1.引言

　　目前的監獄人員定位管理，基本還停留在人工管理階段，以監獄獄警巡查記錄加攝像機監視報警方式進行管理，對于移動中的人員，信息更新慢，準確度不高。監獄人員位置信息采集主要靠獄警巡查然后手工記錄完成，無法將實時位置和在押人員真正關聯起來。

　　由于監獄人員定位管理水平不高，導致一系列惡性越獄事件未能及時被發現并制止，如呼和浩特的越獄事件，給社會造成極大危害。為防止越獄事件的再次發生，防止犯罪分子再次危害社會，建設監獄人員定位管理系統迫在眉睫。

　　ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，ZigBee技術具備功耗小、時延短、網絡容量大和安全等優點，在短距離、低功耗、無線通信中具備特有的技術優勢，ZigBee技術應用于小范圍的基于無線通信的控制和自動化等領域.我們針對監獄設計了基于ZigBee技術的監獄人員定位系統。

　　2.ZigBee技術

　　2.1ZigBee技術簡介

　　ZigBee技術是一種新興的短距離、低速率(250kB/s)、低功耗、低成本、自組網、低復雜度、安全可靠、高擴展性的雙向無線通信技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。ZigBee的基礎是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區域網（PersonalAreaNetwork，PAN）工作組的一項標準，被稱作IEEE802.15.4ZigBee）技術標準，主要適用于自動控制和遠程控制領域，支持地理定位功能。作為一種無線通信技術，ZigBee技術具有以下特點：

　　(1)低功耗：由于ZigBee的傳輸速率低，發射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設備望塵莫及的。

　　(2)成本低：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5-2.5美元，并且ZigBee協議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關鍵的因素。

　　(3)時延短：通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms，活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業控制場合等)應用。

　　(4)網絡容量大：一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡，而且網絡組成靈活。

　　(5)可靠：采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

　　(6)安全：ZigBee提供了基于循環冗余校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證，采用了AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

　　2.2ZigBee技術在實現監獄人員定位功能中的優勢

　　目前實現人員定位的技術很多，如GPS定位、手機基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位與手機基站定位因需要類似手機終端，不便于管理，雖然定位功能不錯，但并不適合監獄這一個管理嚴格的場所。RFID、WIFI、ZigBee技術都能很好的完成監獄人員定位功能，

　　ZigBee與WIFI采用同樣的算法實現定位，但是WIFI設備的耗電量太大，設備需要頻繁更換電池或充電，對人員定位功能有影響以及不方便管理；RFID與ZigBee相比，定位算法雖然不一樣，但是在達到相同定位效果及密度的前提下，RFID設備的安裝密度會遠大于Zigbee設備，而且RFID采用的是有線傳輸需要布線，安裝工程量都比較大。綜上所述，ZigBee技術成本低、耗電小、傳輸可靠、實現復雜度以及應用適合度等優勢，在目前常見的集中定位技術中更加適合于用以監獄人員定位系統的功能。

　　3.監獄人員定位系統的系統組成級工作原理

　　3.1系統組成

　　定位系統有軟件系統和硬件系統組成，其中軟件系統用于完成信息采集、識別、分析及其傳輸，硬件系統由地面監控計算機、傳輸適配器、射頻基站、射頻讀卡器、射頻身份卡和天線等組成，用于完成信息采集和識別，從而實現人員識別、定位的功能。軟件系統和硬件系統共同支撐著整個系統的運行，并演繹出各種不同的功能應用。各硬件設備功能如下：

　　射頻身份卡。具有唯一的全球眼ID，其內部儲存著一個人員的信息，用來識別目標對象。射頻身份卡分為干警用和犯人用2種，干警武警等人員使用的射頻卡帶有主動發送數據的按鍵，具有主動發信號讓讀卡器接收數據功能，用于值班人員定時上報所在位置，以防止人卡分離情況；犯人用射頻卡安裝與防插卸電子腕帶上，由讀卡器主動采取射頻卡數據，不主動上傳。

　　射頻讀卡器。根據監獄的定位要求，在每個定位點安裝一個射頻讀卡器，射頻讀卡器能主動發送信號激活在定位范圍內的射頻卡上傳射頻卡數據，也可接收主動上傳的干警射頻身份卡數據。然后將數據通過ZigBee無線網絡傳至附近的射頻基站。

