1、前言

　　我國監(jiān)獄設立的初衷同其他國家一樣，主要目的是對罪犯的改造，通過對罪犯的改造使其重新成為有對社會用的、自食其力的社會成員。

　　但是我國目前的監(jiān)獄人員管理現(xiàn)狀，多數(shù)還停留在以獄警巡查、加攝像機監(jiān)視報警的階段，人工作業(yè)仍占絕大比重，信息化程度比較低，而信息采集仍然只是單純依靠手工輸入，無法將信息系統(tǒng)和在押人員真正的關聯(lián)起來;無法及時掌握每個獄內改造人員的位置信息;無法及時知道是否有人員離開了不該離開的區(qū);無法及時知道是否有人員進入了不該進入的區(qū);當前是否有人員有違規(guī)行為;無法第一時間查看一些重要視頻資料等等。

　　針對以上問題，上海唐遠公司采用先進物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)出一套唐遠RFID智能定位系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)做為我國重點發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，除社會應用外，在監(jiān)獄領域也擁有重要的應用和廣闊的發(fā)前景。

　　在新時期新階段下，轉變監(jiān)獄對改造人員的管理模式，提高監(jiān)獄信息化水平，已經(jīng)成為趨勢。

　　2、系統(tǒng)簡介

　　RFID是一種通信技術，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與 特定目標之間建立機械或光學接觸。因此，RFID是一種非接觸式自動識別技術，可以快速讀寫、長期跟蹤管理，因而在智能識別領域受到廣泛青睞。同 時，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在我國的快速發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)支撐技術的RFID技術被認為是有發(fā)展前途的信息技術之一。未來幾年中，將有更多的產(chǎn)品中會被 植人RFID標簽，RFID技術的應用將會是相當?shù)膹V泛。

　　定位服務是非常受到人們青睞和重視的一項技術。目前，人們比較熟知的定位服務是GPS(全球定位系統(tǒng))，還有我們的國家的北斗定位系統(tǒng);而越來越多的其它無線網(wǎng)絡技術也開始進入定 位服務這一領域，例如GSM手機定位、Wi-Fi定位、RFID定位、ZigBee定位、藍牙定位等。而RFID技術在物聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，使得在室內，和其他特定區(qū)域的定位 上，RFID定位已經(jīng)具有很大的優(yōu)勢。

　　唐遠RFID智能定位系統(tǒng)，是一種區(qū)域性的定位系統(tǒng)，就是利用高頻2.4G和低頻125K的RFID技術，對人和物的自動識別和區(qū)域性定位，實現(xiàn)對人和物的管理，如：人員考勤、人員和物品查找、人員和物品的區(qū)域點名、人員統(tǒng)計、視頻聯(lián)動、歷史軌跡查詢、重點區(qū)域管理等等。

　　3、系統(tǒng)組成

　　唐遠RFID定位系統(tǒng)主要由定位設備和定位系統(tǒng)軟件兩大部分組成。

　　3.1 定位設備包括：

　　• RFID-2.4GHz定位AP(也叫閱讀器)

　　定位AP有全向型和定位型兩種，定位AP主要是負責接收標簽發(fā)出的信號，并上傳到定位服務器，安裝在定位區(qū)域內。

　　• 定位標簽

　　定位標簽主要定時向定位AP發(fā)送無線信號，定位標簽分人員定位標簽和物品定位標簽兩種。標簽內置電池，電池可更換，因為標簽的功耗較低，所以人員標簽的一塊電池，正常情況下能用一年以上。人員標簽有腕帶式和卡片式，卡片式上可定制功能按鍵?？捎糜谇笄液艚谢蛭恢蒙蠄蠊δ?。

　　• 手持式讀寫器

　　也叫手持終端，能接收定位標簽發(fā)出的無線信號，并在自身屏幕是顯示出配帶標簽的人員簡單信息。

　　• 網(wǎng)絡設備

　　• 計算機及服務器

　　• 定位激活器

　　只要是提高定位精確度，輔助AP定位。安裝在人員活動區(qū)域

　　3.2 定位系統(tǒng)軟件

　　唐遠RFID智能定位系統(tǒng)采用云計算技術，通過云計算的設計可以把大量的數(shù)據(jù)處理工作通過多臺服務器共同來完成，避免了單臺服務器處理所有的數(shù)據(jù)帶來的運算壓力，定位軟件由四個部分組成。

