基于城市信息模型的新型三维警务平台设计与实现

“智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成的新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式[1]。”空间地理信息集成技术的革新，带来了包含空间地理信息数据在内的大数据在各行各业的创新应用，催生了城市建设和管理的新模式。其中，公安安防警务平台的发展建设率先实现了突破，以 CIM 系统为基础，杭州市上城区新型三维警务平台的建设已实现技术突破和应用示范。

01技术背景

公安部门的数据管理和日常工作与地理位置密不可分，地理数据的形态、精度和质量对警用地理信息系统的重要性不言而喻[2]。警务平台中地理信息基础平台从传统地图、二维GIS、三维仿真+部分贴图场景发展到现在的实景三维，不断更新迭代，需求日益明确。针对过去警务平台承载能力弱、信息量不足、现势性较差、数据抽象化等问题，提出了技术突破的必要性。

以往的公安警务平台建设，同其他城市建设管理部门一样，采用各自购买基础地理数据、建设独立系统的模式，重复投资严重，且因重复采集、交叉维护造成基础地理数据的比例尺、坐标系统等标准不一致，数据条目本身的规范性和适用性也存在严重的问题。信息共享的另一个难题是：目前的地理信息编码技术[3]仅针对二维空间编码，不能满足三维空间数据的高效关联组织与计算分析，并且只能映射已知的准确地物。且各部门的平台在编码上自成一体，造成空间定位、检索、信息匹配的准确度和效率低下，最终导致部门之间包括地理信息在内的业务数据共享和交换困难。

此外，公安现有和正在建设的平台多种多样，专题数据量也十分庞大，如何集成这些平台和数据，丰富三维空间数据的属性内容，增强三维平台的功能集和活跃度，扩展应用领域，满足公安日常和应急保障业务需求，新型三维警务平台肩负重任。

02关键技术分析

总体而言，建设统一的三维地理空间框架依靠三方面技术支撑。

2.1地理空间基础数据平台——CIM系统

基于实景三维模型的地理信息系统建设和平台开发正迎来研究探索的热潮；伴随着大数据、云计算、物联网、人工智能等热点的兴起，智慧城市的理念迅速得到普及，建设手段在不断进化。实景三维+街景+BIM的三维空间建模技术，与物联网、大数据的应用设想毫无悬念地得到碰撞，“CIM”的概念开始进入到应用的层面，从城市信息模型到城市智能模型演变的进程已经起步[4]。

CIM首先是城市信息模型——City Information Modeling，是集成实景三维、BIM、新型街景、GIS、遥感等的新型空间信息技术手段，成为城市空间信息的高度集成和真实再现，是新型智慧城市的地理空间信息平台和大数据集成中心。

实景三维数据前所未有的提高了各行业的地理信息丰富程度，通过照片级的三维建模方式和点云级的空间坐标定位，实现城市级的空间模型和数字基础。而CIM，本质上是“全信息”数字城市，能够真实准确反映城市外部空间、建筑和构筑物的内部空间、地下空间等全空间形貌，而且带有精确地理坐标和丰富属性信息。

CIM的终极目标是走向智能化——City Intelligence Modeling，在统一的地理空间框架体系中挂接物联网实时动态信息数据，通过可交互的平台实现分析决策、预警模拟和远程调控，实现真正的智慧城市。

2.2实现三维空间分析的基础——三维空间地理信息编码技术

有了统一的三维空间数据载体，针对三维空间的单体化信息编码技术也应需发展。对基于实景的三维地理空间进行划分与编码，提升空间信息标准化定位、检索、信息匹配的准确度和效率，为二三维数据的统一、现状GIS数据在三维平台的空间匹配、保证空间定义的完整性和连续性提供支撑，为地楼房人一体化的应用实现提供可能[5]。

2.3数据集成和共享的条件——软硬件承载

城市级三维地理信息平台要保证高稳定性、大并发量的系统设计，因其数据量大、计算要求高、系统稳定性强的特点，通常需要配置高性能的服务器集群，对内存和显卡的配置也有一定要求。

