(一) 方案概述
利用现代化的高科技技术手段监控管理在押犯人，保护警务人员的安全，紧急情况下的报警求助、和掌握控制犯罪现场，充分发挥监管系统的作用。通过智能实时监管系统解决方案可以实现对监狱在押人员、警务人的定位、跟踪、和移动路线回放。不仅能在第一时间对诸如袭警或违规等事件做出快速反应，还能及时提供事件发生时的准确位置、被袭警员以及在场人员，和袭击后的现场人员的移动去向等资料，大大提高意外情况下的处理效率和管理水平。为监狱的管理工作提供更加高效的监管手段。
传统手工输入的方法采集在押人员信息是一项比较繁琐的工作，也无法将信息系统和在押人员本人真正的关联起来。在监管场所这样特殊的环境里，非常需要一种安全、可靠的信息采集系统来区分、识别在押人员。将信息系统中每个人的信息和现实中每个在押人员的活动信息真正的关联起来，才能充分发挥监管场所信息系统的作用，从而实现真正意义上的监狱管理信息化、智能化。
尤为重要的是，该系统主动性提示和报警的优势是目前视频监控系统及其他被动式监控系统所不能实现的，从根本上将被动式防范转变为主动式管理，不仅从心理上给予罪犯极大的威慑，同时在科技化数字化管理的应用上也为监狱干警最大化地降低了身心负担。
(二) 系统介绍
监狱在押人员管理系统是为监狱、看守所而开发的一整套运用zigbee技术的监狱监控及报警系统，主要用于对监狱在押人员进行智能化管理。该系统主要包含了标签管理、用户管理、在押人员管理、电子点名以及历史记录查询等功能，从而在降低监狱管理人员工作强度的同时，大幅度的提升监狱内部的安全性和管理效率。
监 狱 可 视 报 警 系 统 主 要 基 于 zigbee技术 – 通过2.4G信号自动识别目标并获取数据的非接触式自动识别技术。该技术有许多突出的优点：不需要人工干预，不需要直接接触，不需要其它传感器即可完成信息的输入和处理，可工作于各种恶劣环境。同时其操作快捷方便，可直接对最终用户开放物理接口，无机械磨损，使用寿命长等特点使得该技术被广泛地应用于生产、物流、交通、运输、军事、防伪、跟踪等需要收集和处理数据的应用领域。 本系统中使用电子标签是有源标签，发射距离较远可达100m 左右范围 (三) 总体设计
通过开发监狱人员定位管理系统，运用这种“电子跟踪”技术手段，将监狱狱政业务与现代
物联网技术结合起来。结合后可以起到以下作用：一是使干警能够实时掌握狱内服刑人员的具体位置和运动轨迹；二是使监狱领导能够随时掌握狱内警力分布，以便随时查看与调用；三是使干警了解外来人员的活动位置，是否与服刑人员交谈等情况。此外，能够规范监狱监管工作，提升监管水平，增强应对突发事件的处置能力。
由于zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，具有低功耗、低成本、低速率、时延短、网络容量大、可靠性高、安全性高等特点，因此，选择zigbee技术来设计监狱人员定位管理系统，组成一个短距离、多跳的、自组织无线定位网络。
无线定位网络主要由基站、标签、网关（协调器）节点、主机、数据库和应用软件组成。其中，标签与基站通信距离可达80ｍ，基站与网关节点最高可视通信距离最高可达1.2公里，可以实现一点对多点的快速组网；所有定位信息通过网关传输至以ＩＰ地址为中心的有线以太网络，完成了两种网络模式的信息融合，体现了有线以太网络的“无线延伸”，也可以说是物联网技术在监狱行业的实际应用。
系统实现基本过程：一是在监狱或监区内人员活动空间场所的合适位置，布置若干无线定位网络的基站，采用cc2430模块，作用是提供数据转发和路由功能，是网络的路由节点。另外，通过选择少量建筑物内设置网关，用于收集zigbee无线信号，并将收集到的信号通过以太网传输到监控终端ＰＣ上，起网关节点的作用，网关与基站的区别是增加了网络扩展模块。二是让服刑人员配带腕带标签，值班干警和外来人员配带胸卡标签，作为身份识别的定位节点，采用ccc2430模块内置定位引擎，并具有唯一ＩＤ地址用来识别身份和位置信息；在终端数据库中，记录服刑人员（或干警）的相关信息。三是监狱内服刑人员活动至基站附近时，标签将启动内置定位引擎进行识别；然后，定位信息和ＩＤ号等并经若干路由基站多跳传至网关节点，通过以太网传至终端数据库，实现人员定位的功能。
最终，通过系统不间断、定时的获取服刑人员的位置信息，用电子地图描绘其活动轨迹，定时清点特定区域人数，实现监狱人员跟踪功能；通过设置区域、时间权限，限定区域人数，实现违规报警功能；一旦出现突发事件，立即启动应急预案，紧急调动警力，实现紧急处置的功能。
(四) 系统优势
ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率(250kB/s)、低功耗、低成本、自组网、低复杂度、安全可靠、高扩展性的双向无线通信技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee 的基础是IEEE 802.15.4，这是IEEE无线个人区域网（Personal Area Network，
