作者：智灵科技技术组
一、前言：
监狱，是国家的刑罚执行机关，承担着执行刑罚，依法监管、惩罚和改造罪犯的重要使命，确保监狱场所安全稳定，是维护社会安全稳定大局的必然要求，也是维护正常的监管改造秩序的基础。随着 “落实习总书记重要指示加强监狱管理”的精神及司法部2019年1月《智慧监狱技术规范》 的颁布，及对全国监狱进行的“智慧监狱”达标考核打分授牌的举动，对全国监狱信息化建设提出了更高的建设标准及管理标准。随着当下的技术高速发展，监狱信息化转型不得不依赖物联网技术的支撑。
（一）物联网技术将成为确保监狱安全稳定的首选技术：监狱日常信息、安防管理因素复杂，任务繁重而紧迫，人防、物防、技防、联防中的不可控因素成为监狱管理中的最大焦点问题，在维护监狱安全政治成本、经济成本和警力使用成本不断推高、层层加码的情况下，物联网技术将成为监狱技防的中坚与主导力量，虽然近年监狱在视频监控及安防设备上不断投入资金，但还是不能解决人与人、人与物、物与物相互信息有效沟通的技术问题。在采用物联网技术后，监狱物理形态的经络就是物联网，经络里流淌的血液就是罪犯刑罚与矫正的信息，技术更加人性化，真正成为科技强警、科学用警、防控在先的智慧监狱新技术应用模式。
（二）物联网技术可提升依法治监的的综合水平：党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央提出一系列全面依法治国新理念新思想新战略，监狱执法规范化建设长足进步， 但在具体执行中精细化及程序化还有提升空间，应用物联网技术对原有监狱信息化软硬件设备进行重组整合，能进一步提升监狱执法规范化、标准化水平。对监狱布局调整深化、不同戒备度区域的划分是罪犯行刑严格科学分类，实施分类处遇的基础，更是行刑与矫正个别化的逻辑起点。以人员定位技术为核心的物联网突出了监狱人员（包括干警、职工、罪犯及外来人员）的个人信息，遵循了从个别到一般的管理思路，把人作为管理的落脚点，构建起一张人员之间、人与物之间，包括和行刑相关的所有预设信息规则串联起来的，把行刑程序和实体统一于同一技术平台的物联网。
（三）物联网可提供监狱更精细化的管理手段：当前制约监狱实现精细化管理的最大矛盾是押犯与警力不足的矛盾问题，而解决此矛盾除了人海战术、疲劳战术之外，尚无更高效、有力的技术工具来将基层干警从繁重、枯燥、机械、单调的一线管理操作中释放出来。在罪犯三大现场，半小时的点名及联号管理，要么费事费力，要么流于形式，失去相互监督。 采用物联网人员定位技术可按要求在一定范围内自动发起全员点名和重要高危物品数量清点。三人联号在重点区域内可提前预警。物联网定位技术以人员及物品为信息采集生成、交流中心，实施监狱管理规范、标准，并协同人、物的智能处理，并达到准确可控程度。在人员定位和状态感知技术的指引，遥控下，更能确保底线，遵循规范，按标准、制度实施管理，达到技术可控下的精确水平。
二、目前监狱信息化管理仍存在的问题
目前，监狱在基础建设、安全防范及视频监控等技术手段上已有大量资金投入，在应急指挥及调度上也通过更先进的设备、技术实现了预警、处警、预案等技术功能。但对于监狱场景内的物理空间信息、人与物的空间关系及物理空间中的智能识别仍存在不足，具体如下：
（一）无法在有效范围内快速掌握罪犯位置及人数：准确掌握监管现场罪犯的数量，位置是确保监管现场安全的首要因素。一线干警需实时实时了解罪犯所在区域，是否发生脱管、非法进出特定区域、非法靠近狱墻及警戒区、关键设备等行为。目前监管现场的人数清点依靠人工判断、视频人脸扫描、扫码清点等手段，均存在耗时长，清点不灵活，盲区无法甄别的缺点。而追踪每个罪犯何时在何地的历史活动轨迹非常麻烦。
