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名校必备基于LBS的警用GIS系统的研究


天兵下北荒, 胡马欲南饮。 横戈从百战, 直为衔恩甚。 握雪海上餐, 拂沙陇头寝。 何当破月氏, 然后方高枕

基于 LBS 的警用 GIS 系统的研究
郑煜
1,2

戚正伟

1

(1.上海交通大学软件学院,上海,200240

2.福建省公安厅 福州 3

50003)

摘 要:本文从当前公安部门面临的问题出发,对位置服务的起源和原理作了详细的介绍,着重提出组件式技术和第三 方引擎技术的特点和优势,并对地理信息系统的开发平台进行了论述和比较,选用 MapX 和 google map api 进行系统开 发。通过对公安业务需求的分析,对“警用 GIS 系统”进行设计和研究。 关键词:LBS,组件技术,第三方地图引擎 关键词

Research of the police GIS System on LBS
Zheng Yu ,Xiao Shuangjiu
1,2 1

(1.School of Software,Shanghai JiaoTong University, Shanghai,200240 2.Fujian Public Security Department, FuZhou,350003)

【Abstract】This paper introduced the origin and principles of location-based services in detail ,initiating from the current problems faced by the public security department. It focuses on proposing the component technology and the map engine provided by a third party's features and advantages ,and discusses and compares the geographic information systems' development platform, using MapX and google map API for system development .Through the analysis of the need of public security, it designs and researches the "police GIS system". 【Key words】LBS,component technology,the map engine provided by a third party;

1.引言 引言
据统计分析, 警察如果能在发案后 3~5 分钟到达现场, 现场捕获率可达 70%: 如果在 10 分钟后到达, 则现场捕获 率仅有 10%,快速反应的时间越短,其破案效率越高。特别 是, 在公安侦察业务中,掌握犯罪分子的行踪,对于打击 犯罪具有重大意义。但是随着通信技术的进步,移动通信 已经成为主要通信方式,这就意味着拨打报警的移动电话 用户数量将大大增加,而目前以移动电话为主的通信时代, 现有的警用系统无法自动判断报警位置,需要接警警员与 报案者通过语音沟通,一则由于报案者不能详细准确描述 案发地址,二则由于报案者和接警警员语言沟通上存在障 碍,这都将导致不能及时处警,丧失打击犯罪、抓捕嫌疑人

员的最佳时机。这种移动性和不确定性使公安执法变得越 来越难,因此现有系统已不能很好地适应新技术条件下的 公安实战应用要求。

2. LBS 及 GIS 关键技术的分析

2.1 LBS 介绍 无线定位业务又称为位置业务服务(Location-Based Services,LBS),是由移动通信网提供的一种增值业务, 通过一组定位技术获得移动台的位置信息(如经纬度坐标 数据),提供给移动用户本人或他人以及通信系统,实现各 1

种与位置相关的业务[1]。 位置业务服务首先从美国发展起来。 其提出则是源于用 户在紧急呼叫时,用户无法知道自己所处的位置,给救援 工作带来很多不变。 调查表明, 约有 25%的移动用户在发起 紧急呼叫时不知道所处的确切位置, 因而 1996 年美国联邦 通信委员会(FCC)公布了 E-911(Emergency call ‘911’) 定位需求,其中要求在 2001 年 10 月 1 日前,各种无线蜂 窝网络必须能对发出 E-911 紧急呼叫的移动台提供精度在 125m 内的定位服务,而且满足此定位精度的概率应不低于 67%;并在 2001 年以后, 提供更高的定位精度及三维位置信 息[2]。 LBS 实现的原理如图 1:首先由用户发出定位请求,服务 提供商接到请求后通过鉴权判断后将请求发给位置服务中 心,位置服务中心则要求地理定位基站通过 MS(移动终端) 发出的响应数据利用 RSS、TOA 等计算方法计算出 MS 的具 体坐标数据,并将其发给发出定位请求的用户。
[2]

[1]

具有系统开销小、开发周期短、方便快捷等优点,很适合 于各种中小型 GIS,MIS 软件的开发。

2.3 第三方地图引擎
现在,出现了一种新的GIS实现模式即利用第三方地图 引擎的实现方式,这种实现方式以简单便捷且地图引擎性 能好、可靠性高而吸引人们的目光。其中最著名的要数利 用Google公司推出的Google Maps和Google Earth两大面向 大众服务的GIS, 同时Google还对第三方提供免费的编程接 口,供开发者开发满足需求的地图 5]。 采用这第三方地图引擎的方式主要有以下几方面的优 势: 1)由于自身系统中不存在地图引擎, 因此就省去了自 己开发和维护地图引擎的繁琐; 2) 地图数据将由提供地图的第三方及时更新,这样 就可以在自己的开发系统中免费享用及时更新的地图数 据。 3)第三方地图引擎的提供了免费、公开的编程接口, 开发人员只需按照编程接口规定,即可以开发出符合自身 需求的电子地图。
[5] 5]

