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当前页面:首页>>智能跟踪这定位系统在罪犯矫正中的应用
[2011-1-24]
 
      监狱使用智能跟踪定位系统是一个新课题,西方发达国家的监狱先行尝试,2005年12月AeroScout和Alanco两家公司宣布开发出业界首创基于Wi—Fi无线局域网的RFID标签人员跟踪系统,并在欧洲某个监狱试用。目前中国的监狱还没有开发出完整的智能跟踪定位系统,西方发达国家和我国的台湾地区在对假释的罪犯和个别受保安处分的违法行为人使用“电子镣铐”却常有所闻。
  实现人员和移动物品跟踪定位有多种途径,GPS(全球卫星定位系统)是使用最广泛、最常见的定位方式,特别适合交通工具和人迹罕至的野外作业人员的定位;近两年开发的手机定位系统,利用手机与机站不间断通讯的特点,实现对人员的定位跟踪,中国联通公司已经开办了此项业务;无线局域网(WLAN)定位是一种新型的定位方式,利用无线接入点(节点)的密布,通过“接收信号的强弱、角度、时间等,以及典型的三角算法”,测定移动目标的位置,目前开发的有基于IEEE802.11系列标准的无线局域网定位系统和基于IEEE802.15.4标准的Zig-Bee技术的无线智能传感器网络(WSN—WirelessSensor-Networks)定位方法;无线射频识别卡(RFID)定位是一种经济的、精确的定位方法,利用射频标签与读头(阅读器)的通讯联系确定目标定位,利用局域网(LAN)或无线局域网(WLAN)实现定位指示。我国煤矿井下人员安全管理系统,已经采用RFID定位方式。
  监狱的人员定位跟踪系统,必须基于对罪犯矫正的需要和可能,一要人机不可分离,保证配备的跟踪器随身携带,一旦与身体分离便即时报警;二要定位准,监狱的安全性要求定位的精确度很高,围墙外l米与内1米是“两个世界”,定位不准将失去定位的意义;三要功能全,对人员和其他移动目标的定位是跟踪定位系统的基本功能,监狱要求跟踪定位系统还应该具有矫正人员的及时报警功能(被动报警)、罪犯超警戒区域主动报警功能等;四要投资少,运行费用低,投入和运行成本太高将阻碍跟踪定位系统的推广。
  基于上述要求,GPS定位和手机定位显然是不适用监狱用于罪犯人身的定位,一是不便于携带,“人机不可分离”难以实现;二是投入和运行费用高,监狱难以承受;三是定位的精确度不高,手机定位虽然号称定位精确度在5米之内,实际误差在15米~50米,GPS虽然精确度在2米以内,但无论是手机定位还是GPS定位,都仅限于平面定位,无法解决楼层等立体建筑内人员的精确定位。因此,在目前技术条件下,监狱用于对矫正人员和罪犯人身定位比较适宜使用WLAN或WSN定位和RFID定位两种方法。
  一、RFID跟踪定位系统
  (一)RFID基本情况介绍
  RFID,是无线射频识别技术(Radio Frequency Identifi.cation)的英文缩写,是一种非接触的自动识别技术,它是利用射频信号和空间(电磁或电感)耦合传输特性,实现对被识别物体的自动识别。它包括电子标签(应答器,Tag)和阅读器(读头,Reader)两部分。阅读器又包括读头和天线,很多阅读器将天线和读头模块集成在一个设备单元中。实际运用中,是将电子标签附着在被识别物体的表面或内部,当带有电子标签的被识别物体通过阅读器可识读范围时,阅读器自动以不接触的方式将电子标签中的约定识别信息读取出来,从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息的功能。RFID目前已大规模用于商品零售、仓储管理、生产流水线控制、动物识别、交通运输、军事物质跟踪等领域。我国铁路系统全面使用了RFID系统,用于列车运行控制和车厢调度。
  RFID,按有无自供电分为有源系统和无源系统,自带电源的则为有源,本身没有电源靠阅读器发射的电磁场激发能量启动的则属于无源系统;按数据调制方式分为主动式、被动式和半主动式,主动式的射频系统用自身的能量主动地发射数据给阅读器,有源系统属于主动式,被动式是利用阅读器的载波来调制自己的信号,无源系统则属于被动式,半主动式是指本身带有电池,只起到对标签内部电路供电的作用,数据发射仍然靠阅读器能量场激活通过反向散射调制方式传送;按标签的工作频率分为低频(30—300KHz)、高频(3—30MHz)、超高频(300MHz以上)和微波(2.4GHz以上)系统,频率越低,成本越小,读写距离越短,反之亦然;按标签的可读性分为只读标签、读写标签和一次写入多次读出标签;按标签中数据存储器存储能力分为标识标签和便携式数据文件,前者仅起到标识的作用,后者自身存储很大的数据,可用于用户编程。
