ＲＦＩＤ技術(shù)在監(jiān)獄管理中的應(yīng)用

劉川杰　曾紀(jì)剛

摘要:本文簡單介紹了RFID技術(shù)的基本原理及其組成,并研究了當(dāng)前超高頻RFID讀寫器在監(jiān)獄安全管理及人員監(jiān)控的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:RFID;標(biāo)簽;讀寫器

中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)22-pppp-0c

隨著公安、司法機(jī)關(guān)維護(hù)社會秩序和打擊刑事犯罪的任務(wù)日益嚴(yán)重,各種監(jiān)管場所的拘押、收教、強(qiáng)制戒毒等違法犯罪人員數(shù)量持續(xù)不減,如何在新形式下以科技創(chuàng)新手段來提高監(jiān)獄的管理模式,以適應(yīng)現(xiàn)實斗爭的需要,正成為司法部門的迫切需要。目前,不論是公安或是司法部門信息系統(tǒng)只局限于信息處理,而信息采集仍然只是單純的依靠人手輸入,無法將信息系統(tǒng)和在押人員真正的關(guān)聯(lián)起來,在監(jiān)管場所這樣一種特殊的環(huán)境里運用一種安全、可靠的自動識別系統(tǒng)來區(qū)分、識別、和管理在押人員,將信息系統(tǒng)中每個人的信息和現(xiàn)實中的每一個人動態(tài)的聯(lián)系起來,這樣才能充分發(fā)揮監(jiān)管場所信息系統(tǒng)的作用,真正意義上實現(xiàn)監(jiān)所管理信息化,實現(xiàn)“向科技要警力”的途徑。

本文提出的基于超高頻RFID的監(jiān)獄安全管理系統(tǒng),可對監(jiān)獄人員、車輛進(jìn)行監(jiān)控和定位。如果發(fā)生特殊情況,可以從監(jiān)控系統(tǒng)查詢現(xiàn)場情況,安全可靠的區(qū)分識別監(jiān)獄犯人、管理人員,將管理系統(tǒng)中每個人的信息和現(xiàn)實中的每個人一一對應(yīng)。同時也可以對監(jiān)獄人員流動、考勤進(jìn)行管理,有效地安排和調(diào)度,提高監(jiān)獄的管理水平。

1 RFID技術(shù)概述

射頻識別(RFID)技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。近些年來,伴隨著無線通訊技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)的日益成熟,RFID技術(shù)也日益完善,特別是無源RFID的出現(xiàn),為RFID的軍用、工業(yè)用和商用開辟了極為廣闊的空間。

1.1 RFID系統(tǒng)組成

一套完整的RFID系統(tǒng),是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成,如圖1所示。

閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置,是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換,同時閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。在實際應(yīng)用中,可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體,目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無源單元。

應(yīng)答器(標(biāo)簽)通常包含:

a.天線:用來接收由閱讀器送過來的信號,并把所要求的數(shù)據(jù)送回給閱讀器。

b.AC/DC電路:把由卡片閱讀器送過來的射頻訊號轉(zhuǎn)換成DC電源,并經(jīng)大電容儲存能量,再經(jīng)穩(wěn)壓電路以提供穩(wěn)定的電源。

c.解調(diào)電路:把載波去除以取出真正的調(diào)制信號。

d.邏輯控制電路:譯碼閱讀器所送過來的信號,并依其要求回送數(shù)據(jù)給閱讀器。

e.內(nèi)存:做為系統(tǒng)運作及存放識別數(shù)據(jù)的位置。

f.調(diào)制電路:邏輯控制電路所送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路后加載到天線送給閱讀器。

