1、监狱及看守所人员定位解决方案基于Wi-Fi实时定位技术方案说明（XX看守所人员定位监控解决方案）中科院无锡物联网产业研究院二零零九年十二月制1 引言1.1文档说明本文档为基于Wi-Fi的实时定位解决方案。1.2术语与缩写解释缩写、术语解 释APAccess Point的缩写，即负责通讯功能的无线网络接入点。定位AP/AP定位器拥有定位功能无线网络接入点Tag/定位标签/标签基于Wi-Fi的RFID电子标签。RTLS/实时定位系统Real Time Location Systems的缩写，即实时定位系统。Wi-FiWireless Fidelity的缩写，又称Wireless LAN，或WLAN
2、， 即无线局域网，是IEEE 802.11定义的一个无线网络通信的工业标准。2项目需求2.1项目背景XX看守所作为XX市社会治安治理的最重要场所之一。是羁押管理违法犯罪人员的场所，看守所发生的任何闪失，都会给XX市乃至国内社会治安带来巨大的压力，甚至造成严重的社会后果。在监控技术高速发展的今天，对看守所监管的管理技术和水平要求越来越高。提高看守所安防管理水平，建立综合高效管理信息管理平台已成必然趋势。利用现代化的高科技技术手段监控管理在押犯人，保护警务人员的安全，紧急情况下的报警求助、和掌握控制犯罪现场，充分发挥监管系统的作用。通过智能实时监管系统解决方案可以实现对看守所在押人员、警务人的定位
3、、跟踪、和移动路线回放。不仅能在第一时间对诸如袭警或违规等事件做出快速反应，还能及时提供事件发生时的准确位置、被袭警员以及在场人员，和袭击后的现场人员的移动去向等资料，大大提高意外情况下的处理效率和管理水平。为看守所的管理工作提供更加高效的监管手段。采用基于无线网络的看守所智能实时监管系统解决方案，包含人员信息资料，人员越界报警、人员的实时定位、追踪、路径回放等功能，将大幅度的提升看守所内部的安全性和管理效率,降低管理人员的工作强度，同时还可以与现有的系统有效的集成并进行多方面扩展功能,完善整个监控管理系统的功能，有效地增强系统的安全性，真正意义上实现管理信息化，实现“向科技要警力”。2.2需
4、求描述XX看守所目前已经使用了视频监控系统、报警系统、门禁系统等传统的安防系统，但是在看守所内错综复杂的现场显得独立难支。即使是多个系统同时应用，在很多功能的联动结合上不能做到无缝接合，因为监控镜头过多，有限的警力无法同时监控每一个镜头的即时状态。致使一些安全隐患凸显出来。利用现代化的技术手段结合看守所管理的实际情况，建立一套实现：具有视频监控、服刑人员的实时定位、越界（危险区域）报警、实时统计，定时点名、进出监舍统计、重点人员行动跟踪、轨迹回放、干警巡更、警力分布、干警狱内超时报警定位、干警进出所有门的控制及外来人员（车辆）在规定的区域内定位等功能的多功能能看守所实时监管系统。同时，系统采用
5、无线代替有线网络进行监控跟踪，可以带来诸多好处，如：有线网络只能在固定区域采用监控录像等监控方式，在不能布线或不方便布线的区域形成监控死角，容易被别有用心的人利用，消除监测盲区。而无线网络采用无线传输，提高监控的灵活性，同时无线网络部署难度小、维护成本低。在发生突发事件时，通过定位系统可以及时准确地掌控事发地点、时间、涉及人员等信息资料，并通过监控联动查看监控录像，为进一步控制局势提供有效分析和数据。因此应用在监狱、看守所的定位实施监管系统、门禁系统、视频监控系统、报警系统之间的联动和整合已经势在必行，使整个系统既能实现相互间的一些联动功能。利用.新技术帮助警力提高监管水平，也给传统的思维方式
