智慧監所人員精準定位系統設計與實現

肖振新　李勝廣　李攀　楊彥彬

摘 要：設計并實現了一種智慧監所人員精準定位系統，該系統基于優化的AOA定位技術，實現了監管場所人員的精準定位和位置數據的統一管理與呈現，集中展示了監管場所的人員位置、軌跡、統計和點名、視頻聯動、滯留和越界報警等功能，建立起以人員位置為核心的精細化管控體系，實現了全局立體可視化高效指揮和智慧監管。

關鍵詞：公安監管場所;監所實戰平臺;人員定位;AOA技術;風險預警;軌跡查詢

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-04

0 引 言

公安監管場所是指公安機關管轄的看守所、拘留所、強制隔離戒毒所、強制醫療所、收容教育所和監管醫院等場所，是公安機關重要的執法部門，擔負著依法對被監管人員實行羈押、監管、教育、治療和矯正的重要職責，承擔著保障刑事訴訟和行政執法等活動順利平穩進行、保障被監管人員合法人身權益的重要任務。

2018年6月4日，公安部監所管理局發布文件，決定在全國公安監管部門開展智慧監管建設，開啟了“公安智慧監管”工作的新階段，要求全國公安監管場所采用穩定、可靠的技術，升級、完善、整合安防系統和被監管人員信息系統，按照“動態信息主導勤務”的思路建設監所實戰平臺，實現被監管人員信息可視化、可共享，重在提高監所風險預警和突發事件處置能力，實現公安監管場所工作重點向“信息融合、規范管理、實戰應用”這一新的管理模式轉變。

1 監管安防痛點分析

公安監管場所現有大量的安防技術手段包括視頻監控、紅外、門禁、周界、監聽、報警等系統，但都是基于被動式安防，無法實現對個體人員的精準管控和識別。一旦個體人員出現問題，需要消耗大量警力介入視頻監控對其進行分析，導致監控追溯繁瑣、實時性差、事故預防性差。現有安防系統存在如下弊端。

（1）無法做到被監管人員唯一身份的識別。目前監管場所識別被監管人員身份的方式包括人臉識別、虹膜識別等，但多數監管場所還是依靠管教民警進行人工辨認，每個管教民警管理數十個被監管人員，識別準確率難以保證。考慮到被監管人員發型、裝飾雷同，經過長時間關押，極易誤識，某監管場所就曾發生過同姓名人員被監管人員誤放，同姓名人員在消費時被記錯帳等現象。綜上，對個體被監管人員進行唯一身份的標識很有必要。

（2）無法準確實時掌握被監管人員的位置。準確掌握監管場所中被監管人員的精準位置是確保監管場所安全的第一要素。監管場所管理人員需要實時了解被監管人員所在位置和區域，是否發生被監管人員脫管、非法進出特定區域、非法靠近關鍵設施等行為。當前監管場所確認人數和位置的方式較為傳統，缺乏自動化手段，主要依靠管教民警人工判斷，如被監管人員報數、管教民警人工清點人數等。

（3）報警報告手段不隱蔽也不方便。目前被監管人員主要通過按動監室墻壁上的報警按鈕報警。但在某些特殊情況下，被監管人員不敢公開按動報警報告設備，比如被監管人員被他人攻擊時，或夜間被監管人員突發疾病等，均無法及時按動墻上的報警報告設備。

（4）移動報警效率不高。監管場所根據工作要求，需要獲悉監管民警是否在崗，并實時了解監管民警所在方位。一旦發生緊急情況，可以安排監管民警就近處置。目前只能通過對講和視頻監控來逐個查找，效率較低。同時，當監管民警遭遇緊急情況時，也只能夠通過對講機呼救，缺少隱蔽的報警手段。

2 定位系統設計

基于監所管理安防存在的問題和痛點，本文設計了一款人員精準定位系統，可實現監管場所內被監管人員的實時定位、人數統計、區域管控和視頻聯動，確保被監管人員的歷史軌跡被記錄、可追溯，做到主動式全覆蓋監控。

2.1 系統功能

采用物聯網技術進行人員精準定位系統設計，通過在被監管人員身上佩戴電子手環，在監所適當位置設置一定數量讀取裝置的方式，借助管理平臺實現人員位置實時顯示和移動軌跡記錄，同時也可以使用該系統在提訊、押解和會見等流程中對人員進行識別確認。對于重點人員，可以聯動視頻實時監控，以及設定報警區域等方式限定其活動范圍。

