基于地理空间分析技术的警务应用研究

基于地理空间分析技术的警务应用研究

近年来，随着社会的发展，公共服务的信息化水平不断提高。目前，全国公安厅正在开发和应用各种后勤信息系统。20世纪90年代,全国部分公安部门开始引入电子地图以及地理信息系统(GIS)进行警务信息管理。公安部在“金盾工程”二期中将“警用地理信息基础应用平台”列为重点建设的三大高端应用项目之一,全国各级公安部门对警用地理信息系统建设的重视程度也越来越高,建成或在建警务GIS的公安部门也越来越多。另一方面,由于地理信息系统具备强大的空间分析能力,这种能力也是GIS与其他业务信息系统最典型、最重要的区别标志之一,因此,将GIS与公安指挥调度、巡防管理、人口管理等业务应用结合,把空间信息与特定警务信息融为一体,通过地理空间分析技术研究其内在联系,合理配置和调度资源,从而提高快速反应、协同作战和“扁平化”指挥决策能力,也是进一步推动公安信息化应用向纵深发展、提升公安整体信息化应用水平的重要途径之一。(1)目前,大多数公安部门依然是依托GIS进行业务信息空间分布展示、报警辅助定位以及专题警务地图制作等应用,与地理空间分析技术充分融合,以实现犯罪空间分析、警力科学布局、治安态势预测预警以及智能指挥调度等高级警务应用的相关报道和实战案例并没有普及。本文试图就GIS中最为核心的空间分析技术在警务工作中相关应用问题进行探讨,以期能够对我国警务GIS的应用发展起抛砖引玉作用。一、加快应用我国警务信息化平台地理空间分析,从广义上讲是反应空间分析的广泛范围与新一代地理信息系统和相关软件的综合,狭义上是指对空间地理数据、属性数据的分析以及两者之间的联合运算。本文则主要强调的是进行地图分析、潜在信息挖掘、决策信息支持以及信息时空演变分析等过程。为了解决警务GIS及相关技术在公安应用中存在的共性及关键问题,公安部统一组织研发了“全国警用地理信息平台”软件,并于2009年正式推出首个版本,以供全国公安部门使用并二次开发。警用地理信息平台(PoliceGeographicInformationSystemPlatform,简称PGIS平台)是根据统一的标准规范,基于开放的商用基础GIS软件,能够提供统一基础应用服务和工具的部、省、市三级分布式部署的平台软件,其主要有“工具集”、“服务集”和“业务应用模板”组成,它在公安信息整合、信息共享、信息研判等诸方面已经体现出了强大的优势与应用前景。(1)当前,我国绝大多数公安部门均通过PGIS平台搭建了满足自身业务需求的警务地理信息系统。由于PGIS平台的定位基本属于“基础平台”,即提供标准、基础、通用的工具与服务,基本不涉及特定业务应用和具体工作流程等方面,因此,包括空间分析在内的相关警务业务应用,是需要公安部门根据自身工作需求进行设计和研发的。为了行文方便,在大都数情况下,本文以“犯罪分析”来表现某种警务应用,但其不影响对警情、案件等业务信息的分析表达。二、地理空间分析在中国警察工作中的应用当前我国公安部门基于地理空间分析技术并在PGIS的支持下,已经涉及的相关警务应用包括但不限于以下几个方面。1.警务态势分析该功能是目前我国公安部门在警用地理信息系统中最为广泛和成熟的一类应用,它主要是根据警务辖区内某个指定时间内特定类型的警情或案件的统计数据,并对比特定的监测指标(如警情常量)来反映该辖区内的警务态势,常用“红、橙、黄、绿”四种颜色分别表示辖区内相比于某种监测指标下的治安状况等级,如红色代表该辖区该指定时间内案件高发,而绿色则表示该区域内治安良好,也称为“四色预警分析”。同时,该功能还可以根据该辖区的发案类型、发案数量、警力部署等实际状况,结合“四色警情”中的治安状况等级,给出相应的巡防对策或工作措施的相关建议。2.时间最佳路径和最小有效成分公安业务中的路径分析是指基于交通规则、交通实时流量以及基础地理信息中的道路网络等多要素寻求某种最佳路径,常分为时间最佳路径和距离最佳路径,多应用于处警辅助、包围圈控制以及指挥调度等业务工作中。