6、和工作方式带来转变。正深刻地改变着传统的警务工作方式。2.3 需求分析2.3.1定位监控人员定位：准确定位到人员所在监舍、放风区。能在电子地图上显示相关位置。摄像联动：根据标签所在位置，结合监控录像系统。报警时可自动调用标签所在位置附近的摄像头，查看视频监控。移动轨迹：定位过程中可看到即时轨迹；可查看历史轨迹。轨迹监控：对于提审犯人，监控移动路线，监控是否符合预设移动路线和时间是否一致。人员查询：可查询某个区域内当前所有的人员信息，位置和状态。动态点名：在指定区域，显示应到人数、实到人数、缺席人员。区域监控：某些区域属于禁区，未经允许的标签进入或离开将发出报警信息，或某些犯人不能离开某个区域，
7、一旦离开将发出报警信息；区域点名：实时统计某监区内人员总是和人员明细；求助报警：标签有按钮报警功能，当发生紧急情况时可按下按钮发出报警信息；消失报警标签信号消失一定时间后报警；位置不符报警犯人在系统中已经设定好了房间号，一旦犯人进错房间，将及时发出报警信息；腕带剪断报警犯人腕带剪断发出报警信息；2.3.2管理功能信息浏览权限设置: 可设定各种用户权限，根据权限浏览不同级别内容；设备远程管理功能；与现有看守所管理系统集成：通过二次开发，结合现有信息管理平台。2.3.3统计报表可根据时间段进行数据统计；统计各项工作的执行次数、单人的工作情况和闲置时间、每天各岗位的工作高峰期；对各告警事件发生的时间
8、和区域进行统计分析；分析标签状态提供闲置警力名单和位置，供所领导参考用警，分析指标由用户自行设置；根据用户自定义规则，按时间段统计警员巡逻次数、时间段和间隔时间。2.3.4系统安全性无线通讯可以采用WEP、WPA、WPA2等加密算法进行加密；可以监测非法AP；标签发送ID带有数字签名，可以监测非法标签；2.3.5标签功能1）工作人员标签卡状；带省电模式；防摔、防水、防静电；一次满电量的使用时间至少达到半年，充电或者纽扣电池；LED显示，通过按钮可显示标签状态；与门禁卡绑定，预留卡槽，门禁卡可直接插入到工作人员的定位标签中；报警按钮。2）犯人标签腕带标签；防水（1.5m）、防高温（100）、防静
9、电、防雷击、防过敏、使用阻燃材料；开盖需要有专用工具；方便安装和拆卸；软件要做到在安装腕带时不报警；腕带剪断发出报警信息。电池寿命：在标签发射频率2秒时，电池寿命达半年以上。3Wi-Fi实时定位系统基于Wi-Fi的无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）结合无线局域网络(WLAN)、射频识别(RFID)和实时定位等多种技术，在广泛的在无线局域网覆盖区域范围内，实现复杂的人员定位、监测和追踪任务，并准确找寻到目标对象，实现对人员和物品的实时定位和监控管理。3.1工作原理RTLS系统工作原理如下图所示：图 31基于无线局域网（Wi-Fi）的实时定位系统工作原理示意图在覆盖无线局域网的地方，佩
10、戴在人员身上的定位标签周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出人员的位置，并通过电子地图显示具体位置。3.2系统组成无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）由以下三部分组成：定位标签（Wi-Fi Tag）、无线局域网接入点（Access Point）、定位服务器（Locating Server）。无线局域网接入点可以使用任何支持802.11b的产品。无线局域网实时定位系统构架如下图所示：图 32 RTLS系统架构图如上图所示，无线局域网实时定位监控系统主要由定位标签、无线局域网接入点(AP)和后端监控管理
