唐远电子半有源RFID监狱人员定位系统解决方案

　　1、前言

　　我国监狱设立的初衷同其他国家一样，主要目的是对罪犯的改造，通过对罪犯的改造使其重新成为有对社会用的、自食其力的社会成员。

　　但是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;无法及时掌握每个狱内改造人员的位置信息;无法及时知道是否有人员离开了不该离开的区;无法及时知道是否有人员进入了不该进入的区;当前是否有人员有违规行为;无法第一时间查看一些重要视频资料等等。

　　针对以上问题，上海唐远公司采用先进物联网技术开发出一套唐远RFID智能定位系统。物联网做为我国重点发展战略性新兴产业，除社会应用外，在监狱领域也拥有重要的应用和广阔的发前景。

　　在新时期新阶段下，转变监狱对改造人员的管理模式，提高监狱信息化水平，已经成为趋势。

　　2、系统简介

　　RFID是一种通信技术，可通过无线电信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。因此，RFID是一种非接触式自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，因而在智能识别领域受到广泛青睐。同 时，随着物联网技术在我国的快速发展，作为物联网支撑技术的RFID技术被认为是有发展前途的信息技术之一。未来几年中，将有更多的产品中会被 植人RFID标签，RFID技术的应用将会是相当的广泛。

　　定位服务是非常受到人们青睐和重视的一项技术。目前，人们比较熟知的定位服务是GPS(全球定位系统)，还有我们的国家的北斗定位系统;而越来越多的其它无线网络技术也开始进入定 位服务这一领域，例如GSM手机定位、Wi-Fi定位、RFID定位、ZigBee定位、蓝牙定位等。而RFID技术在物联网的广泛使用，使得在室内，和其他特定区域的定位 上，RFID定位已经具有很大的优势。

　　唐远RFID智能定位系统，是一种区域性的定位系统，就是利用高频2.4G和低频125K的RFID技术，对人和物的自动识别和区域性定位，实现对人和物的管理，如：人员考勤、人员和物品查找、人员和物品的区域点名、人员统计、视频联动、历史轨迹查询、重点区域管理等等。

　　3、系统组成

　　唐远RFID定位系统主要由定位设备和定位系统软件两大部分组成。

　　3.1 定位设备包括：

　　• RFID-2.4GHz定位AP(也叫阅读器)

　　定位AP有全向型和定位型两种，定位AP主要是负责接收标签发出的信号，并上传到定位服务器，安装在定位区域内。

　　• 定位标签

　　定位标签主要定时向定位AP发送无线信号，定位标签分人员定位标签和物品定位标签两种。标签内置电池，电池可更换，因为标签的功耗较低，所以人员标签的一块电池，正常情况下能用一年以上。人员标签有腕带式和卡片式，卡片式上可定制功能按键。可用于求且呼叫或位置上报功能。

　　• 手持式读写器

　　也叫手持终端，能接收定位标签发出的无线信号，并在自身屏幕是显示出配带标签的人员简单信息。

　　• 网络设备

　　• 计算机及服务器

　　• 定位激活器

　　只要是提高定位精确度，辅助AP定位。安装在人员活动区域

　　3.2 定位系统软件

　　唐远RFID智能定位系统采用云计算技术，通过云计算的设计可以把大量的数据处理工作通过多台服务器共同来完成，避免了单台服务器处理所有的数据带来的运算压力，定位软件由四个部分组成。

