監(jiān)所智能交互終端管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

徐兆鵬

（作者單位：廈門狄耐克智能科技股份有限公司）

前言

公安監(jiān)管場所是羈押和管理依法被逮捕、刑事拘留各類罪犯和重大犯罪嫌疑分子的機(jī)關(guān)，對安全防范等級要求極高。因此，公安監(jiān)管場所綜合管理系統(tǒng)的建設(shè)對公安監(jiān)管場所的安全防范、輔助公安監(jiān)管場所管理教育在押人員、開展深挖犯罪、配合預(yù)審辦案等方面起著十分重要的作用。實(shí)踐證明，利用現(xiàn)代技術(shù)手段輔助公安監(jiān)管場所管理，能及時(shí)了解和掌握在押人員的言行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和制止事故的發(fā)生，保障公安監(jiān)管場所的安全。針對公安監(jiān)管場所迫切“向科技要效率、向科技要警力、向科技要安全”這一大背景，研發(fā)出了一套適合公安監(jiān)管場所綜合管理系統(tǒng)的解決方案，為促進(jìn)公安監(jiān)管場所的監(jiān)管防范能力、提升公正文明執(zhí)法水平、提高安全保障能力、增強(qiáng)應(yīng)對緊急突發(fā)事件的能力、打造“平安監(jiān)管”“智慧監(jiān)管”、構(gòu)建和諧社會提供了有力技術(shù)保障。

隨著智慧監(jiān)所信息化建設(shè)的不斷深入，監(jiān)管場所系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化、集成化。以往的在押人員報(bào)告系統(tǒng)僅支持基本的可視對講通話功能，功能相對比較單一。結(jié)合監(jiān)管場所的具體需求以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，新系統(tǒng)打破傳統(tǒng)可視對講獨(dú)立設(shè)計(jì)的觀念，創(chuàng)新采用先進(jìn)的SIP技術(shù)以及高集成硬件方案，以ALL IN ONE的設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了智能交互終端管理，融合了在押人員報(bào)告系統(tǒng)、監(jiān)視監(jiān)聽、語音廣播、人臉識別、指紋識別、三固定表、在線點(diǎn)名、在線商店、預(yù)約會見、預(yù)約就醫(yī)、信息公開、法律法規(guī)、信息發(fā)布，親情電話預(yù)約及管教約談等功能。

方案總體設(shè)計(jì)

1.總體設(shè)計(jì)方案

智能交互終端管理系統(tǒng)依托公安專用網(wǎng)絡(luò)搭建通訊平臺，采用多級管理平臺設(shè)計(jì)。在省監(jiān)管總隊(duì)設(shè)置了系統(tǒng)的一級管理平臺，在監(jiān)管支隊(duì)的指揮中心設(shè)置了二級管理平臺，在監(jiān)所指揮中心設(shè)置三級管理平臺，組成一套“省監(jiān)所總隊(duì)—監(jiān)所支隊(duì)—監(jiān)所值班分控中心”三級管理平臺。一級管理平臺設(shè)置于省監(jiān)管總隊(duì)，用于監(jiān)所管理區(qū)域?qū)ο聦俑鞅O(jiān)所的所有區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、對講和廣播，以及對設(shè)備信息等監(jiān)所日常信息查看監(jiān)管；監(jiān)管支隊(duì)設(shè)置二級指揮中心，對分管監(jiān)所遠(yuǎn)程控制、對講和廣播，以及對設(shè)備信息等監(jiān)所日常信息查看監(jiān)管。監(jiān)所值班分控中心設(shè)置于監(jiān)控指揮中心大樓，負(fù)責(zé)管理本監(jiān)所所有區(qū)域。