11、中心（定位服务器）三部分组成：1）定位标签作为无线数据采集模块佩戴在人员身上或物品上，系统通过对标签的跟踪实现对人员和资产的跟踪定位。人员标签可以根据需要设计不同的外形，腕带标签、胸卡等以适应不同需求。2）AP采用2.4GHz频段，支持802.11b/g模式，及时采集标签的信息，传输到后端的监控中心，对定位标签进行控制管理。3）安装了定位服务器软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理。分析管理标签数据，通过控制中心的电子地图监视并及时显示各现场标签的位置，数据可同时存入存储数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员或物品的实时位置信息，报警信息，以及某段时间内的移动轨迹等。3
12、.3网络结构基于定位的无线局域网络有别于一般的通讯网络，要求在任一位置点，均可以收到3个以上的AP信号。AP主要分为主通讯AP与定位AP，主通讯AP负责服务器与通讯AP之间的数据交换和传输，所有主通讯AP必须通过网线进行连接。定位AP，主要负责收集标签信息，并将结果发送给指定服务器，无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）网络拓扑结构如图所示：图 33 无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）网络拓扑结构图3.4 功能特点定位系统基于Wi-Fi对无线局域网非常普及，价格便宜，容易搭建和管理；同时定位网络还可以用于上网、语音、视频等其他用途；实时的人员跟踪，可随时查找人员所在位置，和
13、在某时间段内所经过的路径，显示出线路轨迹；区域监控：可以设定区域范围，监控次区域内人员进入走出等情况，非许可人员进入或走出时，报警提示；定位精度高，可达3-5M（视具体环境而定），准确掌握人员所处位置；超低功耗，标签可以更换电池，电池寿命可达到2年以上，且对人体安全、无辐射损害；可视化终端平台，以电子地图形式显示人员或物品的位置和移动轨迹，还能通过传感器监测其周围环境的温度等信息，便于环境监测和安全防范；贵重物品实时监控，定位标签带有移动传感器，一旦发生位置移动即会发出报警信息，防止贵重物品丢失。4方案设计4.1设计理念整个系统方案的设计贯穿以下原则：在设计整个系统时，本着技术先进，架构合理、
14、产品主流、低成本、低维护量作为出发点。 技术的先进性：整个系统选型，软硬件设备的配置均应符合高新技术的潮流，采用全世界最新的Wi-Fi RTLS技术。架构合理：采用先进、成熟的技术来架构各个子系统，能使其安全平稳的运行，有效的消除各系统可能产生的瓶颈并通过合适的设备保证各子系统具备良好的扩展性。稳定性和安全性是我们最关心的问题，只有稳 定可靠的系统才能确保各设备的正常运行。稳定性：系统基于稳定、安全、保密的大型数据库，以保证系统运行正常。具有良好的数据共享，实时故障修复，实时备份等完善的管理体系。 安全性：系统采用WEP、WPA、WPA2等国际标准无线加密方式，同时标签支持数字加密技术，具有较
15、高高安全性。产品主流：在设备选型时，主要依据定位环境实际情况结合目前市场上的各类产品选择具有最优性能价格比和扩充能力的产品。 低成本、低维护量：所采用的产品应该是简单，易操作，易维护。系统的易操作和易维护是保证非计算机专业人员使用好一个系统的条件，我们的方案集中了已有的丰富的网络设计、施工经验，以及在数字化图像、语音和数据综合传输领域强大的产品优势，实现所需的设计需求。 兼容性：各系统均为相对开放的系统，不同产品间具有标准接口，并提供多种通讯标准协议，可以便于第三方设备的接入。 模块化：组建各分系统，直到总系统，均严格履行模块化结构方式，以满足系统功能扩充、运行设备的替换、维护，确保系统的高效