  (二)RFID人员定位系统工作原理
  在定位区域密布阅读器,所有需要定位的人员每人配备RFID卡,当持卡人员进入读写区域时,射频标签将定时自动与阅读器传送数据,并予以确认。每一个阅读器与局域网相连,通过应用软件进行计算机处理,利用电子地图、统计表格、约定文字信息显示等形式实时反映人员所在位置、运动轨迹。
  (三)监狱RFID定位系统的硬件要求
  1.配备RFID卡。RFID卡应选择识读距离远的超高频或微波系统,每个标签事先写入指定数据,使计算机识别对应的持卡人身份,所有需要定位人员必须随身携带。对监狱而言,还必须通过强制的手段、适当的措施来保证RFID卡与罪犯身体不可分离,如可镶嵌在表带式的装置中,系在手腕或脚腕上。
  2.安装足够数量的阅读器。阅读器的数量应能满足定位计算的需要,保证人员在定位区域随身配备的射频卡有三个以上的阅读器能够阅读。阅读器太少,将会出现通讯盲区,造成定位不准。阅读器的天线及发射功率尽可能足够大,保证阅读器在较远的距离能够顺利实现与射频卡之间的通讯,@以尽量减少阅读器的数量。阅读器安装尽量牢固,自身及其供电、数据传输设施不易受到破坏。
  3.满足通讯需要的网络。所有的阅读器可通过多串口卡直接就近连接计算机,进行本地化处理后接入局域网;或者通过专用数据处理中间件进行本地化过滤处理后直接与局域网(有线或无线)相连。阅读器通讯数据必须汇总到服务器运用专门软件进行集中处理才能实现人员和移动物品的定位。
  (四)监狱RFID定位系统的性能要求
  监狱RFID跟踪定位系统的性能很大程度上要靠应用软件中程序设计来完成,软件设计必须事先如下要求:
  1.人员查询功能。实现实时动态查询和各种情况的历史查询。可以根据授权任意查询现在何人在何地、现在何地有何人、何时何地有何人、何人何时在何地等状况,不仅可以反映罪犯是否按规定路径行走和滞留、与哪些人员接触等情形,以检验罪犯完成劳动作业、遵规守纪、诚信程度等改造表现情况;还可以检查带值班民警是否按规定巡查、何时找何罪犯谈话或与何罪犯接触等各种履职情况和发生突发事件后的上溯调查。
  2.电子地图显示功能。能够在电子地图上显示所有射频卡分别所在位置,点击或划定一定范围后即时显示每一个射频卡所代表的人员身份;显示受限人员的活动范围;显示任何人员不得涉入的禁区范围;查询某人在过去的某时间段行径路径能够在图上显示线路轨迹;显示各种报警信号发出的部位及对应的人员。地图自身还应具有放大、缩小、中心移动、标尺测距、保存和打印等功能。
  3.报警及提醒功能。系统能设定禁区范围并确保一旦持卡人员进入立即报警;设定罪犯活动范围,确保罪犯一旦超范围活动立即报警;设定带值班民警在不同时间段点名巡查的线路,一旦民警没有履职及时得到提醒;设定任何持卡人在某一地点长时间没有活动或活动幅度明显小于应有幅度(休息时间除外)即报警,防止卡被丢弃、违规睡觉、人员受害等情况发生;设定标签不工作报警,以便及时更换;设定非指定标签发出的射频信号而被阅读器识读的提醒,以便查明信号源。报警信号如果能够与监控系统、现场广播或对讲系统联动,效果更佳。
  由于利用RFID作为监狱人身定位系统一般是无源系统(煤矿井下定位系统使用的是有源系统,安装在安全帽上与矿灯电源连接),作用距离短,需要安装大量的阅读器或大功率的发射天线,增加投入成本;RFID对方向性要求很高,信号接收灵敏度差,影响通讯和定位效果。有鉴于此,基于IEEE802.15.4的ZigBee技术无线智能传感器网络(WSN)跟踪定位系统应运而生。
  二、无线局域网定位系统
  用无线局域网进行人身或物品定位,美国、欧洲、日本均有实践。基于IEEE802.11标准的无线局域网,具有通讯距离远、通讯无方向性要求、数据传输量大、抗干扰能力强等优点,解决了RFID自身无法解决的问题。但其对电源要求高、耗电量大、所有的节点均要与网络计算机相连,对于极度强制性使用的罪犯而言是无法适用的。另一种新的无线局域网——基于IEEE803.15.4标准的Zig-Bee技术的无线传感器网络(WSN),很好地解决了这些问题。
