視頻圖像偵查本體研究

曾祺

（中國人民公安大學(xué)信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，北京102623）

0 引言

視頻研判過程中信息來自多個(gè)方向，既包括刑事案件中“人”、“事”、“物”、“時(shí)間”、“空間”等要素，又包括各要素之間的對應(yīng)關(guān)系。這些研判知識目前只存在于書本或偵查專家的大腦中沒有統(tǒng)一的格式很難實(shí)現(xiàn)信息的交換、共享以及重用。本體在語義和知識表示層面能夠提供一種規(guī)范化的表達(dá)方式對知識進(jìn)行操作。研究中引入本體技術(shù)來構(gòu)建一個(gè)視頻研判的知識模型，通過構(gòu)建視頻圖像偵查領(lǐng)域本體對視頻研判涉及的各要素中提取的概念以及概念之間的關(guān)系進(jìn)行描述，利用Protégé軟件實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域本體的構(gòu)建并展示各概念層次關(guān)系和對應(yīng)關(guān)系，最后使用OWL語言對該領(lǐng)域本體形式化表示，讓計(jì)算機(jī)可以交換、共享、重用視頻研判知識。

1 相關(guān)基礎(chǔ)理論

1.1 本體概念

本體是源于哲學(xué)的詞匯，被引入到人工智能領(lǐng)域后有很多專家學(xué)者對其做了新的定義，針對不同的領(lǐng)域本體有許多不同的定義。但總體來說研究者對本體的認(rèn)識是一致的，本體是不同主體（例如人和計(jì)算機(jī)）之間一種交流的語義。涉及特定學(xué)科領(lǐng)域的本體，被稱為領(lǐng)域本體[1]。領(lǐng)域本體中表達(dá)的語義關(guān)系及推理規(guī)則集合可以用來推理，實(shí)現(xiàn)基于本體的智能分析和知識組織。

本體作為概念模型可以由一個(gè)五元組O=（C,R,F,A,I）來形式化表示。其中C表示類，R表示關(guān)系、F表示函數(shù)、A表示公理、I表示實(shí)例。類（Class）從廣義上講指概念，是某種對象的集合。關(guān)系（Relation）代表各類之間的關(guān)聯(lián)，最常見的是二元關(guān)系，例如概念間的is-a表達(dá)了概念的層級關(guān)系。公理（Axiom）是公認(rèn)的推理規(guī)則，用來知識推理。函數(shù)（Function）是關(guān)系的特定表達(dá)式，函數(shù)中的映射關(guān)系使得推理從一個(gè)概念指向別一個(gè)概念。實(shí)例（Instance）是本體中最小的對象，具有原子性、不可再分性。

1.2 OOWWLL本體表示語言

本體的表示語言以描述邏輯為基礎(chǔ)，是一種規(guī)范、完整的語言體系[2]。它的主要功能有：幫助本體從自然語言的格式轉(zhuǎn)換為機(jī)器可讀的邏輯表達(dá)格式；提供機(jī)讀格式讓本體在不同的系統(tǒng)之間導(dǎo)入和輸出；形式化的表示語言，可以直接在計(jì)算機(jī)中存儲、加工、利用并且在不同系統(tǒng)間進(jìn)行互操作。

OWL（Web Ontology Language）沿用了 RDF 的 SPO三元組形式來表達(dá)概念間的關(guān)聯(lián)，引入了許多預(yù)定義詞匯來克服RDF和RDFS對概念、屬性之間關(guān)系的表達(dá)能力不足的問題。具體的OWL語言組成詞匯如表1所示：

表1 OWL語言中的詞匯

2 領(lǐng)域本體構(gòu)建方法

領(lǐng)域本體在開發(fā)過程中既要有對整個(gè)開發(fā)過程的指導(dǎo)方針又要有具體的實(shí)施步驟[3]?，F(xiàn)有的較為成熟的本體構(gòu)建方法都是在各領(lǐng)域本體研究過程中總結(jié)出來的，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和原則，很難指導(dǎo)一個(gè)完整的本體開發(fā)過程。通過對斯坦福大學(xué)開發(fā)的七步法和愛丁堡大學(xué)人工智能研究所開發(fā)的骨架法的仔細(xì)研究，提出了構(gòu)建視頻圖像偵查領(lǐng)域本體的指導(dǎo)方法，具體流程如圖1所示：

