1项目概述
1.1项目背景
监狱是国家司法机关的重要组成部分，承担着执行刑罚、教育和改造囚犯的重要使命。目前，监狱单位采用信息技术构建监狱安全系统，逐步建立以视频监控为核心、集成联动的安全系统，实现基于物理环境的监控区域点、线、表面的监控管理。
根据监狱特定管理对象的监督安全要求，需要确保囚犯在规定的时间、地点（包括劳动、学习、娱乐休息），在建立相关管理制度和控制过程职责规范的前提下，主要通过现场管教警察的监督管理，维护标准化的监督改造秩序，约束囚犯的个人行为活动，如划分活动范围和禁区，按规定间隔计算人数，记录和评估劳动或学习成果。这些控制业务是在管理区域动态、个性化管理目标对象、连续管理时间的管理环境中完成的，因此管理风险和控制盲点体现在以下方面：
缺乏管理手段
对于服刑人员的个人管理，如人数清点采用手工的方式，容易出现错误和遗漏，记录不清楚，人数清点耗时大，下层数据不能实时上传，上层监督不能实时到位。
缺乏管理内容
管理目标对象缺位、下落不明后，无法实时全面掌握其活动轨迹，无法分析情况，有助于后续处置。
缺乏管理体系
在现有以视频监控为核心的监狱安全系统中，削弱了囚犯的个人活动管理。在紧急情况下，缺乏快速有效的人员定位。
基于以上分析，建立一套以囚犯及其相关物品（劳动工具等）为管理对象，以囚犯活动轨迹、相关物品状态为控制重点，基于过程智能识别控制系统，借助监管环境和个人监管三维安全管理系统，实现监狱监管安全管理实施环境，成为管理升级的迫切要求。
省监狱管理局根据省监狱数字化建设，综合考虑各种条件，决定项目采取试点、推广建设原则，逐步推进应用，在省监狱党委和领导的高度重视和大力支持下，选择沙监狱作为试点单位。
1.2项目目标
根据监狱监督安全系统确定的控制目标和管理规范，利用智能识别技术和计算机网络技术，为特定管理对象及其相关物品建立活动轨迹管理和相关物品事务管理控制平台系统，实现数据共享和业务协同业务控制。
根据本项目的业务内容和业务范围，结合本项目使用的相关技术，名称为：监狱RFID为便于描述，智能识别管理平台以下简称iPZBS系统(Intranet Prison ZigBee System)。
2.业务解决方案
2.1设计原则
本系统的业务设计以监狱监督改造管理流程规范为基础，以提高监狱管理信息化水平为重点，以投资低、效率高、实用性强、可扩展为目标。在下一个深化设计阶段，将包括以下内容：
1.确定应用系统的业务边界，以及应用系统与其他系统之间的逻辑关系。
2.分析应用系统的内部结构，确定系统模块的划分。
3.分析应用系统中各模块之间的逻辑关系。
2.2.业务内容及边界
iPZBS该系统主要对监狱囚犯及相关物品进行清点、定位和跟踪；监管区域是指监狱囚犯可以涉及的生活、劳动和学习区域，未来可以扩展到监狱警察、监狱资产和监狱企业产品。主要包括以下业务和管理方法。
2.2.服刑人员清点定位管理
清点定位(俗称点名)管理是指监狱值班民警按照监管规定在规定的时间间隔内对囚犯人数进行清点，快速确认当前监管区域实际人数并进行异常处置的管理行为。一般囚犯必须按要求佩戴标识(胸卡/服装颜色或标识)，以监区行政组织为基本单位开展活动。
点名管理分为两类：手动点名和自动点名
手动命名：在生产车间、囚犯活动场所、监狱等监管场所，值班警察持有采集设备，对当前监管区域的囚犯逐一采集（扫描标志），并将采集结果传输到后台管理系统，由后台管理系统完成点名记录、比较分析、预（报。
自动命名：囚犯进入、离开建筑楼层通道门、建筑入口门时，安装在楼层通道门、建筑入口门收集设备，自动记录囚犯进出，实时上传数据到后台管理系统，实现实时命名。
监狱服刑人员点名管理采用手动点名与自动点名相结合的方式，实现不同区域的管理。手动点名主要用于劳动等场所规定的时间间隔内的点名，以清点囚犯人数；自动点名主要用于各楼层和建筑物的出入口，记录囚犯的出入口，迹。
手动点名业务流程：
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流程说明：
1.值班警察持收集设备，逐一收集当前监管区域的囚犯（扫描佩戴的标志）；
2.收集设备以获取识别信息并存储在当地；
3.值班警察将收集设备连接到网络，上传数据；
4、后台应用服务器接收收集设备上传的数据，执行业务逻辑处理（如记录清点人数、检查比较），执行异常命名信息的报警提示；
5.后台应用服务器将业务处理后的点名结果下传到手持终端设备；
业务流程自动点名：
