盐城波维物联网基于半有源RFID监狱人员定位管理解决方案

解 决 方 案盐城波维物联网科技有限公司Yancheng Bw EleTec Co.Ltd.二零一二年 12 月制洪波目录1. 引言 .32. 项目分析 .42.1 项目背景 .42.2 需求分析 .43. 系统设计 .53.1 系统建设原则 .53.2 系统设计原理 .73.2.1 电子标签工作原理 .73.2.2 RFID 自动识别技术原理 .73.2.3. 区域定位跟踪原理 .83.2.4 系统总体架构图 .93.3 系统组成 .113.3.1 硬件系统 .113.3.2 软件系统 .124. 功能实现 .145. 项目实施 .151. 引言此解决方案目的是让阅读者更好地理解盐城波维物联网的产品及提供的整套解决方案，本着实事求是，严谨的态度，盐城波维物联网撰写了此解决方案，如果在您阅读此文章的过程中，遇到任何不解和困惑，请与方案撰写者联系。此方案中术语解释术语 解释RFID射频识别 一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触半有源 RFID 集成了有源和无源 RFID 的通信技术读写器读写器读卡器 射频识别即 RFID 的读写终端设备。它不但可以阅读射频标签，还可以檫写数据电子标签TAG标签 由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象手持机 手持读写器，集成了 WIFI,GPRS 等模块定位管理软件 为实现人员定位管理所开发的后台管理程序2. 项目分析2.1 项目背景我国目前的监狱人员管理现状，多数还停留在以狱警巡查加摄像机监视报警的阶段，人工作业仍占绝大比重，信息化程度比较低，而信息采集仍然只是单纯依靠手工输入，无法将信息系统和在押人员真正的关联起来。一系列恶性事件的发生，如：河南监狱、陕西汉中、安徽界首、呼和浩特、湖南常德、防城港、阜阳市等等，给社会造成极大危害，为防止越狱事件的再次发生，防止犯罪分子再次危害社会，监狱的信息智能化建设变得易异常迫切。2.2 需求分析RFID 技术在国内急速发展给监狱智能化建设带来新的契机，为提高监区管理工作的信息化水平，推动监狱在押人员管理工作向制度化、规范化、实时化发展，确保监区安全稳定，逐步实现监区“智能化全方位监管”奠定了坚实基础。盐城波维物联网科技有限公司依靠世界顶尖的射频电子技术专家，整合国际上最领先的低频触发技术、天线技术、光通信技术、嵌入式技术、工业以太网传输技术、数据库处理技术、计算机软件技术、地理信息系统技术、互联网技术等多学科的综合课题攻关，研发和建设了这套网络化监狱智能化管理及安全防范系统。此系统运用物联网 RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术实现自动身份识别、位置跟踪、预警和自动报警、应急指挥和规范在押人员的行为，使用安全可靠的信息采集方式来监控、追踪、识别在押人员和狱警，将信息系统中的个人信息和现实中的个人真正关联起来，实现实时追踪和报警，这样才能真正意义上实现监所管理信息化、智能化、规范化，实现“向科技要警力” 。波维物联监狱管理系统最终通过精确的实时信息化手段提高监狱的管理效率和水平，能使监狱的管理显著提升效率和效益。3. 系统设计3.1 系统建设原则系统建设以提高监区管理工作信息化水平、防止越狱事件发生为目的，以实现监区管理工作的实时、高效、科学为着眼点，以信息系统推广及全面应用为核心，以低投入、高效益、重质量为目标，严格在数字信息化监区建设的总体框架内进行系统设计和总体规划。系统研发与建设遵循以下原则：整体性在押人员智能化管控系统由在押人员基本情况管理、腕带标签管理、电子地图范围定位和在押人员考评管控 4 个子系统构成，它们分属于数字监区总体支撑平台的不同应用层次，其中在押人员基本情况管理和腕带标签管理属于总体平台的基础数据层，与单位管理、字典库管理、在押人员权限管理系统同属于基础平台；电子地图管理和人员考核管控系统属于总体平台的应用层。