RFID技术在监狱智能定位系统中的应用研究

摘 要 针对目前监狱系统的人员管理中存在的人员位置准确度不高，信息更新慢以及不能对越界或越狱行为作出有效的预警等问题，介绍一种基于RFID技术的监狱人员定位系统，详细说明了监狱人员定位系统的组成以及工作原理。该系统结构简单，成本较低，容易部署。

关键词 射频识别技术；阅读器；腕带标签；监狱人员定位

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）22-0048-02

近年来，监狱犯人数量日益增多，监狱的警力显得日益不足，而采用以往的靠人监视为主的管理模式则面临着当前信息化时代的重要挑战。实现监狱管理的信息化，即将当前的网络信息技术与监狱内的各项业务工作结合，将监狱的各项职能都进行信息的集成管理控制，实现信息共享，提高监狱工作质量。而监狱管理中对于在押犯人的监管是始终都要进行的一个过程，其重要性不容忽视。对在押犯人或犯罪嫌疑人进行实时、精确的跟踪管理有很大难度。设计一个能够实时的监控和定位在押犯人的系统，可以提高监狱管理的可靠性和严密性。本文研究的系统基于无线射频识别（RFID）技术，可以实现实时定位监控。GPS定位主要应用在室外定位领域，对于室内信号衰减厉害，定位精度较低，因此无法应用在小范围的室内定位。

1 RFID系统原理介绍

射频识别技术（RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的空间耦合或反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID系统因应用不同，其组成也会有所不同，但基本都是由三部分组成：电子标签、阅读器和计算机网络。

电子标签（或称应答器）由耦合元件及芯片组成，耦合元件指标签天线，用来收发无线电波。芯片用来存储被标识物体的各种信息，如ID号，商品信息，二维码号等。

阅读器也称查询器、读写器或读出装置，是利用射频技术来读写电子标签里数据的设备。阅读器可以将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，然后将电子标签返回的数据解密后送到主机。

计算机网络主要是对阅读器传送给主机的数据进行处理和通信。

RFID技术是通过无线电波进行数据传递的自动识别技术。与条形码技术、磁卡识别技术相比，它具有无接触、抗干扰能力强、可同时识别多个物体的优点。

2 监狱智能定位系统功能简介

本系统可以实现对监狱系统智能管理的功能，利用本系统监狱管理人员可以实时了解监狱中在押人员的具体位置以及在做什么事情，当前时刻是不是有暴力事件发生，是不是有服刑人员想逃离出狱，是不是有警卫人员遭受劫持等。通过该系统可以进行实时调度管理人员，对违规人员进行警告或实施监控管理。由以上需求，本系统提供如下的功能。

1）实时监控管理：对预警、在押犯人进行实时定位监控，了解人员的去向以便于及时做出反应。

2）档案管理：对在押犯人、监狱管理人员的基本信息资料存档，可根据具体需求来调用这些数据。

3）电子地图：主要用于定位的实际需求使用，可以给用户提供一个图形化界面，快速直观。

4）用户权限设置：对于后台管理人员设置不同的权限，给予其对应的操作功能，避免引起管理混乱。

3 系统架构介绍

本节主要介绍系统的软硬件架构，主要由软件和硬件两大部分组成。硬件是系统实现的物理支持，软件是硬件的逻辑操作的具体实现。

3.1 系统硬件

首先，监狱在押犯人或犯罪嫌疑人员佩戴设计好的腕带标签，在待监控的区域安装好适量的阅读器（阅读器的位置事先已知）。当佩戴有腕带标签的服刑人员进入该区域时，腕带标签会通过天线发出本身携带的ID信号，当阅读器接收到此信号后（实际中一个阅读器要读取多个腕带标签的信号，这里采用防冲突协议来避免信号冲突），将本身的ID号连同腕带标签的ID信息一并打包，通过无线中继发给服务器。服务器收到数据后，根据阅读器事先已知的地理位置和RSSI值，通过计算得打腕带标签的地理位置，从而可以获得对在押犯人的实时监控。