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流程说明：
1.当囚犯进出建筑物楼层和出入口大门时，收集设备实时阅读佩戴的标志信息，并上传到后台服务器；
2.后台应用服务器接收识别设备上传的数据，并根据点名业务规则和手动点名结果进行业务逻辑处理，并对异常点名信息进行报警提示；
手动点名与自动点名的区别：
手动点名 自动点名
应用设备 移动采集设备 固定收集设备
数据读取方法 人工操作 自动读取
数据传输模式 离线读取，手动上传 实时在线传输
应用位置 建筑物内 建筑通道门、入口门
2.2.服刑人员活动轨迹管理
活动轨迹管理是指使用手持收集设备和固定收集设备安装在建筑物出入口、建筑物出入口自动读取囚犯佩戴的识别设备信息，记录监管区域内各楼层、建筑物的出入口，并根据收集设备的位置信息，按时间顺序，形成监管区域内的活动轨迹。
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业务流程：
1.囚犯进出建筑物楼层、建筑物出入口时，安装在出入口处的采集设备采集电子标签数据，并上传至后台管理系统；
2、后台管理系统接收收集设备上传的数据，并根据收集设备的安装位置信息确定囚犯的进出位置，识别设备和囚犯的相应信息
3、后台管理系统以囚犯信息、收集点信息、时间（顺序）为要素，根据各建筑物的进出情况，以地图（图）或列表的形式勾勒出监管区域的活动轨迹。
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2.2.服刑人员关联物品管理
囚犯的相关物品包括囚犯接触或使用的劳动工具、学习用具、生活用具等。其管理内容主要是按照有关规定的收集、归还、使用相关物品，以及物品的状态管理和报警处理。以劳动工具为例：
1、工具领用
记录工具的接收过程，记录其接收人、接收时间等要素。
业务流程：
1)值班警察用收集设备扫描劳动工具的电子标签，收集数据，识别本次收到的工具，并进行本地存储；
2)值班警察扫描服刑人员佩戴的识别设备，收集数据，确认领用人并存储在当地；
3)值班警察将收集设备连接到监狱局域网，将收集到的数据上传到后台管理系统；
4)后台管理系统分析上传的数据，生成接收记录；
2、工具归还
对于已使用的劳动工具，需要解除领用关系，并记录归还时间。
其业务流程与接收流程相同。
3、工具调换
由于损坏、不能使用等原因，需要更换已使用的工具时，需要更换工具。
其业务流程由工具归还和工具收集两个步骤组成。具体业务流程见上述描述。
4.工具活动轨迹
通过在监管区域内安装在各楼层出入口和建筑物大门出入口的采集设备，记录劳动工具的活动轨迹，非法携带报警。
其流程可见服刑人员活动轨迹管理。
3.技术解决方案
3.1智能识别技术概述
智能识别技术是一种利用识别装置自动获取识别目标对象的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的技术。智能识别技术包括生物识别（如指纹识别、虹膜识别、静脉识别等）RFID各种识别技术有不同的应用范围和应用方法，主要包括目标对象的识别、识别装置、通信协议、数据和业务逻辑处理。以下是条形码技术RFID以技术为例。
3.1.1条形码技术原理
条形码简称条形码。条形码是一组按照一定编码规则排列的条形和空符号，用于表示一定的字符；条形码技术是以条形码为识别标志，以扫描设备为识别工具，通过条形码的反射光识别物体的技术。条形码技术主要包括条形码规则和条形码识别技术。
条形码编码规则：条形码编码由国际物品编码协会制定，具有独特、永久的特点。
条形码识别技术：条形码识别由条形码扫描仪完成，扫描仪使用自己的光源照射条形码，然后使用光电转换器接收反射光为了获取条码信息，将线的明暗转换为数字信号。
3.1.2RFID技术原理
RFID即无线射频识别技术(RFID是Radio Frequency Identification它是一种非接触式自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。识别工作可以在各种恶劣环境中工作，无需人工干预。RFID技术可以同时识别高速活动的目标对象和多个标识(签名)，操作快捷方便。它主要由电子标签、阅读器分为固定式、手持式)、天线等组成，通常可以通过数据传输网络实现数据处理分析和信息共享。
标签(Tag)：每个标签由耦合元件和芯片组成，具有唯一的电子编码，并附着在物体上来识别目标对象
