【安防知識網(wǎng)】監(jiān)獄使用智能跟蹤定位系統(tǒng)是一個新課題，西方發(fā)達(dá)國家的監(jiān)獄先行嘗試，2005年12月AeroScout和Alanco兩家公司宣布開發(fā)出業(yè)界首創(chuàng)基于Wi—Fi無線局域網(wǎng)的RFID標(biāo)簽人員跟蹤系統(tǒng)，并在歐洲某個監(jiān)獄試用。目前中國的監(jiān)獄還沒有開發(fā)出完整的智能跟蹤定位系統(tǒng)，西方發(fā)達(dá)國家和我國的臺灣地區(qū)在對假釋的罪犯和個別受保安處分的違法行為人使用“電子鐐銬”卻常有所聞。

　　實現(xiàn)人員和移動物品跟蹤定位有多種途徑，GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))是使用最廣泛、最常見的定位方式，特別適合交通工具和人跡罕至的野外作業(yè)人員的定位;近兩年開發(fā)的手機定位系統(tǒng)，利用手機與機站不間斷通訊的特點，實現(xiàn)對人員的定位跟蹤，中國聯(lián)通公司已經(jīng)開辦了此項業(yè)務(wù);無線局域網(wǎng)(WLAN)定位是一種新型的定位方式，利用無線接入點(節(jié)點)的密布，通過“接收信號的強弱、角度、時間等，以及典型的三角算法”，測定移動目標(biāo)的位置，目前開發(fā)的有基于IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)和基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Zig-Bee技術(shù)的無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN—WirelessSensor-Networks)定位方法;無線射頻識別卡(RFID)定位是一種經(jīng)濟的、精確的定位方法，利用射頻標(biāo)簽與讀頭(閱讀器)的通訊聯(lián)系確定目標(biāo)定位，利用局域網(wǎng)(LAN)或無線局域網(wǎng)(WLAN)實現(xiàn)定位指示。我國煤礦井下人員安全管理系統(tǒng)，已經(jīng)采用RFID定位方式。

　　監(jiān)獄的人員定位跟蹤系統(tǒng)，必須基于對罪犯矯正的需要和可能，一要人機不可分離，保證配備的跟蹤器隨身攜帶，一旦與身體分離便即時報警;二要定位準(zhǔn)，監(jiān)獄的安全性要求定位的精確度很高，圍墻外l米與內(nèi)1米是“兩個世界”，定位不準(zhǔn)將失去定位的意義;三要功能全，對人員和其他移動目標(biāo)的定位是跟蹤定位系統(tǒng)的基本功能，監(jiān)獄要求跟蹤定位系統(tǒng)還應(yīng)該具有矯正人員的及時報警功能(被動報警)、罪犯超警戒區(qū)域主動報警功能等;四要投資少，運行費用低，投入和運行成本太高將阻礙跟蹤定位系統(tǒng)的推廣。

　　基于上述要求，GPS定位和手機定位顯然是不適用監(jiān)獄用于罪犯人身的定位，一是不便于攜帶，“人機不可分離”難以實現(xiàn);二是投入和運行費用高，監(jiān)獄難以承受;三是定位的精確度不高，手機定位雖然號稱定位精確度在5米之內(nèi)，實際誤差在15米～50米，GPS雖然精確度在2米以內(nèi)，但無論是手機定位還是GPS定位，都僅限于平面定位，無法解決樓層等立體建筑內(nèi)人員的精確定位。因此，在目前技術(shù)條件下，監(jiān)獄用于對矯正人員和罪犯人身定位比較適宜使用WLAN或WSN定位和RFID定位兩種方法。

　　一、RFID跟蹤定位系統(tǒng)

　　(一)RFID基本情況介紹

　　RFID，是無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identifi.cation)的英文縮寫，是一種非接觸的自動識別技術(shù)，它是利用射頻信號和空間(電磁或電感)耦合傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。它包括電子標(biāo)簽(應(yīng)答器，Tag)和閱讀器(讀頭，Reader)兩部分。閱讀器又包括讀頭和天線，很多閱讀器將天線和讀頭模塊集成在一個設(shè)備單元中。實際運用中，是將電子標(biāo)簽附著在被識別物體的表面或內(nèi)部，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的被識別物體通過閱讀器可識讀范圍時，閱讀器自動以不接觸的方式將電子標(biāo)簽中的約定識別信息讀取出來，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標(biāo)志信息的功能。RFID目前已大規(guī)模用于商品零售、倉儲管理、生產(chǎn)流水線控制、動物識別、交通運輸、軍事物質(zhì)跟蹤等領(lǐng)域。我國鐵路系統(tǒng)全面使用了RFID系統(tǒng)，用于列車運行控制和車廂調(diào)度。