16、可靠运行。 扩充性：采用面向对象和模块化的开发技术，可随时根据需要扩充具有其它功能的软硬件模块，具有良好的扩充性。 集中管理：远端现场设备，各分系统集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。 升级维护：系统考虑到将来系统在容量和功能增加修改等的实际需要，定位系统对软件升级可升级，并且操作简单，操作应能由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。4.2功能描述系统主要特点如下：4.2.1实时监控1）人员位置信息：通过电子地图或列表显示，可搜索。a. 犯人位置b. 狱警位置监控页面中正在定位的标签2）人员移动轨迹：通过电子地图实时显示
17、一个或多个人员移动轨迹3）跟踪指定人员：地图随着标签的移动自动切换，将鼠标移到标签上可以看到标签的当前状态4）人员报警状态信息：通过电子地图上不同颜色和形状显示人员的报警状态4.2.2报警功能1）按钮报警：狱警标签有报警按钮，一旦发生紧急状况，可以按下报警按钮，监控中心点定位系统将会及时收到报警信息和报警位置，并快速找到事发现场；2）腕带剪断报警：腕带戴到犯人手上，犯人就无法自行脱下来，只有剪断，为防止犯人剪断腕带，可以在系统中启动指定标签的防腕带剪断报警功能，如果犯人将腕带弄断，该标签将会不断地向系统发出剪断报警信息。当然，如果是腕带由于某种原因，必须剪断时，可以先在系统中将指定标签的防腕带
18、剪断报警功能关掉，然后再剪断腕带，这样系统就不再接受该标签的腕带剪断报警信息；3）区域报警a.越界报警：某些区域属于禁区，未经允许的标签进入将发出报警信息，或某些犯人不能离开某个区域，一旦离开将发出报警信息；b.出入关口报警：在出入某些关口时，可事先设定好哪些标签可以通过，当不符合要求的标签出入关口时将发出报警信息；c.电子幕墙报警：并非从正常的门口进出，而是从围墙或其他地方越过指定区域，将发出报警信息；d.与管理信息系统不符报警：犯人在系统中已经设定好了房间号，一旦犯人进错房间，将及时发出报警信息。4）消失报警：标签消失有多种因素（如电池没电或被破坏、标签越过信号覆盖区域等），可以设置指定标
19、签的消失报警条件和报警级别，如该标签消失了，将会触发相应的报警；5）电池低电报警：可以在系统中设置电量最低界限，一旦标签电量低于这个界限将会发出报警信息；6）振动报警：如果标签带有振动检测功能，可以启用标签的振动报警功能，标签每隔一段时间将会向系统报告一次自己的振动状态（振动还是静止），系统可以根据振动状态进行是否超时检测（长时间不动），如果长时间不动，将会发出超时报警信息；7）其他报警：按照需求，增加不同的报警方式a.未按规定路线报警：指定某个标签在某段时间的行走轨迹，一旦发现该标签偏离指定的行走轨迹达一定的时间，发出报警信息；b.无随同人员报警：将犯人标签和警察标签绑定，一对一或多对多进行
20、绑定，当犯人标签的行走轨迹和警察标签的行走轨迹不一致，并达一定时间，发出报警信息。4.2.3历史纪录查询1）轨迹回放a.可以锁定一个标签，按时间段播放，显示移动（可选择有轨迹或无轨迹），地图切换；b.可以锁定一张地图，按时间段播放，显示不同标签移动，无轨迹；c.轨迹回放过程中可以显示各类报警（按钮，区域，消失、振动、不动）和声音效果；d.可以全屏播放；e.可以保存某一段轨迹录像；f.可以保存某一段数据，可调用播放；g.可同时使用多个播放。如下图所示，是某个定位标签在某段时间的轨迹回放：某个定位标签在某段时间的轨迹回放2）查询位置历史记录：任何标签的位置变化纪录3）查询报警历史记录：4）查询操作
21、历史记录：关于标签的有关操作4.2.4系统集成功能1）与视频监控系统联动a.右键点击标签，可选择查看视频监控；b.报警时可自动调用标签所在位置附近的摄像头，查看视频监控。2）与一卡通结合： 狱警定位卡与现有门禁卡结合3）看守所信息管理系统： 与现有看守所信息管理系统结合，标签和人员绑定。动态点名：具体呈现应到人数、已到人数、未到人数4.2.5电子地图1）地图列表： 增加、查看和修改地图信息；2）地图缩放： 地图可以放大和缩小，调整到合适的大小；3）地图切换： 跟踪单个标签时地图会自动切换，也可以手动切换地图查看某张地图上的所有标签活动情况；4）地图区域管理： 在地图上进行区域划分和管理；5）地
