2005年12月,监狱使用智能跟踪定位系统是一个新课题。AeroScout和Alanco基于两家公司宣布开发行业Wi—Fi无线局域网RFID标签跟踪系统,并在欧洲监狱试用。目前,我国监狱还没有开发出完整的智能跟踪定位系统。西方发达国家和台湾地区正在使用假释罪犯和个别被保安处罚的违法者“电子镣铐”但是经常听到。
跟踪和定位人员和移动物品的方法有很多,GPS(全球卫星定位系统)是使用最广泛、最常见的定位方式,特别适用于交通工具和人迹罕至的野外操作人员的定位;近两年开发的手机定位系统利用手机与机站不间断通信的特点,实现人员定位跟踪。中国联通已经开始了这项业务;无线局域网(WLAN)通过无线接入点(节点)的密布,定位是一种新的定位方式“接收信号的强度、角度、时间等,以及典型的三角算法”,确定移动目标的位置,目前目前的发展IEEE基于802.11系列标准的无线局域网定位系统IEEE802.15.4标准的Zig-Bee无线智能传感器网络技术(WSN—WirelessSensor-Networks)定位方法;无线射频识别卡;(RFID)定位是一种经济、准确的定位方法,目标定位采用射频标签与读头(阅读器)的通信联系,局域网采用(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体系已采用RFID定位方式。
监狱人员定位跟踪系统必须基于纠正罪犯的需要和可能性。首先,人机不能分离,以确保配备的跟踪器随身携带。一旦与身体分离,立即报警;第二,定位要准确。监狱的安全性要求定位的准确性很高。墙外lm和内1m“两个世界”,不允许定位将失去定位的意义;三是功能齐全,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具有及时报警功能(被动报警)、罪犯超警区主动报警功能等。;第四,投资少,运营成本低,投资和运营成本过高会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不适用于犯罪分子的定位,一是方便携带,“人机不可分离”难以实现;二是投资运营成本高,监狱难以承受;第三,定位精度不高。虽然手机定位声称定位精度在5米以内,但实际误差在15米~50米之间,GPS虽然精度在2米以内,但无论是手机定位还是手机定位GPS定位仅限于平面定位,不能解决楼层等立体建筑人员的准确定位。因此,在目前的技术条件下,监狱更适合矫正人员和罪犯的人身定位WLAN或WSN定位和RFID两种定位方法。
一、RFID跟踪定位系统
(一)RFID介绍基本情况
RFID,是无线射频识别技术(Radio Frequency Identifi.cation)英文缩写是一种非接触式自动识别技术,利用射频信号与空间(电磁或电感)耦合传输特性实现被识别对象的自动识别。它包括电子标签(应答器,Tag)和读器(读头,Reader)两部分。阅读器还包括读头和天线,许多阅读器将天线和读头模块集成和读头模块。在实际应用中,电子标签附着在被识别对象的表面或内部。当带有电子标签的被识别对象通过读者的可识别范围时,读者会自动读取电子标签中约定的识别信息而不接触,从而实现自动识别对象或自动收集对象标志信息的功能。RFID目前已广泛应用于商品零售、仓储管理、生产线控制、动物识别、运输、军事物质跟踪等领域。我国铁路系统得到充分利用RFID用于列车运行控制和车厢调度的系统。
RFID,根据是否有自动供电,可分为有源系统和无源系统,自带电源为有源系统,无电源由读者发射的电磁场激发能量启动;根据数据调制,可分为主动、被动和半主动。主动射频系统用自己的能量向读者发送数据。有源系统是主动的,被动的是利用读者的载波调制自己的信号。无源系统属于被动式,半主动式是指电池本身,只起到标签内电路供电的作用,数据发射仍然通过反向散射调制通过阅读器能量场激活传输;按标签工作频率分为低频(30—300KHz)、高频(3—30MHz)、超高频(300MHz以上如433HZ)和微波(2.4GHz以上)系统频率越低,成本越低,读写距离越短,反之亦然;根据标签的可读性,分为只读标签、读写标签和多读标签;根据标签中数据存储器的存储容量,分为标签和便携式数据文件。前者只起到识别的作用,后者本身存储大量数据,可用于用户编程。