（二）无法做到对罪犯身份唯一识别：目前监管场所身份识别靠罪犯自报姓名或管教干警人工判断，依托于人脸识别的手持终端和罪犯人像数据库仍未大面积普及，同时人脸识别也存在双胞胎，病理性面貌改变等问题。普通摄像机捕捉的人脸信息，需要超强系统进行后台运算，对算力及时效均要求很高。这对于甄别监管区域的人员信息造成一定的困难。
（三）生命体征及突发预警：监管区内服刑的罪犯出于各种因素，会出现突发性疾病、自残、自杀或群体聚集、斗殴、串号等突发行为，有些行为在夜间、监管盲区或隐蔽性极强。对于一线干警造成极大的管理压力。如何提前预知预判，在监管盲区也能探知罪犯位置及行为方式，掌握重点罪犯的生命体征，有效减少非正常死亡及致残时间，是目前技术上仍存在不足与无法有效解决的痛点问题。
（四）外来人员及车辆、物品管理：监管场所出于工作、生产需要，每天都会有外来临时人员及车辆进入监管区，目前仍需干警一对一带领，而对于人员、车辆的活动范围、活动轨迹及时间管理，仍未进行有效的精细化管理，后期取证及轨迹链捕捉，也需要耗时耗力。外来人员、车辆每天的进出数量统计、当下位置信息，对指挥中心来说，也无法精准掌握，成为监管安全的隐患。同时，对于一些高危物品及劳动生产工具，也只能通过人工清点或机械固定方式来避免不丢失，不被罪犯利用，物品管理也是监管安全的重要一环，管理得当会避免生产安全事故及消除狱内违禁品的来源。
综上所述，监狱信息化、安防建设是为了具体业务服务的，要满足管用、实用、好用的基本点。其次，在日常工作中不给现有工作人员增加负荷，如何通过信息技术手段对服刑罪犯、特定监管区域进行更有效的立体监管，防止罪犯脱逃、自杀、猝死等意外情况发生，提升干警管理效率，降低干警工作强度，是在新型“智慧监狱”信息化建设中亟待解决的技术问题。
三、监狱物联网人员定位技术的应用
监狱物联网人员定位技术以物联网技术为支撑点，利用物联网技术通过安装在监狱物理环境上的采集基站、物品及佩戴在服刑人员、民警等身体上的各种信息传感设备，采集感知监狱监管所需的相关信息，按约定的协议，通过接口与互联网相连，实现人与物体或物体与物体之间的沟通和对话，从而给物体赋予“智能”，实现智能化识别、定位、跟踪、监控、生命体征和精细化管理。
以监管场所为核心构建一套完整的物联网感知网络，建立起基于人、车、物的智能化管理体系，聚焦空间位置，实时记录在押人员活动轨迹，动态掌握警力、外来人员和车辆分布情况，实现监管场所内各类人、车、物的全程掌握。其技术架构如下图示：
高精度物联网信息采集基站采用TDOA 算法，是一种利用时间差进行定位的方法，通过比较信号到达多个监测站的时间差，就能作出以监测站为焦点、距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。
（一）监管现场的人数清点及位置判断
根据监管业务的需要和实际场所环境，将整个监管区域划分成不同区域，根据对服刑人员在某个监管场所内（如车间、禁闭楼）的空间位置统计，实现对场所内服刑人员的自动化点名管理。自动点名功能分为两部分内容。一是系统托管自动点名（半小时或1小时一次），主要用于固定时刻的点名，如集体出工时，检查人员是否齐全。二是执勤警察主动点名，主动点名时，系统将所有人员的状态信息推送至执勤警察工作终端或监区办公室终端上，管辖区域内服刑人员数量信息一目了然。
