1.引言
目前的監(jiān)獄人員定位管理，基本還停留在人工管理階段，以監(jiān)獄獄警巡查記錄加攝像機(jī)監(jiān)視報(bào)警方式進(jìn)行管理，對于移動中的人員，信息更新慢，準(zhǔn)確度不高。監(jiān)獄人員位置信息采集主要靠獄警巡查然后手工記錄完成，無法將實(shí)時(shí)位置和在押人員真正關(guān)聯(lián)起來。
由于監(jiān)獄人員定位管理水平不高，導(dǎo)致一系列惡性越獄事件未能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并制止，如呼和浩特的越獄事件，給社會造成極大危害。為防止越獄事件的再次發(fā)生，防止犯罪分子再次危害社會，建設(shè)監(jiān)獄人員定位管理系統(tǒng)迫在眉睫。
ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee技術(shù)具備功耗小、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大和安全等優(yōu)點(diǎn)，在短距離、低功耗、無線通信中具備特有的技術(shù)優(yōu)勢，ZigBee技術(shù)應(yīng)用于小范圍的基于無線通信的控制和自動化等領(lǐng)域.我們針對監(jiān)獄設(shè)計(jì)了基于ZigBee技術(shù)的監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)。
2.ZigBee技術(shù)
2.1ZigBee技術(shù)簡介
ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率(250kB/s)、低功耗、低成本、自組網(wǎng)、低復(fù)雜度、安全可靠、高擴(kuò)展性的雙向無線通信技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。ZigBee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)（PersonalAreaNetwork，PAN）工作組的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE802.15.4ZigBee）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，支持地理定位功能。作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
(1)低功耗:由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算,ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。
(2)成本低:ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,估計(jì)很快就能降到1.5-2.5美元,并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對于ZigBee也是一個關(guān)鍵的因素。
(3)時(shí)延短:通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短,典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms,活動設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。
(4)網(wǎng)絡(luò)容量大:一個星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和一個主設(shè)備,一個區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò),而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。
(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式,每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。
(6)安全:ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證,采用了AES-128的加密算法,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。
2.2ZigBee技術(shù)在實(shí)現(xiàn)監(jiān)獄人員定位功能中的優(yōu)勢
目前實(shí)現(xiàn)人員定位的技術(shù)很多，如GPS定位、手機(jī)基站定位、RFID定位、WIFI定位等。GPS定位與手機(jī)基站定位因需要類似手機(jī)終端，不便于管理，雖然定位功能不錯，但并不適合監(jiān)獄這一個管理嚴(yán)格的場所。RFID、WIFI、ZigBee技術(shù)都能很好的完成監(jiān)獄人員定位功能，
ZigBee與WIFI采用同樣的算法實(shí)現(xiàn)定位，但是WIFI設(shè)備的耗電量太大，設(shè)備需要頻繁更換電池或充電，對人員定位功能有影響以及不方便管理；RFID與ZigBee相比，定位算法雖然不一樣，但是在達(dá)到相同定位效果及密度的前提下，RFID設(shè)備的安裝密度會遠(yuǎn)大于Zigbee設(shè)備，而且RFID采用的是有線傳輸需要布線，安裝工程量都比較大。綜上所述，ZigBee技術(shù)成本低、耗電小、傳輸可靠、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以及應(yīng)用適合度等優(yōu)勢，在目前常見的集中定位技術(shù)中更加適合于用以監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)的功能。
3.監(jiān)獄人員定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成級工作原理
3.1系統(tǒng)組成
定位系統(tǒng)有軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)用于完成信息采集、識別、分析及其傳輸，硬件系統(tǒng)由地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)、傳輸適配器、射頻基站、射頻讀卡器、射頻身份卡和天線等組成，用于完成信息采集和識別，從而實(shí)現(xiàn)人員識別、定位的功能。軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)共同支撐著整個系統(tǒng)的運(yùn)行，并演繹出各種不同的功能應(yīng)用。各硬件設(shè)備功能如下：
射頻身份卡。具有唯一的全球眼ID，其內(nèi)部儲存著一個人員的信息，用來識別目標(biāo)對象。射頻身份卡分為干警用和犯人用2種，干警武警等人員使用的射頻卡帶有主動發(fā)送數(shù)據(jù)的按鍵，具有主動發(fā)信號讓讀卡器接收數(shù)據(jù)功能，用于值班人員定時(shí)上報(bào)所在位置，以防止人卡分離情況；犯人用射頻卡安裝與防插卸電子腕帶上，由讀卡器主動采取射頻卡數(shù)據(jù)，不主動上傳。
射頻讀卡器。根據(jù)監(jiān)獄的定位要求，在每個定位點(diǎn)安裝一個射頻讀卡器，射頻讀卡器能主動發(fā)送信號激活在定位范圍內(nèi)的射頻卡上傳射頻卡數(shù)據(jù)，也可接收主動上傳的干警射頻身份卡數(shù)據(jù)。然后將數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳至附近的射頻基站。
射頻基站。根據(jù)監(jiān)獄的定位要求，將監(jiān)獄分為幾個定位區(qū)域，分別安裝一個射頻基站，用于接收射頻讀卡器上傳的射頻卡數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳至人員定位系統(tǒng)，再由軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行識別、分析人員位置信息。
3.2工作原理
以滿足監(jiān)獄定位要求為目的，先將監(jiān)獄劃分幾個區(qū)域，然后在每個區(qū)域內(nèi)建設(shè)一個射頻基站；然后在監(jiān)獄周界圍墻、建筑物內(nèi)、各出入門禁處、監(jiān)獄獄內(nèi)活動場所等公共區(qū)域、監(jiān)獄勞動場所、監(jiān)獄押運(yùn)車、巡更點(diǎn)等位置安裝射頻讀卡器；最后給監(jiān)獄的所有工作人員和犯人配發(fā)唯一的射頻身份卡或電子腕帶射頻卡，工作人員的射頻卡為主動式可以主動上傳數(shù)據(jù)，犯人的為被動式需進(jìn)入射頻讀卡器范圍內(nèi)并被激活后上傳數(shù)據(jù)信息。射頻讀卡器的讀取的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)饺藛T定位系統(tǒng)，識別、分析出相關(guān)人員的具體位置。
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