ＲＦＩＤ技术在监狱管理中的应用

刘川杰　曾纪刚

摘要:本文简单介绍了RFID技术的基本原理及其组成,并研究了当前超高频RFID读写器在监狱安全管理及人员监控的应用。

关键词:RFID;标签;读写器

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)22-pppp-0c

随着公安、司法机关维护社会秩序和打击刑事犯罪的任务日益严重,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,如何在新形式下以科技创新手段来提高监狱的管理模式,以适应现实斗争的需要,正成为司法部门的迫切需要。目前,不论是公安或是司法部门信息系统只局限于信息处理,而信息采集仍然只是单纯的依靠人手输入,无法将信息系统和在押人员真正的关联起来,在监管场所这样一种特殊的环境里运用一种安全、可靠的自动识别系统来区分、识别、和管理在押人员,将信息系统中每个人的信息和现实中的每一个人动态的联系起来,这样才能充分发挥监管场所信息系统的作用,真正意义上实现监所管理信息化,实现“向科技要警力”的途径。

本文提出的基于超高频RFID的监狱安全管理系统,可对监狱人员、车辆进行监控和定位。如果发生特殊情况,可以从监控系统查询现场情况,安全可靠的区分识别监狱犯人、管理人员,将管理系统中每个人的信息和现实中的每个人一一对应。同时也可以对监狱人员流动、考勤进行管理,有效地安排和调度,提高监狱的管理水平。

1 RFID技术概述

射频识别(RFID)技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。近些年来,伴随着无线通讯技术、大规模集成电路技术、半导体技术的日益成熟,RFID技术也日益完善,特别是无源RFID的出现,为RFID的军用、工业用和商用开辟了极为广阔的空间。

1.1 RFID系统组成

一套完整的RFID系统,是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成,如图1所示。

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中,可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。

应答器(标签)通常包含:

a.天线:用来接收由阅读器送过来的信号,并把所要求的数据送回给阅读器。

b.AC/DC电路:把由卡片阅读器送过来的射频讯号转换成DC电源,并经大电容储存能量,再经稳压电路以提供稳定的电源。

c.解调电路:把载波去除以取出真正的调制信号。

d.逻辑控制电路:译码阅读器所送过来的信号,并依其要求回送数据给阅读器。

e.内存:做为系统运作及存放识别数据的位置。

f.调制电路:逻辑控制电路所送出的数据经调制电路后加载到天线送给阅读器。

阅读器(识读器)通常包含:

a.天线:用来发送无线信号给Tag,并把由Tag响应回来的数据接收回来。

b.系统频率产生器:产生系统的工作频率。

c.相位锁位回路(PLL):产生射频所需的载波信号。

d.调制电路:把要送给Tag的信号加载到载波并送给射频电路送出。

e.微处理器:产生要送给Tag信号给调制电路,同时译码Tag回送的信号,并把所得的数据回传给应用程序,若是加密的系统还必需做加解密操作。

f.存储器:存储用户程序和数据

g.解调电路:解调tag送过来的微弱信号,再送给微处理器处理。

h.外设接口:用来和计算机联机

应用软件系统通常包含:

a.硬件驱动程序:连接、显示及处理卡片阅读器操作。

b.控制应用程序:控制卡片阅读机的运作,接收读卡所回传的数据,并作出相对应的处理,如开门、结帐、派遣、记录...等。

c.数据库:储存所有Tag相关的数据,供控制程序使用。

1.2 RFID技术基本原理

射频识别系统的基本模型如图1所示。其中,电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置,扫描器、通讯器、识读器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

(1)电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律。

(2)电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律

电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为10～20cra。

电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。识别作用距离大于1m,典型作用距离为3～l0m。

2 RFID监狱管理系统设计

本应用主要解决的是监狱人员定位、监控的问题。它可使管理人员实时掌握监狱内各个受控区域监狱犯人的详细信息及数目,有效防止监狱犯人的出逃,减少监狱犯人结党闹事的几率,秘密监控高危监狱犯人,追查及跟进暴力事件的发生,最大限度的保障管理人员和监狱犯人的人身安全。另外,系统还能实现自动点算指定区域内人数及周边执勤干警信息,大大降低劳教管理人员的工作强度,提高安全性。

2.1 超高频RFID监狱管理系统可行性分析

目前,监狱RFID监控系统大多采用的是有源电子标签,与超高频RFID所采用的无源电子标签相比,其可识别的距离大,开阔场所可达200米,但识别距离太长就会失去了定位的功能,这些弊端在实际应用中也已经得到显现:而且有源电子标签自身需要携带电池,导致了标签芯片体积大,不便于携带;有源电子标签RFID系统中采用的是标签先发言机制,其防碰撞机制是标签随机向读写器发送ID号,属于最简单的TDMA算法,这样,一旦标签数量增多,产生碰撞的几率就会急剧上升,读写器对此却无能为力,多标签的防碰撞性能就会恶化。另外,有源电子标签的使用寿命较短,价格昂贵,也不利于大规模长期应用。与此相比,超高频RFID技术所采用的无源电子标签体积小,携带十分方便:可识别距离达到lO米,只要合理地组建读写器网络,就可以达到良好的识别定位功能:超高频RFID技术采用的多标签防碰撞机制是改进动态帧时隙ALOHA算法,读写器在识别标签过程中会根据标签的碰撞情况合理地调整标签返回数据的时隙,大大地提高了系统吞吐量。显然超高频RFID技术能满足监狱监控的需要。

2.2 系统结构图

系统网络拓扑结构如图2所示,监控系统主要由控制系统、读写器以及无源电子标签组成。控制系统负责整个通信定位系统的管理与控制,与相应的监狱地理信息系统配合可以对监狱人员进行实时监控。它可由一台计算机并配有相应数据库管理软件完成。读写器(识读器)为整个监控系统的关键部分,负责标签周期性信号的检测,电子标签由监狱人员随身佩戴,并通过读写器读取标签中的唯一的出厂卡号,卡号对应每个人的个人信息。把时间、位置和个人情况写入数据库,控制中心自动生成考勤作业统计与报表。而当监狱人员在监狱内走动时,经过不同的读写器阵列,就能得出其在监狱的行走轨迹。譬如,如果读写器1和读写器4先后检测到某个电子标签,那么就可以定位该标签的最终位置和判断移动方向,一旦出现突发情况,可以迅速采取措施。

3 结束语

随着犯罪类型和在押犯成分的日趋复杂,罪犯的报复性、凶残性和狡诈性增强,浮躁心理和不安分意识增强,稍有不慎他们就会挺而走险,伺机劫持人质、脱逃、自杀、凶杀、哄监闹狱,给警察的人身安全和场所的持续稳定带来极其不利的影响。研发RFID智能监狱管理系统,实现智能监控管理,犯人信息资料管理、越界报警、在押人犯的定位,追踪等功能对提高监狱管理水平有着重大意义。它可以大幅度的提升监狱内部的安全性和管理效率,降低监狱管理人员的工作强度,最大限度的资源优化配置。同时系统还可以做到多方面扩展功能,比如与视频监控结合并集成,使RFID技术与流行的视频监控技术有机的结合在一起。另外,也可与脸形识别等安防监控系统整合,这样不但丰富了整个监控管理系统的功能,还有效的增强了系统的安全性。虽然目前RFID因为技术和成本问题还不能很好的做到精确定位,但随着RFID应用的不断推广,技术不断地提高,应用成本也将不断下降,相信不久的将来会有更加广阔的应用。

参考文献:

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