3、警用GIS体系结构分析 警用GIS体系结构分析 GIS
3.1 公安业务的特点及需求 图 1:LBS 原理图 2.2 组件式 GIS 组件式 GIS 的基本思想是把 GIS 的各大功能模块划分 为几个控件,每个控件完成不同的功能。各个 GIS 控件之 间,以及 GIS 控件与其它非 GIS 控件之间,可以方便地通 过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的 GIS 应用
[3]

目前全国接处警模式基本为:由指挥中心接受受害人 报警,然后将询问到的情况通知所在区域派出所,再由派 出所指派路面执勤人员赶往指定地点,其实现方式主要为 语音报警。这种模式的警情传送模式从很大程度上限制了 路面警力快速反应能力。其存在的主要问题表现为:(1)案 发地点定位不准确;(2)指挥中心无法直接下达到路面警 力,极大影响了警情传递的效率:(3)分属于不同辖区的警 力无法相互协作;(4)指挥中心不知现场具体情况,指挥调 度功能相当薄弱。 另一方面,由于城市的建设、商业的发展,导致城市信 息点的变化十分频繁,这就意味着,要快速、准确地找到 目标地点,需要GIS系统拥有高质量的地图,且地图还必须 经常更新,而要从合法的角度获得地图并且时常更新,其 中所要支付的代价却是十分高昂的。目前,指挥中心的电 子地图更新周期一般为3-5年/次,这样严重影响了对紧急 事件的处理效率。 3.2 系统的体系结构 为了简化系统的部署与管理,集中管理系统中的数据 与服务, 系统在逻辑结设计上采用了基于C/S结构的多层结

。 组件式 GIS 的出现使 GIS 不仅是专家们的专业分析工

具,同时也成为普通用户对地理相关数据进行管理的的可 相对于传统 GIS, 组件式具有无法比拟的优点, 视化工具 。 主要表现为:(l)小巧灵活、价格便宜;(2)无须专门 GIS 开发语言,直接嵌入 MIS 开发工具;(3)强大的 GIS 功能; (4)开发简捷;(5)更加大众化。 Mapx 是 GIS 组件的代表之一,是由美国 Mapinfo 公司 的一款用于二次开发的 GIS 组件。Mapx 的内部提供了四十 多个面向 Microsoft 基础类的 OLE 控件,与 Mapinfo professional 相 比 , 可 以 实 现 95% 以 上 的 Mapinfo Professional 的功能,对于查询和空间分析以及其它简单 的图形编辑功能、 地图注记功能 MapX 在使用时是很方便的,
[4]

2

构。系统(如图2所示)从功能上可分为: (1)接口模块:实现与LBS接口的通信,通过调用LBS 服务功能模块的方式实现,直接给警用指挥平台提供封装 好的类库,实现GIS子系统或者其他业务子系统对LBS的调 用。 (2)核心服务模块:核心服务模块是GIS子系统的核心 模块,主要包括地图发布、地图定位、相关查询、地图操 作、测距、地理编码和逆地理编码等子模块。地图发布是 指调用相关的电子地图显示,当需要定位终端时通过接口 层获得定位坐标然后在显示的地图上定位该坐标点;地图 操作包括了基本的地图放大、缩小、平移、图层控制、鹰 眼图等功能;地理编码是将地理坐标(例如经纬度)赋予街 道地址还有其他点位和地理特征的过程,有了地理坐标, 地理特征就可以被显示到地图上或运用到地理信息系统中; 相反的,由一个地理坐标得到相应的地址表述的过程,就 称作逆地理编码。 (3)引擎模块:通过使用地图引擎来实现的,其中私有 地图将通过mapx引擎调用, google地图通过google map api 调用。另外,本文通过经纬度及图层辨别实现对两种模式 地图的同步处理。 (4)数据库模块:数据库用来存放和管理地图数据、定 位坐标数据和警用业务数据,其中地图数据又包括地理数 据和属性数据两大部分。