(二)RFID人员定位系统的工作原理
阅读器密集在定位区,每个需要定位的人员都配备了RFID当持卡人进入读写区域时,射频标签将定期自动与读者传输数据并进行确认。每个读者都连接到局域网,通过应用软件进行计算机处理,实时反映人员的位置和运动轨迹,如电子地图、统计表格、约定的文本信息显示等。
(三)监狱RFID硬件要求定位系统
1.配备RFID卡。RFID卡应选择远程阅读的超高频或微波系统。每个标签应提前写入指定数据,以便计算机能够识别相应的持卡人身份。所有需要定位的人员必须随身携带。对于监狱,必须采取强制措施和适当措施RFID卡片与罪犯的身体不可分割,如果可以镶嵌在表带式装置中,系在手腕或脚踝上。
2.安装足够数量的阅读器。阅读器的数量应能够满足定位计算的需要,并确保有三个以上的阅读器可以阅读定位区域的射频卡。阅读器太少,会出现通信盲区,导致定位不准确。阅读器的天线和发射功率应尽可能大,以确保阅读器能够在较远的距离内顺利实现与射频卡的通信,@尽量减少阅读器的数量。阅读器安装尽可能牢固,自身及其供电、数据传输设施不易损坏。
3.满足通信需求的网络。所有阅读器可以通过多串口卡直接连接到附近的计算机,并在本地化处理后连接到局域网;或者通过特殊数据处理中间件进行本地化过滤,然后直接连接到局域网(有线或无线)。阅读器通信数据必须汇总到服务器使用特殊软件进行集中处理,以实现人员和移动项目的定位。
(四)监狱RFID腕带定位系统的性能要求
监狱RFID腕带跟踪定位系统的性能在很大程度上取决于应用软件中的程序设计。软件设计必须提前满足以下要求:
1.人员查询功能。实现各种情况的实时动态查询和历史查询。根据授权,您可以查询谁在哪里,谁在哪里,何时何地,何时何地,何时何地,不仅可以反映罪犯是否按照规定的路径行走和停留,与谁联系,检查犯罪分子完成劳动作业、遵纪守章制度、诚信程度等改造表现;还可以检查值班警察是否按规定巡逻,何时与犯罪分子交谈或与犯罪分子接触,以及紧急情况后的可追溯性调查。
2.电子地图显示功能。可以在电子地图上显示所有射频卡的位置,点击或划定一定范围后立即显示每个射频卡所代表的人员身份;显示受限人员的活动范围;显示任何人员不得参与的禁区范围;查询过去一段时间内的行径路径;显示各种报警信号和相应人员。地图本身还应具有放大、缩小、中心移动、标尺测距、保存和打印等功能。
3.报警和提醒功能。系统可设置禁区范围,确保持卡人立即报警即报警;设置犯罪活动范围,确保犯罪活动超出范围后立即报警;设置值班警察在不同时间段点名检查的线路,警察不履行职责,设置持卡人长时间无活动或活动范围明显小于应有范围(休息时间除外),防止卡丢弃、非法睡眠、人员伤害等。;设置标签不报警,以便及时更换;设置非指定标签发出的射频信号,并被读者识别,以信号源。如果报警信号能与监控系统、现场广播或对讲系统联动,效果会更好。
由于利用RFID作为监狱人身定位系统,一般为无源系统(煤矿地下定位系统采用有源系统,安装在安全帽上,与矿灯电源连接),距离短,需要安装大量阅读器或大功率发射天线,增加投资成本;无源RFID对方向性要求高,信号接收灵敏度差,影响通信和定位效果。有鉴于此,基于433HZ频率的RFID无线智能传感器网络技术(WSN)跟踪定位系统应运而生。
二、无线局域网定位系统展望
美国、欧洲和日本都使用无线局域网定位个人或物品。基于IEEE802.11标准无线局域网具有通信距离长、无方向通信要求、数据传输量大、抗干扰能力强等优点RFID缺乏技术。但是,它对电源要求高,耗电量大,所有节点都要与网络计算机连接,不适用于极其强制性的罪犯。另一种新型无线局域网——基于IEEE803.15.4标准的Zig-Bee无线传感器网络技术(WSN),解决一些问题。
