浅述基于GIS和数字孪生的指挥应用.pdf

公共安全领域数字李生技术应用实践探析浅述基于GIS和数字李生的指挥应用姚文利北京市公安局西城分局摘要：随着GIS（地理信息系统，Geographical Information System）技术的飞速发展和数字李生技术的快速普及，如何应用先进的技术，提供最优路线引导，提供“上帝视角”的现场还原，提供方案预案推演，提供活动实时监测，提供人员优化配置成为研究热点。将尝试阐述以GIS为基础，以数字李生为抓手，以各类信息集中整合为基础的指挥应用。关键词：GIS数字李生指挥分门别类、分级分层分地区管理这些信息，还能够根据应一、GIS简介用需要进行各种组合、分析，有效分析和处理一定区域内GIS（G e o g r a p h i c a l I n f o r m a t i o n Sy s t e m）是GIS的简的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题，称，又称地学信息系统、地学管理信息系统或地球空间信清晰直观地可视化展示出各类信息的空间规律。息系统，是“专门用来采集、处理、存储、管理、分析和GIS技术是2 0 世纪6 0 年代由美国军方开发并用于战争显示，具有地球空间参考的地理数据的计算机技术系统”决策支持的一项技术。2 0 世纪9 0 年代初期，GIS技术开始（英国环境事务部，Department of the Environment，简在商业领域得到广泛应用，并逐步进入公共安全、交通、称：DOE，19 8 7）。它是利用计算机硬件和软件技术把与地理位置有关的空间数据进行采集、存储、管理、分析和表达，并提供查询与浏览功能的一门科学。GIS通常应具备五项基本功能，即数据采集与输入、数据编辑与处理、数据存储与管理、空间查询与分析、可视化表达与输出。GIS处理和管理的对象是多种地理实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据，以及各类物联网终端实时位置数据等。GIS不但能图13D-GIS图Police Technology2023年第4期月2 3专题通信等社会管理领域。进入2 1世纪，GIS广泛应用于测绘、土地、规划、资源、环境、地质、农林、水利、电力、交通、教育、市政管理、政府与公共服务等领域。二、数字李生简介数字李生（DigitalTwin），是美国麻省理工学院（M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y，简称：MIT）提出的一项以数字技术对现实世界中的物理实体进行仿真建模和运行测试的新方法，将其应用于实体领域，就是现实世界的李生体。它是数字技术发展的产物，也是当前全球科技发展的前沿热点3。它是一种融合了计算机技术、人工智能等众多前沿科技于一体的复杂系统，其目的就是构建一个既能反映现实世界，又能模拟现实世界的仿真系统，并将这个仿真系统和现实世界中的物理对象进行互联互通，从而实现对现实世界中物理对象的在线监测、自动预测、智能诊断和远程控制等功能。数字李生具有四个特征：（1）虚实融合。物理实体或场景在数字空间中会以李生体的形式存在，李生体并不是一个独立于真实世界的数字化镜像。（2）实时迭代。物理世界在现实空间中不断进化、发展，在数字空间中会不断地修正和完善李生体。（3）持续优化。对李生体的运行状况和功能效果等进行持续优化，使其更符合现实世界运行规律，达到最佳的运行状态。（4）自我学习。数字世界中的李生体具有自主学习能力，在发生变化时能自我优化调整以适应新环境和新变化。物理世界数字李生图2 数字李生对比图三、GIS与数字李生结合技术将3D-GIS和数字李生技术结合在一起，可以实现更强大的地理信息分析和仿真能力。（一）三维地理数据的建模通过数字李生技术，将实际物体或系统创建为数字李生模型，并将其与3D-GIS中的地理数据相结合。这样可以将现实世界的物体、建筑物、地形等以数字李生的形式在3D-GIS中呈现，使用户可以更直观地理解和操作这些数据。（二）实时数据交互和反馈利用数字李生的特性，将实时传感器数据和监测数据与3D-GIS中的地理模型相连接。通过数字李生的反馈机制，将实际物体或系统的状态反映到3D-GIS中的模型中，实现实时的数据交互和反馈。这样可以实现对地理现象的实时监测、模拟和预测。