1、前言

　　我國監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。

　　但是我國目前的監獄人員管理現狀，多數還停留在以獄警巡查、加攝像機監視報警的階段，人工作業仍占絕大比重，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，無法將信息系統和在押人員真正的關聯起來;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;無法及時知道是否有人員進入了不該進入的區;當前是否有人員有違規行為;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網技術開發出一套唐遠RFID智能定位系統。物聯網做為我國重點發展戰略性新興產業，除社會應用外，在監獄領域也擁有重要的應用和廣闊的發前景。

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

　　2、系統簡介

　　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據，而無需識別系統與 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，隨著物聯網技術在我國的快速發展，作為物聯網支撐技術的RFID技術被認為是有發展前途的信息技術之一。未來幾年中，將有更多的產品中會被 植人RFID標簽，RFID技術的應用將會是相當的廣泛。

　　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)，還有我們的國家的北斗定位系統;而越來越多的其它無線網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技術在物聯網的廣泛使用，使得在室內，和其他特定區域的定位 上，RFID定位已經具有很大的優勢。

　　唐遠RFID智能定位系統，是一種區域性的定位系統，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域性定位，實現對人和物的管理，如：人員考勤、人員和物品查找、人員和物品的區域點名、人員統計、視頻聯動、歷史軌跡查詢、重點區域管理等等。

　　3、系統組成

　　唐遠RFID定位系統主要由定位設備和定位系統軟件兩大部分組成。

　　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出的信號，并上傳到定位服務器，安裝在定位區域內。

　　? 定位標簽

　　定位標簽主要定時向定位AP發送無線信號，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。可用于求且呼叫或位置上報功能。

　　? 手持式讀寫器

　　也叫手持終端，能接收定位標簽發出的無線信號，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。安裝在人員活動區域

　　3.2 定位系統軟件

　　唐遠RFID智能定位系統采用云計算技術，通過云計算的設計可以把大量的數據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據帶來的運算壓力，定位軟件由四個部分組成。

　　? 系統核心程序：主要是負責數據的管理和接收數據采集端發送過來的數據，并對采集端送來的數據進行比對、查詢、統計等等。

　　? 信息采集程序：主要負責采集定位標簽的數據，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，人員、物品的檔案管理，定位區域管理，以及各種查詢統計等等。

　　4、系統功能

　　4.1 人員監控

　　4.1.1人員區域實時定位

　　能夠實時定位佩帶定位標簽的人員所在區域，并顯示在監控端地圖上

　　4.1.2區域人員統計及電子點名

　　統計各區域考勤人數及實到人數，以及特定區域內實到人數，與應到人數對比，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

　　可重點監控某些標簽，當這些標簽離開指定區域或清失時系統發現相應的告警

　　4.1.5越界、離開報警

　　某些區域屬于重要區，未經允許的人員進入將發出報警信息 。也可以在某些區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告警 。

　　4.1.6滯留時間過和告警

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

　　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域。

　　4.1.8視頻聯動

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

　　4.1.9 人員臨時授權

　　當某個人員需要暫時進入重要區域或要離開行程安排區域時，可在系統進行臨時授權，準許他進入重要區域或離開工作區一定的時間。

　　例如：監區長要找張天談話，系統可臨時授權允許張三進監長辦公室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都會的提示告警;無論是剪斷，還是用工具正常拆除，系統都會有告警。當標簽的電池電壓過低時系統也會提示，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點半必須在監舍。如果9點的時候，張三未經授權離開車間出現在食堂。系統就會告警：張三非法離開車間進入食堂。

　　4.2 物品監控

　　4.2.1物品區域定位

　　通過電子地圖實時監控危險物品的位置信息。

　　4.2.2物品查找

　　可以監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

　　當監控的物品在地圖上消失時系統發出物品消失的告警。

　　4.2.4非授權報警

　　物品未經授權，離開了指定區域系統會報警。

　　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發出拆除報警信息。

　　4.2.7電池電量不足報警

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

　　5、系統原理

　　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據。本系統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，A和B

　　在上圖中，標簽101可能同時被A區的AP1，和B區的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，因此標簽被定位在A區。當某個時間AP2信號變得最強時，標簽又會被定位到B區。反之，AP1又變得最強時，標簽又會被定位到A區。

