RFID监狱人员定位解决专项方案.doc

监狱人员定位系统
处理方案

卫先生：

1 序言
中国监狱设置初衷同其它国家一样，关键目标是对罪犯改造，经过对罪犯改造使其重新成为有对社会用、自食其力社会组员。
不过中国现在监狱人员管理现实状况，多数还停留在以狱警巡查、加摄像机监视报警阶段，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关联起来；无法立即掌握每个狱内改造人员位置信息；无法立即知道是否有些人员离开了不该离开区；无法立即知道是否有些人员进入了不该进入区；目前是否有些人员有违规行为；无法第一时间查看部分关键视频资料等等。
针对以上问题，上海仁微电子科技采取优异物联网技术开发出一套全时空RFID智能定位系统。物联网做为中国关键发展战略性新兴产业，除社会应用外，在监狱领域也拥相关键应用和宽广发前景。
在新时期新阶段下，转变监狱对改造人员管理模式，提升监狱信息化水平，已经成为趋势。
2 系统介绍
RFID是一个通信技术，可经过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统和 特定目标之间建立机械或光学接触。所以，RFID是一个非接触式自动识别技术，能够快速读写、长久跟踪管理，所以在智能识别领域受到广泛青睐。同 时，伴随物联网技术在中国快速发展，作为物联网支撑技术RFID技术被认为是有发展前途信息技术之一。未来几年中，将有更多产品中会被 植人RFID标签，RFID技术应用将会是相当广泛。
定位服务是很受到大家青睐和重视一项技术。现在，大家比较熟知定位服务是GPS(全球定位系统)，还有我们国家北斗定位系统；而越来越多其它无线网络技术也开始进入定 位服务这一领域，比如GSM手机定位、Wi-Fi定位、RFID定位、ZigBee定位、蓝牙定位等。而RFID技术在物联网广泛使用，使得在室内，和其它特定区域定位 上，RFID定位已经含有很大优势。

全时空RFID智能定位系统，是一个区域性定位系统，就是利用高频2.4G和低频125KRFID技术，对人和物自动识别和区域性定位，实现对人和物管理，如：人员考勤、人员和物品查找、人员和物品区域限定、人员统计、视频联动、历史轨迹查询、关键区域管理等等。
3 系统组成
全时空RFID定位系统关键由定位设备和定位系统软件两大部分组成。
3.1 定位设备包含：
（1） RFID-2.4GHz定位基站（也叫阅读器、定位AP）
定位基站分单频、双频两种，单频基站频率为2.4G，双频基站频率为，2.4G和125K，定位基站关键是负责数据采集标签发出信号，并上传到定位服务器，安装在定位区域内。
（2） 定位标签
定位标签为2.4G加125K有源RFID电子标签，定位标签定时向外发送2.4G信号，和接收125K激活信号，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，因为标签功耗较低，所以人员标签一块电池，正常情况下能用十二个月以上。人员标签有腕带式和卡片式，卡片式上可定制功效按键。可用于求且呼叫或位置上报功效。
（3） 手持式读写器
也叫手持终端，能接收定位标签发出无线信号，并在本身屏幕是显示出配带标签人员简单信息。
（4） 网络设备
（5） 计算机及服务器
（6） 125K激活天线
激活天线经过二芯屏蔽线和双频基站相连接，激活天线关键安装在出入口区域，辅助进出判定和定位，激活天线分为地感式天线和棒状天线两种。。
3.2 定位系统软件组成
全时空RFID智能定位系统采取云计算技术，经过云计算设计能够把大量数据处理工作经过多台服务器共同来完成，避免了单台服务器处理全部数据带来运算压力，定位系统软件由四个部分组成。
1、 系统关键程序：关键是负责数据管理和接收数据采集端发送过来数据，并对采集端送来数据进行比对、查询、统计等等。
2、 信息采集程序：关键负责采集定位标签数据，并对标签进行定位计算。
3、 展示端程序：负责地图显示，人员位置显示，告警输出等等。
4、 后台管理：负责对设备管理，人员和物品跟标签关联，人员、物品档案管理，定位区域管理，和多种查询统计等等。
4 系统关键功效