可以通过电子地图查询到指定目标在某一时间内的范围, 如果出现越界等现象,立即报警等控制命令;(7)另外,可 根据用户的要求,拓展GIS的其它功能,如计算车辆行驶距 离等; 3.3.2 数据库设计 警用GIS 的电子地图数据集成了不同比例尺的电子地 图数据,包括福建各市区1: 2 000 地形图、1: 250 000 福 建省地形图。地图制作符合公安地理信息系统数字地图的 要求,包括全省的地形、地貌、行政区域、路网、车站、 码头、重要机关、学校、医院、宾馆、收费站点和附加数 据。 空间地图数据采用目前主流方式的地图文件+属性关系 数据库表的混和方式,即MapInfo一个图层,*.map文件存 储空间地图数据, *.tab以关系数据库表的形式存储属性数 据[6]。 警用GIS系统的属性数据包括热点信息数据、电信信息 数据、警用基础数据和重点部位数据等。根据实际需要, 在建库时要兼顾数据库功能的完备性、通用性以及开发成 本等因素。综合考虑后,本系统选择、Oracle 数据库来管 理属性数据,并使用标准化查询语言(SQL),对属性数据进 行分类管理。 3.4、 3.4、应用实例 本文利用组件式GIS 技术和第三方地图引擎,结合LBS 设计并建立的警用GIS系统。 该系统中数据将按统一的数据 模型和数据标准,根据可扩充性、综合性、合理性和科学 性的原则建成综合警用信息数据库。该系统完成了所需要 的基本地图服务功能(如图3显示),包括:LBS定位、地物 查询、 地理编码、 逆地理码、 地图操作(放大、 缩小、 平移)、
[6]

图 2: 系统体系结构

图层控制等。

3.3 系统功能设计
3.3.1 系统的主要功能 警用GIS系统采用模块式结构,利用组件技术(mapx) 和第三方引擎技术(google map)进行设计。本文的系统 采用支持组件式的开发工具Delphi。根据系统总体需求, 系统的主要功能如下: (1)用户可以在电子地图上进行地理 信息查询;(2)在电子地图上,用户可以进行任意的放大、 缩小、 漫游等操作;(3)用户可以通过LBS接口对目标对象进 行LBS定位,并将其坐标实时显示在电子地图上;(4)用户 可根据编号在电子地图上查询出指定目标的实时位置;(5) 电子地图能提供目标的轨迹回放功能,用户通过设置一系 列的参数如回放日期等,实现对指定的轨迹回放;(6)用户 图 3:系统主界面

4、系统的测试与分析
功能测试是测试中的重点主要测试应用系统的功能 是否完善,是否实现了软件设计的要求,是否能够满足客

3

户的需求,具体内容如下:(1)软件各个模块的测试(如 表1所示) (2)LBS性能测试(如表2所示) (3)地图响应时 间测试;

学出版社,2005 年

测试模块 登录 LBS 操作 查询功能 地图功能 其他功能

输出 正常 正常 正常 正常 正常

结果 符合需求 符合需求 符合需求 符合需求 符合需求

表1:功能测试

测试地点 室内 室外 郊区

成功次数/总次数 50/50 50/50 5050

平均误差(m) 系统响应时间(s) 157 71 452 1.6s 1.7s 1.4s

表2:LBS测试 经过全面测试,系统界面友好,操作灵活,功能符合 需求,但在提取oracle数据库的地图数据显示的测试中发 现,地理数据和属性数据完全数据库存储方式的提取响应 时间较长,但是还是在可接受的范围内;LBS精确度上有较 大误差,可能的主要原因有多径传播,NLOS传播及多址干 扰等引起的。

5、总结
随着网络和通讯的蓬勃发展,结合了警用地理信息系统 (GIS)的移动定位技术不仅可以提供一个新的报警途径, 也 可以在报警的同时确定报警人位置,提高处警速度,更加 快速、高效地打击犯罪,可以预计该系统将具有良好的社 会前景。 参考文献 [1]陈飞翔, 杨崇俊等.基于LBS的移动GIS研究.计算机工程 与应用,2006.2 [2]FCCC Publications. FCC Acts to Promote competition and Public Safety in Enhanced Wireless 911 services. [3]赵伟,谢德体,刘洪斌,武伟.基于组件的地理信息系 统的研究与开发.测绘与空间地理信息,2006,29(2) [4]钱乐祥,GIS 分析与设计,北京,中国环境科学出版社, 2002 年 [5] 符海月,赵军,李满春.从 Google Maps 看我国全球化 地理信息服务面临的挑战和对策.地理与地理信息科 学.2006(2) [6]孔云峰,林珲,GIS 分析、设计与项目管理,北京,科 4


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