　　射頻基站。根據監獄的定位要求，將監獄分為幾個定位區域，分別安裝一個射頻基站，用于接收射頻讀卡器上傳的射頻卡數據，并將數據傳至人員定位系統，再由軟件系統對數據進行識別、分析人員位置信息。

　　3.2工作原理

　　以滿足監獄定位要求為目的，先將監獄劃分幾個區域，然后在每個區域內建設一個射頻基站；然后在監獄周界圍墻、建筑物內、各出入門禁處、監獄獄內活動場所等公共區域、監獄勞動場所、監獄押運車、巡更點等位置安裝射頻讀卡器；最后給監獄的所有工作人員和犯人配發唯一的射頻身份卡或電子腕帶射頻卡，工作人員的射頻卡為主動式可以主動上傳數據，犯人的為被動式需進入射頻讀卡器范圍內并被激活后上傳數據信息。射頻讀卡器的讀取的數據通過ZigBee無線網絡傳輸到人員定位系統，識別、分析出相關人員的具體位置。

　　4.監獄人員定位系統功能應用

　　采用ZigBee技術實現監獄人員跟蹤定位，系統的軟件設計能實現如下功能應用：

　　4.1地圖與設備管理

　　1.地圖管理

　　監獄人員定位系統中的電子地圖功能能夠直觀顯示監獄所有射頻卡、讀卡器和基站的信息，可以通過鼠標直接點擊查看相關的信息。地圖管理功能能夠支持電子地圖功能運行并對地圖進行一些配置，如地圖加載信息的設置，可以有選擇的設置地圖上加載的信息；地圖編輯可以對地圖進行放大和縮小，讓定位位置更精確；地圖屬性管理可以對地圖只讀、控制、顯示進行修改，方便對地圖的管理。

　　2.設備管理

　　監管人員可對監獄人員定位中的硬件設備進行管理配置，如基站、讀卡器、射頻卡的發射頻率、掃描頻率；無線傳輸網絡配置；增加基站或者讀卡器設備；射頻卡對應的人員信息。

　　4.2人員監控定位

　　出入管理

　　在監獄大門、二道門、監舍大門、監區門、醫院、接見室、監舍、工廠、農場、煤場等進出區域可以安裝定位讀寫器。當被監控人員通過時系統立刻記錄下來通過犯人信息及時間。系統可指定時段指定對象進行出入管理，發現違規現象，系統立即告警并顯示違規人員信息及最后定位系統定位位置。如在監獄大門通道里裝上讀寫器，當車輛出入時，如果有犯人藏匿于車中，不再需要值班干警上車檢查，只要車輛進入通道，讀卡器就會掃描到犯人射頻卡數據，則會發出報警告知值班人員和監管人員嚴格核查。

　　全天行程監控

　　讀卡器記錄所有射頻卡的信息及時間，然后通過人員定位系統分析得出人員的全天的行程信息，可以實現對人員進行全天行程監控的功能并支持人員行動軌跡的查看。

　　區域人數監控

　　可以協助監管人員統計相關區域的人數管理，事先設定相關人員的區域，讀卡器將記錄讀取的射頻卡數據并有人員定位系統統計。區域人數監控能夠有效監控區域的人數密集和人員迅速聚集情況，并且可以定時清點區域內人數，查看是否有犯人溜號等情況。

　　行動區域監控

　　對所有人員的位置進行監控，根據人員的相關權限，對人員的行動區域進行監控，判斷人員是否有越界行為，如果有越界行為則觸發系統的越界告警。

　　周界圍墻管理

　　在監獄周界圍墻每隔一段距離安裝一臺ZigBee讀卡器，掃描范圍設定為距圍墻2米內，也就是監獄內部物理隔離網附近。當在此掃描范圍內掃描到犯人的射頻卡數據，則會發出周界圍墻預警信息，提醒監管人員核查，如發現有越獄行為，可立即啟動越獄事件應急處置預案進行處理。
 

　　外出勞動管理

　　犯人在農田，礦場等開闊區域進行勞動改造，可快速搭建無線監控定位系統，對外出人員進行全程監控，防止外出勞動人員逃脫事件發生。監獄監控中心也可以通過監控終端隨時了解外出人員情況，出現異常情況可即時采取措施。