智能交互終端管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)覆蓋監(jiān)所的監(jiān)區(qū)、監(jiān)舍、放風(fēng)場所及室外廣場等主要區(qū)域，其中監(jiān)所的監(jiān)室等場所設(shè)計(jì)監(jiān)室智能交互終端和廣播系統(tǒng)，用于該場所對講、監(jiān)聽、緊急求助、廣播、報(bào)警、在線點(diǎn)名、在線商店、預(yù)約會見及預(yù)約就醫(yī)等功能。在室外廣場、放風(fēng)場所、監(jiān)控指揮中心場所設(shè)計(jì)廣播系統(tǒng)，用于該場所的廣播和播放背景音樂。監(jiān)所對講系統(tǒng)按監(jiān)所、室外、室外廣播、監(jiān)控指揮中心大樓及單體樓設(shè)計(jì)獨(dú)立廣播分區(qū)，設(shè)計(jì)每個(gè)區(qū)域可以獨(dú)立廣播、播放節(jié)目、對講、監(jiān)聽和緊急求助；同時(shí)所有區(qū)域能集中控制，集中播放節(jié)目和進(jìn)行全區(qū)廣播。

智能交互終端管理系統(tǒng)平臺采用B/S架構(gòu)，基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，運(yùn)用SIP2.0技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨路由跨網(wǎng)段信息通訊，滿足公安、司法超大網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用。該系統(tǒng)以智能監(jiān)室智能交互終端為核心，將監(jiān)所的業(yè)務(wù)流程以及相關(guān)信息直觀展示在高清屏幕上，能夠在智能交互終端上展示多種業(yè)務(wù)需求，充分提高了監(jiān)管場所的智能化集中管控能力和管理效率，提高后臺運(yùn)維能力，從而達(dá)到節(jié)省維護(hù)建設(shè)成本和解放警力的目標(biāo)。

系統(tǒng)平臺實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理、視頻抓拍記錄、設(shè)備狀態(tài)管理、呼叫記錄、事件記錄、在押人員管理、人臉庫管理及事件統(tǒng)計(jì)分析等功能。

監(jiān)室內(nèi)安裝具備防爆功能、防懸掛功能的10.1或13.3吋監(jiān)室智能交互終端，實(shí)現(xiàn)一鍵呼叫、監(jiān)視監(jiān)聽、廣播喊話、音頻播放、視頻聯(lián)動及警示聯(lián)動，還支持發(fā)布并顯示監(jiān)所內(nèi)部文字消息通知。罪犯可隨時(shí)通過終端查詢個(gè)人基本信息，進(jìn)行預(yù)約申請（包括談話、就醫(yī)、親情電話等），購物申請等功能。

值班室干警可通過樓道門口交互終端（21.5吋）或值班室主機(jī)隨時(shí)查看各個(gè)監(jiān)舍的人員數(shù)量等基本信息和詳細(xì)信息，處理監(jiān)室內(nèi)罪犯發(fā)起的各項(xiàng)預(yù)約申請和購物清單等請求。值班干警還可遠(yuǎn)程對任意監(jiān)舍發(fā)起遠(yuǎn)程點(diǎn)名，實(shí)現(xiàn)不出門即可實(shí)時(shí)掌握各個(gè)監(jiān)舍的情況，解放警力，有效緩解警力不足的問題。

在防風(fēng)場所、AB門處、走廊處安裝報(bào)警終端，用于緊急事件對講。在觸發(fā)報(bào)警的同時(shí)聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)，所在區(qū)域監(jiān)控?cái)z像在大屏幕上自動顯示，便于值班人員及時(shí)了解區(qū)域影像。

LED大屏和警示燈同步指示報(bào)警位置。

圖1 系統(tǒng)圖

2.系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）采用多功能高度集成方案，建設(shè)一套綜合終端管理應(yīng)用系統(tǒng)，并支持監(jiān)控平臺、LED綜合屏無縫對接聯(lián)動，在提高監(jiān)管場所的智能化集中管控能力和人性化管理水平的同時(shí)，節(jié)省了建設(shè)成本。

（2）采用Andriod系統(tǒng)，使用電容防爆觸摸屏，支持后臺APP自動更新以及相關(guān)功能擴(kuò)展，使產(chǎn)品更加靈活、實(shí)用，優(yōu)化監(jiān)管場所個(gè)性化需求。

（3）采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持VLAN在物理層實(shí)現(xiàn)超大管理模式，自定義管理級別，支持多級別組網(wǎng)，管理終端無數(shù)量限制。

（4）采用實(shí)時(shí)運(yùn)維監(jiān)測，故障自動診斷，使運(yùn)維工作高效快捷、一目了然；并支持服務(wù)器對設(shè)備批量處理。

