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

　　實(shí)現(xiàn)人員和移動(dòng)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(jiàn)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(kāi)發(fā)的手機(jī)定位系統(tǒng)，利用手機(jī)與機(jī)站不間斷通訊的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的定位跟蹤，中國(guó)聯(lián)通公司已經(jīng)開(kāi)辦了此項(xiàng)業(yè)務(wù);無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)定位是一種新型的定位方式，利用無(wú)線接入點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))的密布，通過(guò)“接收信號(hào)的強(qiáng)弱、角度、時(shí)間等，以及典型的三角算法”，測(cè)定移動(dòng)目標(biāo)的位置，目前開(kāi)發(fā)的有基于IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)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(wú)線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN—WirelessSensor-Networks)定位方法;無(wú)線射頻識(shí)別卡(RFID)定位是一種經(jīng)濟(jì)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(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)實(shí)現(xiàn)定位指示。我國(guó)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(duì)罪犯矯正的需要和可能，一要人機(jī)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(shí)報(bào)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(gè)世界”，定位不準(zhǔn)將失去定位的意義;三要功能全，對(duì)人員和其他移動(dòng)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(shí)報(bào)警功能(被動(dòng)報(bào)警)、罪犯超警戒區(qū)域主動(dòng)報(bào)警功能等;四要投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，投入和運(yùn)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(jī)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(jī)不可分離”難以實(shí)現(xiàn);二是投入和運(yùn)行費(fèi)用高，監(jiān)獄難以承受;三是定位的精確度不高，手機(jī)定位雖然號(hào)稱(chēng)定位精確度在5米之內(nèi)，實(shí)際誤差在15米～50米，GPS雖然精確度在2米以?xún)?nèi)，但無(wú)論是手機(jī)定位還是GPS定位，都僅限于平面定位，無(wú)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(duì)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。                [nextpage]

　　一、RFID跟蹤定位系統(tǒng)

　　(一)RFID基本情況介紹

　　RFID，是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identifi.cation)的英文縮寫(xiě)，是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它是利用射頻信號(hào)和空間(電磁或電感)耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)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(gè)設(shè)備單元中。實(shí)際運(yùn)用中，是將電子標(biāo)簽附著在被識(shí)別物體的表面或內(nèi)部，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的被識(shí)別物體通過(guò)閱讀器可識(shí)讀范圍時(shí)，閱讀器自動(dòng)以不接觸的方式將電子標(biāo)簽中的約定識(shí)別信息讀取出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或自動(dòng)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(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)流水線控制、動(dòng)物識(shí)別、交通運(yùn)輸、軍事物質(zhì)跟蹤等領(lǐng)域。我國(guó)鐵路系統(tǒng)全面使用了RFID系統(tǒng)，用于列車(chē)運(yùn)行控制和車(chē)廂調(diào)度。

　　RFID，按有無(wú)自供電分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)，自帶電源的則為有源，本身沒(méi)有電源靠閱讀器發(fā)射的電磁場(chǎng)激發(fā)能量啟動(dòng)的則屬于無(wú)源系統(tǒng);按數(shù)據(jù)調(diào)制方式分為主動(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式，主動(dòng)式的射頻系統(tǒng)用自身的能量主動(dòng)地發(fā)射數(shù)據(jù)給閱讀器，有源系統(tǒng)屬于主動(dòng)式，被動(dòng)式是利用閱讀器的載波來(lái)調(diào)制自己的信號(hào)，無(wú)源系統(tǒng)則屬于被動(dòng)式，半主動(dòng)式是指本身帶有電池，只起到對(duì)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(chǎng)激活通過(guò)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(xiě)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(xiě)標(biāo)簽和一次寫(xiě)入多次讀出標(biāo)簽;按標(biāo)簽中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)能力分為標(biāo)識(shí)標(biāo)簽和便攜式數(shù)據(jù)文件，前者僅起到標(biāo)識(shí)的作用，后者自身存儲(chǔ)很大的數(shù)據(jù)，可用于用戶(hù)編程。