　　RFID，按有無自供電分為有源系統(tǒng)和無源系統(tǒng)，自帶電源的則為有源，本身沒有電源靠閱讀器發(fā)射的電磁場激發(fā)能量啟動的則屬于無源系統(tǒng);按數(shù)據(jù)調(diào)制方式分為主動式、被動式和半主動式，主動式的射頻系統(tǒng)用自身的能量主動地發(fā)射數(shù)據(jù)給閱讀器，有源系統(tǒng)屬于主動式，被動式是利用閱讀器的載波來調(diào)制自己的信號，無源系統(tǒng)則屬于被動式，半主動式是指本身帶有電池，只起到對標(biāo)簽內(nèi)部電路供電的作用，數(shù)據(jù)發(fā)射仍然靠閱讀器能量場激活通過反向散射調(diào)制方式傳送;按標(biāo)簽的工作頻率分為低頻(30—300KHz)、高頻(3—30MHz)、超高頻(300MHz以上)和微波(2.4GHz以上)系統(tǒng)，頻率越低，成本越小，讀寫距離越短，反之亦然;按標(biāo)簽的可讀性分為只讀標(biāo)簽、讀寫標(biāo)簽和一次寫入多次讀出標(biāo)簽;按標(biāo)簽中數(shù)據(jù)存儲器存儲能力分為標(biāo)識標(biāo)簽和便攜式數(shù)據(jù)文件，前者僅起到標(biāo)識的作用，后者自身存儲很大的數(shù)據(jù)，可用于用戶編程。

[nextpage]　　(二)RFID人員定位系統(tǒng)工作原理

　　在定位區(qū)域密布閱讀器，所有需要定位的人員每人配備RFID卡，當(dāng)持卡人員進入讀寫區(qū)域時，射頻標(biāo)簽將定時自動與閱讀器傳送數(shù)據(jù)，并予以確認(rèn)。每一個閱讀器與局域網(wǎng)相連，通過應(yīng)用軟件進行計算機處理，利用電子地圖、統(tǒng)計表格、約定文字信息顯示等形式實時反映人員所在位置、運動軌跡。

　　(三)監(jiān)獄RFID定位系統(tǒng)的硬件要求

　　1.配備RFID卡。RFID卡應(yīng)選擇識讀距離遠(yuǎn)的超高頻或微波系統(tǒng)，每個標(biāo)簽事先寫入指定數(shù)據(jù)，使計算機識別對應(yīng)的持卡人身份，所有需要定位人員必須隨身攜帶。對監(jiān)獄而言，還必須通過強制的手段、適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷCRFID卡與罪犯身體不可分離，如可鑲嵌在表帶式的裝置中，系在手腕或腳腕上。

　　2.安裝足夠數(shù)量的閱讀器。閱讀器的數(shù)量應(yīng)能滿足定位計算的需要，保證人員在定位區(qū)域隨身配備的射頻卡有三個以上的閱讀器能夠閱讀。閱讀器太少，將會出現(xiàn)通訊盲區(qū)，造成定位不準(zhǔn)。閱讀器的天線及發(fā)射功率盡可能足夠大，保證閱讀器在較遠(yuǎn)的距離能夠順利實現(xiàn)與射頻卡之間的通訊，@以盡量減少閱讀器的數(shù)量。閱讀器安裝盡量牢固，自身及其供電、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施不易受到破壞。

　　3.滿足通訊需要的網(wǎng)絡(luò)。所有的閱讀器可通過多串口卡直接就近連接計算機，進行本地化處理后接入局域網(wǎng);或者通過專用數(shù)據(jù)處理中間件進行本地化過濾處理后直接與局域網(wǎng)(有線或無線)相連。閱讀器通訊數(shù)據(jù)必須匯總到服務(wù)器運用專門軟件進行集中處理才能實現(xiàn)人員和移動物品的定位。

　　(四)監(jiān)獄RFID定位系統(tǒng)的性能要求

　　監(jiān)獄RFID跟蹤定位系統(tǒng)的性能很大程度上要靠應(yīng)用軟件中程序設(shè)計來完成，軟件設(shè)計必須事先如下要求：

　　1.人員查詢功能。實現(xiàn)實時動態(tài)查詢和各種情況的歷史查詢。可以根據(jù)授權(quán)任意查詢現(xiàn)在何人在何地、現(xiàn)在何地有何人、何時何地有何人、何人何時在何地等狀況，不僅可以反映罪犯是否按規(guī)定路徑行走和滯留、與哪些人員接觸等情形，以檢驗罪犯完成勞動作業(yè)、遵規(guī)守紀(jì)、誠信程度等改造表現(xiàn)情況;還可以檢查帶值班民警是否按規(guī)定巡查、何時找何罪犯談話或與何罪犯接觸等各種履職情況和發(fā)生突發(fā)事件后的上溯調(diào)查。

