監所智能交互終端管理系統方案設計

徐兆鵬

（作者單位：廈門狄耐克智能科技股份有限公司）

前言

公安監管場所是羈押和管理依法被逮捕、刑事拘留各類罪犯和重大犯罪嫌疑分子的機關，對安全防范等級要求極高。因此，公安監管場所綜合管理系統的建設對公安監管場所的安全防范、輔助公安監管場所管理教育在押人員、開展深挖犯罪、配合預審辦案等方面起著十分重要的作用。實踐證明，利用現代技術手段輔助公安監管場所管理，能及時了解和掌握在押人員的言行，及時發現和制止事故的發生，保障公安監管場所的安全。針對公安監管場所迫切“向科技要效率、向科技要警力、向科技要安全”這一大背景，研發出了一套適合公安監管場所綜合管理系統的解決方案，為促進公安監管場所的監管防范能力、提升公正文明執法水平、提高安全保障能力、增強應對緊急突發事件的能力、打造“平安監管”“智慧監管”、構建和諧社會提供了有力技術保障。

隨著智慧監所信息化建設的不斷深入，監管場所系統趨向于數字化、智能化、集成化。以往的在押人員報告系統僅支持基本的可視對講通話功能，功能相對比較單一。結合監管場所的具體需求以及行業標準，新系統打破傳統可視對講獨立設計的觀念，創新采用先進的SIP技術以及高集成硬件方案，以ALL IN ONE的設計理念實現了智能交互終端管理，融合了在押人員報告系統、監視監聽、語音廣播、人臉識別、指紋識別、三固定表、在線點名、在線商店、預約會見、預約就醫、信息公開、法律法規、信息發布，親情電話預約及管教約談等功能。

方案總體設計

1.總體設計方案

智能交互終端管理系統依托公安專用網絡搭建通訊平臺，采用多級管理平臺設計。在省監管總隊設置了系統的一級管理平臺，在監管支隊的指揮中心設置了二級管理平臺，在監所指揮中心設置三級管理平臺，組成一套“省監所總隊—監所支隊—監所值班分控中心”三級管理平臺。一級管理平臺設置于省監管總隊，用于監所管理區域對下屬各監所的所有區域進行遠程控制、對講和廣播，以及對設備信息等監所日常信息查看監管；監管支隊設置二級指揮中心，對分管監所遠程控制、對講和廣播，以及對設備信息等監所日常信息查看監管。監所值班分控中心設置于監控指揮中心大樓，負責管理本監所所有區域。

智能交互終端管理系統設計覆蓋監所的監區、監舍、放風場所及室外廣場等主要區域，其中監所的監室等場所設計監室智能交互終端和廣播系統，用于該場所對講、監聽、緊急求助、廣播、報警、在線點名、在線商店、預約會見及預約就醫等功能。在室外廣場、放風場所、監控指揮中心場所設計廣播系統，用于該場所的廣播和播放背景音樂。監所對講系統按監所、室外、室外廣播、監控指揮中心大樓及單體樓設計獨立廣播分區，設計每個區域可以獨立廣播、播放節目、對講、監聽和緊急求助；同時所有區域能集中控制，集中播放節目和進行全區廣播。

智能交互終端管理系統平臺采用B/S架構，基于TCP/IP網絡架構，運用SIP2.0技術實現跨路由跨網段信息通訊，滿足公安、司法超大網絡環境中的應用。該系統以智能監室智能交互終端為核心，將監所的業務流程以及相關信息直觀展示在高清屏幕上，能夠在智能交互終端上展示多種業務需求，充分提高了監管場所的智能化集中管控能力和管理效率，提高后臺運維能力，從而達到節省維護建設成本和解放警力的目標。

系統平臺實現權限管理、視頻抓拍記錄、設備狀態管理、呼叫記錄、事件記錄、在押人員管理、人臉庫管理及事件統計分析等功能。

監室內安裝具備防爆功能、防懸掛功能的10.1或13.3吋監室智能交互終端，實現一鍵呼叫、監視監聽、廣播喊話、音頻播放、視頻聯動及警示聯動，還支持發布并顯示監所內部文字消息通知。罪犯可隨時通過終端查詢個人基本信息，進行預約申請（包括談話、就醫、親情電話等），購物申請等功能。

值班室干警可通過樓道門口交互終端（21.5吋）或值班室主機隨時查看各個監舍的人員數量等基本信息和詳細信息，處理監室內罪犯發起的各項預約申請和購物清單等請求。值班干警還可遠程對任意監舍發起遠程點名，實現不出門即可實時掌握各個監舍的情況，解放警力，有效緩解警力不足的問題。