　　• 系统核心程序：主要是负责数据的管理和接收数据采集端发送过来的数据，并对采集端送来的数据进行比对、查询、统计等等。

　　• 信息采集程序：主要负责采集定位标签的数据，并对标签进行定位计算。

　　• 展示端程序：负责地图显示，人员位置显示，告警输出等等。

　　• 后台管理：负责对设备管理，人员与物品跟标签的关联，人员、物品的档案管理，定位区域管理，以及各种查询统计等等。

　　4、系统功能

　　4.1 人员监控

　　4.1.1人员区域实时定位

　　能够实时定位佩带定位标签的人员所在区域，并显示在监控端地图上

　　4.1.2区域人员统计及电子点名

　　统计各区域考勤人数及实到人数，以及特定区域内实到人数，与应到人数对比，确定人员是否到齐。并显示缺席人员的姓名。

　　4.1.3人员查找

　　在监控端可输入人名或标签号查找指定人员位置当前所处位置。

　　4.1.4 消失告警

　　可重点监控某些标签，当这些标签离开指定区域或清失时系统发现相应的告警

　　4.1.5越界、离开报警

　　某些区域属于重要区，未经允许的人员进入将发出报警信息 。也可以在某些区域可以设定某些人员在设定的时间内不准离开，如果离开或消失系统告警 。

　　4.1.6滞留时间过和告警

　　可设定某些区域人员和物品停留时间，人员或物品进入这些区域，超过一定时间系统告警。

　　4.1.7轨迹回放

　　可查询某个标签指定时间段的移动轨迹，这个时间段这个标签都去过哪些区域。

　　4.1.8视频联动

　　可以给每个定位设备绑定一个摄像头，通过在监控端的地图上，点击定位设备图调用定位设备所在区域的视频。当有特定的告警时，系统会自动调出发生告警的区域的视频。

　　4.1.9 人员临时授权

　　当某个人员需要暂时进入重要区域或要离开行程安排区域时，可在系统进行临时授权，准许他进入重要区域或离开工作区一定的时间。

　　例如：监区长要找张天谈话，系统可临时授权允许张三进监长办公室15分钟或更长时间。

　　4.1.10 电子标签故障报警

　　电子标签的故障，主要是指标签电池电压低;佩戴在人员手上的腕带被破坏或被拆除;

　　只要佩戴在人员手上的腕带被脱下来系统都会的提示告警;无论是剪断，还是用工具正常拆除，系统都会有告警。当标签的电池电压过低时系统也会提示，此时需要尽快更换电池。

　　4.1.11人员求助

　　卡片式定位标签上有功能按键，当人员遇到危险或其情况需要求助时只需要按下功能键系统就会显示求助的位置 ，并调出附近的摄像机视频。

　　4.1.12 行程安排

　　可提前安排人员行程，如：张三上午8点11点必须在车间工作，11点半到12点间必须在食堂，晚上7点到第二天7点半必须在监舍。如果9点的时候，张三未经授权离开车间出现在食堂。系统就会告警：张三非法离开车间进入食堂。

　　4.2 物品监控

　　4.2.1物品区域定位

　　通过电子地图实时监控危险物品的位置信息。

　　4.2.2物品查找

　　可以监控端输入物品名称和编号查找物品所在位置

　　4.2.3物品消失报警

　　当监控的物品在地图上消失时系统发出物品消失的告警。

　　4.2.4非授权报警

　　物品未经授权，离开了指定区域系统会报警。

　　4.2.5超出授权时间报警

　　当授权物品超出允许的授权离开某个域的时间时，系统报警。

　　4.2.6物品标签破坏报警

　　如果将绑定在物品上的标签拆除，该标签将会不断地向系统发出拆除报警信息。

　　4.2.7电池电量不足报警

　　当标签内的电池电压力低时，系统会担示指定标签的电量不足，需要尽快更换电池。

　　5、系统原理

　　RFID是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据。本系统中的定位标签就是一种有源的RFID电子标签，每个标签都有一个不重复的编号。

　　定位标签每隔一定时间会主动向外周围发送电磁波，电磁波上载着标签的编号和其他定位信息。布设在标签周围的定位AP会时时的接收标签通过电磁波发出信息，因为每个定位AP所处的物理位置不同，所接收受到的标签信息除编号相同外，其他定位信息会有所不同。定位AP接收到标签信息之后会上传给定位服务器采集端程序，定位系统就是通过对各个定位AP接收到的标签定位信息的微小的差异来计算出，定位标签所处的位置。如下图：有两个区，A和B

　　在上图中，标签101可能同时被A区的AP1，和B区的AP2读到，但是，AP1信号最强，所以标签被定位到AP1，而AP1安装在A区，因此标签被定位在A区。当某个时间AP2信号变得最强时，标签又会被定位到B区。反之，AP1又变得最强时，标签又会被定位到A区。

　　有时会因为外界因素造成信号不稳定，导致系统让标签在各个区间来回定位，但实际标签没移动过。为了减少这种误判，可通过在区域的出入口加装进入判断激活设备。如下图：

　　在上图中，标签先被定位在A区，当B区的信号得最强时，标签不会马被定位到B区，系统会先判断标签有没有经过双重区域绑定器3102，(也就标签有没有经过到B区的门口)，如果没有系统就不会把标签定位到B区，即使AP2读到标签的信号强过AP1。