同时，执勤警察可以根据需求，输入服刑人员信息（姓名或编号等），实时查询受控区域内任意服刑人员的当前实时位置。执勤警察可以在控制中心的管理平台或者相应的移动APP上进行查询。当管辖的监管区内服刑人员需要外出就诊、会见、临时搬运等离开管辖区时，如流程已经审批，信息显示终端显示其去向及信息内容，如无授权托管，则管辖区报警模块会发出警报，提示干警对人员的去向进行侦测及核查。
（二）罪犯身份信息识别及轨迹回溯
实时监控显示在指区域内有多少个无线定位对象以及实时的分布（3D）情况，在电子地图上（3D）可以显示当前的定位对象标识及区域摄像头标识，鼠标移到对应的定位标识上要显示其详细信息，单击摄像头标识调用对应区域摄像头实时画面。
同时，可以根据不同的环境，开启不同的地图模式。
通过基站对监狱人员进行实时定位，将实时位置信息，传递至监狱人员管理服务器。根据监狱管理的需求，可以直接在指挥中心显示大屏上打开3D电子地图，可以实时打开获取任意一个服刑人员的实时位置信息。同时，系统以日为单位，对服刑人员的活动轨迹进行记录，也可以事后调取服刑人员的活动轨迹。以及时有效的对重点服刑人员，以及其他服刑人员的日常行为进行监管。轨迹回放根据记录无线定位对象经过的时间地点，可对其运动路线进行跟踪回放，掌握其详细活动路线和时间,做到有据可依；系统支持3D的形式回放，如是回放时间在当前时间一个月之外，那么系统需要从历史数据集中调取相应数据。
电子身份管理系统与视频监控系统的联动，将视频监控系统应用水平提升到一个更高的层次。电子身份管理系统与原有视频监控系统进行对接，可实现调用对应区域的摄像头视频图像，并支持监控图像记录查找和监控视频回放。
（三）互监组管理
在重要监管区域内，每三至五人组成一个“互监小组”，其目的是通过服刑人员进行互相监督，互相帮助，互相控制，凡是其中一个人出了问题，“互监组”的成员就要承担连带责任，这就加强了服刑人员之间的责任心，在对防止服刑人员逃脱、违反监规方面有着非常积极的作用。
每个“联帮互保小组”各分配一个可移动的电子围栏，只要组员走出了这个围栏就会报警，但是所有组员保持在规定距离内一起移动，也就是处于移动围栏内，就不会报警。
（四）生命体征（心率）侦测及预警
根据服刑人员实际的身体状况，对部分有需要重点监管的服刑人员佩带带心率监测的智能腕带。系统不仅能够对服刑人员的心率跳动的频率进行采集，还可以实现对心率的跳动的幅度进行监测，并且能够根据监测的数据进行分析，结合服刑人员的实际情况，给出服刑人员关于身体健康的建议，同时对产生的数据进行归纳进入数据库。
对服刑人员的异常行为能及时报警，如自杀、自残、打架斗殴等异常情况出现时，服刑人员心率会处于异常波动的状态，后台采集到数据后经过研判向警察发出报警，提醒警察及时关注并处理异常情况。
可实时监测重点监管服刑人员的心率状态，以不同的颜色显示服刑人员心率值，来区分正常与异常心率，以及不同背景颜色区分健康服刑人员与病残服刑人员，异常的心率会自动显示在前列。当点击某个服刑人员可以查看历史心率数据、服刑人员详情信息、所处区域摄像视频。
（五）外来人员及车辆
通过给外来人员和车辆发放带定位功能的临时标签，可以动态掌握外来人员和车辆的位置信息和活动轨迹，并划定外来人员和车辆不能进入的禁区，从而能有效管理外来人员和车辆。同时，在AB门及重要通道、狱墻周界安装的物联网信息采集基站，收集外来人员、车辆的物理移动空间，形成大范围轨迹回溯及及时预警。可在指挥中心通过电子地图一览外来人员及车辆的分布位置、移动轨迹和实时统计信息。
（六）重要物品及劳动工具