因此，要在数字监区总体支撑平台的框架内进行系统规划，作为数字监区建设的组成部分进行设计和开发。自主性系统建设的核心技术采用市场通用的标准 2.4G 及 125K 低频触发技术，2.4G 传输效率达到了 2Mbps，接收端和发射端之间并不需要连续性工作，从而大大降低了功耗、延长电池续航时间。同时为了避免 27Mhz 无线频段容易出现互相干扰的现象，2.4G 还采用了自动调频技术，接收端和传输端能够找到可用频段。此外，更重要的是 2.4G 无线射频技术为双向传输模式，避免 27Mhz 单向传输容易出现信号断续的情况。2.4Ghz 为公共频段并不需要向任何组织或者个人交纳专利费用，其成本相对其他无线网络技术（如：WiFi/蓝牙等）要低廉不少。采用 2.4G 无线模块配合我公司自主研发设计辅助电路以及单片机加密处理程序，形成一套安全稳定的电子定位系统。扩展性在系统整体架构、服务设备选型、腕带标签类型、基础数据采集等方面，均充分考虑后续功能的实现，兼顾设备的兼容性、系统的扩充性、功能的扩展性和应用的多样性；规范性系统开发和资源建设符合统一的技术规范和表征体系，注重开发工作的连续性和共享性，注意为后续系统的研发、推广留有规范的数据及控制接口。统一开发应用技术、数据存储格式、信号传输制式、互联接口模式等技术指标；效益性系统开发与建设要结合监区现有实际情况，在现有系统基础上进一步加强监区的管理工作；按照统筹规划、边建边用、逐步完善的建设思路，充分发挥建设效益。3.2 系统设计原理监狱智能化管理及安全防范系统通过 RFID 电子标签的应用，以电子标签作为目前最先进的标识码，它具备不易破损、数据可靠、使用周期长、有效通讯距离远等特点，是替代条形码、红外线标识的最佳选择。将其安装在受控目标上，作为目标的唯一标识进行追踪和定位。工作时，管理人员通过联网的无线识别基站进行追踪和定位目标。3.2.1 电子标签工作原理电子标签（RFID）技术是一种无线射频自动识别技术，是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别，系统中通过电子标签技术研发、制作出电子腕带和狱警卡两种产品。射频识别系统一般由三个部分组成，即电子标签、阅读器、后台管理软件。应用中，电子标签附着在待识别的物品、设备、人员上，当附着电子标签的待识别物品、设备、人员进入阅读器读取范围时，阅读器自动以无线的方式将电子标签中的约定识别信息接收或将特定的信息写入，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。3.2.2 RFID 自动识别技术 原理RFID 与短程通信设备组成的系统主要包含智能 RFID、RFID 的读写设备(Read-Write Units，简称 RWU)两部分，读写设备 RWU 和 RFID 之间的无线通信实现信息管理系统与 RFID 之间的信息交流。读写设备 RWU 是 RFID 的读写控制器，由微处理器、安全模块和微波通讯控制器和 RS232、485、 TCP/IP 等通讯接口等组成，以短程通讯协议和微波无线传递手段，实现 RWU 与 RFID 的之间安全可靠的信息交换目的，RWU 通过 RS232、485、WIFI、GPRS、TCP/IP 等与上位机连接，从上位机接收控制命令和数据并返回数据。3.2.3. 区域定位跟踪原理图 1.1如图 1.1 所示，我们采用 RFID 半有源技术做人员区域定位管理，在每个被监控区域，如每个房间，安装半有源定位基站，也就是我们公司的低频激活器，每个低频激活器带有 4 路或者 6 路激活天线，相邻的 4 个或者 6 个房间可以共用一台低频激活器，在整个我们的定位系统中，定位基站是最小的基点，作为定位点的最近本的基点，其激活标签的距离在 3-3.5 米，也就是每个标签在激活器 3-3.5 米的范围里被激活，其定位精度可以描述为 3-3.5 米。