基于物联网和视频监控的实时监狱人员定位管理系统

彭 辉　金信苗浙江警官职业学院　浙江杭州　310018



基于物联网和视频监控的实时监狱人员定位管理系统

彭 辉金信苗
浙江警官职业学院浙江杭州310018

摘要：近年来，监狱突发事件频发，对监狱管理人员提出了更高的要求。基于目前日趋成熟的物联网技术和视频监控技术，本文提出一套实时监狱人员定位报警系统，通过对人员位置的实时监视，同时通过与现有主动安全防范措施的联动，使监狱的安全管理成为立体、主动的人员安全防范体系。此系统为监狱人员管理系统的智能化和信息化提供一种参考方案，具有一定工程应用价值，在进一步开发和完善后可以进行大规模推广应用。

关键词：物联网；视频监控；定位跟踪；无线；Zigbee

传统监狱内部主要使用门禁系统，同时在监狱边界设置电网进行防护，并派狱警对犯人进行分区域管理。传统的方式存在较大问题是监管人员需要耗费较大精力，对于开放性较强的区域会显得力不从心，同时监管人员的人身安全也面临一定危险。

伴随着物联网技术的出现和视频监控技术的成熟，以无线射频技术为主的人员定位技术开始在监狱人员管理领域得到应用[1,2]，本文采用低功耗的Zigbee无线定位技术，同时结合视频监控设备，在应用时可以实现组网灵活，当人员离开规定区域实时报警，并与视频监控设备联动对人员进行实时跟踪，同时将采集到的视频和报警信号传送到后台服务器，触发传统设备，如喇叭、广播等设备运作，并通知相关监管人员采取处置措施。

1　实时监狱人员定位管理系统总体方案

本设计提出的实时监狱人员定位管理系统包括人员腕带终端、Zigbee中继器、Zigbee到WiFi转换器、监管人员智能终端、WiFi无线路由器、应用服务器和文件服务器以及运行在服务器上的管理软件等(如图1所示)。

图1　实时监狱人员定位管理系统框图

系统在监管人员智能终端上实时显示服刑人员的位置信息，可以做到对服刑人员的动态监控；另外可以做到对服刑人员运动轨迹的实时显示和存储，对越狱等违法行为有较好的防范作用；同时可对服刑人员的活动区域进行事先规划，当服刑人员越界时，服刑人员腕带终端会发出警示音和振动进行提示，同时监管人员的智能终端上显示此报警信息，可以通过联动将此区域的监控设备打开并调整摄像机方位实时显示违规人员的现场情况，并通过警告系统对其进行劝阻等。

系统可动态统计某一区域人员数量，当数量超过设定值时自动报警。监管人员当遇到紧急情况时，可通过腕带或智能终端设备向服务器中心机房发出求救信号。当服刑人员接近门禁位置并长时间逗留时，腕带终端会自动报警。

监管人员智能终端支持电子点名，当监管人员通过终端上应用软件对某一人员进行电子点名时，此人员腕带终端上收到一条消息同时会以振动方式提示，此时被点名人员需要进行手动按压腕带终端回应按钮以完成应答操作，如果超过设定时间没有得到应答，视为点名失败，以此作为对服刑人员平常态度的一种考核。

系统可对人员轨迹、活动情况等信息进行分类存储、显示和统计上报。系统可根据需要进行增加、删除、分配等操作，对人员、事件、地图等进行实时管理。

实时监狱人员定位管理系统以提高监狱管理效率、防止突发事件发生为目的，同时结合监狱智能化建设趋势，实现对监狱区域实时、全面的管理，同时为保护已有信息化建设投资，在接口设计上尽量保证兼容以往建设系统比如门禁系统和报警系统等。系统总的设计开发遵循以下几大原则。

1.1 数据安全

监狱属于特殊行业，所有数据的传输和存储需要在安全的网络环境下进行，为了防止不法分子对内部数据进行窃取和篡改，对监狱管理造成危害，必须考虑软件和硬件的安全性。

1.2 设备人性化设计及可靠

腕带终端采用防拆卸设计，同时由于内部采用低功耗的Zigbee微控制器，电池更换时间可以达到2年，另外具有防水防尘功能，内部集成感应传感器，当服刑人员试图对其进行破坏时，腕带终端会自动向监管人员智能终端和应用服务器上报信息。设备要在各种环境下可以正常运行，不会出现虚拟报警和漏掉警报情况。