圖1 視頻圖像偵查領(lǐng)域本體構(gòu)建流程

3 視頻圖像偵查領(lǐng)域本體構(gòu)建

3.1 明確領(lǐng)域本體范圍

3.2 獲取視頻圖像偵查知識

目前尚未找到可以利用的視頻圖像偵查領(lǐng)域本體，但偵查領(lǐng)域的本體有人研究過。例如“刑事案件領(lǐng)域本體”，該本體根據(jù)刑事案件中的要素來定義本體的類以及屬性能夠完整地、形式化地表示刑事案件，借鑒其方法對刑事案件的構(gòu)成要素進(jìn)行研究獲取相關(guān)知識。參考《視頻圖像信息應(yīng)用計(jì)戰(zhàn)法》、《三定偵查法》、《犯罪心理研究》、《軌跡偵查》、《新編犯罪心理學(xué)》等偵查類書籍并結(jié)合公安行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的《刑事犯罪信息管理代碼》來獲取有關(guān)偵查知識。

3.3 提取偵查要素，構(gòu)建視頻圖像偵查領(lǐng)域本體概念模型

視頻圖像偵查領(lǐng)域本體是為了將實(shí)際視頻圖像偵查工作中的研判知識和推理經(jīng)驗(yàn)編碼成機(jī)器可以處理的語言，讓機(jī)器代替?zhèn)刹閱T實(shí)現(xiàn)智能偵查研判工作。視頻圖像偵查是以視頻圖像信息為主聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)、卡口、通訊等其他信息[4]，對犯罪嫌疑人的各方面特征進(jìn)行提取，依據(jù)偵查經(jīng)驗(yàn)和犯罪學(xué)理論對嫌疑人進(jìn)行心理畫像或預(yù)判嫌疑人活動(dòng)軌跡。所以在視頻圖像領(lǐng)域偵查本體中主要包括視頻偵查技戰(zhàn)法、刑事案件偵查、犯罪心理研究這三個(gè)方面的知識。構(gòu)建該本體是針對實(shí)際工作中偵查員疲于處理大量的視頻信息以及其他多方面的線索信息的情況，幫助偵查員提高研判偵查信息的效率。

要素，是指事物必須具有的實(shí)質(zhì)或本質(zhì)性的組成部分，是構(gòu)成事物的必要因素。本體也是由類、屬性、關(guān)系、公理、實(shí)例等五大要素所組成。構(gòu)建視頻圖像偵查中線索研判領(lǐng)域的本體就必須要弄清楚視頻圖像偵查中線索研判的要素。視頻圖像偵查是現(xiàn)代偵查手段中的一種，其目的是為了刑事案件的偵查終結(jié)。刑事案件的偵查終結(jié)，實(shí)質(zhì)就是查清了刑事案件的全部要素[5]。所以刑事案件的基本要素也就是視頻圖像偵查中線索研判的基本要素。根據(jù)刑事案件要素的構(gòu)成，將“人”、“事”、“物”、“時(shí)”、“空”這五個(gè)基本要素進(jìn)行分析后，領(lǐng)域本體的構(gòu)建將圍繞著這五個(gè)要素進(jìn)行，如圖2所示為視頻圖像偵查領(lǐng)域本體概念模型。

圖2 視頻圖像偵查領(lǐng)域本體概念模型

3.4 明確分類，構(gòu)建類以及類的層次

刑事案件中的人是與刑事案件有關(guān)聯(lián)的人（例如：犯罪嫌疑人、受害人）或了解案件相關(guān)情況的人（例如：證人），因此構(gòu)建“犯罪嫌疑人”、“受害人”、“證人”三個(gè)類。然后再根據(jù)實(shí)際偵查過程中對犯罪嫌疑人進(jìn)行研究時(shí)所關(guān)注的特征，例如：社會(huì)特征、地域特征、心理特征、既往的犯罪特征等，提取出以下與犯罪嫌疑人的特征類。在實(shí)際偵查中每種特征的取值是復(fù)雜多樣的，在構(gòu)建本體時(shí)抽象概括出各種特征類的取值狀態(tài)。

例如：

犯罪嫌疑人

受害人

證人

經(jīng)濟(jì)狀態(tài)：困難、溫飽、富裕

婚姻狀態(tài)：已婚、未婚、離婚

文化程度：文盲、中學(xué)文化、大學(xué)文化、?？萍夹?/p>

前科記錄：初犯、累犯、慣犯

人際關(guān)系：簡單、復(fù)雜

心理氣質(zhì)：膽汁型、粘液型、多血型、抑郁型

犯罪心理結(jié)構(gòu)：危險(xiǎn)心結(jié)、反社會(huì)人格

慣用伎倆：常見伎倆、少見伎倆、特殊伎倆

就業(yè)狀態(tài)：在職、臨工、無業(yè)