基础平台选型应考虑海量三维数据的发布和加载效率，物联网应用接口的广泛兼容性，以及平台在现有基本业务分析、空间数据处理和应用功能模块方面的能力，实现大数据集成和应用拓展，提高警务平台应用功能的开发效率。Skyline的服务平台综合了多种关键技术部件，包括基础GIS功能、专题图生成技术、空间数据管理、元数据管理、日志管理、权限认证等，具有良好的灵活性、伸缩性和可扩展性[6]。

03系统设计

3.1总体技术路线

以服务实战为导向，通过杭州市上城区实际项目验证新型三维警务平台的设计。在项目建设过程中充分利用已有平台和资源，设计合理的运行环境方案，利用vs2012或MyEclipse进行二次开发，打造“快速、可视、全面、省力”的三维警务地理信息平台。项目基于CIM系统设计，平台建设主要包括数据工程、平台架构、应用集成、标准与规范及安全保障体系等五个重要部分，核心在于数据、平台和应用的集成架构。

3.2数据架构

数据是地理信息平台的重要组成部分。数据架构总体描述了系统模块中的数据模型、数据构成、相互关系、存储方式、数据标准等。针对模块所需要的数据源实现数据收集和接入，通过数据中心、数据交换平台实现各业务应用系统和模块的基础数据同步维护，保证基础数据一致性。

数据工程包括数据采集、数据处理、数据集成和数据建库，涉及数据分为地理基础数据和公安业务数据两大类。

地理基础数据分为三维数据和专题数据。三维数据包含三维影像数据、三维高程数据、三维模型数据、三维矢量数据等，描述的是实物场景，通过倾斜摄影、BIM建模、街景扫描等方式进行采集，三维建模，形成地理影像数据、点云数据、三维模型和纹理库。专题数据即专题图数据、道路图、街道图、地名地址、兴趣点和地理空间框架数据等二维GIS数据，记录描述地理空间的性质、类型及地名地址。

公安业务数据主要为双基调查数据，如流动人口、常驻人口、重点人口、重点单位等，主要描述人、物、事的基本情况和动态；还包括城市公共资源模型，如井盖、消防栓、垃圾桶、路灯、摄像头等城市部件设备数据 ；以及在线视频监控数据，包含实时视频监控画面、摄像头位置和状态数据、查看历史记录等，进行专题应用、在线监测。

本项目所需的地理信息基础数据采集借助杭州市规划局多年来的地理信息框架数据建设成果，以及杭州市勘测设计研究院的CIM系统建设经验，采取先进的数据生产技术路线和工艺流程，执行严格的技术依据，统一数据格式与规格，在两个月内完成上城区全覆盖的航拍、街景采集、CIM联合建模和数据库搭建工作。采集的上城区遥感影像分辨率达到0.05米，影像数据量达到6TB，在国内尚未有其他城市实施优于该标准的实景三维建模。通过勘测院自主研发的三维空间单体化编码技术，实现人口、企业、重点人员等公安业务数据与CIM系统的地理空间定位和关联，得到完备的底层数据库。

3.3 平台技术架构

上城区的三维警务平台基于CIM系统的构想，采用了先进的分布式计算架构，利用TE Pro进行二次开发，总体技术结构从逻辑上分为三个层次：数据层、服务层、应用层。由于公安业务数据具有严格的保密要求，需要有效保护数据平台和控制管理访问权限；又要求快速响应能力和复杂的业务流程设计，因此应用层采用C/S（参数化建模）和B/S（可视化展示、业务管理）混和模式提供用户访问。服务层由数据平台、三维应用平台组成，通过分布式计算支撑海量数据应用，通过实时更新机制保障三维模型的保鲜性：三维应用平台基于实景三维+BIM+新型街景的CIM系统进行二次开发，支撑警务业务应用，包括与各信息化系统的信息交互；数据平台主要提供空间数据存储、业务数据存储和非结构化视频数据存储，采用最前沿的LOD瓦片存储技术和数据流的数据传输方式，支撑海量三维地理信息的平台应用，提升应用性能。数据层保障数据采集、建模和同步，负责管理和发布数据，分为地形数据 *.mpt、WFS 矢量数据、三维场景工程文件*.fly、Oracle空间数据库等。