重要物品及高危劳动工具通过部署在监管劳动现场的采集基站接受物品定位标签上的物联网信号，快速统计出监管场所内的物品数量、种类、位置。如有物品移动及搬离现场，在审批流程上合规批准的，系统显示其去向及时间轴。如异常移动，系统触发后台报警模块，提示干警进行核查及了解。当天收工后，系统对劳动现场内的物品、工具进行自动统计，与台账进行比对。此应用使干警能随时了解这些重要物品被违规带出相应区域，实现对劳动现场的自动清理，防止危险品进入监舍等非管控区域，应急处置时迅速找到装备位置，规范资产等级划分提升信息系统的扩展性及融合性。
（七）扩展应用
一卡通模块集成：通过相应的接口开发，监狱的人员定位标签内置了非接触式一卡通芯片，警察标签可以实现门禁、电子门锁、巡检、考勤和内部消费功能，服刑人员电子腕带可以实现个人消费记账、生产劳动统计、医疗档案管理等功能。
无线应急报警：在监狱重要区域内固定安装带无线通讯功能的报警终端，发生紧急情况，报警人员按下报警按钮时，可将报警求助信号通过无线通信方式传送给指挥中心的报警管理系统，后台接警处置系统接收到报警信号，并对发出报警信号的报警终端实现电子地图的精确位置定位。系统可与视频安防监控系统，人员定位监管系统实现联动，可实时显示报警现场监控图像，并核实报警人员身份信息。
实时警力调度：传统的应急指挥中心无法显示警察的实时位置，基于警察标签的定位功能，可以将在岗警察的位置显示在指挥中心的三维地图上，遇到紧急情况时，指挥中心可方便的进行警力调度，大大提高了调度效率。
移动轻应用拓展 （扩展移动端APP）：人员动态管理系统通过定位服务移动端，对来自于超宽带射频信号网络的射频信息进行分析、处理，在移动终端上输出检测目标实时位置与各类报警信息。
四、技术比对及技术发展
（一）技术比对
物联网定位技术是物联网技术的一个重要应用范畴，国际上对定位技术的研究与应用从初期的无线电波传播信号到射频识别（RFID）、ZiBee技术、超宽带（UWB）、无线局域网（WiFi）、蓝牙等定位技术。目前，物联网定位技术已日趋成熟，目前适用于监狱的物联网定位技术分为四类：无线射频（RFID）技术：超宽带（UWB）技术：无线网络（WiFi）技术：ZigBee技术：
其各项指标对比如下表：
技术 | 优势 | 劣势 | 精度 | 使用范围 |
无线射频（RFID）技术 | n 无源RFID标签成本低 n 有源RFID发射范围大 | n 无源基站采集器价格贵； n 部署的采集器都； n 难以大规模部署； | n 标签和部 n 署方式不同，定位精度变化较大； n 精度不准确 | n 工业生产 n 商品物流 n 人员定位 |
超宽带（UWB）技术 | n 精度高（30厘米）， n 稳定可靠， n 超低功耗； n 系统布设简单 | n 造价高： n 软件部署要求高
| 精度10-30厘米；
| n 监管场所； n 人员密集区； n 工业隧道； |
无线网络（WiFi）技术 | n 网络广泛部署，产品成熟，价格低廉； n 成本低； | n 抗干扰性差； n 具有较强的时变特征； n 训练数据采集工作量大 | 在多个AP同时部署的室内环境定位精度5m左右 | n 办公室 n 市区 |
ZigBee技术 | n 低功耗； n 带宽不足 | n 通信范围小； n 数据传输速度低 | 精度约6米左右 | n 野外作业 n 空旷场所 |
（二）技术前景
近年来，随着物联网无线定位技术的迅猛发展及日趋成熟，以及国家、司法部、各地司法厅、监狱局、监狱对监狱信息化建设重视程度不断提高，物联网人员定位技术将越来越广泛的应用于监狱管理。
目前，RFID、UWB、WiFi、ZigBee四种定位技术是监狱物联网人员实时定位的主流发展方向， 其技术对比各有优劣。RFID， WiFi，ZigBee三种技术实质上属于区域定位，其得到的定位结果是基于二维环境下的点，均无法实现三维模式下的精确定位。但造价较低，适合在小范围区域部署。