PAN ）工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4ZigBee ）技术标准，主要适用于自动控制和远程控制领域，支持地理定位功能。作为一种无线通信技术，ZigBee技术具有以下特点： (1) 低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
(2) 成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
(4) 网络容量大: 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。
(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
(6) 安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
目前实现人员定位的技术很多，如GPS定位、手机基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位与手机基站定位因需要类似手机终端，不便于管理，虽然定位功能不错，但并不适合监狱这一个管理严格的场所。RFID、WIFI、ZigBee技术都能很好的完成监狱人员定位功能，
ZigBee与WIFI采用同样的算法实现定位，但是WIFI设备的耗电量太大，设备需要频繁更换电池或充电，对人员定位功能有影响以及不方便管理；RFID与ZigBee相比，定位算法虽然不一样，但是在达到相同定位效果及密度的前提下，RFID设备的安装密度会远大于Zigbee设备，而且RFID采用的是有线传输需要布线，安装工程量都比较大。最主要的是RFID无法测量出标签信号的强弱，只能完成有效范围的区域定位，而zigbee能测试出信号的强弱，实现精准定位，综上所述，ZigBee技术和施工成本低、耗电小、精准定位、传输可靠、实现复杂度以及应用适合度等优势，在目前常见的集中定位技术中更加适合于用以监狱人员定位系统的功能。 (五) 系统硬件
基站：功能主要是允许其他设备加入网络、多跳路由和协助自己由电池供电的子终端设备的通讯；定位基站是监狱在押人员主动式管理系统中的硬件组件，在监区实现定位应用。定位基站提供了接收信号的强度指示（RSSI）算法或强大的到达时间差（TDOA）算法，可接收标准的802.11b信息并进行无线电信号测算，使引擎软件可以精确的计算出电子标签的位置。
防破坏电子腕带标签：内最为领先的防破坏腕带式电子标签，可利用定位基站对目标人员进行精确的定位。它采用电池供电，体积小，且坚固耐用，所发出的信息可被定位基站和精确定位基站接收到，降低了系统搭建费用，且安装简单。应用软件层允许用户利用腕带式电子标签所发出的定位数据确定目标的精确位置。
独立可更换的电池提供了最高15个月的使用寿命（测试参数：标准的锂电池容量为800mA，为了确保电池的及时更换，电子标签还提供了电量级别报告。同时，了保持电量，电子标签也可自动进行激活与关闭操作。
腕带式电子标签被设计于可在工厂或户外等恶劣的环境下工作。外壳经过了防水处理并可承受一定的物理破坏。
干警与外来人员胸卡标签：胸卡标签由干警与外来人员胸口佩挂，也是有源电子标签。工作原理与腕带标签基本类似，采用高强度防水耐磨ＡＢＳ塑料封装，外形如卡片状，设置紧急求助按钮，可随时向监控中心报告突发事件。可添加声光报警功能，在发生告警后，系统可向指定标签发送信息，进行声光提示，并设有电池低压告警功能。
网关：包含所有的网络消息，并具有存储容量大、计算能力强等特点，其主要任务是发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息和不断地接收信息； (六) 系统软件
1. 人员位置实时监控及视频联动
1) 人员位置信息：在电子地图实时显示犯人和预警位置；
2) 人员移动轨迹：通过电子地图实时显示一个或多个人员移动轨迹；
3) 跟踪指定人员：地图随着标签的移动自动切换，将鼠标移到标签上可以看到标
签的当前状态；人员报警状态信息：通过电子地图上不同颜色和形状显示人员的报警状态。
4) 视频联动：当输入人员编号时自动切换所在人员的视频图像或通过历史数据调
用历史轨迹的全部图像记录。
2. 报警功能
1) 按钮报警：狱警腕带有报警按钮，一旦发生紧急状况，可以按下报警按钮，
监控中心点定位系统将会及时收到报警信息和报警位置，并快速找到事发现场；
2) 腕带破坏报警：腕带戴到犯人手上，犯人就无法自行脱下来，只有剪断，如
果犯人将腕带弄断，该标签将会不断地向系统发出剪断报警信息；
3) 心跳状态报警：对在押人员进行心跳实时跟踪，当在押人员出现脱逃、打架、