　　因为系统在运行之初会先建一个标签编号与人员或物品信息的对应关系表，标签的位置确定之后，核心程序开始查询该位置所在区域名称，并利用该标签的编号，在标签与人员或物品的对应关系表查询，来识别出该标签的对应的信息;这就实现对人和物品的区域定位。然后核心程序通过以太网把这些结果传送到系统的展示端程序;展示端程序接收到这些信息后 ，就会在电脑屏幕上。

　　6、人员定位总体设计

　　6.1 概述

　　唐远人员定位系统主要是以区域为定位单元，定位单元没有大小规定，可以是一个很小的房间，也可以是一个很大的空间，也可以在大单定位单元内划分多个小单元。

　　为了更准确对佩戴定位标签的人员进行区域定位，需要在每个定位区域的所有出入口内外都安装一套双天线激活设备，用于做为进入该区域和离开进入另外一个区域的定位判断;并在定位区域内安装一定数量的定位AP作定位信号的覆盖;如果每个区域还要再分特别区域，防止未授权人员靠近该区域，只需要添加一套双天线的激活设备即可，因为区域内的AP已经进行了定位信号覆盖。

　　激活设备采用双天线激活的方式，在一些复杂区域，对激活信号有干扰的区域，通过两次激活的方式，可更有效的减少误断，提高区域判断的准确度。

　　6.2 定位环境

　　本方案涉及区域长约330米，宽3.5米、高3.5米的长形区域(如图)

　　6.3 定位需求

　　需对进入该区域内的人员所在位置实时监控管理，定位精度大致为5米范围内。

　　6.4 定位设计

　　由于对一个单独区域进行监管，在满足用户需求，结合硬件设备特性与环境因素。制定以下方案(如图)：

定位设备安装示意图

　　如上图所示，在该区域需要安装定位基站，与激活器。根据硬件特性。定位基站负责信号覆盖

　　在宿舍楼内，当只需要定位到楼层时，也就是只需要知道人员在哪个楼层就可以了，那么需要在楼梯出入口安装两道激活天线，和两台定位AP，一台AP用于做楼层定位，另外一台用于做信号覆盖;

　　例如：在一楼上二楼的楼梯上安装一道激活天线，然后又在二楼的楼道出入口处安装第二道激活天线，当佩戴标签的人员从一楼向二楼去时，他先被第一道激活天线激活，系统识别到他在楼梯，当他从楼梯出来到二楼楼道时，系统识到别人员已经到了二楼楼道，系统就会定位该人员在二楼。当楼层里有重点区域时，可在当前楼层把重点域从楼层单元里分出来作为另外一个定位单元。下图把人员能定位到楼层的设备安装方式;

　　如果需要更精确定位，也就需要知道在哪一层的哪一个房间里，则除需要在楼梯出入口处安装设备外，还需要在每个房间内安装激活天线和定位AP，如下图：

定位到房间的设备安装示意图

　　这样可以把某一房间作为一个重点区域定位单元，防止未授权的人靠近 ;也可以指定特定区域人员停留时间。

　　如张三未经授权人靠近区长办公室时，系统就会报警，提示张三非法进入区长办公室，并会调出附近的视频图像

　　例如，为了安全，设定进入卫生间的人员不得超过15分钟，当某个人员进入卫生间超过15分钟系统就会告警并显示，某某在卫生间停留时间过长。

　　6.5 边界与边界内定位设计

　　看守所的围墙区域是不允许罪犯靠近的，有未授权的人员佩戴定位标签靠时系统就会告警;为到达到这种效果我们需要在围墙上或围墙边上安装激活天线，在围墙附近安装定位AP，围墙安装激活天线时，可根据不同需要选不同的安装方式和设备数量;当我们需要比较精确定位时，则需要沿围墙安装更多个小信号区域激活天线，例如：需要围墙区域的定位精度要3-5米时，则需要沿围墙每隔3米安装一个天线，每个天线的信号控制到3-5米。安装激活天线时注意，天线是不能靠近电线，与其他金属也应有10厘米以上的距离。当只需要满足人员靠近围墙就告警，定位精度满足10-20米时，那我们可以沿围墙安装多个10-20米长长宽为15到20厘米的长方形线圈，线圈之间距离不得超过3米