職業(yè)史：廚子、司機(jī)、軍人、警察

反偵察行為：手法專業(yè)、手法簡單、不存在

在實(shí)際的偵查研判[6]當(dāng)中，偵查員主要以犯罪嫌疑人使用的兇器、駕駛的交通工具、聯(lián)系用的通訊工具、從案發(fā)現(xiàn)場帶走的贓物以及其他輔助作案的工具等物品為線索尋找與犯罪嫌疑人有關(guān)的信息。因此以物為要素主要構(gòu)建“兇器”、“交通工具”、“通訊工具”、“贓物”、“輔助作案工具”五個(gè)類。兇器的來源可以判斷犯罪嫌疑人的動(dòng)機(jī)是有預(yù)謀還是激情犯罪。兇器的種類也可以判斷犯罪嫌疑人的職業(yè)經(jīng)歷。交通工具的來源可以分析嫌疑人經(jīng)濟(jì)狀況。交通工具的種類可以分析嫌疑人的職業(yè)、活動(dòng)軌跡。交通工具的軌跡可以分析嫌疑人的軌跡、地域特征等。通訊工具的通話記錄可以分析嫌疑人的活動(dòng)軌跡。贓物的體積可以分析嫌疑人的交通工具、是否有同伙。贓物的種類可以分析作案人的文化程度、作案經(jīng)驗(yàn)、作案目的。輔助作案工具的種類可以分析嫌疑人的職業(yè)、慣技。因此提取出相關(guān)類如下：

兇器

交通工具

通訊工具

贓物

輔助作案工具

兇器來源：自帶、就地取材

兇器種類：自制武器、可購買武器、非法持有武器

交通工具來源：租借、盜取、搶劫、購買

交通工具種類：人力車、農(nóng)用車、摩托車、普通汽車

贓物重量：很大、一般、較小

贓物種類：現(xiàn)金、珠寶首飾、有價(jià)證卡、電子產(chǎn)品、工業(yè)原材料

輔助作案工具種類：技巧工具、暴力工具、特殊工具

任何與犯罪有關(guān)的行為都在特定的空間發(fā)生，因此構(gòu)建“空間”類。依據(jù)POI的分類每一個(gè)空間都有對應(yīng)的POI類別，這些類別對分析嫌疑人的活動(dòng)軌跡、經(jīng)濟(jì)狀況、交通工具、心理狀況等都有幫助。根據(jù)軌跡空間的描述又將空間分為上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)空間、當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)空間、下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)空間。在實(shí)際偵查中又將可以根據(jù)空間在犯罪活動(dòng)中的功能進(jìn)行分類例如實(shí)施地、落腳地、銷贓地、藏匿地（藏匿贓物、尸體等）。因此構(gòu)建類如下：

地點(diǎn)

上一個(gè)位置

當(dāng)前位置

下一個(gè)位置

地點(diǎn)犯罪性質(zhì)：實(shí)施地、落腳地、銷贓地、藏匿地

地點(diǎn)社會(huì)性質(zhì)：出生地生長地工作地

POI類別：餐飲、購物、住宿、出行、文體娛樂、金融服務(wù)、生活服務(wù)、汽車服務(wù)、教育、醫(yī)療、房產(chǎn)、旅游、企事業(yè)單位、行政機(jī)構(gòu)、公共服務(wù)設(shè)施

任何與犯罪有關(guān)的行為也在特定的時(shí)間發(fā)生、構(gòu)建“時(shí)間”類，依據(jù)日常行為理論和犯罪人心理研究[7]的歸納、嫌疑人選擇作案的時(shí)間往往符合他自己的日常活動(dòng)規(guī)律。犯罪時(shí)間所處的季節(jié)、每日中的時(shí)間段等會(huì)反映出犯罪人的職業(yè)、作案經(jīng)驗(yàn)。每個(gè)犯罪行為都不是一瞬間能完成的，通過嫌疑人犯罪過程中犯罪行為的持續(xù)時(shí)間可以判斷嫌疑人的作案經(jīng)驗(yàn)、對作案空間的熟悉程度、心理狀態(tài)、體能狀況等。因此構(gòu)建類如下：