吵架、脱逃前或生病时都会出现心跳异常，及时掌握在押人员的心理动态。 4) 越界报警：某些区域属于禁区，未经允许的标签进入将发出报警，或某些犯
人不能离开某个区域，一旦离开将发出报警；
5) 出入关口报警：在出入某些关口时，可事先设定好哪些标签可以通过，当不
符合要求的标签出入关口时将发出报警信息；
6) 与管理信息系统不符报警：犯人在系统中已经设定好了房间号，一旦犯人进
错房间，将及时发出报警信息。
7) 厕所动态管理：监狱人员管理，厕所往往是死角，我们对进入厕所的人员进
行严格记录，发现超过时间和次数异常的及时报警。
8) 信号丢失报警：标签消失有多种因素（如电池没电或被破坏、标签越过信号
覆盖区域等），可以设置指定标签的消失报警条件和报警级别，如该标签消失了，将会触发相应的报警；
9) 电池低电压报警：可以在系统中设置电量最低界限，一旦标签电量低于这个
界限将会发出报警信息；
10) 未按规定路线报警：指定某个标签在某段时间的行走轨迹，一旦发现该标签
偏离指定的行走轨迹达一定的时间，发出报警信息；
11) 无随同人员报警：将犯人标签和警察标签绑定，一对一或多对多进行绑定，
当犯人标签的行走轨迹和警察标签的行走轨迹不一致，并达一定时间，发出报警信息。
12) 三联号报警异常：当在押人员三联号出现长时间脱离时发出预警。 13) 违禁品位置异常报警：当违禁物品未在指定地点或时间使用发出报警
3. 管理功能
1) 标签管理
标签发放：将指定的人员信息和其佩戴的标签进行绑定，在系统中显示的标签即代表佩戴该标签的人员。
标签分组、分类：标签可以根据实际情况进行分组和分类。 标签配置：如定位方式、安全方式、启动和停止配置。 报警设置：对不同标签设置不同的报警条件。
2) 信息管理
a) 犯人信息设置：可在系统中对在押人员的信息进行设置和管理； i.
在监狱大门、监舍门、监区门、医院、学校、接见室、工厂、操场、马路等进出区域可以安装定位读写器。当被监控人员通过时系统立刻记录下来通过犯人信息及时间。 ii.
全天行程监控
读卡器记录所有射频卡的信息及时间，然后通过人员定位系统分析得出人员的全天的行程信息，可以实现对人员进行全天行程监控的功能并支持人员行动轨迹的查看。
iii.
区域人数监控
可以协助监管人员统计相关区域的人数管理，事先设定相关人员的区域，读卡器将记录读取的射频卡数据并有人员定位系统统计。区域人
数监控能够有效监控区域的人数密集和人员迅速聚集情况，并且可以定时清点区域内人数。
iv.
行动区域监控
对所有人员的位置进行监控，根据人员的相关权限，对人员的行动区域进行监控，判断人员是否有越界行为，如果有越界行为则触发系统的越界告警。 并能达到视频联动。
v. 巡更管理功能
对护监人员的白天和夜间值班进行巡更设定，避免没有按规定时间或地点巡更
vi. 周界围墙管理
在监狱周界围墙每隔一段距离安装一台读卡器，扫描范围设定为距围墙2米内，也就是监狱内部物理隔离网附近。当在此扫描范围内扫描到犯人的射频卡数据，则会发出周界围墙预警信息，提醒监管人员核查，如发现有越狱行为，可立即启动越狱事件应急处置预案进行处理。
4. 警察信息设置：
1) 狱警考勤管理
对狱警的值班情况进行监管，读卡器定时扫描狱警身份卡数据、狱警身份卡定时上报自己的位置信息，人员定位系统对扫描的数据及接收的数据进行分析，判断预警值班情况是否正常，是否出现人卡分离、人员脱岗、私自调班等现象。
5. 劳动工具及违禁品管理
我们对劳动工具及违禁品贴上电子标签，按规定设定使用时间和地点,，记录借入和规划时间，并对其设定时间要求。 6. 地图管理
监狱人员定位系统中的电子地图功能能够直观显示监狱所有射频卡、读卡器和基站的信息，可以通过鼠标直接点击查看相关的信息。 7. 设备管理
监管人员可对监狱人员定位中的硬件设备进行管理配置，如基站、读卡器、射频卡的发射频率、扫描频率；无线传输网络配置；增加基站或者读卡器设备。 8. 网络管理
定位基站管理功能：可同时监控上百个定位基站的运行状态，当定位基站网络中断时将会及时发出故障报警信息，并且可以对定位基站进行批量配置。
9. 系统管理
用户管理：可设定各种用户权限，用户登录系统后根据自己的权限进行相应的操作和浏览符合权限的内容。
日志管理：提供详细的日志生成，存储，检索等功能。
10. 统计报表
标签警告记录查看所有标签或指定标签的所有警告记录；
查看标签报表查看标签的重要报警，出入区域次数及停留时间统计； 操作历史记录查看用户的操作历史记录；
统计各项工作的执行次数、单人的工作情况和闲置时间、每天各岗位的工作高峰期；
对各告警事件发生的时间和区域进行统计分析；
分析标签状态提供闲置警力名单和位置，供所领导参考用警，分析指标由用户自行设置；
根据用户自定义规则，按时间段统计民警巡逻次数、时间段和间隔时间
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