基于RFID的监狱智能定位系统由两大部分组成：硬件系统和软件系统。硬件系统由腕带标签、阅读器、中继和服务器组成。

腕带标签和阅读器的设计是基于TI公司的无线片上系统芯片CC1110，此款芯片具有高性能和低功耗的8051微控制器核心，具有抗干扰能力和接收灵敏度高的射频收发器。

1）腕带标签：此标签是主动式腕带类型，即本身内含电池，此标签使用寿命大约有十年及以上，外壳材料为PC工程材料，具有防水和抗高强度振动等特性，工作频率在433MHz。主要佩戴在被定位人员手臂，每个腕带标签的ID与该人员一一对应，标签天线电路部分采用集成天线。腕带标签由处理器和天线组成，其主要功能是主动向阅读器发送自身的ID信号（包括标签的编号、发送的时间以及电池的剩余电量等信息）。

2）阅读器：选用工作频率为433MHz的RFID长距离阅读器，在待监控区域内安装的阅读器主要由数据处理器和天线组成，其负责与腕带标签和无线中继之间的通信。阅读器自身也有ID信息，包括编号、参考坐标值、RSSI值和电池电量等。此远距离阅读器能保证远距离、高速率传输下的低误码率，传输可靠，稳定性好，可以适应各种环境。阅读器与电子标签之间进行双向通信，与计算机之间通过标准接口进行通信，采用防碰撞原理能够同时识别多个电子标签。通过可靠的CRC循环冗余校验来保证数据传输的有效性，阅读器在工作过程中一直处于工作状态或触发状态。

3）中继和服务器：中继主要由无线网络设备和以太网两部分组成。采用无线中继主要是为了扩大通信距离，通过将阅读器发送过来的信息进行转发来达到扩大通信距离的目的。无线中继通过以太网将数据上传给服务器，服务器对其进行处理，同时还可以将用户的指令向下传给中继节点。工作人员和底层RFID设备之间的交互窗口是服务器，工作人员通过服务器上的定位系统，对定位人员进行地理尾椎定位、信息管理等操作。

3.2 系统软件组成

本监狱智能定位管理系统的软件组成主要分为人员信息管理模块、人员定位模块、系统管理模块和服务器数据通信模块。

人员信息管理模块：该模块主要是对在押人员和警务人员的信息管理。其功能是为了实现对监狱管理人员和在押人员的登记录入、查询和管理。针对不同需求时操作人员可以通过ID号或者人员姓名来查询该人基本信息，该模块还包括了工作人员的权限设置和分配功能，可以对信息进行添加、更改、删除等操作。

人员定位模块：该模块的主要功能是对佩戴腕带标签的人员进行实时的定位和监控。对于佩戴腕带标签人员进行实时的行程监控、定时清点人数和历史数据的调用。对于在押人员的定位主要是为了通过在押人员的行为去向来判断或预防异常情况发生，以保证监狱内的安定。根据读取到的由无线中继传送过来的数据与服务器数据库中已经存在的数据进行比较，经过定位计算并存入数据库中。人员定位子模块是整个系统实现的关键部分。结合定位算法，系统通过调用监控区域的实际地图，得到对应的定位坐标，以图像化的形式来展现在押人员在监狱范围内的活动情况，从而可以在监控屏幕上来实时动态的描述被监控人员的行为去向。

系统管理模块：该模块主要作用是对基本信息的管理，包括操作管理和登陆信息管理。用户根据不同的类型，在登陆界面上输入用户名和密码，若用户名和密码与数据库中的相吻合则登陆成功，进入系统主界面。用户根据自身的使用权限来进行相关操作。

服务器数据通信模块：该模块主要功能是实现无线中继和服务器的数据通信，是底层硬件与上层服务器之间进行信息交互的枢纽。

4 结论

本文全面介绍了基于RFID的监狱智能定位系统的设计与实现，利用该技术可以实现对在押人员的实时定位跟踪。重点介绍了系统的整体结构，设计这样的阅读器和腕带标签结构简单、功耗低，易满足实际生产需要。该系统可与监狱安防监控软件等系统联动，能够有效的协助监狱管理人员对监狱内部日常安防的监管。

参考文献

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[4]周晓光.射频识别技术原理与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2006.

作者简介

秦贞华（1986-），女，山东枣庄人，助教，硕士，主要从事物联网应用研究。