　　2.電子地圖顯示功能。能夠在電子地圖上顯示所有射頻卡分別所在位置，點擊或劃定一定范圍后即時顯示每一個射頻卡所代表的人員身份;顯示受限人員的活動范圍;顯示任何人員不得涉入的禁區(qū)范圍;查詢某人在過去的某時間段行徑路徑能夠在圖上顯示線路軌跡;顯示各種報警信號發(fā)出的部位及對應(yīng)的人員。地圖自身還應(yīng)具有放大、縮小、中心移動、標(biāo)尺測距、保存和打印等功能。

　　3.報警及提醒功能。系統(tǒng)能設(shè)定禁區(qū)范圍并確保一旦持卡人員進入立即報警;設(shè)定罪犯活動范圍，確保罪犯一旦超范圍活動立即報警;設(shè)定帶值班民警在不同時間段點名巡查的線路，一旦民警沒有履職及時得到提醒;設(shè)定任何持卡人在某一地點長時間沒有活動或活動幅度明顯小于應(yīng)有幅度(休息時間除外)即報警，防止卡被丟棄、違規(guī)睡覺、人員受害等情況發(fā)生;設(shè)定標(biāo)簽不工作報警，以便及時更換;設(shè)定非指定標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號而被閱讀器識讀的提醒，以便查明信號源。報警信號如果能夠與監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場廣播或?qū)χv系統(tǒng)聯(lián)動，效果更佳。

　　由于利用RFID作為監(jiān)獄人身定位系統(tǒng)一般是無源系統(tǒng)(煤礦井下定位系統(tǒng)使用的是有源系統(tǒng)，安裝在安全帽上與礦燈電源連接)，作用距離短，需要安裝大量的閱讀器或大功率的發(fā)射天線，增加投入成本;RFID對方向性要求很高，信號接收靈敏度差，影響通訊和定位效果。有鑒于此，基于IEEE802.15.4的ZigBee技術(shù)無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)跟蹤定位系統(tǒng)應(yīng)運而生。

[nextpage]　　二、無線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)

　　用無線局域網(wǎng)進行人身或物品定位，美國、歐洲、日本均有實踐?；贗EEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)，具有通訊距離遠(yuǎn)、通訊無方向性要求、數(shù)據(jù)傳輸量大、抗干擾能力強等優(yōu)點，解決了RFID自身無法解決的問題。但其對電源要求高、耗電量大、所有的節(jié)點均要與網(wǎng)絡(luò)計算機相連，對于極度強制性使用的罪犯而言是無法適用的。另一種新的無線局域網(wǎng)——基于IEEE803.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Zig-Bee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，很好地解決了這些問題。

　　ZigBee技術(shù)是一種短距離、低速率(250KB/S)、低功耗、低成本、自組網(wǎng)、低復(fù)雜度的雙向無線通信技術(shù)，主要適用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，支持地理定位功能。ZigBee低功耗的特點，使得配置的電源體積很小，兩節(jié)5號電池能夠使用6個月至2年時間，配置袖珍充電電池可以無限期使用。ZigBee的無線數(shù)據(jù)模塊(協(xié)調(diào)器，相當(dāng)于機站)集成化程度高，體積也很小，十分便于安裝;用于子節(jié)點的無線數(shù)據(jù)模塊(相當(dāng)于手持機)體積更小，十分便于攜帶。雖然ZigBee是一種短距離的通信技術(shù)，理論上通信距離是75米@，一般不超過150米(視場所條件而定)，但不僅協(xié)調(diào)器與子節(jié)點之間可以相互通訊，而且協(xié)調(diào)器與協(xié)調(diào)器之間、子節(jié)點與子節(jié)點之間也能相互通訊，可任意自主建立網(wǎng)絡(luò)，使得網(wǎng)絡(luò)通信距離擴大數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。ZigBee具有難以想像的擴展能力，模塊之間可以隨時隨地自行組網(wǎng)，使得網(wǎng)絡(luò)具有很大的伸縮性，一個WSN可以容納254個子節(jié)點的無線數(shù)據(jù)模塊和1個作為協(xié)調(diào)器的無線數(shù)據(jù)模塊，一個區(qū)域內(nèi)同時可以存在254個WSN，即同時允許多達(dá)65