（5）采用SIP架構(gòu)技術(shù)，每臺設(shè)備擁有獨(dú)立IP/MAC地址，實(shí)現(xiàn)P2P通信，實(shí)現(xiàn)跨VLAN廣播，可不依賴系統(tǒng)服務(wù)獨(dú)立運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性。

（6）采用B/S架構(gòu)，在局域網(wǎng)內(nèi)可通過web網(wǎng)頁，根據(jù)賬戶、密碼登錄系統(tǒng)管理平臺，可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝任何專門的軟件，實(shí)現(xiàn)客戶端零維護(hù)。

（7）可不依賴服務(wù)器獨(dú)立運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)基本對講功能，適用于功能要求簡單的情況，或作為與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，各個(gè)獨(dú)立區(qū)域內(nèi)監(jiān)室和管教民警通話的應(yīng)急措施。

（8）持標(biāo)準(zhǔn)SIP2.0通訊協(xié)議，可與VOIP電話進(jìn)行雙向?qū)χv。

（9）支持對接監(jiān)獄/看守所現(xiàn)有人員管理系統(tǒng)，簡潔明了地呈現(xiàn)被監(jiān)管人員信息和數(shù)據(jù)，減輕值班干警的工作壓力。

（10）集成可視對講系統(tǒng)，支持全雙工對講，具有AGC功能，實(shí)現(xiàn)1耀3米遠(yuǎn)距離對講。

（11）集成人臉識別、指紋識別、IC卡刷卡，實(shí)現(xiàn)在線身份驗(yàn)證、在線點(diǎn)名、在線購物，個(gè)人信息公開等。

智能硬件設(shè)計(jì)

全志A33四核是目前最具性價(jià)比的超低功耗四核處理器，采用四核CortexTM-A7架構(gòu)，搭載Mali400MP2圖形處理單元，完美支持多格式1080P@60fps高清視頻流暢編解碼，集成MIPI DSI顯示接口，支持1280x800分辨率，支持500萬像素?cái)z像頭，支持USB3.0接口。

全志A33基于Android4.4系統(tǒng)，集成了全志獨(dú)有的麗色顯示系統(tǒng)，顯示效果出色，可減弱平板電腦對用戶的視力影響。

圖2 智能交互終端設(shè)計(jì)框

電源是整個(gè)智能交互終端穩(wěn)定運(yùn)行的保障，考慮到實(shí)際項(xiàng)目多電源共用的問題，以及遠(yuǎn)距離傳輸及紋波干擾等因素，采用德儀TPS54231以及電源管理芯片AXP223。TPS54231具有寬電壓輸入3.5耀28V,內(nèi)部集成MOSTET,具有過壓限制瞬態(tài)保護(hù)電路以及限流、過載、熱保護(hù)等電路。

TPS54231內(nèi)部有啟動電壓與關(guān)閉電壓閥值，根據(jù)實(shí)際輸入電壓12V,啟動電壓≥9.5V，關(guān)閉電壓8V左右。根據(jù)TPS54231規(guī)格書內(nèi)部電路計(jì)算：

R1=1.5/(3uA)=500K,實(shí)際選型470K

R2=1.25/((9.5-1.25)/R1+1uA)≈67K,實(shí)際取值68K。

圖3 智能交互終端外觀

采用雙CPU框架，全志A33負(fù)責(zé)電容觸摸控制、高清液晶顯示、音頻驅(qū)動、視頻采集、網(wǎng)路通信，STM32單片機(jī)負(fù)責(zé)IC卡、I/O控制、壓電按鍵、指紋、RS485等低速通信。

雙方通過UART口進(jìn)行雙向通信。該方案充分考慮到監(jiān)所應(yīng)用場景的特殊性，采用6mm防爆玻璃，8mm鋁合金板。

表1 功能參數(shù)表

軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)平臺軟件主要包含智慧安防、智慧警務(wù)、信息分析、系統(tǒng)設(shè)置四大系統(tǒng)模塊。前端采用Boostrap Web框架，簡潔、直觀，使得Web開發(fā)更加快捷。后端業(yè)務(wù)層主要基于springboot技術(shù)構(gòu)建，集成spring,springmvc框架，采用RestFUL風(fēng)的資源接口與設(shè)備端進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)庫采用mysql數(shù)據(jù)庫并集成HikariCP連接池，為客戶端的快速、高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問提供支持。