ZigBee技术是短距离、低速率(250KB/S)、双向无线通信技术,功耗低,成本低,自组网,复杂性低,主要用于自动控制和远程控制,支持地理定位功能。ZigBee功耗低的特点使配置的电源体积非常小。两节5号电池可使用6个月至2年,袖珍充电电池可无限期使用。ZigBee无线数据模块(协调器相当于站)集成度高,体积小,安装方便;子节点无线数据模块(相当于手持机)体积小,携带方便。虽然ZigBee理论上,短距离通信技术是75米@,一般不超过150米(视场条件而定),但不仅协调器和子节点可以相互通信,协调器和协调器、子节点和子节点也可以相互通信立建立网络,使网络通信距离扩大数十倍甚至数百倍。ZigBee具有难以想象的扩展能力,模块可以随时随地组网,使网络具有很大的可伸缩性,一个WSN可容纳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,一个区域同时存在254个WSN,同时允许多达65 000个无线数据模块。ZigBee有线局域网可以随时随地使用(LAN)或广域网(WAN)实现各种远程控制能力。ZigBee投资成本相对较低,无线数据模块作为协调器不到1000元,无线数据模块作为子节点只有450元左右,维护成本很低,使用868MHz/915MHz和2.4GHz免执照、开放频率在世界范围内。ZigBee名字来源于蜜蜂通过跳跃跳跃zigzag通信形状的舞蹈,分享新发现的食物源的位置、距离、方向等信息,因此,zigBee设计的初衷是使用WSN其他无线局域网可以满足测距、测向和定位的要求RFID不具备的。
监狱的WSN除上述定位系统外,定位系统完全具有上述功能RFID除了定位系统的所有硬件要求和功能外,还应满足以下要求:
(1)数据模块的主动提醒和自动报警功能
无论是犯罪分子佩戴的数据模块(以下简称通信器),还是警察携带的通信器或镶嵌数据模块PDA(手持计算机)应具有主动提醒功能,即网络控制终端可以随时呼叫任何或多个通信器,或控制系统自动呼叫,通信器配备语音模块声音装置或发光装置,提醒通信器持有人注意或按约定执行某种行为,如果持有人进入禁区报警或长时间停留在某个地方,则解决RFID该系统无法实现双向报警的缺陷。罪犯佩通般情况下,腕带等装置与罪犯带镶嵌电路与通讯器连接,一旦短路(腕带截断)、电压范围(外部电路)可以立即在控制终端和通讯器现场报警(声音或发光),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镶嵌无线数据模块作为子节点PDA它不仅与有线局域网连接,还与其他无限数据模块连接,随时查询任何通或PDA周围通讯器持有人的情况。在离开局域网的情况下,可以随时与其他通讯器组网。例如,犯罪分子在监管区工作、外出就医、押解犯罪分子等,随时随地都知道犯罪分子的相对性PDA持有警察的位置,脱离警察的位置PDA接收区或程序设置的距离为报警。如果PDA与电信部门的移动网络相连,监狱总部也能及时掌握外出人员的趋势,及时了解和处理突发事件。PDA当警察有危险或需要紧急支持时,应具有主动报警功能。一旦发生危险,只要按下特定的按钮,就可以发出报警信号。中央控制室或其他网络终端可以立即知道报警的姓名和部分,并立即报警。PDA还应具备电子地图的即时显示功能PDA周围的通讯器可以完全显示,点击后很容易查询通讯器持有人的基本情况,在警察与罪犯交谈时,可以进行有针对性的教育。PDA通话装置可用于配置WSN实现对讲或群呼的频率。当然,短信发送和接受是利用邮件系统实现的PDA自有功能。PDA若配备录音、摄影、摄像功能,则PDA它可以成为流动的情报站和指挥所。
WSN虽然定位系统的维护和运行成本很低,但对于绝大多数监狱的经济实力来说,初始投资当然是无法承受的 (假定一个3 一千人左右的高警戒度监狱,初期投资需要350多万元)。随着时问的推移,WSN随着监狱WSN随着定位系统推广进程的加快和网络开发成本的分摊,初始投资成本将大大降低。从监狱管理和矫正技术的发展趋势来看,WSN定位系统代表着监狱矫正技术的发展方向,不仅可能,而且必要。