智能监狱管理安防系统

主动式

智能监狱管理安防系统

一、应用背景

近年国家、社会、新闻媒体等对全国各监所加大关注，司法机关维护社会秩序和打击刑事犯罪的任务日益加重，各种监管场所的拘押、收教、强制戒毒等违法犯罪人员数量持续不减，如何在新形势下，以科技创新手段来提高监所管理水平，以适应现实发展的需要，有效杜绝监狱罪犯越狱脱逃、暴力犯罪之类的案件发生，正成为各地司法部门的迫切需要。

2009年10月17日内蒙古呼和浩特第二监狱4名罪犯杀害监狱民警兰建国后集体越狱逃脱。

2011年9月11日河北深州监狱一在押重刑犯越狱脱逃。

2011年10月23日山东潍坊监狱一在押重刑犯越狱未遂。

2011年10月25日河南豫北监狱一在押重刑犯越狱脱逃。

2011年10月26日辽宁沈阳第二监狱一在押重刑犯在监外就医时，被4名不明身份人员强行抢走，成功脱逃，一名监狱民警受伤。

以上案件的发生在社会上造成了很大的负面影响，种种监所案件告诉我们，在科技高度发达的今天，在监狱这样一种特殊的环境里，必须运用一种安全、可靠的智能安防系统来区分、识别、跟踪、定位和监控在押人员。将每个在押人员的个人信息与他们的日常行为等动态紧密联系起来，充分发挥科技手段的作用，才能有效减少和杜绝监狱场所越狱脱逃、监内暴力、罪犯自伤自残等事件的发生，真正实现监狱管理科技信息化，实现“科技强狱科技强警”的目标。

二、功能概述与实现方式

通过对监狱的现场调研，智能化监狱管理安防系统主要有防越狱逃脱、防狱内案件发生、防袭警、加强监控力度等要求，实现方式如下：

1.边界防越狱脱逃

采用红外对射，智能视频监控以及UWB高精度定位。

2.监狱内警戒管理

采用万向震动传感器、UWB定位、RFID触发器和智能视频监控。

3.袭警预控与求助

采用万向震动传感器、重力感应器、报警按钮的技术方案。

4.加强对重点罪犯的监控力度（变被动为主动）

采用万向震动传感器、UWB定位、RFID触发器和智能视频监控。

三、主要功能概述

3.1防狱内越狱

通过在围墙边界处架设有效的红外对射装置，结合智能视频监控系统以及UWB精确定位系统，有效防止监狱集中区脱逃事件的发生。首先在围墙边界架设多个红外对射装置，并在每个装置附近都安装智能监控，且UWB定位系统覆盖整个区域。当服刑人员触碰阻挡红外发射时立即产生报警，系统自动切换智能视频到该报警处，实现实时拍摄记录现场违规行为。并结合服刑人员所佩戴的防拆腕带标签，实现UWB精确定位，系统提供精度高达15CM的3D现在效果图，从而判断在场人数及位置。通过设定围栏周界，有效防止越狱发生。

红外电子围栏

主动红外入侵探测器由主动红外发射机和主动红外接收机组成，当发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态的装置。主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，其主要优点是体积小、重量轻、寿命长，交直流均可使用，并可用晶体管和集成电路直接驱动。现在的主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力。

图1红外幕墙

智能视频监控

智能视频监控是利用计算机视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解，在不需要人为干预的情况下，通过对序列图像自动分析对监控场景中的变化进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，能在异常情况发生时及时发出警报或提供有用信息，有效地协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象。

图2智能视频监控

UWB高精度定位

UWB高精度定位系统是目前高精度无线电定位最先进的技术，它可以实现对物体和人员进行高精度实时定位，以及高刷新率。UWB标签通过发送超宽带无线信号到传感器，通过AOA和TDOA的精确算法，获得一个达到三维15CM的定位精度，在监狱的边界区域、公共活动区域实现坐标级别的定位，从而保证高精度监控的要求。

系统通过接受定位平台发送过来的定位坐标数据，结合现场实际环境，可以实现三维动态虚拟实景化、并可以通过软件划定敏感区域，实现预报警，控制潜在越狱行为。

图3UWB高精度定位系统

3.2服刑人员标签

服刑人员所佩戴的标签由万向震动传感器、UWB定位模块、RFID触发器组成，万向震动传感器可以判断人员的瞬态变化和加速度变化，异常时可以立即报警。UWB定位模块应用于服刑人员在公共区域和边界区域的精确定位，RFID触发器则应用于服刑人员在监狱室的房间级定位。