1.3 智能化云管理平台

建设统一的云管理平台，可以将监狱人员的日常活动轨迹和行为记录在云端存储，做到按人员类别进行区别管理，同时支持信息长期存储和按需检索。

1.4 易于集成与扩展

系统采用模块式设计，便于管理维护，同时接口兼容已有监狱管理系统，做到易于与各个子系统进行集成与扩展。

2　Zigbee网络及WiFi网络部属

本系统在定位上采用Zigbee技术，Zigbee主要存在于腕带设备内，它主要有功耗低、组网灵活、网络可以自愈等特点，同时结合成熟的WiFi技术进行组网，外部同时可以扩展无线视频监控等设备。图2是典型监狱人员定位管理系统组网图。

图2　典型监狱人员定位管理系统组网图

定位应用服务器通过3个定位Zigbee中继器获得的无线信号强度值(RSSI)[5]计算某个腕带设备所处的位置坐标。其中定位Zigbee中继器位置事先规划好，并存储在应用服务器上。考虑Zigbee信号工作在2.4 ghz频段，同时信号强度会随着距离的增加而衰减，考虑室内和室外两种不同环境下信号衰减强度不一致，由于室内环境复杂衰减大，为此在室内我们将中继器的距离控制在10～20米，在室外两个中继器距离控制在50～100米。

3　软件设计

本系统软件由四大部分组成(如图3所示)。

图3　实时监狱人员定位管理系统软件总体构成

腕带终端选用TI的CC2530芯片，此芯片内部集成了8051单片机，嵌入式软件开发基于TI提供的SDK包，主要实现射频模块配置及无线数据收发、外部按键处理、压力传感器读取等功能[3,4]。

监管人员智能终端采用通用的Android平台，硬件选用定制化智能手机，外壳设计考虑防水防尘和安全问题。上面的应用程序主要实现人员定位位置数据的读取、显示和上报，同时与服务器上定位管理后台应用软件进行双向通信，将数据实时备份到服务器指定目录。另外还支持对特定人员的点名、位置查找、所处位置视频数据显示等功能。

服务器定位管理应用软件采用Web界面，整个系统包括数据库、数据管理、数据分析和统计报表、报警处置等模块。数据库将从监管人员终端设备传送过来的人员数据实时标记在预先设置的地图上，当有异常情况出现后，服务器将启动与其他子系统，如门禁系统、视频监控系统等联动，将异常区域的情况实时反映到服务器显示终端上。数据管理模块将对人员定位数据、报警事件、用户权限等进行统一管理。数据分析和统计报表模块包含对人员位置信息的实时分析，根据事先对人员进行分类，设定其可以活动的区域，完成人员越界的自动上报，并与其他子系统进行联动，其他完成人员历史踪迹的统计，根据需要可以将人员的基本信息、活动路线、监控图像等以可视化方式输出并形成报表。

存储服务器主要用于存储人员相关信息和视频监控数据，设计中考虑了存储备份和扩展需求，使其满足系统不断升级和长时间数据储存要求。

4　结束语

结合物联网技术和视频监控技术，本文提出了一种基于物联网和视频监控的实时监狱人员定位管理系统。文中详细阐述了系统设计原则和设计方案，并对系统部属方法和软件方案进行了说明。该系统已经在某监狱进行了试用，期间得到监管人员好评。本系统与监狱门禁系统、报警系统等可以实现联动，从而进一步提升了监狱的智能化管理水平，为监狱实现主动、全方位立体式管理打好了基础，能够较大程度减少越狱等突发事件的发生。该系统不仅可以满足监狱管理的需求，同时也可以扩展到其他应用领域如矿井人员定位、养老院人员定位管理等，具有很高的工程应用和推广价值。

参考文献

[1] 陈实如.基于物联网技术的监狱人员定位可视化管理系统[J].物联网技术,2012(6):32-35.

[2] 都伊林.基于Zigbee的监狱人员定位跟踪系统的设计[J].信息化研究,2011(6):44-47.

[3] 李文仲.Zigbee2006无线网络与无线定位系统[M].北京:北京航空航天大学,2008.

[4] 孙利民.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.

[5] 唐炜,郑小林,于红华.基于运动估计的Zigbee无线网络定位方法[J].计算机工程,2010,36(20):256-258.

实验室与实训基地建设

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

作者简介：彭辉，硕士，讲师。金信苗，本科，副教授。

收稿日期：2015-07-21