监所智能交互终端管理系统方案设计

徐兆鹏

（作者单位：厦门狄耐克智能科技股份有限公司）

前言

公安监管场所是羁押和管理依法被逮捕、刑事拘留各类罪犯和重大犯罪嫌疑分子的机关，对安全防范等级要求极高。因此，公安监管场所综合管理系统的建设对公安监管场所的安全防范、辅助公安监管场所管理教育在押人员、开展深挖犯罪、配合预审办案等方面起着十分重要的作用。实践证明，利用现代技术手段辅助公安监管场所管理，能及时了解和掌握在押人员的言行，及时发现和制止事故的发生，保障公安监管场所的安全。针对公安监管场所迫切“向科技要效率、向科技要警力、向科技要安全”这一大背景，研发出了一套适合公安监管场所综合管理系统的解决方案，为促进公安监管场所的监管防范能力、提升公正文明执法水平、提高安全保障能力、增强应对紧急突发事件的能力、打造“平安监管”“智慧监管”、构建和谐社会提供了有力技术保障。

随着智慧监所信息化建设的不断深入，监管场所系统趋向于数字化、智能化、集成化。以往的在押人员报告系统仅支持基本的可视对讲通话功能，功能相对比较单一。结合监管场所的具体需求以及行业标准，新系统打破传统可视对讲独立设计的观念，创新采用先进的SIP技术以及高集成硬件方案，以ALL IN ONE的设计理念实现了智能交互终端管理，融合了在押人员报告系统、监视监听、语音广播、人脸识别、指纹识别、三固定表、在线点名、在线商店、预约会见、预约就医、信息公开、法律法规、信息发布，亲情电话预约及管教约谈等功能。

方案总体设计

1.总体设计方案

智能交互终端管理系统依托公安专用网络搭建通讯平台，采用多级管理平台设计。在省监管总队设置了系统的一级管理平台，在监管支队的指挥中心设置了二级管理平台，在监所指挥中心设置三级管理平台，组成一套“省监所总队—监所支队—监所值班分控中心”三级管理平台。一级管理平台设置于省监管总队，用于监所管理区域对下属各监所的所有区域进行远程控制、对讲和广播，以及对设备信息等监所日常信息查看监管；监管支队设置二级指挥中心，对分管监所远程控制、对讲和广播，以及对设备信息等监所日常信息查看监管。监所值班分控中心设置于监控指挥中心大楼，负责管理本监所所有区域。

智能交互终端管理系统设计覆盖监所的监区、监舍、放风场所及室外广场等主要区域，其中监所的监室等场所设计监室智能交互终端和广播系统，用于该场所对讲、监听、紧急求助、广播、报警、在线点名、在线商店、预约会见及预约就医等功能。在室外广场、放风场所、监控指挥中心场所设计广播系统，用于该场所的广播和播放背景音乐。监所对讲系统按监所、室外、室外广播、监控指挥中心大楼及单体楼设计独立广播分区，设计每个区域可以独立广播、播放节目、对讲、监听和紧急求助；同时所有区域能集中控制，集中播放节目和进行全区广播。

智能交互终端管理系统平台采用B/S架构，基于TCP/IP网络架构，运用SIP2.0技术实现跨路由跨网段信息通讯，满足公安、司法超大网络环境中的应用。该系统以智能监室智能交互终端为核心，将监所的业务流程以及相关信息直观展示在高清屏幕上，能够在智能交互终端上展示多种业务需求，充分提高了监管场所的智能化集中管控能力和管理效率，提高后台运维能力，从而达到节省维护建设成本和解放警力的目标。

系统平台实现权限管理、视频抓拍记录、设备状态管理、呼叫记录、事件记录、在押人员管理、人脸库管理及事件统计分析等功能。

监室内安装具备防爆功能、防悬挂功能的10.1或13.3吋监室智能交互终端，实现一键呼叫、监视监听、广播喊话、音频播放、视频联动及警示联动，还支持发布并显示监所内部文字消息通知。罪犯可随时通过终端查询个人基本信息，进行预约申请（包括谈话、就医、亲情电话等），购物申请等功能。

值班室干警可通过楼道门口交互终端（21.5吋）或值班室主机随时查看各个监舍的人员数量等基本信息和详细信息，处理监室内罪犯发起的各项预约申请和购物清单等请求。值班干警还可远程对任意监舍发起远程点名，实现不出门即可实时掌握各个监舍的情况，解放警力，有效缓解警力不足的问题。

在防风场所、AB门处、走廊处安装报警终端，用于紧急事件对讲。在触发报警的同时联动监控系统，所在区域监控摄像在大屏幕上自动显示，便于值班人员及时了解区域影像。

LED大屏和警示灯同步指示报警位置。

图1 系统图

2.系统特点

（1）采用多功能高度集成方案，建设一套综合终端管理应用系统，并支持监控平台、LED综合屏无缝对接联动，在提高监管场所的智能化集中管控能力和人性化管理水平的同时，节省了建设成本。