（三）空间分析与虚拟测试结合3D-GIS的空间分析功能和数字李生的虚拟测试能力，可以进行更精确的空间分析和仿真。通过数字李生的虚拟模型，可以对不同的地理情景进行测试和模拟，评估其对环境、基础设施等的影响。这样可以支持城市规划、建筑设计、交通规划等领域的决策制定。（四）可视化和沉浸式体验将数字李生技术与3D-GIS的可视化功能相结合，可以实现更逼真的地理信息展示和沉浸式体验。通过将数字李生模型与虚拟现实（VR）或增强现实（AR）技术相结合，用户可以沉浸在一个虚拟的地理环境中，进行交互、探索和分析。总之，结合3D-GIS和数字李生技术可以实现实时数据交互、虚拟测试和仿真、沉浸式体验等功能。这种技术结合可以为地理信息分析和决策制定提供更全面、准确和直观的支持。四、优势与挑战（一）优势1.全面性和准确性结合3D-GIS和数字李生技术，可以提供更全面和准确的地理信息分析和模拟。数字李生模型能够精确地反映实际物体或系统的特性和行为，结合3D-GIS的地理数据，可以实现对地理现象的全面仿真和监测。2.实时数据交互和反馈数字李生技术可以与实际物体或系统的传感器数据实时交互，并将反馈信息反映到3D-GIS中的模型中。这样可以实现实时监测、分析和预测，支持及时的决策制定和问题解决。3.虚拟测试和优化结合3D-GIS和数字李生技术，可以进行虚拟测试和仿真，评估不同方案或场景对地理环境的影响。这样可以在实际操作之前进行优化和改进，减少风险和成本。24警察技术2 0 2 3年第4期公共安全领域数字李生技术应用实践探析4.可视化和沉浸式体验通过数字李生技术和3D-GIS的可视化功能，可以创造更逼真的地理信息展示和沉浸式体验。用户可以通过虚拟现实（VR）或增强现实（AR）技术与数字李生模型进行交互，更直观地理解和操作地理数据。（二）挑战1.数据集成和处理复杂性结合3D-GIS和数字李生技术需要对不同类型的数据进行集成和处理，包括地理数据、传感器数据等。这可能涉及到数据格式转换、数据融合和数据质量控制等复杂的任务。2.资源要求和成本数字李生技术和3D-GIS都需要大量的计算资源和存储空间来处理和展示大规模的地理数据和模型。这可能对硬件设备和计算资源的要求提出了挑战，并可能增加相关的成本。3.数据隐私和安全性结合3D-GIS和数字李生技术可能涉及敏感的地理数据和系统信息，确保数据的安全性和隐私保护是一个重要的考虑因素，需要采取适当的安全措施和数据管理策略。4.技术复杂性和培训需求数字李生技术和3D-GIS都是复杂的技术领域，对于用户和技术人员来说，可能需要一定的培训和专业知识，这可能增加技术应用和使用的难度。五、基于GIS和数字李生的指挥体系在指挥体系中，通过二维地图进行显示，主要包括地址、道路、河道、山体等区域信息的展示；在三维场景中，对事件发生的地点及周边场景进行建模，包括场景模型、动态模型、数据模型以及空间位置关系的数学模型等。同时通过数据模型化的方法对事件发生后人员变化情况进行模拟仿真分析，包括人员分布情况及移动轨迹等，能够为指挥人员提供事后分析等。数字李生指挥体系具有两大特点，即数据直观展示和应用3D展现。结合数字李生技术应用，通过将海量的现场图像数据和视频数据等进行处理后，实现对各类业务数据的集中整合，建立起数字全仿真指挥体系，全面、详细、实时、直观的展示事件现场情况，整合现场及周边各类资源，为指挥决策提供强力支撑。（一）优化路线事件信息产生后，指挥部门通过系统快速定位事发地点，通过接入交通管理部门和社会交通流量数据（高德、百度导航交通流量数据），运用空间分析算法，给现场处置人员规划最优到达现场路线，提供交通引导（通过信号灯控制，实现车流、非机动车、人流的优化调整），保障应急处置车辆优先通行，缩短处置时间，提高处置及时率。图3数字李生应用（二）“上帝视角”整合事件发生地点周围的视频监控图像资源，叠加处置人员现场音视频回传数据和无人机音视频数据、高位高清摄像机视频数据，运用视频算法拼接，为指挥人员提供现场实时情况的“上帝视角”。指挥人员通过鼠标点击等方式可对现场进行自由切换浏览；通过拖拉、缩放等操作功能可在地图上实时绘制出所需的信息；通过鼠标拖动可以对不同的视频图像进行放大或缩小操作。还可以根据指挥员的需要，搜索、放大指定区域，调用部署调整现场周边处置人员，协调急救、灭火、医疗等资源，为挽救生命、减少损失、降低影响提供支撑。