本系統具備人員精準定位、軌跡查詢、人員統計和點名、視頻聯動、人員滯留和越界報警等功能，可實時掌控被監管人員、民警的行動軌跡，查看監控圖像等。本系統按標準數據接入規范接口，實現與監所實戰平臺的信息共享、業務融合。電子手環識別距離為0～150 m，具備防沖突性能，可全向識別，具有破壞、拆卸、缺電提醒與報警等功能。

2.2 系統架構

人員精準定位系統架構分為四層，分別為對象層、采集層、處理層和展現層。

（1）對象層包括人、物、地、事，即被監管人員和監管民警，通過定位電子手環、物品標簽獲取實時位置，如果報警可以聯動視頻等。

（2）采集層的定位電子手環、定位卡片、物品標簽作為無線數據發射模塊佩戴在人員身上或固定在物品上，作為數據采集最前端可定時發送定位數據;定位基站、感知設備、網絡設備等負責實時上傳電子手環、定位卡片、物品標簽的信息數據到處理層進行位置運算、數據分析等。

（3）處理層包含定位引擎服務器、數據服務器、業務服務器，服務器負責位置運算、數據分析、數據審核等工作。

（4）展現層分為C/S和B/S架構，佩戴電子手環或定位卡片后，可通過客戶端實現人員和物品當前位置在定位地圖上的圖形化位置展現。系統定位數據的初始化、業務流程管理、用戶管理、數據查詢等均通過瀏覽器實現。

系統架構如圖1所示。

2.3 部署拓撲

在每個監室安裝2個定位基站，每個監室放風場上方部署1個定位基站，以實現各區域的精準定位。基站采用

2.4 GHz+125 kHz頻段，實時采集電子手環、定位卡片的信息，通過網絡傳輸到后端。基站通過網線連接到交換機，定位基站可外接12 V電源供電，也可采用POE供電。

通道高度3 m以上的，每隔4 m安裝一個定位基站，實現通道內的亞米級精確定位;通道高度3 m以下的，建議基站間的距離不超過3 m。在辦公區每個辦公室、值班室等入口上方部署定位基站，在室內實現人員進出定位管控;如果監所二樓有巡視通道，則需要在巡視通道安裝激活器。

定位卡或電子手環作為無線數據發射模塊佩戴在人員身上，系統通過對電子手環、定位卡片和物品標簽的跟蹤實現對人員和物品的跟蹤定位。

定位平臺實現實時數據分析處理和位置計算，通過安裝監控端電腦和監控大屏的電子地圖顯示各現場電子手環、定位卡片的精準位置，同時數據被存入人員位置數據庫，監管民警可以通過實戰平臺查詢人員或物品的實時位置信息、人員統計信息、報警報告信息和某段時間內的移動軌跡等。

人員精準定位系統拓撲如圖2所示。

3 高精度定位算法

常用的無線定位方法包括信號強度分析法（RSS）、到達角度定位法（AOA）、到達時間定位法（TOA）、到達時間差定位法（TDOA）。AOA定位方法原理：測量定位目標T和基站之間的到達角度，以基站為起點的射線經過定位目標T，通過兩條射線的交點即可確定目標T的位置。這種方法只需要2個基站就可確定目標的估計位置，其定位示意如圖3所示。

當S裝有天線陣列時，天線陣列根據定位目標T發送的信號來確定入射角度。2個基站的入射角分別為α1，α2，以2個基站為起點，入射角方向構造出2條射線的交點，即為目標T的位置。設定位目標T的位置坐標為（x， y），N個S的位置坐標為（xi， yi），根據其幾何意義，它們之間滿足：

將上述公式展開可得：

通過計算解得X。

本文采用優化的AOA定位算法，未知定位目標T通過天線陣列以及輔助設備獲取發送端信號的到達方向，計算節點間的相對方向角以獲取目標T的位置信息，定位目標T在接收平面上的投影到基站方向向量與x軸的夾角為方向角，基站收到定位目標T的方向向量與z軸的夾角為仰角，如圖4所示。

圖中Ψ1，Ψ2為兩個仰角，γ1，γ2為2個方位角，在二維平面定位時，只需要測得接收到信號的2個方位角即可實現定位，假設2個發送端坐標為A（x1， y1），B（x2， y2），未知節點的坐標為（x， y），測得的方位角分別是γ1，γ2，對于發送端A有：

即可求出未知定位目標T的位置信息（x， y）。

經過實際測試，可計算出位置信息偏移角度，本文采用“位置指紋”的方法進行再度計算優化。位置指紋優化算法如圖5所示。

通過傳統AOA模式優化后，系統定位準確性得到較大提升，定位誤差從之前的3%下降到0.5%，完全滿足定位場所的定位要求。優化后的AOA基站可以實現精確定位，相比必須采用3個或者更多節點的其他定位技術而言具有很大的優勢，實施難度大幅降低，調試方式變得相對容易，可大面積使用。