　　围墙内部只需要根据环境安装定位AP即可，除非要在其中划出特别区才需要添加激活天线。如下图：

边界设备安装及空旷区域设备安装示意图

　　如上图，当有未授权的标签靠近边界的时，系统就会发出告警，并定位当前告警的人员，并调出告警处的视频。当标签离开边界的内则一定距离时告警清除。然后会被离他最近的定位AP定位。

　　6.6 其他区域定位设计

　　其他区域的定位，需要在他们的每个出入口处的内外各安装一套双天线的激活设备，然后在定位区布上定位AP，作定位信息的覆盖即可。

　　如果是没出入口的区域，只需要安装定位AP做信号全覆盖即可。

　　6.7 人员外出管控

　　当需要带被管控人员外出时，警员可以通过配带手持终端对外出人员的管控。通过在定位系统下载外出人员信息到手持终端，当外出人员离开警员超过一定距离时，手持终端就会发出告警信息，并显示消人员姓名。

　　6.8 系统拓扑

　　6.9 系统特点

　　本定位系统采用云计算方式，云定位服务(CenterService)作为系统的中枢，采用集群式部署，对标签位置和各类告警信息进行汇总和分发。支持大量的信息采集程序和监控展示程序的并发连接。

　　系统管理员可以通过管理终端登录到web后台管理系统，对档案资料和系统权限进行管理并存入数据库;web后台管理系统同时提供统计报表功能。

　　云采集软件(Agent)负责实时接收RFID接收器上报的标签的位置信息和告警信息，并周期性地对这些信息进行预处理，采用复杂的定位算法将标签的位置定位到某个接收器上，然后将处理后的定位信息上报给云定位服务。Agent具有智能负载检测功能，能够自动地将位置信息上报给负载较低的那个云定位服务。

　　云定位服务进一步对Agent上报的定位信息进行处理，周期性的统计出每个区域的人数，根据每个人员的每天的行程安排来判断人员是否非法离开规定区域，是否非法进入关键区域。可通过配置将某些严重的告警信息通过手机短信的方式发生给相关人员。可以定期将区域的人员统计信息显示在LED屏幕上。可以将告警信息和标签的位置信息输出，与第三方的系统进行信息集成。

　　系统管理员通过监控展示程序(Monitor)登录到云定位服务后，可以实时收到标签的位置信息并通过动画的方式在界面上展现出来;实时接收到各类告警信息并通过声光等方式提醒系统管理员。监控展示程序还可以通过硬盘录像机获取摄像头的视频图像，对定位现场的情景进行进一步的了解，及时的做出响应。

　　6.10 技术特点

　　• 采用云计算技术，系统能够根据负载情况来增减定位服务器的数量。

　　• 定位算法完善，采用多种定位器，可以在各种复杂的环境中对标签进行精确的定位。

　　• 系统采用先进的中间件技术，采用面向对象的方法进行开发，整个系统具有低耦合、高内聚的特点。采用集中式拓扑结构，同时支持多个采集程序和多个监控终端。

　　• 系统容量大，能够支持20000个标签和1000个接收器进行定位;可以通过添加硬件的方式来实现系统容量的线性扩展。

　　• 高可用性，定位服务采用集群方式部署，集群具有智能感知功能，支持数据在集群中的服务器之间共享。支持7*24的服务标准。

　　• 监控终端界面美观，显示直观，交互性强，支持自定义地图编辑;采用国内首创的模拟3D画面定位展示。

　　• 系统的适应性强，可以在WINXP/WIN2008/WIN7等WINDOWS系列系统上运行。

　　• 海量数据存储，数据存储支持SQL SERVER、MySQL等主流数据库系统，支持海量数据的存储和信息查询检索;数据存储采用磁盘整列，数据安全性高。

　　• 系统的安全性高，数据传输采用ssl/tls安全传输协议，支持RSA/DSA等非对称加密算法，加密强度符合业界公认的传输加密标准;系统支持X509数字证书授权的安全访问。

　　• 扩展性、兼性强、外接设备丰富，如：LED显示设备、短信模块、身份证读写设备等。

　　• 支技语音交互模式。

　　• 支持第三方软件集成，可以将告警信息和标签的位置信息通过UDP协议发送出来，与第三方的系统进行信息集成。

　　• 系统部署灵活，定制能力强。除了基本的定位、告警、人员统计等功能外，还可以根据不同的应用场景来添加一些定制功能，如：向标签下发蜂鸣和闪烁指令、在学校考勤中给家长发送短信等。