阅读器(Reader)：读取(有时也可以写入)标签信息的设备以设计为手持式或固定式；
天线(Antenna)：射频信号在标签和读取器之间传输。
RFID技术的工作原理是：电子标签接收读者发出的射频信号，通过感应电流获得的能量发送存储在芯片中的信息；读取信息并解码后，发送到后台信息系统进行相关数据处理。
3.1.三条形码技术与RFID技术比较
条形码技术与RFID技术作为一种识别技术，在功能上有一定的相似性，如唯一的识别对象、快速、非接触式识别等，但这两种技术差异很大：
条形码技术 RFID技术
读取数量 一次一个 一次多个
读取方式 直视标签，读取时需要光线 没有特定的方向和光线
读取距离 约10至50厘米 1-10米甚至更远(取决于频率和功率)
数据容量 容量小，只能用数字表示 大容量存储数据
读写能力 不能更新条码数据 电子数据可以反复被覆盖
读取方便性 读取时必须标记可见 隐藏在包装中的标签也是可读的
数据正确性 人工读取增加了疏失的机会 数据可以自动读取
抗污性 如果条形码被污染，信息 表面污损不影响数据读取
不正当复制 方便容易 非常困难
3.2技术路线
3.2.1设备技术路线
监狱管理的特殊性要求识别载体具有一定的抗破坏性，需要同时处理多个识别对象（囚犯），并考虑阅读设备可以适应不同地方的应用（活动区域、出入口），并结合上述条形码技术RFID我们选择比较分析情况RFID作为本项目的设备技术路线。
目前定义RFID产品的工作频率包括低频、高频和超高频的不同产品，以及不同频段RFID产品会有不同的特性。传感器(电子标签)有两种方式:无源传感器和有源传感器。无源传感器具有不同工作频率产品的特点和主要应用。
超高频系统(工作频率为860)MHz到960MHz之间)，通过电场传输能量。电场的能量下降不快，但读取区域定义不好。该频段读取距离较远，无源可达10m左右。主要通过电容耦合实现。
该系统采用超高频系统，如图所示。
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3.2.通信技术路线
iPZBS系统采集、传输和交换数据信息，可采用脱网采集、接入、上传、下载处理、网络实时采集处理等方式，移动识别设备（手持读写器）支持WiFi、GPRS、AP接入模式，如无线局域网。因此，该系统可以根据监狱的实际情况，在不同的地方建立数据信息通信机制，如警察和目标对象可以使用手持识别设备上传和下载附近的互联网计算机连接到附近的网络计算机上传和下载数据；通道和门可以设置固定识别设备，连接到网络实时收集实时传输数据；监狱仓库等目标对象，固定识别设备可自动收集或设置无线设置AP实时接收手持识别设备的采集数据和数据下载。
一般来说，通信网络模式可以根据情况灵活部署或调整，软件系统将满足不同通信模式下的数据逻辑处理。
3.2.三、软件技术路线
以.NET使用平台C#开发语言，采用中间件技术和统一资源模型Asp.Net技术，以C/S、B/S为了展示风格，构建混合模式iPZBS系统
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3.2.3.1开发技术
该软件采用面向对象的分析和设计技术(00A/D)处理业务需求。OOA/D该技术通过观察客观世界来分析软件问题，将业务需求中涉及的内容分为多个对象，通过对象的属性、行为和关系来描述业务过程。
1 .Net平台 .NET Framework V3.5 英文版
2 开发语言 C# V2008
3 界面展现 Asp.net V3.5
4 服务依赖 Spring.NET V2.0
5 数据持久化 NHibernate V1.2
3.2.3.2开发工具
本项目涉及多种开发工具，列示如下：
序号 类型 软件层次 应用技术和工具 版本号 语言版本
1 开发工具 代码编辑 Visual Studio V2008
2 版本控制 Visual SourceSafe V2005
3 业务设计 EA V7.0 汉化版
4 数据库 数据库系统 SQL Server V2000 中文版
5 第三方控件 界面展现 RadControl V2010 英文版
3.2.3.3软件模式
iPZBS该系统分为前端应用和后台管理两部分，用于完成业务处理过程中不同的逻辑功能。
前端应用：通过设备制造商提供的前端设备，部署在手持式阅读器、固定式阅读器等前端设备中SDK编程界面，完成电子标签信息数据的收集，手动将收集到的数据信息上传到后台管理应用程序，实现业务逻辑处理。