图4服刑犯人腕带标签设计

多种模块集成：

1、UWB高精度定位模块，采用全球最先进的Ubisense紧凑型标签模块，提供局域高精度定位，通过标准的模块开发接口，将模块集成到标签母版上。

图5UWB标签模块

2、RFID触发式定位模块，RFID触发式定位系统硬件由定位标签，触发器和转发站组成。由触发器实时触发定位标签，将触发器的ID信息发送给定位标签，再由标签传送给转发站，实现可靠的区域级判断，可以应用在监狱室环境，做室内定位和人员实时点名。如下图：

图6RFID触发定位

3，万向震动全感器，在10微秒级左右发生2mm以上任何方向的瞬态正跳变或负跳变振幅（砸撞震颤冲击波），或加速度g脉冲式突跳或瞬态位移，均会输出开关信号。但对相对较缓的震动、颠簸、急刹车、摇晃、抖动等，不敏感。这很适合用于监狱内服刑人员的行为判断。

图7万向震动传感器

服刑人员标签功能特点：

主动监控：

每隔2秒钟(发送频率可自行设置)，腕带能向四周发射无线信号，使得在它附近的读卡器接收到信号，以便系统可以及时了解到每个腕带的工作情况。如果在20秒(时间可设定)内没有接收到腕带的信息，系统报警，同时查询最后一次收到该犯人表信号的区域以及相关的管理卡与该犯人表的关联信息，这样为所有携带犯人腕带的犯人实施强有力的监控。

权限出入：

腕带在授权情况下都能带离对应数据绑定的犯人表离开受控区域，同时后台系统保存动作记录，包括卡号、犯人名称和出入时间。

非权限出入报警

在任何未授权情况下带着腕带的犯人离开受控区域，系统报警，如系统与门禁系统连接，可自动启用门禁系统。

防拆与防水功能

腕带采用线圈环路设计，任何试图破坏或剪断，系统报警；腕带顶部采用特殊螺丝设计，螺丝压住机械开关呈常闭状态，任何非法拆卸螺丝系统报警。若系统与门禁系统连接，可自动启动门禁系统，腕带标签采用IP67防护等级，防尘放水浸。

防区域逗留：

通过在某一区域（如域内浴室、卫生间）安装RFID触发器和阅读器，可以判断服刑人员所在的准确区域。如果服刑人员在某一区域逗留时间超出预警时限，三级预警声光通知监区监控系统和值班干警佩戴的标签，继续逗留，二级预警声光通知监区监控系统和值班干警佩戴的标签，如果监区值班干警不进行干涉，服刑人员还继续逗留，则一级预警声光通知监狱总值班室监控系统，可以有效防止狱内复杂情况的出现（如在狱内浴室、卫生间自杀等）。

防狱内案件

通过万向震动传感器和标签紧急报警按钮来实现案件情况下的报警。震动传感器的独特震动传感设计，使得腕带佩戴者在佩戴时，如果激烈运动（如打架斗殴、摔倒），标签腕带能自动识别到，并且通知后台发出报警，佩戴者也可以手动按下报警按钮来发出报警。

图8服刑人员防拆防水型标签

3.3狱警标签

对狱警的安全保护一直监狱建设的重点和难点，通过必要的先进辅助系统，在第一层很好地保护了狱警的安全。通过警办公区域（如干警办公室、值班室、休息室）门口设置RFID触发器，设定服刑人员标签靠近此区域即报警，当有未经授权的服刑人员进入时，三级报警监区监控系统和监区所有干警UWB标签发出闯入报警，如果监区干警不进行干涉，二级报警监狱总值班室系统报警，如果监区干警还不干涉，一级报警监狱总值班室和监狱所有监控系统报警。有效提醒狱警有人非法闯入，请保持警惕。

狱警的标签模块由UWB定位模块、RFID模块、万向震动传感器、报警求助按钮、重力感应器等部分组成。标签卡设计如下：

图9狱警标签卡设计

狱警标签卡功能特点：

位置实时定位

通过UWB、RFID等定位系统实现监狱区室内外的实时跟踪定位，狱警通过佩戴定位标签卡，就可以实时知道狱警当前所在位置，并且可以通过二三维技术实时显示出来，从而保证了狱警安全，通过也为突发事件提供必要分析依据。