　　• 系統(tǒng)核心程序：主要是負責數(shù)據(jù)的管理和接收數(shù)據(jù)采集端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對采集端送來的數(shù)據(jù)進行比對、查詢、統(tǒng)計等等。

　　• 信息采集程序：主要負責采集定位標簽的數(shù)據(jù)，并對標簽進行定位計算。

　　• 展示端程序：負責地圖顯示，人員位置顯示，告警輸出等等。

　　• 后臺管理：負責對設備管理，人員與物品跟標簽的關聯(lián)，人員、物品的檔案管理，定位區(qū)域管理，以及各種查詢統(tǒng)計等等。

　　4、系統(tǒng)功能

　　4.1 人員監(jiān)控

　　4.1.1人員區(qū)域實時定位

　　能夠實時定位佩帶定位標簽的人員所在區(qū)域，并顯示在監(jiān)控端地圖上

　　4.1.2區(qū)域人員統(tǒng)計及電子點名

　　統(tǒng)計各區(qū)域考勤人數(shù)及實到人數(shù)，以及特定區(qū)域內實到人數(shù)，與應到人數(shù)對比，確定人員是否到齊。并顯示缺席人員的姓名。

　　4.1.3人員查找

　　在監(jiān)控端可輸入人名或標簽號查找指定人員位置當前所處位置。

　　4.1.4 消失告警

　　可重點監(jiān)控某些標簽，當這些標簽離開指定區(qū)域或清失時系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)相應的告警

　　4.1.5越界、離開報警

　　某些區(qū)域屬于重要區(qū)，未經(jīng)允許的人員進入將發(fā)出報警信息 。也可以在某些區(qū)域可以設定某些人員在設定的時間內不準離開，如果離開或消失系統(tǒng)告警 。

　　4.1.6滯留時間過和告警

　　可設定某些區(qū)域人員和物品停留時間，人員或物品進入這些區(qū)域，超過一定時間系統(tǒng)告警。

　　4.1.7軌跡回放

　　可查詢某個標簽指定時間段的移動軌跡，這個時間段這個標簽都去過哪些區(qū)域。

　　4.1.8視頻聯(lián)動

　　可以給每個定位設備綁定一個攝像頭，通過在監(jiān)控端的地圖上，點擊定位設備圖調用定位設備所在區(qū)域的視頻。當有特定的告警時，系統(tǒng)會自動調出發(fā)生告警的區(qū)域的視頻。

　　4.1.9 人員臨時授權

　　當某個人員需要暫時進入重要區(qū)域或要離開行程安排區(qū)域時，可在系統(tǒng)進行臨時授權，準許他進入重要區(qū)域或離開工作區(qū)一定的時間。

　　例如：監(jiān)區(qū)長要找張?zhí)煺勗挘到y(tǒng)可臨時授權允許張三進監(jiān)長辦公室15分鐘或更長時間。

　　4.1.10 電子標簽故障報警

　　電子標簽的故障，主要是指標簽電池電壓低;佩戴在人員手上的腕帶被破壞或被拆除;

　　只要佩戴在人員手上的腕帶被脫下來系統(tǒng)都會的提示告警;無論是剪斷，還是用工具正常拆除，系統(tǒng)都會有告警。當標簽的電池電壓過低時系統(tǒng)也會提示，此時需要盡快更換電池。

　　4.1.11人員求助

　　卡片式定位標簽上有功能按鍵，當人員遇到危險或其情況需要求助時只需要按下功能鍵系統(tǒng)就會顯示求助的位置 ，并調出附近的攝像機視頻。

　　4.1.12 行程安排

　　可提前安排人員行程，如：張三上午8點11點必須在車間工作，11點半到12點間必須在食堂，晚上7點到第二天7點半必須在監(jiān)舍。如果9點的時候，張三未經(jīng)授權離開車間出現(xiàn)在食堂。系統(tǒng)就會告警：張三非法離開車間進入食堂。