后台管理：部署在监狱内网应用服务器上，接收固定阅读器在线上传的数据信息和手持阅读器手动上传的数据信息，根据系统设置和业务处理逻辑接收数据，并将计算结果保存在应用服务器中。
前端应用 后台管理
安装位置 移动阅读器 应用服务器
操作系统环境 WinCE5.0嵌入式操作系统 Win2003 Enterprise Server
数据存储模式 文件 关系数据库(Sql Server)
运行环境 .Net .Net
主要功能 采集、上传数据 参数设置、业务逻辑计算、查询功能
3.由三个管理系统组成
监狱RFID管理系统主要由四个部分组成：前端识别、数据采集接入、数据传输和后台应用管理
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前端识别：以囚犯佩戴的无源电子标签为身份识别标志，接收读者发送的射频信号，发送电子标签信息；
数据采集：使用手持式、固定式阅读器接收前端识别设备-电子标签发生的信息；
数据传输：数据采集设备-阅读器采集的电子标签信息通过监狱局域网传输到后台管理系统；
后台应用管理：根据业务逻辑接收局域网传输的电子标签数据；
3.3.由管理系统设备组成
本系统设备由识别标识(电子标签)设备、采集设备(阅读器)、传输设备(无线)AP，局域网交换机等。)由三部分组成，实现了利用收集设备收集识别设备信息并将数据上传到后台管理系统的功能。
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识别设备（电子标签）：用于识别目标对象-囚犯。在本系统中，人员目标对象采用胸卡标志，物体目标对象采用防金属标签标志。
采集设备(手持式、固定式阅读器):收集目标对象佩戴的电子标签中的信息。在本系统中，手持式和固定式混合设备。
传输设备(无线AP、交换机):在采集设备和后台系统之间提供通信链路，实现采集数据的上传和业务数据的下载。
3.3.由管理系统软件组成
iPZBS系统建立在统一成熟的基础构件上，以囚犯及相关物品为管理对象，围绕监管区域内的活动建立基于业务流程的业务管理信息系统。
总体软件结构图如下：
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本管理系统由前台应用程序（信息收集和传输）、后台管理（业务逻辑）和底层事务处理（基本部件、资源定义、数据接口）组成，实现系统中不同的业务功能。
3.3.2.1前台应用
前端应用程序主要部署在手持式移动阅读器和固定式阅读器上，主要用于数据采集和数据上传。
1、数据采集
读取囚犯佩戴的电子标签，并将结果存储在前端设备中。
2、数据上传
本地存储的点名数据通过监狱局域网上传到后台管理服务器。
3、数据下载
将服务器上计算的点名数据下载到本地阅读器。
3.3.2.2后台管理
后台管理软件主要执行数据接收、数据计算、档案数据维护、系统配置等操作。
1、基础档案
对系统涉及维护基本档案数据：
电子标签文件：描述其唯一编号、当前持有人、状态等信息
阅读器文件：描述其编号、安装位置等信息
2、系统设置
设置各监管区域的点名时间间隔和应用人数。
3、工具管理
流程管理涉及资源定义的生产工具的相关业务环节。具体涉及以下业务环节：
工具领用
工具归还
工具调换
工具保管
4.电子标签管理
管理电子标签的发布、回收、更换等状态变化，并跟踪记录状态变化过程。
5、点名管理
收集前端阅读器上传的点名数据，分析收集的数据，形成点名结果并进行持久保存。
6.活动轨迹管理
根据对固定阅读器上传的采集数据的统计分析，实现监管区多栋建筑的活动轨迹和劳动工具的跟踪，形成基于电子点图的可视化活动轨迹。
7、查询统计
查询统计系统中形成的各种业务数据。
10、数据分析
提供以月、季、年为维度的图形数据分析，以囚犯点名、生产工具收集、归还等业务数据为数据源
3.3.2.3基础构件
基本构件包括系统框架中的一般设计部分，包括应用于数据持久化的事务管理、业务对象的超级定义、系统权限管理等。
1.Session管理
采用AOP实现原则，基于第三方持久组件，采用数据库连接池机制管理与数据库的连接，确保数据库交互操作能够正常打开和关闭，并将异常信息反馈给前台。
2.事务管理
采用AOP基于数据库事务的实现原理ACID保证数据库正确操作的正常写入和异常操作下的数据回滚，保证数据库中业务数据的一致性。
3.树模式
基于继承和多样化的设计理念，实现分类树模式下业务对象的超级定义、树节点的增加、删除、更改和检查业务功能。