閱讀器(識讀器)通常包含:

a.天線:用來發(fā)送無線信號給Tag,并把由Tag響應(yīng)回來的數(shù)據(jù)接收回來。

b.系統(tǒng)頻率產(chǎn)生器:產(chǎn)生系統(tǒng)的工作頻率。

c.相位鎖位回路(PLL):產(chǎn)生射頻所需的載波信號。

d.調(diào)制電路:把要送給Tag的信號加載到載波并送給射頻電路送出。

e.微處理器:產(chǎn)生要送給Tag信號給調(diào)制電路,同時譯碼Tag回送的信號,并把所得的數(shù)據(jù)回傳給應(yīng)用程序,若是加密的系統(tǒng)還必需做加解密操作。

f.存儲器:存儲用戶程序和數(shù)據(jù)

g.解調(diào)電路:解調(diào)tag送過來的微弱信號,再送給微處理器處理。

h.外設(shè)接口:用來和計算機(jī)聯(lián)機(jī)

應(yīng)用軟件系統(tǒng)通常包含:

a.硬件驅(qū)動程序:連接、顯示及處理卡片閱讀器操作。

b.控制應(yīng)用程序:控制卡片閱讀機(jī)的運作,接收讀卡所回傳的數(shù)據(jù),并作出相對應(yīng)的處理,如開門、結(jié)帳、派遣、記錄...等。

c.數(shù)據(jù)庫:儲存所有Tag相關(guān)的數(shù)據(jù),供控制程序使用。

1.2 RFID技術(shù)基本原理

射頻識別系統(tǒng)的基本模型如圖1所示。其中,電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體;閱讀器又稱為讀出裝置,掃描器、通訊器、識讀器、讀寫器(取決于電子標(biāo)簽是否可以無線改寫數(shù)據(jù))。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合、在耦合通道內(nèi),根據(jù)時序關(guān)系,實現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。

發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種。

(1)電感耦合。變壓器模型,通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合,依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。

(2)電磁反向散射耦合:雷達(dá)原理模型,發(fā)射出去的電磁波,碰到目標(biāo)后反射,同時攜帶回目標(biāo)信息,依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律

電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m,典型作用距離為10～20cra。

電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。識別作用距離大于1m,典型作用距離為3～l0m。

2 RFID監(jiān)獄管理系統(tǒng)設(shè)計

本應(yīng)用主要解決的是監(jiān)獄人員定位、監(jiān)控的問題。它可使管理人員實時掌握監(jiān)獄內(nèi)各個受控區(qū)域監(jiān)獄犯人的詳細(xì)信息及數(shù)目,有效防止監(jiān)獄犯人的出逃,減少監(jiān)獄犯人結(jié)黨鬧事的幾率,秘密監(jiān)控高危監(jiān)獄犯人,追查及跟進(jìn)暴力事件的發(fā)生,最大限度的保障管理人員和監(jiān)獄犯人的人身安全。另外,系統(tǒng)還能實現(xiàn)自動點算指定區(qū)域內(nèi)人數(shù)及周邊執(zhí)勤干警信息,大大降低勞教管理人員的工作強(qiáng)度,提高安全性。