　　4.2 物品監(jiān)控

　　4.2.1物品區(qū)域定位

　　通過電子地圖實時監(jiān)控危險物品的位置信息。

　　4.2.2物品查找

　　可以監(jiān)控端輸入物品名稱和編號查找物品所在位置

　　4.2.3物品消失報警

　　當監(jiān)控的物品在地圖上消失時系統(tǒng)發(fā)出物品消失的告警。

　　4.2.4非授權報警

　　物品未經(jīng)授權，離開了指定區(qū)域系統(tǒng)會報警。

　　4.2.5超出授權時間報警

　　當授權物品超出允許的授權離開某個域的時間時，系統(tǒng)報警。

　　4.2.6物品標簽破壞報警

　　如果將綁定在物品上的標簽拆除，該標簽將會不斷地向系統(tǒng)發(fā)出拆除報警信息。

　　4.2.7電池電量不足報警

　　當標簽內的電池電壓力低時，系統(tǒng)會擔示指定標簽的電量不足，需要盡快更換電池。

　　5、系統(tǒng)原理

　　RFID是一種通信技術，可通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中的定位標簽就是一種有源的RFID電子標簽，每個標簽都有一個不重復的編號。

　　定位標簽每隔一定時間會主動向外周圍發(fā)送電磁波，電磁波上載著標簽的編號和其他定位信息。布設在標簽周圍的定位AP會時時的接收標簽通過電磁波發(fā)出信息，因為每個定位AP所處的物理位置不同，所接收受到的標簽信息除編號相同外，其他定位信息會有所不同。定位AP接收到標簽信息之后會上傳給定位服務器采集端程序，定位系統(tǒng)就是通過對各個定位AP接收到的標簽定位信息的微小的差異來計算出，定位標簽所處的位置。如下圖：有兩個區(qū)，A和B

　　在上圖中，標簽101可能同時被A區(qū)的AP1，和B區(qū)的AP2讀到，但是，AP1信號最強，所以標簽被定位到AP1，而AP1安裝在A區(qū)，因此標簽被定位在A區(qū)。當某個時間AP2信號變得最強時，標簽又會被定位到B區(qū)。反之，AP1又變得最強時，標簽又會被定位到A區(qū)。

　　有時會因為外界因素造成信號不穩(wěn)定，導致系統(tǒng)讓標簽在各個區(qū)間來回定位，但實際標簽沒移動過。為了減少這種誤判，可通過在區(qū)域的出入口加裝進入判斷激活設備。如下圖：

　　在上圖中，標簽先被定位在A區(qū)，當B區(qū)的信號得最強時，標簽不會馬被定位到B區(qū)，系統(tǒng)會先判斷標簽有沒有經(jīng)過雙重區(qū)域綁定器3102，(也就標簽有沒有經(jīng)過到B區(qū)的門口)，如果沒有系統(tǒng)就不會把標簽定位到B區(qū)，即使AP2讀到標簽的信號強過AP1。

　　因為系統(tǒng)在運行之初會先建一個標簽編號與人員或物品信息的對應關系表，標簽的位置確定之后，核心程序開始查詢該位置所在區(qū)域名稱，并利用該標簽的編號，在標簽與人員或物品的對應關系表查詢，來識別出該標簽的對應的信息;這就實現(xiàn)對人和物品的區(qū)域定位。然后核心程序通過以太網(wǎng)把這些結果傳送到系統(tǒng)的展示端程序;展示端程序接收到這些信息后 ，就會在電腦屏幕上。

　　6、人員定位總體設計

　　6.1 概述

　　唐遠人員定位系統(tǒng)主要是以區(qū)域為定位單元，定位單元沒有大小規(guī)定，可以是一個很小的房間，也可以是一個很大的空間，也可以在大單定位單元內劃分多個小單元。

　　為了更準確對佩戴定位標簽的人員進行區(qū)域定位，需要在每個定位區(qū)域的所有出入口內外都安裝一套雙天線激活設備，用于做為進入該區(qū)域和離開進入另外一個區(qū)域的定位判斷;并在定位區(qū)域內安裝一定數(shù)量的定位AP作定位信號的覆蓋;如果每個區(qū)域還要再分特別區(qū)域，防止未授權人員靠近該區(qū)域，只需要添加一套雙天線的激活設備即可，因為區(qū)域內的AP已經(jīng)進行了定位信號覆蓋。

　　激活設備采用雙天線激活的方式，在一些復雜區(qū)域，對激活信號有干擾的區(qū)域，通過兩次激活的方式，可更有效的減少誤斷，提高區(qū)域判斷的準確度。

　　6.2 定位環(huán)境

　　本方案涉及區(qū)域長約330米，寬3.5米、高3.5米的長形區(qū)域(如圖)

