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RFID监狱人员定位解决方案

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2020年4月19日
文档仅供参考

监狱人员定位系统
解决方案

卫先生：

1 前言
中国监狱设立的初衷同其它国家一样，主要目的是对罪犯的改造，经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。
可是中国当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，而信息采集依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，上海仁微电子科技有限公司采用先进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，能够快速读写、长期跟踪管理，因而在智能识别领域受到广泛青睐。同 时，随着物联网技术在中国的快速发展，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。当前，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，和其它特定区域的定位 上，RFID定位已经具有很大的优势。

全时空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、人员和物品的区域限定、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
全时空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：
（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，定位基站主要是负责数据采集标签发出的信号，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，因为标签的功耗较低，因此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。
（3） 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。
（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与双频基站相连接，激活天线主要安装在出入口区域，辅助进出判断和定位，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智能定位系统采用云计算技术，经过云计算的设计能够把大量的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所有的数据带来的运算压力，定位系统软件由四个部分组成。
1、 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。
2、 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。
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 系统主要功能

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，并同时弹出人员所在位置的视频。
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 。也能够在某些区域能够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滞留时间过长告警
可设某些特定区域，被定位人员进入这些区域不能超过规定时间，超过规定时间系统告警。
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，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时，可在系统进行临时授权，准许她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。
4.1.13 巡逻安排
能够按时间段安排指定人员到指定地定巡逻，如果指定时间内指定人员没到指定地点巡逻，系统就会告警。并把每天巡逻记存储在案，方便日后查询。
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的位置信息。
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 定位系统前端软件系统截图
5.1 客户端登录界面

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详细信息

5.5 查看指定人员位置
输入要查找人员的标签号，或人名，可查找人员的当前位置

5.6 非法进入重要区
当有人非法进入重要区域时，系统弹出相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的时间段来查看人员或物的移动轨迹。

、
6 系统原理
本系统是属于一种感知定位系统，利用RFID远距离识别的原理。对进入某些区域的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，到达某个区域后，在远端的定位系统，能时时检测到佩戴标签的人员当前所在区域，并显示在区域地图上。
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，每个标签编号绑定一个人的身份信息。定位标签每隔一定时间会主动向外周围发送电磁波，电磁波上载着标签的编号和其它定位信息。布设每个定位区域的读写器（基站）会时时检测每个采集到的标签信号，然后把检测的标签信号和标签的编号上传到定位服务器，因为每个定位基站所处的物理位置不同，因此同一个标签不同的的基站检测到的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的每个标签不同的场强大小，来判断标签当前所在区域。
如下图：有两个区，A和B
在上图中，人员佩戴编号为101的标签进入A区后，在A区的基站1和在B区的基站2同时检测到标签101；基站1和基站2都把自己检测到的标签信号强度上传到定位服务器；原理上，基站2检测到的标签的信号是有墙体遮挡的信号，而基站1的检测到的信号是没墙体遮挡的，信号要比基站2检测到的信号要好，因此，系统很容易判断出，标签当前位置是在A区。
可是在实际环境使用中，标签在A区时，偶然也会出现，基站2的信号会比基站1的信号要好，为了防止 这种偶然性的情况影响系统的位置判断，我们需要在每个区域的出入口处安装一个激活天线路径标记，该标记与她所在区域关联。如下图，每个区都一个关联激活天线，每个激活天线都有一个唯一的编号，当标签靠近该天线时就会带上天线的编号，标签向外发送信号时同时也会发送该编号。系统经过每个区域的基站检测到的信号强度加上标签所带的激活天线编号来判断标签当前所在区域。如下图：

在上图中，当基站2检测到的标签101信号好于基站1时，可是标签带的激活天线的编号是3100，不是3102，因此这时系统不会认为标签在B区，这样提高了标签位置判断的准确性。
7 区域设计与设备安装要求
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。

双频基站与棒状激活天线图

双频基站与激活线圈

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的，也是经过定位设备的安装位置来划分，边界区域主要主要是用地埋激活天线来划分。主要边界区域是指围墙，也能够是某个大楼的出口等，监狱的围墙区域是不允许罪犯靠近的，需要在沿着围墙安装两道激活边激界。如图

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的位置属于危险区也就是告警区，第二道激活天线，可埋入围墙的墙体内，或围墙的墙根下，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的信号区时，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不小于4米，边界激活天线安装示意图如下：

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都安装在围墙内

边界天线形成的信号区示意图

7.1.2 其它区域定位设计
其它区域的定位，需要在她们的每个出入口的内则和外则各布设一道激活天线，天线的距离不小于1.5米，然后在定位区域内布上定位基站，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的管控。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。

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。
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。可经过配置将某些严重的告警信息经过手机短信的方式发生给相关人员。能够定期将区域的人员统计信息显示在LED屏幕上。能够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，能够实时收到标签的位置信息并经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经过声光等方式提醒系统管理员。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。
系统集群式部署图
技术特点
1、 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。
2、 定位算法完善，采用多种定位器，能够在各种复杂的环境中对标签进行精确的定位。
3、 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。
4、 系统容量大，能够支持 0个标签和1000个接收器进行定位；能够经过添加硬件的方式来实现系统容量的线性扩展。
5、 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。
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、 系统的适应性强，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。
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的位置信息经过UDP协议发送出来，与第三方的系统进行信息集成。
11、 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，还能够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。

系统硬件介绍
1、 RW-T711型 电子防拆腕带

产品技术特性
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 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测
防拆功能 ： 可提供多达3路的防拆（报警）功能；非授权强力取下马上发无线报警信号；需特定设备进行物理和无线指令复位
按钮功能 ： 双按钮指令可用于求助报警、签名刷卡
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
封装特性 ： PA工程塑料，抗高强度跌落与振动
环境特性 ： 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
安装方式 ： 螺丝锁紧
2、 RW-T700型 狱警电子标签

产品技术特性
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 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测
读写功能 ： 176B存储空间（可选）
功 能 ： 值班指示灯闪烁报警功能（可根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示(可选)
封装特性 ： ABS工程塑料，抗高强度跌落与振动
环境特性 ： 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

产品技术特性
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张以上的标签
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 时分多址和同步通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测
实时时钟 ： 可支持RTC实时时钟
存储空间 ： 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 ： 开关量信号输入与输出各3路
电源标准 ： DC 7.5～24V 800～3000mA
封装特性 ： ABS工程塑料
可 靠 性 ： 工业级
尺 寸 ： Φ180mm、厚度51mm
重 量 ： 0.7kg
安装方式 ： 吊顶或墙面安装，提供专用安装卡件
4、 RW-R808型 发卡器

产品技术特性
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 时分多址和同步通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防链路侦测
指 示 灯 ： 可实时监控发卡器的工作状态
接口标准 ： 标配USB2.0, 选配RS232
工作电压 ： USB供电 5V
封装特性 ： 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

产品特性：
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张以上的标签
识别角度 ： 定向（垂直30° 水平30°）
极化方式 ： 双极化(可满足标签朝向多变的应用)
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 时分多址和同步通信机制
抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰
安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测
实时时钟 ： 可支持RTC实时时钟
存储空间 ： 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 ： 开关量信号输入与输出各3路
电源标准 ： DC 7.5～24V 800～3000mA
封装特性 ： 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
安装方式 ： 专用安装支架或立杆套件