在防風場所、AB門處、走廊處安裝報警終端，用于緊急事件對講。在觸發報警的同時聯動監控系統，所在區域監控攝像在大屏幕上自動顯示，便于值班人員及時了解區域影像。

LED大屏和警示燈同步指示報警位置。

圖1 系統圖

2.系統特點

（1）采用多功能高度集成方案，建設一套綜合終端管理應用系統，并支持監控平臺、LED綜合屏無縫對接聯動，在提高監管場所的智能化集中管控能力和人性化管理水平的同時，節省了建設成本。

（2）采用Andriod系統，使用電容防爆觸摸屏，支持后臺APP自動更新以及相關功能擴展，使產品更加靈活、實用，優化監管場所個性化需求。

（3）采用TCP/IP網絡架構，支持VLAN在物理層實現超大管理模式，自定義管理級別，支持多級別組網，管理終端無數量限制。

（4）采用實時運維監測，故障自動診斷，使運維工作高效快捷、一目了然；并支持服務器對設備批量處理。

（5）采用SIP架構技術，每臺設備擁有獨立IP/MAC地址，實現P2P通信，實現跨VLAN廣播，可不依賴系統服務獨立運行，提高系統可靠性。

（6）采用B/S架構，在局域網內可通過web網頁，根據賬戶、密碼登錄系統管理平臺，可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件，實現客戶端零維護。

（7）可不依賴服務器獨立運行，能夠實現基本對講功能，適用于功能要求簡單的情況，或作為與服務器網絡中斷時，各個獨立區域內監室和管教民警通話的應急措施。

（8）持標準SIP2.0通訊協議，可與VOIP電話進行雙向對講。

（9）支持對接監獄/看守所現有人員管理系統，簡潔明了地呈現被監管人員信息和數據，減輕值班干警的工作壓力。

（10）集成可視對講系統，支持全雙工對講，具有AGC功能，實現1耀3米遠距離對講。

（11）集成人臉識別、指紋識別、IC卡刷卡，實現在線身份驗證、在線點名、在線購物，個人信息公開等。

智能硬件設計

全志A33四核是目前最具性價比的超低功耗四核處理器，采用四核CortexTM-A7架構，搭載Mali400MP2圖形處理單元，完美支持多格式1080P@60fps高清視頻流暢編解碼，集成MIPI DSI顯示接口，支持1280x800分辨率，支持500萬像素攝像頭，支持USB3.0接口。

全志A33基于Android4.4系統，集成了全志獨有的麗色顯示系統，顯示效果出色，可減弱平板電腦對用戶的視力影響。

圖2 智能交互終端設計框

電源是整個智能交互終端穩定運行的保障，考慮到實際項目多電源共用的問題，以及遠距離傳輸及紋波干擾等因素，采用德儀TPS54231以及電源管理芯片AXP223。TPS54231具有寬電壓輸入3.5耀28V,內部集成MOSTET,具有過壓限制瞬態保護電路以及限流、過載、熱保護等電路。

TPS54231內部有啟動電壓與關閉電壓閥值，根據實際輸入電壓12V,啟動電壓≥9.5V，關閉電壓8V左右。根據TPS54231規格書內部電路計算：

R1=1.5/(3uA)=500K,實際選型470K

R2=1.25/((9.5-1.25)/R1+1uA)≈67K,實際取值68K。

圖3 智能交互終端外觀

采用雙CPU框架，全志A33負責電容觸摸控制、高清液晶顯示、音頻驅動、視頻采集、網路通信，STM32單片機負責IC卡、I/O控制、壓電按鍵、指紋、RS485等低速通信。

雙方通過UART口進行雙向通信。該方案充分考慮到監所應用場景的特殊性，采用6mm防爆玻璃，8mm鋁合金板。

表1 功能參數表

軟件設計

系統平臺軟件主要包含智慧安防、智慧警務、信息分析、系統設置四大系統模塊。前端采用Boostrap Web框架，簡潔、直觀，使得Web開發更加快捷。后端業務層主要基于springboot技術構建，集成spring,springmvc框架，采用RestFUL風的資源接口與設備端進行數據通訊。數據庫采用mysql數據庫并集成HikariCP連接池，為客戶端的快速、高并發的數據訪問提供支持。

圖4 平臺軟件功能

1.系統功能

（1）系統修復功能：系統運行過程中，如一臺或多臺管理機出現故障或管理機所處網絡出問題時，該管理機所管轄的分機會自動轉入上級管理機進行監管，系統運行不受影響，確保正常工作。各個子系統具備進程檢測功能，異常自動復位。

（2）雙工可視對講：管理機自帶攝像頭、鵝頸話筒，10.1吋液晶全觸摸顯示屏顯示，對講方式有免提、手柄、TALK、開鎖鍵（雙門），支持通話保持、呼叫轉移、關機轉移。