4 功能展示

4.1 人員定位

在監所里，必須實現全監管場所的監管民警和被監管人員的實時精準定位，實時顯示當前受控目標數量、活動軌跡及分布情況，掌握重點人員動向，當重點監管人員離開監室時，需在地圖上顯示。為了防止新關押人員進監室時受到傷害，系統需在新關押人員進入監室時發出提醒，告知監管人員某監室有新入所人員。受控目標具有實時跟蹤監測、民警突發事件報警、位置自動顯示功能。民警胸卡還可以結合門禁卡，實現考勤、門禁、巡檢和內部消費功能，被監管人員通過電子手環實現點名、消費和就餐等。人員精準定位界面如圖6所示。

4.2 異常報警

在監管場所，由于目標人員過多、民警注意力不夠集中，很有可能發生被監管人員靠近危險區域而民警還不知道的情況，導致危險事故發生。通過設置相關報警規則，對某些行為進行預警提示，如被監管人員進入禁入區域，民警未按照規定路線進行巡查監控等，系統將自動記錄信息，可進行追溯和審計，從而確保相關規范和制度能夠得到嚴格執行。系統還增加有主動報告和報警功能，在自動點名時一旦發現人員丟失便立即報警，將被動安防轉向主動安防，具體如下。

（1）擅闖禁區系統自動報警：圍墻警戒區、危險品源區等區域為限制區域，不經授權的被監管人員非法闖入，后臺系統自動報警，并彈出相關事發點視頻窗口，進行報警提示;在監管場所的重要關卡，可事先設定通行權限及時間段，未經授權人員出入關口將自動引發報警。

（2）被監管人員單人滯留告警：監所會對被監管人員的行為有所限制，尤其當被監管人員獨自滯留在某個區域時，系統會告知民警此人非法滯留。如進行放風活動時，監所規定不允許單獨的被監管人員留在監室，當被監管人員獨自留在房間時，系統產生提示。

（3）電子手環報警：被監管人員剛開始佩戴人員電子手環時，一般都會產生抵觸情緒，甚至會想方設法將電子手環破壞、摘除。電子手環使用了防暴力拆除設計，如果被監管人員將電子手環拆除，電子手環會發出信號告知系統。

（4）求助報警：民警在受到被監管人員圍攻，或民警發現被監管人員有不良企圖時，可按下民警胸卡按鈕，或扯斷掛鏈進行緊急求助，系統可實時追蹤求助人員的位置。

（5）消失報警：電子手環或定位卡片信號消失一定時間后，系統進行預報警：某某不在監管區。

（6）進錯監室報警：被監管人員在系統中已經設定好了監室號，一旦被監管人員進錯監室，系統將及時發出報警信息。

（7）對佩戴具有心率檢測功能電子手環的戒毒人員進行心率檢測，電子手環定時采集佩戴電子手環的被監管人員的心率數據，當心率數據高于或低于系統設定的閾值時，系統立即告警。

4.3 電子點名

當某個區域應到人數與實到人數不符時，該區域的人數統計會以特別顏色顯示。系統通過點名顯示應到人數、實到人數、缺席人員，及缺席人員當前位置。

可查詢某個區域內當前人員的信息，也可通過名稱和定位電子手環或定位卡編號查找特定人員當前位置，并彈出視頻。

可以查看佩戴定位電子手環的被監管人員、佩戴定位卡片的警員移動歷史軌跡，并聯動歷史視頻。

電子點名界面如圖7所示。

4.4 視頻聯動

定位系統與監控、門禁、周界等系統聯動，創造以人員定位數據為基礎的完整、立體、安全的防御體系，并在此基礎之上將事件位置、違規行為與受控目標關聯起來，通過事件觸發應急預案與警力資源布置、視頻聯動報警，實現事件預防，以避免危險事件發生。

5 結 語

智慧監管建設應充分考慮安全監所的目標，遵循以“被監管人員”為核心的管理模式，突顯物聯網數據采集和智能應用，將平臺和數據聯匯貫通。本文構建的人員精準定位系統，力求通過信息化手段提升管理精細度，規范執法、執勤環節，確保安防無盲區、信息無孤島，并通過位置數據的應用提高業務管理水平，實現全面、立體的“智慧監管”。

參考文獻

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作者簡介：李勝廣（1977—），男，山東臨沂人，工學博士，研究員，公安部第一研究所物聯網部副主任，研究方向為公安物聯網和公安大數據。