圖4 平臺軟件功能

1.系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)修復(fù)功能：系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如一臺或多臺管理機(jī)出現(xiàn)故障或管理機(jī)所處網(wǎng)絡(luò)出問題時(shí)，該管理機(jī)所管轄的分機(jī)會自動轉(zhuǎn)入上級管理機(jī)進(jìn)行監(jiān)管，系統(tǒng)運(yùn)行不受影響，確保正常工作。各個(gè)子系統(tǒng)具備進(jìn)程檢測功能，異常自動復(fù)位。

（2）雙工可視對講：管理機(jī)自帶攝像頭、鵝頸話筒，10.1吋液晶全觸摸顯示屏顯示，對講方式有免提、手柄、TALK、開鎖鍵（雙門），支持通話保持、呼叫轉(zhuǎn)移、關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)移。

（3）監(jiān)聽/監(jiān)視：可任意選定一個(gè)分機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽、監(jiān)視，監(jiān)聽監(jiān)視時(shí)，能達(dá)到終端機(jī)無察覺。

（4）分機(jī)呼入優(yōu)先：管理機(jī)在監(jiān)聽、監(jiān)視、廣播等工作狀態(tài)下，分機(jī)呼叫、報(bào)警等呼入時(shí)優(yōu)先插入，通話完畢后自動恢復(fù)原狀態(tài)。終端呼叫是管理機(jī)可播報(bào)分機(jī)備注信息或分機(jī)號。

（5）分屏顯示（各管理中心選用對講軟件時(shí)）：電腦屏幕可顯示報(bào)警地理位置，大屏分割顯示4路、6路、9路攝像頭視頻畫面。

（6）數(shù)字錄音錄像：管理機(jī)能對通話過程進(jìn)行錄音錄像，并可記錄呼叫、通話的時(shí)間，錄音錄像文件保存在管理機(jī)SD卡中，并實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)雙重存儲。

（7）托管功能：管理機(jī)上有“托管”菜單，按此菜單便可將所屬分機(jī)托管給其他管理機(jī)操作管理。

（8）廣播功能：管理機(jī)可對所屬的分機(jī)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)、分區(qū)、全區(qū)廣播，廣播方式支持mp3文件廣播、喊話廣播和外接有源音源廣播。

（9）電子地圖：可顯示電子地圖、建筑物平面圖；可查找設(shè)備信息并呼叫，并顯示開門狀態(tài)。

（10）在線檢測：可實(shí)時(shí)檢測分機(jī)的在線狀態(tài)，方便調(diào)試、檢修和維護(hù)。

（11）防拆報(bào)警：當(dāng)分機(jī)有人為非法強(qiáng)拆時(shí)，可自動向管理員報(bào)警。

（12）報(bào)警聯(lián)動：分機(jī)報(bào)警時(shí)，通過TCP連接與其他平臺聯(lián)動。如：開啟監(jiān)控?cái)z像頭。

（13）信息發(fā)布：可對所管理的可視終端進(jìn)行全區(qū)、分區(qū)同時(shí)發(fā)布文字、圖片、音視頻信息。

（14）在線點(diǎn)名（僅適用于監(jiān)所智能交互終端）：被監(jiān)管人員可通過監(jiān)所智能交互終端指紋、人臉識別IC卡身份認(rèn)證、在線定時(shí)自助點(diǎn)名簽到。

（15）獄政對接（僅適用于監(jiān)所智能交互終端）：可通過與第三方業(yè)務(wù)平臺的數(shù)據(jù)對接，實(shí)現(xiàn)以下功能。

①在線留言：被監(jiān)管人員可向主管部門在線舉報(bào)，提供信息、訴求等。

②申請預(yù)約：被監(jiān)管人員可在線預(yù)約律師、檢察官、管教、所長等。

③自助消費(fèi)：可與大賬管理系統(tǒng)、監(jiān)管信息系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)被監(jiān)管人員通過指紋或IC卡身份認(rèn)證在線自助消費(fèi)。