采用UWB技术进行物联网人员定位可依满足未来监狱的需求，在众多的无线定位技术中有相当大的优势，目前研究表明，超宽带定位的精度在实测环境已经达到十几厘米。此外，
UWB无线技术能容易的将定位技术与通信结合，短距离超宽带通信带宽达到1G以上，满足各种信息传递的带宽要求。随着UWB超宽带技术的价格下降，精确的超宽带人员定位技术势必会在监狱管理中得到广泛应用，使得无线定位更有效地满足监狱对无线定位的需求。
五、需求与建设方式
物联网人员定位技术作为新兴的一种定位传输技术，因其特有的性能，能够提供精确的室内位置信息，非常适用于监狱室内定位系统的应用。下面为定位基站的布置原则
一、室外设计参考二维定位技术，约每隔50-100米布置一个定位基站，形成四个基站为一组，使得任意时刻都有四个基站能接受到标签发出的脉冲信号。
二、室内设计参考二维定位技术，在一个矩形的室内空间内，在屋子的四个角分别安装上一个定位基站，基站安装的长宽比控制在一:三以内。
基站点位部署；保证受控区域中，无信号死角，使得监狱人员实际的移动位置，都能够在电子地图上显示出来。并且能够对不同的区域进行布防与撤防。
通信设计；本系统网络架构为2级架构。一级网络为接入网络，通过6类线缆，将基站与交换机相连接。二级网络为汇聚网络，将所有接入交换机汇聚于指挥中心。数据网络可以单独建设局域网或者并于安防网或办公网。
数据服务设计；分控中心数据设计：每个大型区域，监狱人员较多的场所，需布置一台数据计算引擎（LE），对当前区域的数据进行实时采集与区域划分、计算。
指挥中心数据设计：指挥中心是所有数据的汇聚点，是所有服务的提供者。中心建设一台数据管理服务器，对所有引擎的数据进行存储与处理，设置一台WEB服务器，负责所有工作站资源的调取，设置一台3D电子地图服务器，为所有的工作站提供电子地图服务。电子地图服务器可与WEB服务器布置于同一台服务器。
供电设计；基站供电设计：基站供电可以采用POE供电或者直流电源供电。由于基站功耗较低，可以采取POE供电的方式，有利于项目施工难度的降低。交换机供电采取就近取电的方式。
防区设计；防区设计，根据实际需求，对受控区域进行
六、结论
监狱物联网人员技术能及时、准确的将各个区域被监管人员的位置情况反映到指挥中心系统，使指挥中心管理人员能够随时掌握布控区域被监管人员的分布状况，以便于进行更加合理的调度管理。以便指挥中心管理人员及时采取相应的控制措施，提高安全和应急工作的效率。
技术可使管理人员实时掌握监狱内各个受控区域被监管人员的详细信息及数目，最大限度的保障管理人员和被监管人员的人身安全。可实现对自动点算指定区域内人数，大大降低监狱管理人员的工作强度，在遇到突发事件时可高效调动警力。可对在押老病残犯人的生命体征进行有效监控，有效减低犯人非正常死亡率，提升监狱医院，监区干警的第一救护时间。具有强大的拓展功能，可补充现有巡更系统、一卡通系统、门禁系统、周界防范的不足，提升整个监狱智慧化应用水平，节约相关资金。三维建模技术，通过可视化直观反馈，指挥中心及监区分控能直接、迅速、快捷的查询监狱整体情况及本监区状态，解放警力，并可以通过 拓展后的APP功能，在移动端实现勤务勤务指挥及日常管理。
本技术符合司法部《智慧监狱技术规范》及相关国标、部标的若干物联网及及智慧应用要求。
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