　　(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(jìn)入讀寫(xiě)區(qū)域時(shí)，射頻標(biāo)簽將定時(shí)自動(dòng)與閱讀器傳送數(shù)據(jù)，并予以確認(rèn)。每一個(gè)閱讀器與局域網(wǎng)相連，通過(guò)應(yīng)用軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，利用電子地圖、統(tǒng)計(jì)表格、約定文字信息顯示等形式實(shí)時(shí)反映人員所在位置、運(yùn)動(dòng)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(shí)讀距離遠(yuǎn)的超高頻或微波系統(tǒng)，每個(gè)標(biāo)簽事先寫(xiě)入指定數(shù)據(jù)，使計(jì)算機(jī)識(shí)別對(duì)應(yīng)的持卡人身份，所有需要定位人員必須隨身攜帶。對(duì)監(jiān)獄而言，還必須通過(guò)強(qiáng)制的手段、適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)保證RFID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(mǎn)足定位計(jì)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(gè)以上的閱讀器能夠閱讀。閱讀器太少，將會(huì)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(shí)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(mǎn)足通訊需要的網(wǎng)絡(luò)。所有的閱讀器可通過(guò)多串口卡直接就近連接計(jì)算機(jī)，進(jìn)行本地化處理后接入局域網(wǎng);或者通過(guò)專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理中間件進(jìn)行本地化過(guò)濾處理后直接與局域網(wǎng)(有線或無(wú)線)相連。閱讀器通訊數(shù)據(jù)必須匯總到服務(wù)器運(yùn)用專(zhuān)門(mén)軟件進(jìn)行集中處理才能實(shí)現(xiàn)人員和移動(dòng)物品的定位。  [nextpage]

　　(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(jì)來(lái)完成，軟件設(shè)計(jì)必須事先如下要求：

　　1.人員查詢(xún)功能。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)查詢(xún)和各種情況的歷史查詢(xún)?？梢愿鶕?jù)授權(quán)任意查詢(xún)現(xiàn)在何人在何地、現(xiàn)在何地有何人、何時(shí)何地有何人、何人何時(shí)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(yàn)罪犯完成勞動(dòng)作業(yè)、遵規(guī)守紀(jì)、誠(chéng)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(shí)找何罪犯談話(huà)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(diǎn)擊或劃定一定范圍后即時(shí)顯示每一個(gè)射頻卡所代表的人員身份;顯示受限人員的活動(dòng)范圍;顯示任何人員不得涉入的禁區(qū)范圍;查詢(xún)某人在過(guò)去的某時(shí)間段行徑路徑能夠在圖上顯示線路軌跡;顯示各種報(bào)警信號(hào)發(fā)出的部位及對(duì)應(yīng)的人員。地圖自身還應(yīng)具有放大、縮小、中心移動(dòng)、標(biāo)尺測(cè)距、保存和打印等功能。

　　3.報(bào)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(jìn)入立即報(bào)警;設(shè)定罪犯活動(dòng)范圍，確保罪犯一旦超范圍活動(dòng)立即報(bào)警;設(shè)定帶值班民警在不同時(shí)間段點(diǎn)名巡查的線路，一旦民警沒(méi)有履職及時(shí)得到提醒;設(shè)定任何持卡人在某一地點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有活動(dòng)或活動(dòng)幅度明顯小于應(yīng)有幅度(休息時(shí)間除外)即報(bào)警，防止卡被丟棄、違規(guī)睡覺(jué)、人員受害等情況發(fā)生;設(shè)定標(biāo)簽不工作報(bào)警，以便及時(shí)更換;設(shè)定非指定標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號(hào)而被閱讀器識(shí)讀的提醒，以便查明信號(hào)源。報(bào)警信號(hào)如果能夠與監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)廣播或?qū)χv系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，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(wú)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(duì)方向性要求很高，信號(hào)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(wú)線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)跟蹤定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

　　二、無(wú)線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)

　　用無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行人身或物品定位，美國(guó)、歐洲、日本均有實(shí)踐?；贗EEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)，具有通訊距離遠(yuǎn)、通訊無(wú)方向性要求、數(shù)據(jù)傳輸量大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，解決了RFID自身無(wú)法解決的問(wèn)題。但其對(duì)電源要求高、耗電量大、所有的節(jié)點(diǎn)均要與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)相連，對(duì)于極度強(qiáng)制性使用的罪犯而言是無(wú)法適用的。另一種新的無(wú)線局域網(wǎng)——基于IEEE803.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Zig-Bee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，很好地解決了這些問(wèn)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(wú)線通信技術(shù)，主要適用于自動(dòng)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(diǎn)，使得配置的電源體積很小，兩節(jié)5號(hào)電池能夠使用6個(gè)月至2年時(shí)間，配置袖珍充電電池可以無(wú)限期使用。ZigBee的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊(協(xié)調(diào)器，相當(dāng)于機(jī)站)集成化程度高，體積也很小，十分便于安裝;用于子節(jié)點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊(相當(dāng)于手持機(jī))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(guò)150米(視場(chǎng)所條件而定)，但不僅協(xié)調(diào)器與子節(jié)點(diǎn)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(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)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(kuò)大數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。ZigBee具有難以想像的擴(kuò)展能力，模塊之間可以隨時(shí)隨地自行組網(wǎng)，使得網(wǎng)絡(luò)具有很大的伸縮性，一個(gè)WSN可以容納254個(gè)子節(jié)點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊和1個(gè)作為協(xié)調(diào)器的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊，一個(gè)區(qū)域內(nèi)同時(shí)可以存在254個(gè)WSN，即同時(shí)允許多達(dá)65 000個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)模塊。ZigBee可以隨時(shí)隨地與有線局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)相連，實(shí)現(xiàn)各種遠(yuǎn)程控制能力。ZigBee投入成本相對(duì)低廉，一個(gè)作為協(xié)調(diào)器的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊不到1000元，作為子節(jié)點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊只有450元左右，維護(hù)費(fèi)用很低，使用868MHz/915MHz和2.4GHz的世界范圍內(nèi)免執(zhí)照、開(kāi)放性頻率。ZigBee名字的來(lái)源取自蜜蜂通過(guò)跳zigzag形狀的舞蹈進(jìn)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(jì)之初衷，就是使WSN能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)距、測(cè)向、定位的要求，這是任何無(wú)線局域網(wǎng)和RFID均無(wú)法比擬的。  [nextpage]