④電子閱讀：可定期推送電子圖書和雜志供被監(jiān)管人員在線閱讀。

⑤信息查詢：被監(jiān)管人員可通過指紋或IC卡身份認(rèn)證在線查詢大賬接濟(jì)、錢款消費(fèi)、個(gè)人就診等個(gè)人信息。

⑥其他業(yè)務(wù)：可實(shí)現(xiàn)人員信息查詢、改造信息查詢、民警管教業(yè)務(wù)交互、在線約談等第三方平臺的獄政業(yè)務(wù)服務(wù)查詢。

（16）人臉識別（僅適用于監(jiān)所智能交互終端）：可自動識別被監(jiān)管人員，并在管理機(jī)屏上顯示被監(jiān)管人員姓名等信息，幫助獄警快速識別。

2.關(guān)鍵技術(shù)

語音處理技術(shù)是IP對講技術(shù)非常重要的部分，其中音頻回聲消除技術(shù)目前是IP對講中最重要的技術(shù)之一。在該系統(tǒng)中音頻回聲消除采用自適應(yīng)濾波算法實(shí)現(xiàn)回聲消除。回聲產(chǎn)生的原因主要是兩方面：電學(xué)回聲和聲學(xué)回聲。在網(wǎng)絡(luò)通信過程中產(chǎn)生的回聲主要是聲學(xué)回聲導(dǎo)致的。

產(chǎn)生聲學(xué)回聲的原因：遠(yuǎn)端（B）講話的聲音被麥克風(fēng)采集后，編碼壓縮發(fā)送到近端(A),近端（A）解碼后通過揚(yáng)聲器播放，近端(A)麥克風(fēng)通過空氣采集到遠(yuǎn)端播放出來的聲音，編碼后發(fā)送到遠(yuǎn)端，由于編碼和網(wǎng)絡(luò)延遲的因素，使得遠(yuǎn)端講話者從揚(yáng)聲器中聽到自己剛剛講話的聲音。

圖5 聲學(xué)回聲消除原理圖

該聲學(xué)回聲消除的原理如圖5所示，以近端（A）音頻播放數(shù)據(jù)為參照數(shù)據(jù)，消除麥克風(fēng)采集到的回聲數(shù)據(jù)，詳細(xì)過程如下。

近端(A)采集到音頻數(shù)據(jù)（包含回聲數(shù)據(jù)、近端講話數(shù)據(jù)）和遠(yuǎn)端音頻數(shù)據(jù)（遠(yuǎn)端回聲數(shù)據(jù)），以遠(yuǎn)端音頻數(shù)據(jù)為參考，通過回聲算法，消除近端（A）采集到的回聲數(shù)據(jù)，返回音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端，以消除遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器回聲。

由于Android系統(tǒng)是非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)采集與系統(tǒng)播放存在一定的延時(shí)，且該延時(shí)由于系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度原因，各個(gè)時(shí)間段都會不同。因此，想要達(dá)到比較好的回聲消除效果，必須保持應(yīng)用層音頻采集與播放的同步性。為保證音頻同步性，在應(yīng)用層音可采用3個(gè)線程處理：線程1處理音頻網(wǎng)絡(luò)接收，放入音頻緩存中；線程2處理音頻采集并進(jìn)行回聲處理，放入音頻緩存、音頻播放；線程3處理音頻網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

圖6 回聲效果圖

小結(jié)

本文從司法、公安應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)所智能交互終端管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在音視頻通信、回聲消除、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)安全、業(yè)務(wù)應(yīng)用與管理等方面較以往單一系統(tǒng)有較大的提升，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。在目前疫情之下，為各地司法監(jiān)所的日常監(jiān)管和各項(xiàng)業(yè)務(wù)的順利開展帶來了極大的便利。隨著科技發(fā)展，像語義識別、聲紋識別、行為分析及表情分析等AI智能產(chǎn)品會越來越多應(yīng)用在司法監(jiān)管場所，大大降低民警的監(jiān)管成本，進(jìn)一步解放警力，為實(shí)現(xiàn)“數(shù)字法治、智慧司法”信息化體系建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。