一般认为,距离最佳路径的实现相对容易一些,它主要依赖于空间道路网络的空间拓扑关系和空间距离等;而时间最佳路径则显得相对困难,它不仅考虑道路网络本身,还要充分结合道路网络中各结点和路径间的相关实时权重,如交通流量、信号控制、交通流向、道路等级、交叉路口等等。事实上,虽然目前关于路径分析的各种原理与算法已经显得相对成熟稳定,但在实战应用时还是显得异常复杂的。比如说,无论是距离最佳还是时间最佳,在相同的道路网络及其权重情况下,警用摩托车与警用汽车的行进成本和最终结果也会有很大差异。当前,由于受到交通网络、交通流量、信号控制等数据收集整理以及相关信息系统实时对接关联的限制,在公安业务中,路径分析常见于一些辅助场景,如道路导行、路线选择等,离实战应用还有相当差距。3.结果查询与分析它是以地理信息中某些点、线、面代表的实体为中心目标,并以某一半径范围建立缓冲区多边形,然后视该多边形为特定地理目标的一种影响或服务范围,并针对该范围进行警务调查、研判与分析,在公安业务中,也称为周边情况分析,它也是目前警务GIS典型区别于其他警务信息系统的重要功能之一。在明确一个特定的案件位置、工作路线或活动现场后,利用缓冲区分析,可以查询或统计周边特定范围内的嫌疑人、单位及可疑目标等情况,并有针对性展开调查研究;在一些突发事件下,结合相关扩散或疏散模型,利用缓冲区分析,可以明确这种突发事件带给周边的影响范围多大,从而为警方相应事件或群众工作的处置提供决策服务。4.固定警务辖区与基于热点探测目前,在公安行业中对热点的理解主要体现在两个方面:一是传统意义上的“三高”分析,即犯罪(或警情、案件等,下同)高发地区、犯罪高发时段和犯罪高发类型,这里的犯罪高发地区,是根据特定的警务辖区进行统计,如果犯罪数量高于某个理论值或指定数量,即被视为“热点辖区”,而犯罪高发时段和犯罪高发类型,则是分别根据特定的时间单位和犯罪类型进行统计对比得出的相关结果;二是通过犯罪实际发生位置,根据一定的热点探测算法,以分析得出某种犯罪活动聚集的区域。这里的犯罪聚集区域,打破了传统“三高”分析中的犯罪高发地区基于固定警务辖区的概念,容易突出犯罪活动中心,从而更贴近于犯罪实际发生状况,也使得警方打击犯罪和精力部署更加具有针对性。当前,这种通过相关探测算法实现犯罪热点分析从而服务于警务实战的公安应用尚处于起步阶段,还需要进一步研究与探索。三、警务工作的模糊化、智能化、安全与警务随着PGIS在全国公安部门的大力推广和深入应用,以及地理信息技术的日益成熟,越来越多的公安部门不仅重视警务GIS的建设,而且开始更加关注地理空间分析技术在警务工作中的优越性和不可替代性,结合当前广泛关注的“云计算”技术,以使得“数字警务”向“智能警务”转变的步伐进一步加快。基于地理空间分析技术可能会产生如下一些应用。1.空间分布描述性分析方法犯罪空间分布模式分析就是对犯罪现象在地理空间上内在分布规律进行研究分析,从而可以更好发地理解犯罪现象、犯罪分布并能跟踪犯罪变化,为确定影响犯罪形成的环境因素和人文因素提供初步根据。目前,可以实际应用于犯罪空间模式分析的主要包括空间分布描述性分析方法和空间自相关性分析方法。空间分布描述性分析方法包括了中心位置、标准距离、标准差椭圆等空间统计指标,可以用来量测犯罪的分布中心、聚集程度以及聚集方向和方位。如,可以通过某种犯罪中心与派出所、卡口、治安岗亭等警务资源的空间分布进行叠加对比分析,从而探讨这些警务资源分布的合理性,并为这些警务资源位置的科学规划与调整提供依据;而通过量测犯罪分布的聚集程度和分布趋势,一方面可以了解犯罪在空间上的总体分布特征和变化情况,对犯罪发生有个大致理解,还可以对某些犯罪的打击和破获提供辅助信息,如某类犯罪聚集方向沿着某些道路或某些场所密集分布区域,警务人员可以有针对性地进行调查分析。而空间自相关性分析方法则包括了全局和局部自相关指标。