不同区域的激活器，都有自己唯一的地址码，当人员带着半有源低频激活标签进入定位基站被激活后，标签正常工作，向外界发送标签的 ID 号，同时也发送出激活标签的激活器的地址码，这样，通过激活器的地址码，我们就能够定位出标签所在的位置。当标签从一个激活器拿到另一个位置时，上传上来的激活器地址码也会随之变化，这样，就形成了完整的定位体系。而标签上传的数据，被大范围内的定位基站网关接收到，将信息上传至管理中心进行处理，完成了整个定位系统。3.2.4 系统总体架构图硬件架构图图 1.2软件架构图图 1.33.3 系统组成盐城波维物联网监狱人员定位管理系统分别由硬件与软件组成，分别阐述。3.3.1 硬件系统硬件组成分别有 2.4G 阅读器，125K 低频触发器，电子标签，手持机。2.4G 阅读器定向阅读器主要应用于监狱围墙被激活腕带标签的信号接收及空旷区域信号的大范围覆盖和大区域的定位。全向阅读器：主要应用于监狱生产区、生活区、餐厅等区域的定位，同时也接收监狱室内被激活标签的信号。125K 低频触发器门禁触发器主要运用于监狱各监区在押人员出入门禁方向判断，通过该门禁激活器可实现在押人员、狱警的远距离开放式考勤并实时记录出入时间，也可通过门禁激活器实现大区域的精确定位；周界触发器主要运用于监狱围墙的控制及较宽门禁人员进出的判断，通过周界触发器，可以防止监狱在押人员从大门、围墙逃窜，防止越狱时间的发生。电子标签防拆卸监狱腕带标签（防拆卸、防水、防冲击、可更换电池）该腕带融合了 125K&2.4G 两个频段，若客户有需要可再复合一张 IC 卡以实现门禁考勤、食堂就餐、超市购物的功能；该腕带主要功能是给监狱在押人员佩戴，防止或者杜绝监狱在押人员通过围墙、门禁逃狱；狱警电子标签（具有求助、报警功能）狱警电子标签：狱警电子标签有监狱狱警佩戴，主要起到保护自身生命安全的作用，当狱警遇到监狱在押人员围攻或者有发现有在押人员聚众斗殴、逃狱等发生时，可通过狱警标签按钮及防拆卸挂链实现求助报警，避免严重事故的发生；手持式阅读器手持式阅读器主要作用：狱警对保外就医的在押人员监控（在押人员离开狱警一定区域，手持机及时报警并通过手持机 GPRS 远传功能将手持机 GPS 或者警车 GPS 坐标信息及特殊求助信号信息发回到后台的指挥中心，以方便指挥中心采取应急处置措施，避免事故发生；3.3.2 软件系统监狱人员定位管理软件基于 CS 架构开发，此方案中展示部分软件截图，可根据具体需求定制开发。4. 功能实现1） 受控目标实时跟踪监测及突发事件按钮求助，位置自动显示；2） 实时查询、打印当前及某时间段内受控目标数量（生产区、生活区、休闲区等） 、 活动轨迹及分布情况；3） 在押人员擅闯禁区后台自动报警。有些区域为限制区域（围墙警戒区、危险品源区等） ，不经授权的在押人员非法闯入后台系统自动报警并弹出事发点视频窗口；在监狱重要关口，可事先设定通过权限及时间段权限，未经授权人员出入关口将自动引发报警；4）非授权离位报警，生活区、生产区、监舍、狱警岗哨区等特定区域的在押人员或者狱警未经授权不得擅自离开该区域，一旦非法离开，系统自动报警，离开人员身份信息、位置信息自动显示；5） 轨迹回放，监狱管理人员及有权限领导根据自己的权限可以查询某一监狱在押人员或者某一批在押人员在某段时间的运动轨迹；6） 在押人员脱离看管后台自动报警，狱警佩戴手持机与在押人员腕带通过后台授权，可实现互相之间通讯，两者之间的距离超出允许的范围，后台自动启动报警装置；7） 紧急报警求助，紧急求助分两种情况：第一、狱警在受到在押人员围攻或者狱警发现某些在押人员有不良企图，可按下狱警卡按钮或者扯断防拆卸挂链进行紧急求助；第二、监狱在押人员遇到围殴情况或者其它威胁自身安全情况时，可按动腕带标签求助按钮求救；8） 一卡通功能，监狱电子腕带内置了非接触一卡通芯片。狱警卡可以实现门禁、电子门锁、巡检、考勤和内部消费功能，在押人员电子腕带可以实现就餐、内部消费等功能；9） 查询统计和报表功能，管理系统能自动生成符合管理者日常管理所使用的各种图表包括：柱状图、饼图、曲线图、列表等。这些图表可方便的帮助监狱管理者分析统计一段时期以来的各类人员的工作情况、活动情况，以