2.1 超高頻RFID監(jiān)獄管理系統(tǒng)可行性分析

目前,監(jiān)獄RFID監(jiān)控系統(tǒng)大多采用的是有源電子標(biāo)簽,與超高頻RFID所采用的無源電子標(biāo)簽相比,其可識別的距離大,開闊場所可達(dá)200米,但識別距離太長就會失去了定位的功能,這些弊端在實際應(yīng)用中也已經(jīng)得到顯現(xiàn):而且有源電子標(biāo)簽自身需要攜帶電池,導(dǎo)致了標(biāo)簽芯片體積大,不便于攜帶;有源電子標(biāo)簽RFID系統(tǒng)中采用的是標(biāo)簽先發(fā)言機(jī)制,其防碰撞機(jī)制是標(biāo)簽隨機(jī)向讀寫器發(fā)送ID號,屬于最簡單的TDMA算法,這樣,一旦標(biāo)簽數(shù)量增多,產(chǎn)生碰撞的幾率就會急劇上升,讀寫器對此卻無能為力,多標(biāo)簽的防碰撞性能就會惡化。另外,有源電子標(biāo)簽的使用壽命較短,價格昂貴,也不利于大規(guī)模長期應(yīng)用。與此相比,超高頻RFID技術(shù)所采用的無源電子標(biāo)簽體積小,攜帶十分方便:可識別距離達(dá)到lO米,只要合理地組建讀寫器網(wǎng)絡(luò),就可以達(dá)到良好的識別定位功能:超高頻RFID技術(shù)采用的多標(biāo)簽防碰撞機(jī)制是改進(jìn)動態(tài)幀時隙ALOHA算法,讀寫器在識別標(biāo)簽過程中會根據(jù)標(biāo)簽的碰撞情況合理地調(diào)整標(biāo)簽返回數(shù)據(jù)的時隙,大大地提高了系統(tǒng)吞吐量。顯然超高頻RFID技術(shù)能滿足監(jiān)獄監(jiān)控的需要。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示,監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、讀寫器以及無源電子標(biāo)簽組成?？刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)整個通信定位系統(tǒng)的管理與控制,與相應(yīng)的監(jiān)獄地理信息系統(tǒng)配合可以對監(jiān)獄人員進(jìn)行實時監(jiān)控。它可由一臺計算機(jī)并配有相應(yīng)數(shù)據(jù)庫管理軟件完成。讀寫器(識讀器)為整個監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,負(fù)責(zé)標(biāo)簽周期性信號的檢測,電子標(biāo)簽由監(jiān)獄人員隨身佩戴,并通過讀寫器讀取標(biāo)簽中的唯一的出廠卡號,卡號對應(yīng)每個人的個人信息。把時間、位置和個人情況寫入數(shù)據(jù)庫,控制中心自動生成考勤作業(yè)統(tǒng)計與報表。而當(dāng)監(jiān)獄人員在監(jiān)獄內(nèi)走動時,經(jīng)過不同的讀寫器陣列,就能得出其在監(jiān)獄的行走軌跡。譬如,如果讀寫器1和讀寫器4先后檢測到某個電子標(biāo)簽,那么就可以定位該標(biāo)簽的最終位置和判斷移動方向,一旦出現(xiàn)突發(fā)情況,可以迅速采取措施。

3 結(jié)束語

隨著犯罪類型和在押犯成分的日趨復(fù)雜,罪犯的報復(fù)性、兇殘性和狡詐性增強(qiáng),浮躁心理和不安分意識增強(qiáng),稍有不慎他們就會挺而走險,伺機(jī)劫持人質(zhì)、脫逃、自殺、兇殺、哄監(jiān)鬧獄,給警察的人身安全和場所的持續(xù)穩(wěn)定帶來極其不利的影響。研發(fā)RFID智能監(jiān)獄管理系統(tǒng),實現(xiàn)智能監(jiān)控管理,犯人信息資料管理、越界報警、在押人犯的定位,追蹤等功能對提高監(jiān)獄管理水平有著重大意義。它可以大幅度的提升監(jiān)獄內(nèi)部的安全性和管理效率,降低監(jiān)獄管理人員的工作強(qiáng)度,最大限度的資源優(yōu)化配置。同時系統(tǒng)還可以做到多方面擴(kuò)展功能,比如與視頻監(jiān)控結(jié)合并集成,使RFID技術(shù)與流行的視頻監(jiān)控技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起。另外,也可與臉形識別等安防監(jiān)控系統(tǒng)整合,這樣不但豐富了整個監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能,還有效的增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。雖然目前RFID因為技術(shù)和成本問題還不能很好的做到精確定位,但隨著RFID應(yīng)用的不斷推廣,技術(shù)不斷地提高,應(yīng)用成本也將不斷下降,相信不久的將來會有更加廣闊的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

[l] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部等十五部委,中國射頻識別(RFID)技術(shù)政策白皮.2006:1.

[2] 劉禹,等.RFID相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)簡介.RFID世界網(wǎng),2005,7.22.

[3] 郭艷麗,等.RFID相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總覽[J].RFID射頻快報,2005,11.30.

[4] 胡嘯,陳星,吳志剛.無線射頻識別安全初探[J].信息安全與通信保密,2005,6.

[5] Marcel Jacomet,Contactless identification Device with Anticollision Algorithm,University of Applied Science,Berne Switzerland,2001.