  ZigBee技术是一种短距离、低速率(250KB/S)、低功耗、低成本、自组网、低复杂度的双向无线通信技术,主要适用于自动控制和远程控制领域,支持地理定位功能。ZigBee低功耗的特点,使得配置的电源体积很小,两节5号电池能够使用6个月至2年时间,配置袖珍充电电池可以无限期使用。ZigBee的无线数据模块(协调器,相当于机站)集成化程度高,体积也很小,十分便于安装;用于子节点的无线数据模块(相当于手持机)体积更小,十分便于携带。虽然ZigBee是一种短距离的通信技术,理论上通信距离是75米@,一般不超过150米(视场所条件而定),但不仅协调器与子节点之间可以相互通讯,而且协调器与协调器之间、子节点与子节点之间也能相互通讯,可任意自主建立网络,使得网络通信距离扩大数十倍甚至数百倍。ZigBee具有难以想像的扩展能力,模块之间可以随时随地自行组网,使得网络具有很大的伸缩性,一个WSN可以容纳254个子节点的无线数据模块和1个作为协调器的无线数据模块,一个区域内同时可以存在254个WSN,即同时允许多达65
  000个无线数据模块。ZigBee可以随时随地与有线局域网(LAN)或广域网(WAN)相连,实现各种远程控制能力。ZigBee投入成本相对低廉,一个作为协调器的无线数据模块不到1000元,作为子节点的无线数据模块只有450元左右,维护费用很低,使用868MHz/915MHz和2.4GHz的世界范围内免执照、开放性频率。ZigBee名字的来源取自蜜蜂通过跳zigzag形状的舞蹈进行通信,分享新发现的食物源的位置、距离、方向等信息,因此,zigBee设计之初衷,就是使WSN能够实现测距、测向、定位的要求,这是任何无线局域网和RFID均无法比拟的。
  监狱的WSN定位系统,除了完全具有上列的RFID定位系统的所有硬件要求和功能外,还应该具有以下要求:
  (一)数据模块的主动提醒和自动报警功能
  无论罪犯佩戴的数据模块(以下简称通信器)还是民警携带的通信器或镶嵌数据模块的PDA(手持电脑)都应该具有主动提醒功能,即网络控制终端能够随时对任何一个或同时对多个通信器进行呼叫,或控制系统自动呼叫,通讯器配置语音模块的发声装置或发光装置,提醒通讯器持有者注意或按约定实施某种行为,如持有者进入禁区范围报警或违反规定长时间在某个地点滞留提醒等,解决RFID系统无法做到双向报警的缺陷。罪犯佩带的通讯器能够腕带等装置实现与罪犯身体在一般情况下不可分离,腕带内镶嵌电路与通讯器相连,一旦出现短路(腕带截断)、电压超范围(外接电路)均能在控制终端上即时报警和通讯器现场报警(发声或发光),抑制破坏者继续实施破坏行为。
  (二)民警PDA联网功能
  利用WSN网络与局域网的连接,使作为子节点的镶嵌无线数据模块的PDA既与有线局域网相连,又与其他无限数据模块联网,随时查询任何一个通讯器的运行情况或PDA周围的通讯器持有者的情况。在脱离局域网的情况下,能够随时与其他通讯器组网。如带罪犯出监管区域劳作、外出就诊、押解罪犯等,随时随地知道罪犯相对PDA持有民警的位置,脱离PDA接收区域或程序设定的距离即报警。如果PDA与电信部门的移动网络相连,监狱本部也能及时掌握外出人员的动向,发生突发事件能够及时知晓、及时处置。PDA应该具有民警发生危险或需要紧急支援情形时的主动报警功能,一旦发生危险,只要按一下特定按钮,就能发出报警信号,中心控制室或其他网络终端均能在第一时间知晓报警民警的姓名、部位,即时出警处置。PDA还应该具有电子地图的即时显示功能,在PDA周围的通讯器能够完整显示,点击后十分便利地查询通讯器持有者的基本情况,在民警找罪犯谈话时,能够有针对性地实施教育。PDA可以配置通话装置,利用WSN的频率,实现相互之间对讲或群呼。当然,利用邮件系统实现短信发送与接受,更是PDA自有的功能。PDA如果配置录音、照相、摄像功能,那么PDA就能成为流动的情报站和指挥所。
  WSN定位系统虽然维护和运行费用很低,但初期投入对于目前绝大多数监狱经济实力而言,肯定是无法承受的 (假定一个3000人左右的高警戒度监狱,初期投入就需要350万元以上)。随着时问的推移,WSN的无线数据模块成本将会有大幅度下降;随着监狱WSN定位系统推广进程的加快,网络开发费用的分摊,初期投入成本也必将有很大程度的下降。从监狱管理和矫正技术的发展趋势看,WSN定位系统代表着监狱矫正技术的发展方向,不仅是可能的,也是必需的。

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