4.1 人员监控介绍
4.1.1人员区域实时定位
能够实时定位佩带定位标签人员所在区域，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，和特定区域内实到人数，和应到人数对比，确定人员是否到齐。并显示缺席人员姓名。
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目前所处位置，并同时弹出人员所在位置视频。
4.1.4 消失告警
可关键监控一些标签，当这些标签离开指定区域或清失时系统发觉对应告警
4.1.5越界、离开报警
一些区域属于关键区，未经许可人员进入将发出报警信息 。也能够在一些区域能够设定一些人员在设定时间内不准离开，假如离开或消失系统告警 。
4.1.6滞留时间过长告警
可设一些特定区域，被定位人员进入这些区域不能超出要求时间，超出要求时间系统告警。
4.1.7轨迹回放
可查询某个标签指定时间段移动轨迹，这个时间段这个标签全部去过哪些区域，可把把轨迹生成报表。
4.1.8视频联动
能够给每个定位设备绑定一个摄像头，经过在监控端地图上，点击定位设备图调用定位设备所在区域视频。当有特定告警时，系统会自动调出发生告警区域视频。
4.1.9 人员临时授权
当某个人员需要临时进入关键区域或要离开时，可在系统进行临时授权，准许她进入关键区域或离开工作区一定时间。
比如：监区长要找张天谈话，系统可临时授权许可张三进监长办公室15分钟或更长时间。
4.1.10 电子标签故障报警
电子标签故障，关键是指标签电池电压低；佩戴在人员手上腕带被破坏或被拆除；
只要佩戴在人员手上腕带被脱下来系统全部会提醒告警；不管是剪断，还是用工具正常拆除，系统全部会有告警。当标签电池电压过低时系统也会提醒，此时需要立即更换电池。
4.1.11人员求援
卡片式定位标签上有功效按键，当人员碰到危险或其情况需要求援时只需要按下功效键系统就会显示求援位置 ，并调出周围摄像机视频。
4.1.12 行程安排
可提前安排人员行程，如：张三早晨8点11点必需在车间工作，11点半到12点间必需在食堂，晚上7点到第二天7点半必需在监舍。假如9点时候，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。
4.1.13 巡查安排
能够按时间段安排指定人员到指定地定巡查，假如指定时间内指定人员没到指定地点巡查，系统就会告警。并把天天巡查记存放在案，方便以后查询。
4.2 物品监控
4.2.1物品区域定位
经过电子地图实时监控危险物品位置信息。
4.2.2物品查找
能够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
当监控物品在地图上消失时系统发出物品消失告警。
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
当授权物品超出许可授权离开某个域时间时，系统报警。
4.2.6物品标签破坏报警
假如将绑定在物品上标签拆除，该标签将会不停地向系统发出拆除报警信息。
4.2.7电池电量不足报警
当标签内电池电压力低时，系统会担示指定标签电量不足，需要立即更换电池。

5 定位系统前端软件系统截图
5.1 用户端登录界面

5.2 系统主界面
此界面图，用户自己可更换。

5.3 人员位置信息显示
图上人形图示代表人员实时位置

5.4 实时人数统计，电子点名
缺席人员会在显示在告警列表里，右键人员图标可查看人员具体信息

5.5 查看指定人员位置
输入要查找人员标签号，或人名，可查找人员目前位置

5.6 非法进入关键区
当有些人非法进入关键区域时，系统弹出对应视频并显示告警人员信息

5.7 人员移动轨迹查看
经过输入人员标签号、ID编号、或人员名称和需要回放时间段来查看人员或物移动轨迹。

、
6 系统原理
本系统是属于一个感知定位系统，利用RFID远距离识别原理。对进入一些区域标签进行自动识别和区域性定位。也就是当人员佩戴定位标签，抵达某个区域后，在远端定位系统，能时时检测到佩戴标签人员目前所在区域，并显示在区域地图上。
本系统中定位标签就是一个有源RFID电子标签，每个标签全部有一个不反复编号，每个标签编号绑定一个人身份信息。定位标签每隔一定时间会主动向外周围发送电磁波，电磁波上载着标签编号和其它定位信息。布设每个定位区域读写器（基站）会时时检测每个采集到标签信号，然后把检测标签信号和标签编号上传到定位服务器，因为每个定位基站所处物理位置不一样，所以同一个标签不一样基站检测到标签信号强度是不一样。定位系统就是经过每个基站检测到每个标签不一样场强大小，来判定标签目前所在区域。
以下图：有两个区，A和B
在上图中，人员佩戴编号为101标签进入A区后，在A区基站1和在B区基站2同时检测到标签101；基站1和基站2全部把自己检测到标签信号强度上传到定位服务器；原理上，基站2检测到标签信号是有墙体遮挡信号，而基站1检测到信号是没墙体遮挡，信号要比基站2检测到信号要好，所以，系统很轻易判定出，标签目前位置是在A区。
不过在实际环境使用中，标签在A区时，偶然也会出现，基站2信号会比基站1信号要好，为了预防 这种偶然性情况影响系统位置判定，我们需要在每个区域出入口处安装一个激活天线路径标识，该标识和她所在区域关联。以下图，每个区全部一个关联激活天线，每个激活天线全部有一个唯一编号，当标签靠近该天线时就会带上天线编号，标签向外发送信号时同时也会发送该编号。系统经过每个区域基站检测到信号强度加上标签所带激活天线编号来判定标签目前所在区域。以下图：