（三）电子推演将各类安全保卫工作方案和突发事件应急处置预案实现结构化、流程化导入到系统中，从活动场所、活动驻地、安全区域、控制区域、疏散路线等，到安保力量、视频、堵控点、执勤点、管制路段、消防设备等部署情况，全部导入可视化指挥系统。在安保指挥部，可以查看到各安保点的基本信息、安保力量分布情况及安保人员使用情况，也可以根据实际情况对勤务预案进行推演，安保现场的态势变化、人员分布、指挥调动、布置、增援等情况进行三维直观展示，提前发现安保漏洞，弥补安保方案不足，优化提升安保水平。（四）实时监测通过全仿真指挥体系，对保卫对象、交通路线、车辆及周边情况等进行实时监测，提供安保力量部署工作情况、提供实时视频回传和精准的“全时空、全要素”现场信息。PoliceTechnology2023年第4期2 5专题理。一是对行为异常人员进行数字化身份标识管理、实时在线监测管控、异常情况自动报警等，实现对行为异常人员全方位覆盖式管控。支持行为异常人群（行人、车辆等）的实时跟踪和视频检索，实现行为异常人员轨迹回放，辅助做好社区人员管控。二是对辖区出租房屋情况进行标注，组织流管人员，重点开展现场检查核查，收集入住人员信息。三是加强社区安全隐患标注，确定社区防控工作重点，指导工作落实，切实发挥社区预防基础效能。图4数字李生路网图（五）优化配置通过对事件信息上图，管控人员轨迹上图，综合运用时空算法，通过大数据分析，确定重点防范时间、高危点位和突出事件类型，并以此为依据，调整管控安排，优化巡逻路线。同时，全时空对治安要素进行实时监控，并通过大数据应用实现对相关数据的采集与分析研判，科学指导优化巡逻部署，提升防范工作效能。（六）强化管控全仿真指挥体系根据需要日常加强管控的相关区域，划定警戒区域，采用多种监测预警手段，对进入识别区域的需关注人员、车辆等突出情况，及时发出预警指令，做到提前预警、快速干预、消除隐患、维护安全，提升区域的防护能力。六、其他应用场景（一）服务综合治理通过整合数据资源，建立大数据智慧综合分析研判应用，实现对社会面动态情况的监测与研判，将分析结果生成可视化的业务数据与态势图，为业务开展提供精准的决策信息。该体系中通过GIS空间分析技术对各类应用场景进行三维展示，能够实时观测动态的城市面貌和社会面情况，通过对不同类型场景的动态监测、分析和预警，实现信息资源整合与综合呈现，为城市规划与治理提供有效的决策依据。在城市治理中采用GIS空间分析技术对治安情况进行监测和预警，将现场视频采集数据、视频图像分析处理与三维模型相结合，形成“现场感知、智能分析、决策指挥”的全流程智能管理。（二）服务社区管理通过对社区信息的采集和分析来发现社区内的潜在风险。同时可以结合网格化管理体系来建立网格内人员、房屋等基础信息模型，实现对社区内人口信息、出租房屋信息、商业门店信息、特种行业信息、养犬户等图形标识管四是汇集水电气热等信息，做好日常积累，发现异常，及时排查。五是提升社区“五保户”“军烈属”“残疾人”“孤寡失能弱势群体”的兜底服务保障。（三）服务应急处置结合三维场景建模、仿真模拟等技术，构建真实物理世界和虚拟网络空间的数字李生系统。将“数字李生”理念与应急管理相结合，在虚拟空间进行全流程的模拟演练，能够为应急管理部门提供丰富的决策参考依据，能够及时发现问题、消除隐患、优化配置、防微杜渐。图5洪水推演系统图七、结语基于GIS和数字李生，综合运用云计算、物联网等信息技术搭建指挥体系，实现对各类数据资源的整合与汇聚，实现了“情报信息准确研判、安保警力可视部署、安保任务直观下达、重大活动全程监控、突发事件扁平指挥”的指挥调度目标。应用能够实现对城市各类海量信息资源进行高效管理及智能分析研判，为城市各项业务提供强大的支撑。GIS和数字李生技术在智慧城市的建设和应用中将大有可为。显参考文献贺日兴。警用地理信息系统-理论、技术与应用 M北京：中国人民公安大学出版社，2 0 2 2.8:0 0 2-0 0 5、30 1-30 5.公安部科技信息化局，公安部信息通信中心。警务地理信息系统（PGIS）应用于实战案例 M.北京：中国人民公安大学出版社,2 0 15.12 0 0 3-0 0 7、0 17-0 2 0、0 32-0 33.3李德仁.数字李生城市智慧城市建设的新高度中国勘察设计,2 0 2 0(10):13-14.26警察技术2 0 2 3年第4期