　　000個無線數(shù)據(jù)模塊。ZigBee可以隨時隨地與有線局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)相連，實現(xiàn)各種遠(yuǎn)程控制能力。ZigBee投入成本相對低廉，一個作為協(xié)調(diào)器的無線數(shù)據(jù)模塊不到1000元，作為子節(jié)點的無線數(shù)據(jù)模塊只有450元左右，維護費用很低，使用868MHz/915MHz和2.4GHz的世界范圍內(nèi)免執(zhí)照、開放性頻率。ZigBee名字的來源取自蜜蜂通過跳zigzag形狀的舞蹈進行通信，分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離、方向等信息，因此，zigBee設(shè)計之初衷，就是使WSN能夠?qū)崿F(xiàn)測距、測向、定位的要求，這是任何無線局域網(wǎng)和RFID均無法比擬的。

　　監(jiān)獄的WSN定位系統(tǒng)，除了完全具有上列的RFID定位系統(tǒng)的所有硬件要求和功能外，還應(yīng)該具有以下要求：

　　(一)數(shù)據(jù)模塊的主動提醒和自動報警功能

　　無論罪犯佩戴的數(shù)據(jù)模塊(以下簡稱通信器)還是民警攜帶的通信器或鑲嵌數(shù)據(jù)模塊的PDA(手持電腦)都應(yīng)該具有主動提醒功能，即網(wǎng)絡(luò)控制終端能夠隨時對任何一個或同時對多個通信器進行呼叫，或控制系統(tǒng)自動呼叫，通訊器配置語音模塊的發(fā)聲裝置或發(fā)光裝置，提醒通訊器持有者注意或按約定實施某種行為，如持有者進入禁區(qū)范圍報警或違反規(guī)定長時間在某個地點滯留提醒等，解決RFID系統(tǒng)無法做到雙向報警的缺陷。罪犯佩帶的通訊器能夠腕帶等裝置實現(xiàn)與罪犯身體在一般情況下不可分離，腕帶內(nèi)鑲嵌電路與通訊器相連，一旦出現(xiàn)短路(腕帶截斷)、電壓超范圍(外接電路)均能在控制終端上即時報警和通訊器現(xiàn)場報警(發(fā)聲或發(fā)光)，抑制破壞者繼續(xù)實施破壞行為。

　　(二)民警PDA聯(lián)網(wǎng)功能

　　利用WSN網(wǎng)絡(luò)與局域網(wǎng)的連接，使作為子節(jié)點的鑲嵌無線數(shù)據(jù)模塊的PDA既與有線局域網(wǎng)相連，又與其他無限數(shù)據(jù)模塊聯(lián)網(wǎng)，隨時查詢?nèi)魏我粋€通訊器的運行情況或PDA周圍的通訊器持有者的情況。在脫離局域網(wǎng)的情況下，能夠隨時與其他通訊器組網(wǎng)。如帶罪犯出監(jiān)管區(qū)域勞作、外出就診、押解罪犯等，隨時隨地知道罪犯相對PDA持有民警的位置，脫離PDA接收區(qū)域或程序設(shè)定的距離即報警。如果PDA與電信部門的移動網(wǎng)絡(luò)相連，監(jiān)獄本部也能及時掌握外出人員的動向，發(fā)生突發(fā)事件能夠及時知曉、及時處置。PDA應(yīng)該具有民警發(fā)生危險或需要緊急支援情形時的主動報警功能，一旦發(fā)生危險，只要按一下特定按鈕，就能發(fā)出報警信號，中心控制室或其他網(wǎng)絡(luò)終端均能在第一時間知曉報警民警的姓名、部位，即時出警處置。PDA還應(yīng)該具有電子地圖的即時顯示功能，在PDA周圍的通訊器能夠完整顯示，點擊后十分便利地查詢通訊器持有者的基本情況，在民警找罪犯談話時，能夠有針對性地實施教育。PDA可以配置通話裝置，利用WSN的頻率，實現(xiàn)相互之間對講或群呼。當(dāng)然，利用郵件系統(tǒng)實現(xiàn)短信發(fā)送與接受，更是PDA自有的功能。PDA如果配置錄音、照相、攝像功能，那么PDA就能成為流動的情報站和指揮所。

　　WSN定位系統(tǒng)雖然維護和運行費用很低，但初期投入對于目前絕大多數(shù)監(jiān)獄經(jīng)濟實力而言，肯定是無法承受的 (假定一個3000人左右的高警戒度監(jiān)獄，初期投入就需要350萬元以上)。隨著時問的推移，WSN的無線數(shù)據(jù)模塊成本將會有大幅度下降;隨著監(jiān)獄WSN定位系統(tǒng)推廣進程的加快，網(wǎng)絡(luò)開發(fā)費用的分?jǐn)偅跗谕度氤杀疽脖貙⒂泻艽蟪潭鹊南陆?。從監(jiān)獄管理和矯正技術(shù)的發(fā)展趨勢看，WSN定位系統(tǒng)代表著監(jiān)獄矯正技術(shù)的發(fā)展方向，不僅是可能的，也是必需的。