在上图中，当基站2检测到标签101信号好于基站1时，不过标签带激活天线编号是3100，不是3102，所以这时系统不会认为标签在B区，这么提升了标签位置判定正确性。
7 区域设计和设备安装要求
7.1 设备说明
定位基站分为双频基站和单频基站，双频基站能够接激活天线（最多四路）和两个2.4G天线头，单频基站只能接两个2.4G天线头，不能接激活天线。

双频基站和棒状激活天线图

双频基站和激活线圈

单频基站

基站配件
7.1.1 边界定位设计
在系统中边界也是作为一个区域来管理，也是经过定位设备安装位置来划分，边界区域关键关键是用地埋激活天线来划分。关键边界区域是指围墙，也能够是某个大楼出口等，监狱围墙区域是不许可罪犯靠近，需要在沿着围墙安装两道激活边激界。图

在上中图边界区域分为安全区和危险区，第一道边界激活天线信号区属于安全区，安位置是埋在道路下面或紧贴道路安装，第二道激活天线安装位置属于危险区也就是告警区，第二道激活天线，可埋入围墙墙体内，或围墙墙根下，但要远离高压电线。 当人员越过第一道激活天线，进入到第二道激活天线信号区时，就会发生告警，重新回到安全区告警解除。两道激活边界相距最好大于4米，边界激活天线安装示意图以下：

边界天线2安排在围墙外，边界天线1安装在围墙内

边界天线1和边界天线2全部安装在围墙内

边界天线形成信号区示意图

7.1.2 其它区域定位设计
其它区域定位，需要在她们每个出入口内则和外则各布设一道激活天线，天线距离大于1.5米，然后在定位区域内布上定位基站，作定位信息覆盖即可。
假如是没出入口区域，只需要安装定位基站做信号全覆盖即可。
7.1.3 人员外出管控
当需要带被管控人员外出时，警员能够经过配带手持终端对外出人员管控。经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出一定距离时，手持终端就会发出告警信息，并显示消人员姓名。

7.2 系统拓扑

图：定位系统网络拓扑图

8 系统特点
本定位系统采取云计算方法，云定位服务（CenterService）作为系统中枢，采取集群式布署，对标签位置和各类告警信息进行汇总和分发。支持大量信息采集程序和监控展示程序并发连接。
系统管理员能够经过管理终端登录到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效。
云采集软件（Agent）负责实时接收RFID接收器上报标签位置信息和告警信息，并周期性地对这些信息进行预处理，采取复杂定位算法将标签位置定位到某个接收器上，然后将处理后定位信息上报给云定位服务。
云定位服务深入对Agent上报定位信息进行处理，周期性统计出每个区域人数，依据每个人员天天行程安排来判定人员是否非法离开要求区域，是否非法进入关键区域。可经过配置将一些严重告警信息经过手机短信方法发生给相关人员。能够定时将区域人员统计信息显示在LED屏幕上。能够将告警信息和标签位置信息输出，和第三方系统进行信息集成。
系统管理员经过监控展示程序（Monitor）登录到云定位服务后，能够实时收到标签位置信息并经过动画方法在界面上展现出来；实时接收到各类告警信息并经过声光等方法提醒系统管理员。监控展示程序还能够经过硬盘录像机获取摄像头视频图像，对定位现场情景进行深入了解，立即做出响应。
系统集群式布署图
技术特点
1、 采取云计算技术，系统能够依据负载情况来增减定位服务器数量。
2、 定位算法完善，采取多个定位器，能够在多种复杂环境中对标签进行正确定位。
3、 系统采取优异中间件技术，采取面向对象方法进行开发，整个系统含有低耦合、高内聚特点。采取集中式拓扑结构，同时支持多个采集程序和多个监控终端。
4、 系统容量大，能够支持0个标签和1000个接收器进行定位；能够经过添加硬件方法来实现系统容量线性扩展。
5、 高可用性，定位服务采取集群方法布署，集群含有智能感知功效，支持数据在集群中服务器之间共享。支持7*24服务标准。
6、 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。
7、 系统适应性强，能够在WINXP/WIN/WIN7等WINDOWS系列系统上运行。
8、 海量数据存放，数据存放支持SQL SERVER、MySQL等主流数据库系统，支持海量数据存放和信息查询检索；数据存放采取磁盘整列，数据安全性高。
9、 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。
10、 支持第三方软件集成，能够将告警信息和标签位置信息经过UDP协议发送出来，和第三方系统进行信息集成。
11、 系统布署灵活，定制能力强。除了基础定位、告警、人员统计等功效外，还能够依据不一样应用场景来添加部分定制功效，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。