22、图上的AP位置设置设置AP在地图上的位置；6）位置点设置： 设置需要定位的定位点。4.2.6管理功能1）标签管理a)标签发放：将指定的人员信息和其佩戴的标签进行绑定，在系统中显示的标签即代表佩戴该标签的人员。b)标签更换电池c)人员更换标签d)标签分组、分类： 标签可以根据实际情况进行分组和分类。e)标签配置： 如定位方式、安全方式、启动和停止配置。f)报警设置： 对不同标签设置不同的报警条件。2)信息管理a)犯人信息设置： 可在系统中对在押人员的信息进行设置和管理；b)警察信息设置： 可在系统中对警察的信息进行设置和管理。c)上下班设置： 可设定一个下班位置点，一旦工作人员标签放到该定位点达
23、到一定的时间则认为已经下班。3)网络管理a)AP管理功能： 可同时监控上百个AP的运行状态，当AP网络中断时将会及时发出故障报警信息，并且可以对AP进行批量配置4)系统管理a)用户管理： 可设定各种用户权限，用户登录系统后根据自己的权限进行相应的操作和浏览符合权限的内容。4.2.7统计报表1）标签警告记录查看所有标签或指定标签的所有警告记录；2）查看标签报表查看标签的重要报警，出入区域次数及停留时间统计；3）操作历史记录查看用户的操作历史记录；4）统计各项工作的执行次数、单人的工作情况和闲置时间、每天各岗位的工作高峰期；5）对各告警事件发生的时间和区域进行统计分析；6）分析标签状态提供闲置警力
24、名单和位置，供所领导参考用警，分析指标由用户自行设置；7）根据用户自定义规则，按时间段统计民警巡逻次数、时间段和间隔时间。如下图所示，是标签的位置移动报表信息：标签的位置移动报表信息4.3系统安全设计无线定位系统中保证数据的安全成为是定位系统的重中之重。在看守所网络中，内部网络上有着大量高度机密的敏感数据和信息，网络安全如果网络安全得不到保证，那么将会给国家、社会带来严重威胁， 可能造成政治、经济等各方面的巨大损失。如何实现通讯安全和数据安全是部署智能实时定位监管系统中亟待解决的问题。4.3.1无线通讯安全在无线通讯环境定位系统可以采用各种国际标准加密协议，以确保通讯系统的安全性。WEP 连线
25、对等保密。WPAWi-Fi保护接入WPA(Wi-Fi Protected Access)是继承了WEP基本原理而又解决了WEP缺点的一种新技术。由于加强了生成加密密钥的算法，因此即便收集到分组信息并对其进行解析，也几乎 无法计算出通用密钥。其原理为根据通用密钥，配合表示电脑MAC地址和分组信息顺序号的编号，分别为每个分组信息生成不同的密钥。然后与WEP一样将此密 钥用于RC4加密处理。通过这种处理，所有客户端的所有分组信息所交换的数据将由各不相同的密钥加密而成。无论收集到多少这样的数据，要想破解出原始的通 用密钥几乎是不可能的。WPA还追加了防止数据中途被篡改的功能和认证功能。由于具备这些功能
26、，WEP中此前倍受指责的缺点得以全部解决。WPA不仅是一 种比WEP更为强大的加密方法，而且有更为丰富的内涵。作为802.11i标准的子集，WPA包含了认证、加密和数据完整性校验三个组成部分，是一个完整的安全性方案。WPA2WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) 是由 Wi-Fi Alliance 授予的产品认证，用来证明无线设备符合 IEEE 802.11i 标准。WPA2 对各个无线客户端无线 AP 对（即成对临时密钥）使用由四个不同密钥构成的一组密钥，而对多播和广播通信量使用由两个不同密钥构成的一组密钥。4.3.2内外网隔离如何实现定位网络和内外网络隔离和数据安全