现场紧急报警

当犯人企图挟持干警或伤害干警时，干警可迅速按下标签上的报警按钮，当事态紧急到来不及按键报警时，通过身体的激烈运动主动触发携带在干警身上的具有震动感应的标签发出遇袭报警信号，当狱警遇袭倒地后也可触发标签内的重力感应器发出遇袭报警信号。一级报警监狱总值班室和监狱所有监控系统及所有狱警标签发出遇袭声光报警信号，监狱总值班室和监狱所有监控系统显示该区域电子地图，并显示附近能拍摄到画面的智能监控摄像机拍摄画面，能在第一时间发现袭警事件。

3.4重点罪犯监控

室内监控

通过房间及走廊安装的RFID触发器触发腕带有源标签，阅读器读取标签的数量以及标签对应服刑人员信息。当设定的特定服刑人员同时出现在某一区域时，系统报警。并结合智能视频监控记录。当两个或多个预防止接触服刑人员非法在同地点、多地点接触距离和时间超过预警时限，系统给出三级报警，现场干警标签及监区监控系统声光报警，监区监控系统显示电子地图标注地点、服刑人员姓名等信息。

室外监控

通过将室内触发器阅读器与室外UWB定位系统相结合，当特定服刑人员在公共区域多个同时出现在UWB定位系统中，系统报警。并结合现场智能视频监控记录。

也可通过UWB定位系统对特定服刑人员和现场干警距离进行限制，当两者相距超过规定距离时，系统发出报警信息。所有服刑人员精确定位点都可直接在监狱总值班室系统实时定位显示，并区别普通服刑人员和特定服刑人员，正常情况各监区监控系统显示各监区服刑人员情况并区别普通服刑人员和特定服刑人员，有效解决重点罪犯隔离监控的问题。

图10RFID室内触发式定位

监狱室内点名

通过在每间狱室走廊和监室门口安装两个触发器，服刑人员佩戴集成了具有RFID模块的双频定位标签，获得房间及定位。系统主要对犯人的活动进行跟踪定位或区域管制，同时掌握狱警分布情况。当犯人先触发走廊触发器A，再触发门口触发器B，则判断进入房间；反之，则为离开房间。若先触发走廊触发器A，再触发走廊触发器C，则判断犯人正在走廊由A处走到C处。并且狱警会定期巡检，通过狱警标签检查RFID装置是否正常工作。

外出监控

当犯人到监狱外进行生产劳动或押解提行动时，在四周安放可充电便携式阅读器，阅读器带GPS 定位和无线通讯功能，可在室外进行快速部署。如果犯人佩戴的标签超过20秒没有数据，系统会启动车上的声光报警设备，并在车载计算机上显示最后一次离开的方向和位置，帮助狱警判断逃离的位置，有效防止犯人逃脱。

图11室外有源RFID远距离感知

3.5手持式标签识别仪

每个腕带标签中都有一个无源的RFID标签，狱警通过无源RFID扫描手持机即可识别到每一个标签的信息，可以快速设置标签与服刑人员的对应关系。

图12手持式RFID读卡器

四、系统特点

本系统采用目前多种成熟的物联网技术，如无源RFID、有源RFID、UWB超宽带定位、传感器智能视频监控等。为监狱提供了一体化的安防解决方案。

系统具有如下特点：

1，区域定位准确，不会出现错读漏读现象。采用低频触发技术，比基于信号场强来判断区域的定位系统要可靠。

2，开放区域定位精度高，采用了UWB定位技术，可实现三维15CM高精度定位。

3，先进的防脱逃功能：当出现信号消失、拆卸、剪断、按压、进入禁止进入的区域时，系统自动报警，同时自动弹出监控录像现场场景并提示报警的相关位置。管理人员通过中央控制室的对讲设备提示该区域人员。是对监狱范围内的空间进行三维立体监控，有效防止犯人从地下、高空、狱墙或大门等空间的逃脱行为。

4，开放的系统接口，提供原厂的API接口和基于UDP协议的接口。

5，系统具有良好的扩展性，后期可以将其它软硬件技术扩展到现有系统内，丰富原有的系统功能，定位区域和监控区域也可以很便捷地扩大和调整。

五、典型部署方案

蓝色为UWB传感器，绿色为RFID触发器，黑色为RFID阅读器，红色为红外对射。典型的系统配置表，如下：

设备名称数量（个）备注UWB传感器4~6

UWB标签模块若干

RFID阅读器9~12

RFID触发器30

红外对射器2~4

狱警标签若干

犯人标签（腕带式）若干

户外便携式阅读器4~6

手持机若干