　　(3)矢量瓦片可在线交互编辑,能够满足用户对地图数据样式动态修改的需求,提高了地图定制化能力;(4)矢量瓦片的渲染效率比栅格瓦片要高,数据的实时性更好,能及时展示最新的地图数据;

　　(5)矢量瓦片便于更新,只需要更新后台数据即可,不需要重新切图和发布。

　　为了满足个性化地图定制与服务的场景,需要通过矢量数据及地图展示样式文件相结合的方式进行前端渲染。 这种技术方案可实现所见即所得的地图配置效果。

　　通过数据定制服务,用户可以按需加载数据集,也可以通过数据过滤器对数据集进行过滤。 数据集加载后,用户可以针对每一加载的数据图层进行多种样式定制,定制后的样式通过定制服务可同步到地图样式数据中,用户可以直接发布并使用定制好的地图解决方案。

　　(四)移动定位服务

　　移动端定位功能是开展移动警务不可或缺的基本功能,但受安全条件限制,当前移动警务终端仅能通过终端配备的GPS或北斗芯片实现自主的卫星定位。 这种方式定位速度慢,受环境影响较大且耗电量高,不便日常使用。在互联网地图应用场景中,广泛采用“GPS/北斗+基站+Wi-Fi”的混合定位方式实现快速定位。PPMap通过在公安网架设代理的方式,将互联网中优质的移动定位服务引入公安移动信息网中,为移动警务终端提供定位服务。因移动警务终端禁用Wi-Fi扫描功能,PPMap仅提供“GPS/北斗+基站”的移动定位服务功能。其工作流程如图6所示。

　　为避免警务位置信息的外泄,所有定位服务参数信息须进行脱敏脱密处理,并加密传输。

　　四、原型实现

　　基于上述设计与关键问题研究,本文在互联网数据及技术服务提供商的支持下搭建了原型系统。 该原型建设工作基于以下目标开展:

　　(1)建立丰富多样的警用公众地理信息支撑体系,实现基础地理信息全域覆盖、公众地理信息快速更新以及互联网信息动态按需接入;

　　(2)建设稳定可靠的警用基础地理信息服务平台,对现有PGIS平台功能进行技术扩展,提升数据资源整合、个性化地图服务、移动端地图支持及大数据地图展现能力;(3)形成业务驱动的警用地理信息应用服务良性发展机制,以业务实战应用为目标,以开放共享为理念,通过业务驱动、需求引导的方式,牵引PGIS平台基础数据及支撑功能的不断完善,实现警种应用与PGIS平台建设的相互促进和协调发展,逐步形成业务驱动的警用地理信息应用服务良性发展机制。

　　原型以互联网数据源为基础,提供矢量瓦片地图、栅格瓦片地图、POl搜索、实时路况、正逆地理编码、 离线地图下载、移动定位、地图配图等服务,建设了互联网风格的地图门户、移动地图APP和开放平台,为二次开发用户提供基于H5的Javascript API和Android地图SDK,用以支撑用户开发业务应用系统。

　　原型系统基于云服务平台的统一架构,采用扁平化的分布式对等节点进行全国部署,实现PPMap平台的高可用性。原型还建立了分布式的运维监控系统,确保平台安全可靠运行。

　　五、结语

　　目前,PPMap已在数个公安部门部署实施,并在治安、交通、情报、移动警务、安防、安保等多个领域取得了一定的应用成效。图9展示了部分应用效果截图。

　　这些应用有力地验证了PPMap对各项警务实战应用的空间支撑能力。 通过PPMap原型系统的进一步建设、推广、应用与完善,可在警用地理信息领域形成一个覆盖位置感知 数据生产、服务提供、平台支撑、应用研发、实战分析等全链条的生态体系。

作者：谭宁生、王新建、杜超利、肖淞月、王羽佳、肖海攀

编辑：广翰楼