　　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(dòng)提醒和自動(dòng)報(bào)警功能

　　無(wú)論罪犯佩戴的數(shù)據(jù)模塊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)提醒功能，即網(wǎng)絡(luò)控制終端能夠隨時(shí)對(duì)任何一個(gè)或同時(shí)對(duì)多個(gè)通信器進(jìn)行呼叫，或控制系統(tǒng)自動(dòng)呼叫，通訊器配置語(yǔ)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(shí)施某種行為，如持有者進(jìn)入禁區(qū)范圍報(bào)警或違反規(guī)定長(zhǎng)時(shí)間在某個(gè)地點(diǎn)滯留提醒等，解決RFID系統(tǒng)無(wú)法做到雙向報(bào)警的缺陷。罪犯佩帶的通訊器能夠腕帶等裝置實(shí)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?cái)?、電壓超范圍(外接電路)均能在控制終端上即時(shí)報(bào)警和通訊器現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警(發(fā)聲或發(fā)光)，抑制破壞者繼續(xù)實(shí)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(diǎn)的鑲嵌無(wú)線數(shù)據(jù)模塊的PDA既與有線局域網(wǎng)相連，又與其他無(wú)限數(shù)據(jù)模塊聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)查詢(xún)?nèi)魏我粋€(gè)通訊器的運(yùn)行情況或PDA周?chē)耐ㄓ嵠鞒钟姓叩那闆r。在脫離局域網(wǎng)的情況下，能夠隨時(shí)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(shí)隨地知道罪犯相對(duì)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(bào)警。如果PDA與電信部門(mén)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相連，監(jiān)獄本部也能及時(shí)掌握外出人員的動(dòng)向，發(fā)生突發(fā)事件能夠及時(shí)知曉、及時(shí)處置。PDA應(yīng)該具有民警發(fā)生危險(xiǎn)或需要緊急支援情形時(shí)的主動(dòng)報(bào)警功能，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，只要按一下特定按鈕，就能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，中心控制室或其他網(wǎng)絡(luò)終端均能在第一時(shí)間知曉報(bào)警民警的姓名、部位，即時(shí)出警處置。PDA還應(yīng)該具有電子地圖的即時(shí)顯示功能，在PDA周?chē)耐ㄓ嵠髂軌蛲暾@示，點(diǎn)擊后十分便利地查詢(xún)通訊器持有者的基本情況，在民警找罪犯談話(huà)時(shí)，能夠有針對(duì)性地實(shí)施教育。PDA可以配置通話(huà)裝置，利用WSN的頻率，實(shí)現(xiàn)相互之間對(duì)講或群呼。當(dāng)然，利用郵件系統(tǒng)實(shí)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(dòng)的情報(bào)站和指揮所。

　　WSN定位系統(tǒng)雖然維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用很低，但初期投入對(duì)于目前絕大多數(shù)監(jiān)獄經(jīng)濟(jì)實(shí)力而言，肯定是無(wú)法承受的 (假定一個(gè)3 000人左右的高警戒度監(jiān)獄，初期投入就需要350萬(wàn)元以上)。隨著時(shí)問(wèn)的推移，WSN的無(wú)線數(shù)據(jù)模塊成本將會(huì)有大幅度下降;隨著監(jiān)獄WSN定位系統(tǒng)推廣進(jìn)程的加快，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)費(fèi)用的分?jǐn)?，初期投入成本也必將有很大程度的下降。從監(jiān)獄管理和矯正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)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。