系统硬件介绍
1、 RW-T711型 电子防拆腕带

产品技术特征
识别距离 ： 0～ 150米
工作频段 ： 2.4 GHz 、有源125KHz
通讯速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算和安全认证，预防链路侦测
防拆功效 ： 可提供多达3路防拆（报警）功效；非授权强力取下立即发无线报警信号；需特定设备进行物理和无线指令复位
按钮功效 ： 双按钮指令可用于求援报警、署名刷卡
功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级
使用寿命 ： 1~1.5 年，使用授权密钥可更换电池
封装特征 ： PA工程塑料，抗高强度跌落和振动
环境特征 ： 工作温度－40℃ ～85℃工作湿度＜95％
可 靠 性 ： 防浸泡防冲击，满足工业环境要求
外 形 ： 腕带或脚镣型，可提供OEM定制服务
尺 寸 ： 58×42×19.5mm
重 量 ： 55g
安装方法 ： 螺丝锁紧
2、 RW-T700型 狱警电子标签

产品技术特征
识别距离 ： 0～ 150米可调
工作频段 ： 2.4 GHz 、有源125KHz
通讯速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算和安全认证，预防链路侦测
读写功效 ： 176B存放空间（可选）
功 能 ： 值班指示灯闪烁报警功效（可依据实际情况而定闪烁时间）
功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级
使用寿命 ： 1～3年左右，可更换电池
电压检测 ： 电压低于预设值时以无线提醒(可选)
封装特征 ： ABS工程塑料，抗高强度跌落和振动
环境特征 ： 工作温度－40℃ ～85℃工作湿度＜95％
可 靠 性 ： 防冲击，满足工业环境要求
外 形 ： 方卡型，可提供OEM定制服务
尺 寸 ： 86×54×5.0 mm

3、 RW-R920型 吸顶式定位基站

产品技术特征
识别距离 ： 0 ～ 150米
识别速度 ： 200 公里 / 小时
识别能力 ： 同时识别 500张以上标签
识别角度 ： 全向
天线增益 ： 4dBi，双天线
工作频段 ： 2.4GHz、125KHz（可扩3路低频天线）
功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级
通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同时通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算和安全认证，预防链路侦测
实时时钟 ： 可支持RTC实时时钟
存放空间 ： 板载2M Byte，支持8G Micro SD卡
接口标准 ： RS232、RS485、Wiegand、RJ45、TTL、WiFi等可选
扩展I/O ： 开关量信号输入和输出各3路
电源标准 ： DC 7.5～24V 800～3000mA
封装特征 ： ABS工程塑料
可 靠 性 ： 工业级
尺 寸 ： Φ180mm、厚度51mm
重 量 ： 0.7kg
安装方法 ： 吊顶或墙面安装，提供专用安装卡件
4、 RW-R808型 发卡器

产品技术特征
识别距离： 10cm
识别速度 ： 100 毫秒
识别能力 ： 同时识别单张或多张标签
识别角度 ： 全向识别
工作频段 ： 2.45GH 或2.45 GHz+125K
功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级
通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同时通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算和安全认证，防链路侦测
指 示 灯 ： 可实时监控发卡器工作状态
接口标准 ： 标配USB2.0, 选配RS232
工作电压 ： USB供电 5V
封装特征 ： ABS工程塑料
可 靠 性 ： 防冲击，满足工业环境要求
尺 寸 ： 120×100×25mm
重 量 ： 103g

5、RW-R910型 一体化读写器

产品特征：
识别距离 ： 0 ～ 150米
识别速度 ： 200 公里 / 小时
识别能力 ： 同时识别 500张以上标签
识别角度 ： 定向（垂直30° 水平30°）
极化方法 ： 双极化(可满足标签朝向多变应用)
天线增益 ： 14dBi
工作频段 ： 2.4GHz、125KHz（可扩3路低频天线）
功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级
通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同时通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算和安全认证，预防链路侦测
实时时钟 ： 可支持RTC实时时钟
存放空间 ： 板载2M Byte，支持8G Micro SD卡
接口标准 ： RS232、RS485、Wiegand、RJ45、TTL、WiFi、GPRS等可选
扩展I/O ： 开关量信号输入和输出各3路
电源标准 ： DC 7.5～24V 800～3000mA
封装特征 ： 耐酸碱工程塑料
可 靠 性 ： 防水等级IP67，满足工业级应用要求
尺 寸 ： 266×178×46mm
重 量 ： 1.8kg
安装方法 ： 专用安装支架或立杆套件