　　有時會因為外界因素造成信號不穩定，導致系統讓標簽在各個區間來回定位，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，當B區的信號得最強時，標簽不會馬被定位到B區，系統會先判斷標簽有沒有經過雙重區域綁定器3102，(也就標簽有沒有經過到B區的門口)，如果沒有系統就不會把標簽定位到B區，即使AP2讀到標簽的信號強過AP1。

　　因為系統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;這就實現對人和物品的區域定位。然后核心程序通過以太網把這些結果傳送到系統的展示端程序;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

　　唐遠人員定位系統主要是以區域為定位單元，定位單元沒有大小規定，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域定位，需要在每個定位區域的所有出入口內外都安裝一套雙天線激活設備，用于做為進入該區域和離開進入另外一個區域的定位判斷;并在定位區域內安裝一定數量的定位AP作定位信號的覆蓋;如果每個區域還要再分特別區域，防止未授權人員靠近該區域，只需要添加一套雙天線的激活設備即可，因為區域內的AP已經進行了定位信號覆蓋。

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

　　6.2 定位環境

　　本方案涉及區域長約330米，寬3.5米、高3.5米的長形區域(如圖)

　　6.3 定位需求

　　需對進入該區域內的人員所在位置實時監控管理，定位精度大致為5米范圍內。

　　6.4 定位設計

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

定位設備安裝示意圖

　　如上圖所示，在該區域需要安裝定位基站，與激活器。根據硬件特性。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，系統識別到他在樓梯，當他從樓梯出來到二樓樓道時，系統識到別人員已經到了二樓樓道，系統就會定位該人員在二樓。當樓層里有重點區域時，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域定位單元，防止未授權的人靠近 ;也可以指定特定區域人員停留時間。

　　如張三未經授權人靠近區長辦公室時，系統就會報警，提示張三非法進入區長辦公室，并會調出附近的視頻圖像

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

　　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，可根據不同需要選不同的安裝方式和設備數量;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域激活天線，例如：需要圍墻區域的定位精度要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環境安裝定位AP即可，除非要在其中劃出特別區才需要添加激活天線。如下圖：

邊界設備安裝及空曠區域設備安裝示意圖

　　如上圖，當有未授權的標簽靠近邊界的時，系統就會發出告警，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 其他區域定位設計

　　其他區域的定位，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，然后在定位區布上定位AP，作定位信息的覆蓋即可。

　　如果是沒出入口的區域，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，手持終端就會發出告警信息，并顯示消人員姓名。

　　6.8 系統拓撲

　　6.9 系統特點

　　本定位系統采用云計算方式，云定位服務(CenterService)作為系統的中樞，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。支持大量的信息采集程序和監控展示程序的并發連接。

　　系統管理員可以通過管理終端登錄到web后臺管理系統，對檔案資料和系統權限進行管理并存入數據庫;web后臺管理系統同時提供統計報表功能。

　　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，周期性的統計出每個區域的人數，根據每個人員的每天的行程安排來判斷人員是否非法離開規定區域，是否非法進入關鍵區域。可通過配置將某些嚴重的告警信息通過手機短信的方式發生給相關人員。可以定期將區域的人員統計信息顯示在LED屏幕上。可以將告警信息和標簽的位置信息輸出，與第三方的系統進行信息集成。

　　系統管理員通過監控展示程序(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管理員。監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，系統能夠根據負載情況來增減定位服務器的數量。

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

　　? 系統采用先進的中間件技術，采用面向對象的方法進行開發，整個系統具有低耦合、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控終端。

　　? 系統容量大，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系統容量的線性擴展。

　　? 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，支持數據在集群中的服務器之間共享。支持7*24的服務標準。

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

　　? 系統的適應性強，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系統上運行。

　　? 海量數據存儲，數據存儲支持SQL SERVER、MySQL等主流數據庫系統，支持海量數據的存儲和信息查詢檢索;數據存儲采用磁盤整列，數據安全性高。

　　? 系統的安全性高，數據傳輸采用ssl/tls安全傳輸協議，支持RSA/DSA等非對稱加密算法，加密強度符合業界公認的傳輸加密標準;系統支持X509數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協議發送出來，與第三方的系統進行信息集成。

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

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