時(shí)間

季節(jié)：春、夏、秋、冬

每日時(shí)間段：清晨：05：01-06：59

早上：07：01-08：59

上午：09：00-12：00

中午：12：01-13：59

下午：14：00-17：59

傍晚：18：00-18：59

晚上：19：00-23：59

凌晨：24：00-05：00

持續(xù)時(shí)間：長、中等、短

要描述一件事情、必須要有起因、經(jīng)過、結(jié)果。在刑事案件中為了弄清案件本質(zhì)必須查明案件類型、犯罪動(dòng)機(jī)、作案手段。案件類型中主要列舉了幾種典型案例（例如：盜竊案、搶劫案、殺人案）。在偵查中將犯罪動(dòng)機(jī)從需求性、心理傾向性、形成性三個(gè)方面來進(jìn)行判斷。作案手段的種類根據(jù)GA240.7-2000標(biāo)準(zhǔn)分為預(yù)備手段、侵入手段、暴力脅迫手段、竊取手段、利用計(jì)算器手段。據(jù)此構(gòu)建類如下：

案件

犯罪動(dòng)機(jī)

案件類型：盜竊案、搶劫案、故意傷害案需求性：圖財(cái)、發(fā)泄情緒

心理傾向性：報(bào)復(fù)、妒嫉、逞強(qiáng)形成性：臨時(shí)起意、一時(shí)激情、事先預(yù)謀、犯罪慣性作案手段：預(yù)備手段、侵人手段、暴力脅迫手段、竊取手段、利用計(jì)算機(jī)手段

3.5 定義屬性、定義域以及值域，建立關(guān)系

依據(jù)犯罪嫌疑人特征，構(gòu)建“經(jīng)濟(jì)狀態(tài)為”、“婚姻狀態(tài)為”、“文化程度為”、“前科記錄為”、“人際關(guān)系為”、“心理氣質(zhì)為”、“犯罪心理結(jié)構(gòu)為”、“慣用伎倆為”這些對象屬性，將嫌疑人與各特征類中的子類也就是具體狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來。

依據(jù)涉案物的特征，構(gòu)建“來源于”、“種類為”這兩個(gè)對象屬性，將涉案物與各特征類中的子類關(guān)聯(lián)起來。

依據(jù)地點(diǎn)的特征，構(gòu)建“POI類別是”、“地點(diǎn)犯罪性質(zhì)為”、“地點(diǎn)社會(huì)性質(zhì)為”這三個(gè)對象屬性，將地點(diǎn)與其特征類的狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來。

依據(jù)時(shí)間特征，構(gòu)建“季節(jié)是”、“每日時(shí)間段為”、“持續(xù)時(shí)間長”這三個(gè)對象屬性，將時(shí)間與其特征類中子類關(guān)聯(lián)起來。

依據(jù)案件特征，構(gòu)建“案件類型為”、“犯罪動(dòng)機(jī)為”、“需求動(dòng)機(jī)是”、“心理傾向動(dòng)機(jī)是”、“形成性動(dòng)機(jī)是”、“作案手段為”這些對象屬性，將案件與其特征類關(guān)聯(lián)起來。

通過構(gòu)建“在（某地）”、“在（謀時(shí)）”、“犯”、“搭乘”、“使用”、“帶走”這些對象屬性將“人”、“物”、“時(shí)”、“空間”、“事”這五個(gè)要素關(guān)聯(lián)起來。具體屬性構(gòu)建如表2：

表2 對象屬性定義

4 實(shí)現(xiàn)OWL形式化編碼

4.1 類及子類的OOWWLL描述

＜/owl：Class＞

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＜o(jì)wl：Class rdf：about="http：//www.semanticweb.org/a7/ontol?ogies/2018/7/untitled-ontology-51#Cash"＞

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4.2 屬性的OOWWLL描述

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＜/owl：ObjectProperty＞ ＜!--http：//www.semanticweb.org/a7/ontologies/2018/7/untitled-ontology-51#has_POI_Type--＞

＜o(jì)wl：ObjectProperty rdf：about="http：//www.semanticweb.org/a7/ontologies/2018/7/untitled-ontology-51#has_POI_Type"＞

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＜rdfs：range rdf：resource="http：//www.semanticweb.org/a7/ontologies/2018/7/untitled-ontology-51#POI_value"/＞

5 結(jié)語

依據(jù)本體理論中的類、屬性、關(guān)系等要素，從書籍、電子資源、專家大腦中抽取出與視頻圖像偵查中偵查研判有關(guān)的概念，并將概念分類對映本體中的各要素，從而構(gòu)建一個(gè)視頻圖像偵查領(lǐng)域的本體模型，可以讓只有人能理解的知識變成機(jī)器可以處理的知識，這有助于研究機(jī)器取代人去進(jìn)行偵查研判的工作。