基于物聯網和視頻監控的實時監獄人員定位管理系統

彭 輝　金信苗浙江警官職業學院　浙江杭州　310018

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基于物聯網和視頻監控的實時監獄人員定位管理系統

彭 輝金信苗
浙江警官職業學院浙江杭州310018

摘要：近年來，監獄突發事件頻發，對監獄管理人員提出了更高的要求?；谀壳叭遮叧墒斓奈锫摼W技術和視頻監控技術，本文提出一套實時監獄人員定位報警系統，通過對人員位置的實時監視，同時通過與現有主動安全防范措施的聯動，使監獄的安全管理成為立體、主動的人員安全防范體系。此系統為監獄人員管理系統的智能化和信息化提供一種參考方案，具有一定工程應用價值，在進一步開發和完善后可以進行大規模推廣應用。

關鍵詞：物聯網；視頻監控；定位跟蹤；無線；Zigbee

傳統監獄內部主要使用門禁系統，同時在監獄邊界設置電網進行防護，并派獄警對犯人進行分區域管理。傳統的方式存在較大問題是監管人員需要耗費較大精力，對于開放性較強的區域會顯得力不從心，同時監管人員的人身安全也面臨一定危險。

伴隨著物聯網技術的出現和視頻監控技術的成熟，以無線射頻技術為主的人員定位技術開始在監獄人員管理領域得到應用[1,2]，本文采用低功耗的Zigbee無線定位技術，同時結合視頻監控設備，在應用時可以實現組網靈活，當人員離開規定區域實時報警，并與視頻監控設備聯動對人員進行實時跟蹤，同時將采集到的視頻和報警信號傳送到后臺服務器，觸發傳統設備，如喇叭、廣播等設備運作，并通知相關監管人員采取處置措施。

1　實時監獄人員定位管理系統總體方案

本設計提出的實時監獄人員定位管理系統包括人員腕帶終端、Zigbee中繼器、Zigbee到WiFi轉換器、監管人員智能終端、WiFi無線路由器、應用服務器和文件服務器以及運行在服務器上的管理軟件等(如圖1所示)。

圖1　實時監獄人員定位管理系統框圖

系統在監管人員智能終端上實時顯示服刑人員的位置信息，可以做到對服刑人員的動態監控；另外可以做到對服刑人員運動軌跡的實時顯示和存儲，對越獄等違法行為有較好的防范作用；同時可對服刑人員的活動區域進行事先規劃，當服刑人員越界時，服刑人員腕帶終端會發出警示音和振動進行提示，同時監管人員的智能終端上顯示此報警信息，可以通過聯動將此區域的監控設備打開并調整攝像機方位實時顯示違規人員的現場情況，并通過警告系統對其進行勸阻等。

系統可動態統計某一區域人員數量，當數量超過設定值時自動報警。監管人員當遇到緊急情況時，可通過腕帶或智能終端設備向服務器中心機房發出求救信號。當服刑人員接近門禁位置并長時間逗留時，腕帶終端會自動報警。

監管人員智能終端支持電子點名，當監管人員通過終端上應用軟件對某一人員進行電子點名時，此人員腕帶終端上收到一條消息同時會以振動方式提示，此時被點名人員需要進行手動按壓腕帶終端回應按鈕以完成應答操作，如果超過設定時間沒有得到應答，視為點名失敗，以此作為對服刑人員平常態度的一種考核。

系統可對人員軌跡、活動情況等信息進行分類存儲、顯示和統計上報。系統可根據需要進行增加、刪除、分配等操作，對人員、事件、地圖等進行實時管理。

實時監獄人員定位管理系統以提高監獄管理效率、防止突發事件發生為目的，同時結合監獄智能化建設趨勢，實現對監獄區域實時、全面的管理，同時為保護已有信息化建設投資，在接口設計上盡量保證兼容以往建設系統比如門禁系統和報警系統等。系統總的設計開發遵循以下幾大原則。

1.1 數據安全

監獄屬于特殊行業，所有數據的傳輸和存儲需要在安全的網絡環境下進行，為了防止不法分子對內部數據進行竊取和篡改，對監獄管理造成危害，必須考慮軟件和硬件的安全性。

1.2 設備人性化設計及可靠

腕帶終端采用防拆卸設計，同時由于內部采用低功耗的Zigbee微控制器，電池更換時間可以達到2年，另外具有防水防塵功能，內部集成感應傳感器，當服刑人員試圖對其進行破壞時，腕帶終端會自動向監管人員智能終端和應用服務器上報信息。設備要在各種環境下可以正常運行，不會出現虛擬報警和漏掉警報情況。

1.3 智能化云管理平臺

建設統一的云管理平臺，可以將監獄人員的日?；顒榆壽E和行為記錄在云端存儲，做到按人員類別進行區別管理，同時支持信息長期存儲和按需檢索。

1.4 易于集成與擴展

系統采用模塊式設計，便于管理維護，同時接口兼容已有監獄管理系統，做到易于與各個子系統進行集成與擴展。

2　Zigbee網絡及WiFi網絡部屬

本系統在定位上采用Zigbee技術，Zigbee主要存在于腕帶設備內，它主要有功耗低、組網靈活、網絡可以自愈等特點，同時結合成熟的WiFi技術進行組網，外部同時可以擴展無線視頻監控等設備。圖2是典型監獄人員定位管理系統組網圖。