（3）監聽/監視：可任意選定一個分機進行監聽、監視，監聽監視時，能達到終端機無察覺。

（4）分機呼入優先：管理機在監聽、監視、廣播等工作狀態下，分機呼叫、報警等呼入時優先插入，通話完畢后自動恢復原狀態。終端呼叫是管理機可播報分機備注信息或分機號。

（5）分屏顯示（各管理中心選用對講軟件時）：電腦屏幕可顯示報警地理位置，大屏分割顯示4路、6路、9路攝像頭視頻畫面。

（6）數字錄音錄像：管理機能對通話過程進行錄音錄像，并可記錄呼叫、通話的時間，錄音錄像文件保存在管理機SD卡中，并實時上傳到服務器上，實現雙重存儲。

（7）托管功能：管理機上有“托管”菜單，按此菜單便可將所屬分機托管給其他管理機操作管理。

（8）廣播功能：管理機可對所屬的分機進行點對點、分區、全區廣播，廣播方式支持mp3文件廣播、喊話廣播和外接有源音源廣播。

（9）電子地圖：可顯示電子地圖、建筑物平面圖；可查找設備信息并呼叫，并顯示開門狀態。

（10）在線檢測：可實時檢測分機的在線狀態，方便調試、檢修和維護。

（11）防拆報警：當分機有人為非法強拆時，可自動向管理員報警。

（12）報警聯動：分機報警時，通過TCP連接與其他平臺聯動。如：開啟監控攝像頭。

（13）信息發布：可對所管理的可視終端進行全區、分區同時發布文字、圖片、音視頻信息。

（14）在線點名（僅適用于監所智能交互終端）：被監管人員可通過監所智能交互終端指紋、人臉識別IC卡身份認證、在線定時自助點名簽到。

（15）獄政對接（僅適用于監所智能交互終端）：可通過與第三方業務平臺的數據對接，實現以下功能。

①在線留言：被監管人員可向主管部門在線舉報，提供信息、訴求等。

②申請預約：被監管人員可在線預約律師、檢察官、管教、所長等。

③自助消費：可與大賬管理系統、監管信息系統對接，實現被監管人員通過指紋或IC卡身份認證在線自助消費。

④電子閱讀：可定期推送電子圖書和雜志供被監管人員在線閱讀。

⑤信息查詢：被監管人員可通過指紋或IC卡身份認證在線查詢大賬接濟、錢款消費、個人就診等個人信息。

⑥其他業務：可實現人員信息查詢、改造信息查詢、民警管教業務交互、在線約談等第三方平臺的獄政業務服務查詢。

（16）人臉識別（僅適用于監所智能交互終端）：可自動識別被監管人員，并在管理機屏上顯示被監管人員姓名等信息，幫助獄警快速識別。

2.關鍵技術

語音處理技術是IP對講技術非常重要的部分，其中音頻回聲消除技術目前是IP對講中最重要的技術之一。在該系統中音頻回聲消除采用自適應濾波算法實現回聲消除。回聲產生的原因主要是兩方面：電學回聲和聲學回聲。在網絡通信過程中產生的回聲主要是聲學回聲導致的。

產生聲學回聲的原因：遠端（B）講話的聲音被麥克風采集后，編碼壓縮發送到近端(A),近端（A）解碼后通過揚聲器播放，近端(A)麥克風通過空氣采集到遠端播放出來的聲音，編碼后發送到遠端，由于編碼和網絡延遲的因素，使得遠端講話者從揚聲器中聽到自己剛剛講話的聲音。

圖5 聲學回聲消除原理圖

該聲學回聲消除的原理如圖5所示，以近端（A）音頻播放數據為參照數據，消除麥克風采集到的回聲數據，詳細過程如下。

近端(A)采集到音頻數據（包含回聲數據、近端講話數據）和遠端音頻數據（遠端回聲數據），以遠端音頻數據為參考，通過回聲算法，消除近端（A）采集到的回聲數據，返回音頻數據發送到遠端，以消除遠端揚聲器回聲。

由于Android系統是非實時操作系統，系統采集與系統播放存在一定的延時，且該延時由于系統任務調度原因，各個時間段都會不同。因此，想要達到比較好的回聲消除效果，必須保持應用層音頻采集與播放的同步性。為保證音頻同步性，在應用層音可采用3個線程處理：線程1處理音頻網絡接收，放入音頻緩存中；線程2處理音頻采集并進行回聲處理，放入音頻緩存、音頻播放；線程3處理音頻網絡發送。

圖6 回聲效果圖

小結

本文從司法、公安應用實際出發，結合互聯網通信技術設計并實現了監所智能交互終端管理系統。該系統在音視頻通信、回聲消除、人機交互、網絡安全、業務應用與管理等方面較以往單一系統有較大的提升，具有較強的實用性。在目前疫情之下，為各地司法監所的日常監管和各項業務的順利開展帶來了極大的便利。隨著科技發展，像語義識別、聲紋識別、行為分析及表情分析等AI智能產品會越來越多應用在司法監管場所，大大降低民警的監管成本，進一步解放警力，為實現“數字法治、智慧司法”信息化體系建設夯實基礎。