GIS在犯罪分析中的应用：手机信令数据分析篇

看阿Sir如何用GIS分析手机信令数据！

 想在在地图上一键显示通话记录？ 

 还想显示通话双方的地理位置？ 

最好还能分析通话频率 ？ 

 最后还想在3D模式下显示移动轨迹？ 

 没问题，这篇文章，给你答案！ 

    在GIS软件运用越来越广泛的今天，犯罪情报分析师们也常常将GIS融入到自己的业务中去，例如使用GIS软件为单位领导提供情报分析报告、绘制包含案情信息的地图和向广大公众提供包含案情信息的图表、报告等公开信息。在GeoScene Pro中有许多不同的工具可以搭配组合来完成不同的情报分析任务，但对于初次使用GIS软件的犯罪情报分析师们，从GIS软件众多的工具中挑选出满足需求的工具显得较为棘手。

    针对这一用户需求，GeoScene Pro 2.1中新推出了针对犯罪分析和情报分析可视化的全新犯罪分析和安全工具箱，集成了一系列在犯罪分析工作流中常用的工具。

    今天咱们就一起来聊聊，在这个神秘的工具箱中有哪些好用的新工具能助力犯罪情报分析师们对犯罪分析中经常遇见的数据来源-手机信令数据进行分析。

    在犯罪分析中，犯罪分析师们经常使用的一种数据是手机信令数据。在犯罪调查中，犯罪分析师们希望通过手机信令数据证明犯罪嫌疑人在某个时间段内正好位于案发现场或是某特定地点附近。

    手机信令数据中的通话详情表中包含了每通电话接通时，主叫方和被叫方的移动设备所连接的最近的蜂窝通讯基站（基站ID）和相应的接收信号的天线扇区（扇区ID）。因此，通过蜂窝通讯基站的地理位置以及天线扇区的方位，可以大致定位出主叫方和被叫方在通话时的地理位置，从而证明犯罪嫌疑人位于案发现场或是某特定地点附近。

    要获得手机信令数据，警方需要向通讯服务商申请被调查者的详细的通话记录，以及通讯服务商在该区域内运营的蜂窝基站点位置信息表（图1）。

图1. 手机信令分析

    因为在通话详情表中通话记录不包含任何地理位置信息，所以这些通话记录需要与相应的蜂窝通讯基站以及天线扇区关联起来，分析人员才可以对这些通话记录进行制图或执行分析操作。

图2. 蜂窝通讯基站上不同的天线扇区负责不同方位的信号传播

    在地图中表示蜂窝通讯基站以及基站中不同的天线扇区（图2）需要以下信息：蜂窝通讯基站的经纬度以及定义基站上每个天线扇区的信号覆盖范围的参数。通常使用起始方位角、信号覆盖角度以及信号覆盖半径这三个参数就可在地图上清晰地表示出每个天线扇区的信号覆盖范围（图3）。

图3. 如何在地图上表示出蜂窝通讯基站及天线扇区面

    在地图上显示出了蜂窝通讯基站以及相应的天线扇区面后，我们可以利用通话详情表中通话时间、主叫/被叫号码、以及主叫方/被叫方所对应的蜂窝基站ID和扇区ID，定位出通话双方在通话时所处的大概位置（位于哪个扇区的信号覆盖范围内）（图4）。

图4. 将通话记录与蜂窝通讯基站、天线扇区面相关联

    在有了以上信息后，调查人员和分析师们就可以从手机信令数据中找出隐藏的时间上或空间上的规律，助力案件的分析（图5）。

图5. GeoScene Pro提供的不同种类的分析与可视化形式

    看到这里，大家不难想象，所有的这些工作流程，如果没有相应的工具作为支撑，将会是一个非常费时的分析流程。很多犯罪分析师们为了实现以上的工作流不得不采用不同的工具接力使用以得到预期的结果。

    好消息是在GeoScene Pro 2.1新增的犯罪分析和安全工具箱中新设立了手机分析工具集，集成了一系列适用于手机信令分析的专用工具。在下文中，我们将采用不同的案例来展示如何使用这些新增的手机分析工具进行完整的手机信令数据分析工作流。

    在上面的介绍中，我们讲到手机信令数据分析的第一步是将蜂窝基站站点以及基站中的扇区面在地图上表示出来。

    在GeoScene Pro 2.1中的手机分析工具集内，新增了蜂窝基站记录转要素类工具，该工具可根据来自蜂窝基站点表的输入纬度、经度、方位角、波束宽度和半径信息，创建蜂窝基站点和扇区面。    

图6. 一键标绘蜂窝基站站点与扇区面

    上图（图6）清晰显示了各蜂窝通讯基站的地理位置与各天线的信号覆盖范围，此工具可配合下面要介绍的手机记录转要素类工具一起使用来定位犯罪嫌疑人的大致位置。

    现在，犯罪分析师可使用手机记录转要素类工具将通话详情表中的每条通话记录与蜂窝通讯基站关联起来，从而使通话记录有了地理位置的参考。

图7. 1号犯罪嫌疑人通话时所处的大概位置

    上图（图7）直观地显示了1号犯罪嫌疑人通话时手机连接到的蜂窝基站站点以及其通话时所处的大致范围。

图8. 嫌疑人所处的大致范围放大图

     该扇面具体范围由犯罪嫌疑人通话时手机连接到的蜂窝通讯基站坐标（圆心）、基站通讯天线覆盖的角度范围（圆心角）和信号覆盖半径共同决定。

     GeoScene Pro 2.1中还新增了依据时间实现要素转3D工具，该工具可使用输入要素中的日期值来创建 3D 要素类。利用该工具我们还可以在3D模式下可视化犯罪嫌疑人在空间和时间上的移动模式。

图9. 3D模式下显示犯罪嫌疑人的移动轨迹

    在GeoScene Pro 2.1中，针对此类需求，在犯罪分析和安全工具箱中新增了查找时空匹配工具，该工具可基于邻域、时间范围或结合两者来标识两个要素类之间的匹配。

图10. 支持时间、空间或时空联合共三种搜索模式

    在上图（图10）浅蓝色区域标识了在空间上满足条件的通话记录，深蓝色区域标示了在时间和空间上同时满足条件的通话记录。 

图11. 直观地在地图上显示犯罪嫌疑人碰面的可能性

    图11中深蓝色扇形区域表示1号犯罪嫌疑人和2号犯罪嫌疑人在拨出相应的电话时不仅在地理位置上相隔小于0.25英里，相应的拨出电话的时间也不会超过30分钟间隔。此信息可以帮助犯罪分析师推论出当天1号和2号犯罪嫌疑人有碰面的可能。

图12. 汇总记录模式：线条的粗细表示双方通话的频次

    在汇总记录模式下，连接呼叫者和被呼叫者线条的粗细代表着不同的通话次数。图中还同时显示了犯罪嫌疑人A和B通话时所处的大致位置。

图13. 单独记录模式：显示每一通电话的方向与具体信息

     在单独记录模式下，连接呼叫者和被呼叫者的带箭头线条代表了通话的方向，每次通话均用一条线条表示。