27、交换是部署智能实时定位监管系统中最重要的问题之一。针对此问题，我们物理隔离网闸解决：物理隔离网闸是使用带有多种控制功能的固态开关读写介质连接两个独立主机系统的信息安全设备。由于物理隔离网闸所连接的两个独立主机系统之间，不存在通信的物理连接、逻辑连接、信息传输命令、信息传输协议，不存在依据协议的信息包转发，只有数据文件的无协议“摆渡”，且对固态存储介质只有“读”和“写”两 个命令。所以，物理隔离网闸从物理上隔离、阻断了具有潜在攻击可能的一切连接，使“黑客”无法入侵、无法攻击、无法破坏，实现了真正的安全。 计算机网络依据物理连接和逻辑连接来实现不同网络之间、不同主机之间、主机与终端之间的信息交换与
28、信息共享。物理隔离网闸隔离、阻断了网络的所有连接，实际上就是隔离、阻断了网络的连通。网络被隔离、阻断后，两个独立主机系统则通过物理隔离网闸与网络的内部主机系统“连接”起来，物理隔离网闸将外部主机的TCP/IP协议全部剥离，将原始数据通过存储介质，以“摆渡”的方式导入到内部主机系统，实现信息的交换。41 物理网闸结构图4.3.3网络监控通过第三方软件，可以监控网络中的通讯AP，防止非法AP。4.3.4标签数据安全为保证数据的安全，标签将在每个数据包加上数字签名，防止数据伪造。4.4 系统集成4.4.1监控联动：通过定位标签对警员或犯人进行定位，进一步实现所在位置的监控，此功能通过二次开发结合视频
29、监控系统，在监控目标所在位置的同时，可以通过定位位置联动此区域摄像镜头，实行联动，即时调取目标位置监控录像。系统定位系统与看守所现有信息平台的集成和联动，由我司开放接口。XX看守所负责协调各方合作。委托第三方完成。5方案实施5.1 实施方案设计5.1.1设计说明看守所定位系统布线涉及网络通讯和RTLS定位。设计可以根据监区变化灵活扩展，最终为看守所WI-FI定位系统提供一个开放、灵活、先进的可扩展的线路基础。同时需要根据各监区的差异性，在做布线时要有所侧重和针对性。参照看守所环境的平面图，结合实际应用需求，我们将综合布线分为两部分：水平子系统和垂直干线子系统：水平子系统、干线子系统及设备间子系
30、统为星型拓扑结构。如下图所示：水平子系统和垂直干线子系统 水平子系统具体说明水平线子系统完成由机房交换机到监舍区域AP连接的功能。并汇聚本层交换通讯数据。水平子系统走线设计采用走吊顶的轻型装配式槽形电缆桥架的方案。这种方式适用于大型建筑物，为水平线系统提供机械保护和支持。装配槽形电缆桥架是一种闭合式的金属托架，安装在吊顶内，从弱电井引向各监舍。RTLS系统的布线是放射型的，线缆量较大，所以线槽容量的计算很重要。按照标准的线槽设计方法，应根据水平线的外径来确定线槽的容量，即：线槽的横截面积=水平线截面积之和3。桥架的材料为冷轧合金板，表面可进行相应处理，如镀锌、喷塑、烤漆等。线槽可以根据情况选用
31、不同的规格。为保证线缆的转弯半径，线槽须配以相应规格的分支辅件，以提供线路路由的弯转自如。同时为确保线路的安全，应使槽体有良好的接地端。金属线槽、金属软管、电缆桥架及各分配线箱均需整体连接，然后接地。如果不能确定AP安装的准确位置，拉线时可先将线缆盘在吊顶内的出线口，待具体位置确定后，再引到AP安装位置。垂直干线子系统的走线设计垂直干线子系统，负责连接每层机房交换机至总交换机，用于连接每层交换机与接线间机房的通讯，每层水平子系统汇聚于当层机房位置，由一起串通过地板通孔垂直对准的接线间组成的。最终连接至总机房核心交换机。5.1.2电源使用监区现有电源，分出电源节点，为每个AP安装位置配置220V电源插座一个，如AP距离可用电源节点较远，考虑加布电源节点。5.2网络部署5.2.1节点设计在确定具体节点数量和位置之前，首先要从定位的需求考虑，确定需要定位区域和具体房间信息，需要考虑每个位置