　　6.3 定位需求

　　需對進入該區(qū)域內的人員所在位置實時監(jiān)控管理，定位精度大致為5米范圍內。

　　6.4 定位設計

　　由于對一個單獨區(qū)域進行監(jiān)管，在滿足用戶需求，結合硬件設備特性與環(huán)境因素。制定以下方案(如圖)：

定位設備安裝示意圖

　　如上圖所示，在該區(qū)域需要安裝定位基站，與激活器。根據(jù)硬件特性。定位基站負責信號覆蓋

　　在宿舍樓內，當只需要定位到樓層時，也就是只需要知道人員在哪個樓層就可以了，那么需要在樓梯出入口安裝兩道激活天線，和兩臺定位AP，一臺AP用于做樓層定位，另外一臺用于做信號覆蓋;

　　例如：在一樓上二樓的樓梯上安裝一道激活天線，然后又在二樓的樓道出入口處安裝第二道激活天線，當佩戴標簽的人員從一樓向二樓去時，他先被第一道激活天線激活，系統(tǒng)識別到他在樓梯，當他從樓梯出來到二樓樓道時，系統(tǒng)識到別人員已經(jīng)到了二樓樓道，系統(tǒng)就會定位該人員在二樓。當樓層里有重點區(qū)域時，可在當前樓層把重點域從樓層單元里分出來作為另外一個定位單元。下圖把人員能定位到樓層的設備安裝方式;

　　如果需要更精確定位，也就需要知道在哪一層的哪一個房間里，則除需要在樓梯出入口處安裝設備外，還需要在每個房間內安裝激活天線和定位AP，如下圖：

定位到房間的設備安裝示意圖

　　這樣可以把某一房間作為一個重點區(qū)域定位單元，防止未授權的人靠近 ;也可以指定特定區(qū)域人員停留時間。

　　如張三未經(jīng)授權人靠近區(qū)長辦公室時，系統(tǒng)就會報警，提示張三非法進入?yún)^(qū)長辦公室，并會調出附近的視頻圖像

　　例如，為了安全，設定進入衛(wèi)生間的人員不得超過15分鐘，當某個人員進入衛(wèi)生間超過15分鐘系統(tǒng)就會告警并顯示，某某在衛(wèi)生間停留時間過長。

　　6.5 邊界與邊界內定位設計

　　看守所的圍墻區(qū)域是不允許罪犯靠近的，有未授權的人員佩戴定位標簽靠時系統(tǒng)就會告警;為到達到這種效果我們需要在圍墻上或圍墻邊上安裝激活天線，在圍墻附近安裝定位AP，圍墻安裝激活天線時，可根據(jù)不同需要選不同的安裝方式和設備數(shù)量;當我們需要比較精確定位時，則需要沿圍墻安裝更多個小信號區(qū)域激活天線，例如：需要圍墻區(qū)域的定位精度要3-5米時，則需要沿圍墻每隔3米安裝一個天線，每個天線的信號控制到3-5米。安裝激活天線時注意，天線是不能靠近電線，與其他金屬也應有10厘米以上的距離。當只需要滿足人員靠近圍墻就告警，定位精度滿足10-20米時，那我們可以沿圍墻安裝多個10-20米長長寬為15到20厘米的長方形線圈，線圈之間距離不得超過3米

　　圍墻內部只需要根據(jù)環(huán)境安裝定位AP即可，除非要在其中劃出特別區(qū)才需要添加激活天線。如下圖：

邊界設備安裝及空曠區(qū)域設備安裝示意圖

　　如上圖，當有未授權的標簽靠近邊界的時，系統(tǒng)就會發(fā)出告警，并定位當前告警的人員，并調出告警處的視頻。當標簽離開邊界的內則一定距離時告警清除。然后會被離他最近的定位AP定位。

　　6.6 其他區(qū)域定位設計

　　其他區(qū)域的定位，需要在他們的每個出入口處的內外各安裝一套雙天線的激活設備，然后在定位區(qū)布上定位AP，作定位信息的覆蓋即可。

　　如果是沒出入口的區(qū)域，只需要安裝定位AP做信號全覆蓋即可。

　　6.7 人員外出管控

　　當需要帶被管控人員外出時，警員可以通過配帶手持終端對外出人員的管控。通過在定位系統(tǒng)下載外出人員信息到手持終端，當外出人員離開警員超過一定距離時，手持終端就會發(fā)出告警信息，并顯示消人員姓名。