3.4 应用架构

平台在建设期间通过技术交流和需求分析不断深化平台功能设计。结合现状多个平台和安保应用需要，完成了各系统间的数据融合、资源共享，实现各平台互联互通、管理联动，提升整体警务信息化管理水平。

系统部署为公安业务需要全方位提供三维可视化辅助决策支撑，提供动态资源状态在线监测和模拟真实环境下的应急指挥，为日常运维管理和辅助决策提供科学的依据支撑，并支持拓展实现基于大数据分析的状态分析、风险预警、应急处理等功能，实现基于倾斜三维模型的智慧警务360度可视化管理。按照模块业务功能的分离，将应用最小划为具体功能模块，依据对资源的不同授权和管理实现对具体功能在业务上的映射，形成基于CIM系统的警务平台应用架构。整体应用类型分为：基本功能、可视化呈现、在线视频监控、三维空间分析、接口服务、模拟仿真、信息查询统计、成果输出等，每一个应用功能又可细分多个子功能。

基本功能包含：三维交互浏览、放大缩小、空间漫游、路径漫游、 空间量测、空间定位等。可视化呈现包含：地理空间场景的三维可视化、BIM可视化、街景可视化、信息数据可视化等。在线视频监控包含：视频接入、实时视频画面查看、摄像头位置查看等。三维空间分析包含：空间距离分析、定点视域分析、动态视域分析、制高点分析、通视分析等。接口服务包含：与现有web service接口、基建 MIS 等系统的对接，BIM 集成、街景集成等。模拟仿真包含：应急预案、信息标注等。信息查询统计包含 ：地址地名查询、按人物单位查询与统计、根据图形框选统计查询、综合条件设置查询统计、一键搜索等。成果输出包含 ：查询统计结果数据列表导出、场景图像图片导出等。

功能板块划分如图1所示，根据警务业务划分为四级巡防、警卫沙盘、重点关注、BIM应用、基础设施、查询统计、系统管理七个板块。

3.5 标准与规范

数据规范：保证各类数据资源的集成交互应用一致性，制定空间数据管理的标准规范、更新机制，定位参照系统、数据模型、数据字典、数据质量、数据交换格式及元数据等数据标准、技术标准和应用标准等。其作用是规范地理空间信息数据描述、加工、处理、分析、查询、表示、转换的方法、工艺和服务。应用规范：提供规范的平台功能、指导后续平台应用功能建设。接口规范：提供标准的对外系统访问服务、应用分析服务等接口。

3.6 安全保障体系

通过数据加密、身份认证等手段强化平台信息化安全指标。保障平台应用对所涵盖的数据和系统操作的安全性。

04结 语

以上城区公安分局率先试点实施的新型三维警务平台，系统客户端访问量超过2000 个，并发用户数大于10个，操作平均响应时间小于10s，用户体验效果突出，平台运行稳定性强，得到了广大民警的认同和广泛的好评。该平台在警卫方案制图、电子沙盘体验、应急方案演练等方面能够发挥重要作用，充分满足了上城区公安应用可视化展示和三维应用需求，为其城市治安管理和警力部署提供行之有效的信息化管理手段。在保障 G20期间，分局通过三维警务平台部署方案，圆满完成安防维稳任务，取得了良好的经济效益与社会效益。目前平台正在杭州市和省内全面推广，平台建设经验还将拓展到城市建设管理的各个方面，并期待加大物联网融合平台应用、实现城市运行体征可视化管理方面的探索。

参考文献1、发改高技[2014]1770号，关于促进智慧城市健康发展的指导意见[S]2、李青，孙海勇.实景三维技术在警用地理信息系统的应用思考[M]，电脑知识与技术，2011年07期3、邹时林，谢刚生，李大军.地理要素编码在GIS数据转换中的应用[J].测绘通报，2007，（5）：22-254、唐恬.增强现实三维建模在警用地理信息平台的应用[J].计算机时代，2017，（7）：未定5、唐恬.三维空间编码信息在重大安保活动中的创新应用[J].中国人民公安大学学报（自然科学版），2017，未定6、周美娟. 上海市警用三维GIS系统开发[D]，华东师范大学， 2010.5，上海