圖2　典型監獄人員定位管理系統組網圖

定位應用服務器通過3個定位Zigbee中繼器獲得的無線信號強度值(RSSI)[5]計算某個腕帶設備所處的位置坐標。其中定位Zigbee中繼器位置事先規劃好，并存儲在應用服務器上?？紤]Zigbee信號工作在2.4 ghz頻段，同時信號強度會隨著距離的增加而衰減，考慮室內和室外兩種不同環境下信號衰減強度不一致，由于室內環境復雜衰減大，為此在室內我們將中繼器的距離控制在10～20米，在室外兩個中繼器距離控制在50～100米。

3　軟件設計

本系統軟件由四大部分組成(如圖3所示)。

圖3　實時監獄人員定位管理系統軟件總體構成

腕帶終端選用TI的CC2530芯片，此芯片內部集成了8051單片機，嵌入式軟件開發基于TI提供的SDK包，主要實現射頻模塊配置及無線數據收發、外部按鍵處理、壓力傳感器讀取等功能[3,4]。

監管人員智能終端采用通用的Android平臺，硬件選用定制化智能手機，外殼設計考慮防水防塵和安全問題。上面的應用程序主要實現人員定位位置數據的讀取、顯示和上報，同時與服務器上定位管理后臺應用軟件進行雙向通信，將數據實時備份到服務器指定目錄。另外還支持對特定人員的點名、位置查找、所處位置視頻數據顯示等功能。

服務器定位管理應用軟件采用Web界面，整個系統包括數據庫、數據管理、數據分析和統計報表、報警處置等模塊。數據庫將從監管人員終端設備傳送過來的人員數據實時標記在預先設置的地圖上，當有異常情況出現后，服務器將啟動與其他子系統，如門禁系統、視頻監控系統等聯動，將異常區域的情況實時反映到服務器顯示終端上。數據管理模塊將對人員定位數據、報警事件、用戶權限等進行統一管理。數據分析和統計報表模塊包含對人員位置信息的實時分析，根據事先對人員進行分類，設定其可以活動的區域，完成人員越界的自動上報，并與其他子系統進行聯動，其他完成人員歷史蹤跡的統計，根據需要可以將人員的基本信息、活動路線、監控圖像等以可視化方式輸出并形成報表。

存儲服務器主要用于存儲人員相關信息和視頻監控數據，設計中考慮了存儲備份和擴展需求，使其滿足系統不斷升級和長時間數據儲存要求。

4　結束語

結合物聯網技術和視頻監控技術，本文提出了一種基于物聯網和視頻監控的實時監獄人員定位管理系統。文中詳細闡述了系統設計原則和設計方案，并對系統部屬方法和軟件方案進行了說明。該系統已經在某監獄進行了試用，期間得到監管人員好評。本系統與監獄門禁系統、報警系統等可以實現聯動，從而進一步提升了監獄的智能化管理水平，為監獄實現主動、全方位立體式管理打好了基礎，能夠較大程度減少越獄等突發事件的發生。該系統不僅可以滿足監獄管理的需求，同時也可以擴展到其他應用領域如礦井人員定位、養老院人員定位管理等，具有很高的工程應用和推廣價值。

參考文獻

[1] 陳實如.基于物聯網技術的監獄人員定位可視化管理系統[J].物聯網技術,2012(6):32-35.

[2] 都伊林.基于Zigbee的監獄人員定位跟蹤系統的設計[J].信息化研究,2011(6):44-47.

[3] 李文仲.Zigbee2006無線網絡與無線定位系統[M].北京:北京航空航天大學,2008.

[4] 孫利民.無線傳感器網絡[M].北京:清華大學出版社,2005.

[5] 唐煒,鄭小林,于紅華.基于運動估計的Zigbee無線網絡定位方法[J].計算機工程,2010,36(20):256-258.

實驗室與實訓基地建設

Real Time Prisoner Location Management System Based on IoT and Video Surveillance

Peng Hui, Jin Xinmiao
Zhejiang Police Vocational Academy, Hangzhou, 310018, China

Abstract:In recent years, lots of crisis and emergency happen in prison, and this requires prison management team to improve their skills and method. Based on newly developed IoT and video surveillance technologies, this paper proposes one real-time prisoner location tracking and alarming system, through real-time monitoring for prisoners' positions and connection with existed active safety protection mechanism, this makes prison safety management to be one multi-dimension and active safety protection hierarchy. It provides one reference solution for intelligent and informational prisoner management development, and after further development, it can be widely used in real prison management practice.

Key words:IoT; video surveillance; location tracking; wireless; Zigbee

作者簡介：彭輝，碩士，講師。金信苗，本科，副教授。

收稿日期：2015-07-21