　　6.8 系統(tǒng)拓撲

　　6.9 系統(tǒng)特點

　　本定位系統(tǒng)采用云計算方式，云定位服務(CenterService)作為系統(tǒng)的中樞，采用集群式部署，對標簽位置和各類告警信息進行匯總和分發(fā)。支持大量的信息采集程序和監(jiān)控展示程序的并發(fā)連接。

　　系統(tǒng)管理員可以通過管理終端登錄到web后臺管理系統(tǒng)，對檔案資料和系統(tǒng)權限進行管理并存入數(shù)據(jù)庫;web后臺管理系統(tǒng)同時提供統(tǒng)計報表功能。

　　云采集軟件(Agent)負責實時接收RFID接收器上報的標簽的位置信息和告警信息，并周期性地對這些信息進行預處理，采用復雜的定位算法將標簽的位置定位到某個接收器上，然后將處理后的定位信息上報給云定位服務。Agent具有智能負載檢測功能，能夠自動地將位置信息上報給負載較低的那個云定位服務。

　　云定位服務進一步對Agent上報的定位信息進行處理，周期性的統(tǒng)計出每個區(qū)域的人數(shù)，根據(jù)每個人員的每天的行程安排來判斷人員是否非法離開規(guī)定區(qū)域，是否非法進入關鍵區(qū)域?？赏ㄟ^配置將某些嚴重的告警信息通過手機短信的方式發(fā)生給相關人員?？梢远ㄆ趯^(qū)域的人員統(tǒng)計信息顯示在LED屏幕上。可以將告警信息和標簽的位置信息輸出，與第三方的系統(tǒng)進行信息集成。

　　系統(tǒng)管理員通過監(jiān)控展示程序(Monitor)登錄到云定位服務后，可以實時收到標簽的位置信息并通過動畫的方式在界面上展現(xiàn)出來;實時接收到各類告警信息并通過聲光等方式提醒系統(tǒng)管理員。監(jiān)控展示程序還可以通過硬盤錄像機獲取攝像頭的視頻圖像，對定位現(xiàn)場的情景進行進一步的了解，及時的做出響應。

　　6.10 技術特點

　　• 采用云計算技術，系統(tǒng)能夠根據(jù)負載情況來增減定位服務器的數(shù)量。

　　• 定位算法完善，采用多種定位器，可以在各種復雜的環(huán)境中對標簽進行精確的定位。

　　• 系統(tǒng)采用先進的中間件技術，采用面向對象的方法進行開發(fā)，整個系統(tǒng)具有低耦合、高內聚的特點。采用集中式拓撲結構，同時支持多個采集程序和多個監(jiān)控終端。

　　• 系統(tǒng)容量大，能夠支持20000個標簽和1000個接收器進行定位;可以通過添加硬件的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)容量的線性擴展。

　　• 高可用性，定位服務采用集群方式部署，集群具有智能感知功能，支持數(shù)據(jù)在集群中的服務器之間共享。支持7*24的服務標準。

　　• 監(jiān)控終端界面美觀，顯示直觀，交互性強，支持自定義地圖編輯;采用國內首創(chuàng)的模擬3D畫面定位展示。

　　• 系統(tǒng)的適應性強，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系統(tǒng)上運行。

　　• 海量數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)存儲支持SQL SERVER、MySQL等主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持海量數(shù)據(jù)的存儲和信息查詢檢索;數(shù)據(jù)存儲采用磁盤整列，數(shù)據(jù)安全性高。

　　• 系統(tǒng)的安全性高，數(shù)據(jù)傳輸采用ssl/tls安全傳輸協(xié)議，支持RSA/DSA等非對稱加密算法，加密強度符合業(yè)界公認的傳輸加密標準;系統(tǒng)支持X509數(shù)字證書授權的安全訪問。

　　• 擴展性、兼性強、外接設備豐富，如：LED顯示設備、短信模塊、身份證讀寫設備等。

　　• 支技語音交互模式。

　　• 支持第三方軟件集成，可以將告警信息和標簽的位置信息通過UDP協(xié)議發(fā)送出來，與第三方的系統(tǒng)進行信息集成。

　　• 系統(tǒng)部署靈活，定制能力強。除了基本的定位、告警、人員統(tǒng)計等功能外，還可以根據(jù)不同的應用場景來添加一些定制功能，如：向標簽下發(fā)蜂鳴和閃爍指令、在學校考勤中給家長發(fā)送短信等。