4.表单模式
基于继承和多样化的设计理念，实现不同业务类型业务对象的超级定义，如单表、主表、批量基础数据等，实现业务功能的增加、删除、更改和检查。
5.菜单管理
软件系统功能模块和操作界面的自定义设置，如定义模块显示名称、界面标题名称、菜单显示顺序等。
6.权限管理
实现基于业务组织和业务角色的权限自定义配置，结合菜单定义功能，保护系统数据安全。
综上所述，基本构件实现了软件系统中通用的业务逻辑和处理过程，实现了代码的高度可重复使用，大大降低了具体应用开发中的编码量。
3.3.2.4资源定义
实现系统中统一资源管理的理念，统一描述软件中涉及人、物、环境的资源，为业务应用提供数据支持。
1.人员和组织
行政组织：描述监狱现有的塔式组织，以确定人员的行政所有权。
业务组织：以业务执行过程为约束，在业务过程中定义具体的业务内容。
业务岗位：在虚拟业务组织下定义业务执行过程中执行具体事项的岗位。
人员档案：行政组织下监狱单位现有在职警察的相关信息。
押犯组织：定义行政组织，用于执行囚犯关押。
囚犯档案：定义现有监狱在押人员的相关信息。
2.生产资源
定义生产过程中涉及的生产工具和机械设备，并与电子标签相匹配，以识别相关资源。
3.环境资源
定义监狱监管区的建筑物和楼层分布，以匹配固定读卡器，确定囚犯的活动轨迹。
3.4系统接口
3.4.1接口原则
该系统的应用是基于前端硬件设备、囚犯基本档案等软硬件环境，涉及与前端设备和第三方软件产品相关的接口。同时，可以考虑与监狱现有的综合安全管理平台对接，实现联动。相关接口的实现遵循以下原则。
直接调用厂房提供的与硬件相关的接口SDK的方式。
基于中间数据源的数据交换与第三方软件产品相关的接口。
3.4.2接口内容
根据本软件实现的功能和应用设备，相关界面包括以下两类：
其他方为我们提供的接口
我们为他人提供的接口
对于监狱系统现有或即将安装部署的应用系统，有以下：
对方提供的接口：
1.识别设备(阅读器)制造商提供读取电子标签SDK包及相关驱动程序。
监狱公开平台提供的服刑人员基本档案信息，包括服刑人员档案信息。
我们为他人提供的界面：
为监狱综合安全管理平台提供目标对象清点事件异常报警信息。
其他方为我们提供的接口 我们为他人提供的接口
电子标签信息 服刑人员信息 报警信息
读取方式 调用SKD读取 基于数据库技术的数据交换 基于数据库技术的数据交换
数据内容 电子标签信息 监区调动服刑人员档案 点名报警信息
接口内容及数据示意图如下：
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3.5系统清单
本清单以试点单位-监狱监管区的环境和建筑构成为前提，遵循总体规划、分布实施的原则，配置监管区的囚犯、相关生产工具和两个生产车间。扩大建筑物或监管区域的应用等。
3.5.1配置原则：
1.电子标签:1名囚犯，1名相关物品（生产工具）
2.手持式阅读器:每栋建筑每层配置2台/或按监区组织配置
3.固定阅读器:每栋建筑各楼层出入口、大门出入口各配置1台
4.固定天线:每个固定阅读器配2个
5、无线AP：可选
6.管理软件：前端软件在每个手持式阅读器中安装一套
在中央机房服务器上安装后台管理软件
除管理软件外，其应考虑备用设备。
3.5.监狱的实际情况
1.服刑人数:按2000计算
2.劳动工具数量:按8000计算
3.生产车间楼层:每个生产车间共4层
4.生产车间楼层出入口及大门出入口:每个生产车间10个(1楼4个，2楼3楼4个)
实施解决方案
4.1系统总体部署
本系统的基本原理是应用RFID该技术通过阅读器采用电子标签数据，并将收集到的数据上传到后台管理应用服务器，以实现业务管理功能。因此，系统部署涉及两类：
设备部署
应用软件部署
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4.1.1设备部署
前端设备部署包括电子标签、手持移动阅读器、固定阅读器（包括天线）。
1、电子标签
将电子标签发给监狱中所有被拘留的囚犯，并通过胸卡佩戴左胸。通过管理软件的功能，设置电子标签与囚犯的对应关系，实现囚犯的身份识别。
2.移动阅读器
移动阅读器配备在监狱、医院、禁闭室、监狱队、习艺楼、生产车间、囚犯食堂的每一层，用于活动场所的点名管理。
3.固定阅读器
固定阅读器用于跟踪和记录监管区内囚犯的活动轨迹，包括监狱、医院、禁闭室、监狱队、习艺楼、生产车间、囚犯、接待楼和食堂。