　　押運途中管理

　　對監獄在押人員外出就醫、提審、轉監等需要外出時除了對車輛進行定位管理，還可以輛內部在押人員及押車獄警進行全程監控，監控中心可隨時了解在押運途中車輛及車內人員情況。

　　每個車輛內配置車載GPS定位器，用于定位車輛位置，并且車內安裝ZigBee讀卡器，押運獄警及在押人員佩戴身份卡，系統預制外出授權人員信息（時間段信息、人員信息），讀卡器接收的信息將通過無線網絡傳輸到人員定位管理系統。當車內人員在途中離開車輛時，系統發出告警信息，監獄監控中心即可及時獲取信息。當車輛駛出監獄門崗系統自動設置為監控狀態，安全抵達后系統自動轉成空閑狀態。

　　巡更管理功能

　　對犯人巡更進行監督管理功能，對巡更路線進行跟蹤并監督巡更路線是否符合規定路線。設定犯人的巡更路線及巡更時間，一旦讀卡器在規定時間未讀取到巡更人員射頻卡數據或者巡更點讀卡器在非巡更時間讀取到巡更人員射頻卡數據等，系統均會發出報警并提醒監管人員處理。

　　獄警考勤管理

　　對獄警的值班情況進行監管，讀卡器定時掃描獄警身份卡數據、獄警身份卡定時上報自己的位置信息，人員定位系統對掃描的數據及接收的數據進行分析，判斷預警值班情況是否正常，是否出現人卡分離、人員脫崗、私自調班等現象。

　　4.3違規告警功能

　　越界告警，對讀卡器接收的射頻卡信息進行登記，發現有未登記的射頻卡數據，系統認定為攜帶此射頻卡的人員有越界行為，系統會發出越界報警提示監管人員核查。如干警辦公區域出現犯人射頻卡數據、周界圍墻附近出現犯人數據都會發出越界報警。

　　人員密集告警，系統對一些公共區域或監舍的人數進行限定，當讀卡器讀取的射頻卡數據超過規定的人數后，系統會發出預警信息提示監管人員該區域人員密集；

　　人員快速聚集告警，系統對每個區域的讀卡器每個時間讀取的射頻卡數據進行統計，當某段時間內幾次統計結果顯示人數不斷快速增加，增加頻率超過某一設定數據后，系統則發出人員短時間內快速聚集的預警信息提示監管人員對該區域進行核查；

　　值班人員考勤告警，值班人員使用的是身份卡，為防止人卡分離現象，干警身份卡要求定時上報手動按發送鍵上傳數據信息。當值班室的讀卡器掃描到值班人員身份卡信息并接收到身份卡主動上傳的信息，而且身份卡信息與當前位置的值班表人員信息相符，則認為當前值班人員值班正常時，否則將會發出報警信息提示監管人員對值班情況進行核查。

　　巡更告警，巡更人（射頻卡）沒有按規定時間出現在巡更點（讀卡器）接收數據里，則認為巡更不正常，有可能是未巡更或者沒按巡更路線巡更，系統會發出巡更報警提示監管人員進行處理。

　　清點異常告警，規定時間規定區域內讀卡器讀取的數據信息經過分析統計后，出現少人、多人或者人員信息不符等系統會發出報警信息提示監管人員核查。

　　押解途中告警，押解車在途中當車內人員在途中離開車輛時，讀卡器未掃描到人員信息后，系統發出告警信息提示監管人員緊急處置。

　　射頻卡報警，防止卡被丟棄、保利拆卸、不工作等，系統會發出射頻卡報警信息提示監管人員核查是否為人員破壞或者射頻卡故障等。

　　4.4管理功能

　　監管人員可以通過管理功能對監獄在押人員檔案、告警規則、警戒線設置、人員出入授權、歷史信息查詢等信息進行管理。

　　5.結論

　　基于ZigBee技術的監獄人員定位系統通過無線的傳輸方式，利用其網絡容量大、功耗低、時延短等優勢能夠很好的應用于監獄系統。監獄人員定位系統對監獄人員位置管理有著重要的輔助作用，并且可與監獄安防監控軟件的報警及視頻等系統聯動，能有效的協助監獄監管人員對監獄日常安防情況的監管。