如,通过全局自相关性分析可以从总体上了解犯罪在不同警务辖区内的分布是否存在自相关性,高(或低)犯罪率的辖区对近邻辖区的影响,而局部自相关指标则可以为识别某些高(或低)犯罪率辖区提供帮助。2.基于局部相关指标的犯罪热点探测实际上,犯罪聚集分析类似于“犯罪热点分析”,由于当前公安部门对犯罪热点分析的警务应用尚处于起步阶段,因此对犯罪热点探测方法和犯罪聚集识别及表达等多方法需要进一步研究。除了目前常用的“三高分析”,根据地理学第一、二定律,各警务辖区之间存在空间依赖性及空间异质性,因此,还可以通过上文提到的局部自相关中某些指标来识别犯罪聚集区域。另外,考虑到当前公安部门对犯罪位置的采集很大程度上依赖于PGIS的地址匹配功能,可以考虑通过统计某些位置的实际犯罪数量来识别这种犯罪热点位置。当然,除了上述几种犯罪热点探测方法外,目前较为常用的一些热点探测方法包括最近邻聚集法、空间扫描统计量聚集法、K均值聚集法、密度估计法等,从表现形式上来看,密度估计法可能更符合人们的视觉要求,它形成犯罪密度由高到低的连续表面,通过不同密度估计函数及窗宽大小的选择可以控制连续表面的平滑程度,而其他探测方法的热点表现形式则主要通过圆形、椭圆以及最小凸包多边形等图形来表达区性。目前,尽管许多热点探测理论及其算法已经显得非常成熟和稳定,但总体而言,在应用到实际业务工作特别是犯罪分析中,还需要进行必要的人工干预和判别,才能使分析结果更加合理可靠。3.比分析及热点探测该应用可以依赖于犯罪空间分布模式及犯罪聚集分析。比如,通过连续量测不同时间内的犯罪分布中心、聚集程度或聚集方向等,并将这些量测指标进行对比分析,以直观了解这段时间内犯罪在管理辖区内的分布变化情况。另外,通过对不同时间段内的犯罪分布进行热点探测,可以直接将这些犯罪热点区域在地理空间上进行对比,从而可以了解犯罪热点位置、聚集程度及聚集方向等随时间变化而变化情况。结合犯罪在地理空间上的实际发生位置的分布情况,利用GIS时序分析,并叠加分布描述性指标分析结果或热点探测结果,以产生犯罪分布随时间变化的动态空间分布变化效果,使得相关警务分析更加直观。4.地理空间分析犯罪地理学指出,犯罪行为从一开始就与地理环境密切相关。通过地理空间分析技术,能够辅助警务人员挖掘形成这种特定犯罪空间分布特征的相关原因,并为警方控制犯罪、调整警力等工作提供依据。如,可以综合利用空间缓冲区分析、空间叠置分析、路径分析、热点探测分析等多种地理空间分析手段,以概率意义统计犯罪分布与某种特定场所、交通或其他要素分布的空间距离,定量评价犯罪与指定要素在空间分布上的相关性。针对各个警务辖区内的犯罪率分布,可以通过空间误差模型、空间滞后模型或地理加权回归模型等地理空间分析统计方法,建立犯罪率与辖区内人口分布、交通状况、居民收入、场所分布等多要素之间的关系模型,定量研究犯罪形成与相关要素之间的关联性。当然,犯罪成因异常复杂,涉及诸多理论和技术,也不可能依赖一种方法可以完全解释清楚,但是,地理空间分析技术的应用,可以帮助警务人员透过犯罪空间分布的客观现象进一步认识和理解犯罪与地理空间环境和相关要素分布之间的内在联系性。5.建立科学分析体系在公安工作中,警方会依据过去发案情况、当前治安情况以及警力配备情况等进行巡逻路线、卡口位置以及其他防范设施的规划和调整。通过地理空间分析技术的应用,可以为警方在此项工作中提供一些决策依据。比如综合利用犯罪空间分布模式分析、空间分布成因分析等结果,结合静态巡防力量部署(派出所、卡口、岗亭等),自动进行巡防力量响应分析,以提出巡防力量部署的相关建议。根据巡防路线、卡口分布以及巡防时间、上卡时间等时空信息,利用缓冲区分析、空间统计等手段,研判巡防时间和空间控制范围对案件发案的影响,从而得出具有较大巡防效应或巡防效应较弱的时间段,并评价巡防路线、卡点或警力部署对案件发案的空间影响范围。四、信息研判和数据分析的应用探索警用