（2）采用Andriod系统，使用电容防爆触摸屏，支持后台APP自动更新以及相关功能扩展，使产品更加灵活、实用，优化监管场所个性化需求。

（3）采用TCP/IP网络架构，支持VLAN在物理层实现超大管理模式，自定义管理级别，支持多级别组网，管理终端无数量限制。

（4）采用实时运维监测，故障自动诊断，使运维工作高效快捷、一目了然；并支持服务器对设备批量处理。

（5）采用SIP架构技术，每台设备拥有独立IP/MAC地址，实现P2P通信，实现跨VLAN广播，可不依赖系统服务独立运行，提高系统可靠性。

（6）采用B/S架构，在局域网内可通过web网页，根据账户、密码登录系统管理平台，可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，实现客户端零维护。

（7）可不依赖服务器独立运行，能够实现基本对讲功能，适用于功能要求简单的情况，或作为与服务器网络中断时，各个独立区域内监室和管教民警通话的应急措施。

（8）持标准SIP2.0通讯协议，可与VOIP电话进行双向对讲。

（9）支持对接监狱/看守所现有人员管理系统，简洁明了地呈现被监管人员信息和数据，减轻值班干警的工作压力。

（10）集成可视对讲系统，支持全双工对讲，具有AGC功能，实现1耀3米远距离对讲。

（11）集成人脸识别、指纹识别、IC卡刷卡，实现在线身份验证、在线点名、在线购物，个人信息公开等。

智能硬件设计

全志A33四核是目前最具性价比的超低功耗四核处理器，采用四核CortexTM-A7架构，搭载Mali400MP2图形处理单元，完美支持多格式1080P@60fps高清视频流畅编解码，集成MIPI DSI显示接口，支持1280x800分辨率，支持500万像素摄像头，支持USB3.0接口。

全志A33基于Android4.4系统，集成了全志独有的丽色显示系统，显示效果出色，可减弱平板电脑对用户的视力影响。

图2 智能交互终端设计框

电源是整个智能交互终端稳定运行的保障，考虑到实际项目多电源共用的问题，以及远距离传输及纹波干扰等因素，采用德仪TPS54231以及电源管理芯片AXP223。TPS54231具有宽电压输入3.5耀28V,内部集成MOSTET,具有过压限制瞬态保护电路以及限流、过载、热保护等电路。

TPS54231内部有启动电压与关闭电压阀值，根据实际输入电压12V,启动电压≥9.5V，关闭电压8V左右。根据TPS54231规格书内部电路计算：

R1=1.5/(3uA)=500K,实际选型470K

R2=1.25/((9.5-1.25)/R1+1uA)≈67K,实际取值68K。

图3 智能交互终端外观

采用双CPU框架，全志A33负责电容触摸控制、高清液晶显示、音频驱动、视频采集、网路通信，STM32单片机负责IC卡、I/O控制、压电按键、指纹、RS485等低速通信。

双方通过UART口进行双向通信。该方案充分考虑到监所应用场景的特殊性，采用6mm防爆玻璃，8mm铝合金板。

表1 功能参数表

软件设计

系统平台软件主要包含智慧安防、智慧警务、信息分析、系统设置四大系统模块。前端采用Boostrap Web框架，简洁、直观，使得Web开发更加快捷。后端业务层主要基于springboot技术构建，集成spring,springmvc框架，采用RestFUL风的资源接口与设备端进行数据通讯。数据库采用mysql数据库并集成HikariCP连接池，为客户端的快速、高并发的数据访问提供支持。

图4 平台软件功能

1.系统功能

（1）系统修复功能：系统运行过程中，如一台或多台管理机出现故障或管理机所处网络出问题时，该管理机所管辖的分机会自动转入上级管理机进行监管，系统运行不受影响，确保正常工作。各个子系统具备进程检测功能，异常自动复位。

（2）双工可视对讲：管理机自带摄像头、鹅颈话筒，10.1吋液晶全触摸显示屏显示，对讲方式有免提、手柄、TALK、开锁键（双门），支持通话保持、呼叫转移、关机转移。

（3）监听/监视：可任意选定一个分机进行监听、监视，监听监视时，能达到终端机无察觉。

（4）分机呼入优先：管理机在监听、监视、广播等工作状态下，分机呼叫、报警等呼入时优先插入，通话完毕后自动恢复原状态。终端呼叫是管理机可播报分机备注信息或分机号。

（5）分屏显示（各管理中心选用对讲软件时）：电脑屏幕可显示报警地理位置，大屏分割显示4路、6路、9路摄像头视频画面。

（6）数字录音录像：管理机能对通话过程进行录音录像，并可记录呼叫、通话的时间，录音录像文件保存在管理机SD卡中，并实时上传到服务器上，实现双重存储。

（7）托管功能：管理机上有“托管”菜单，按此菜单便可将所属分机托管给其他管理机操作管理。

（8）广播功能：管理机可对所属的分机进行点对点、分区、全区广播，广播方式支持mp3文件广播、喊话广播和外接有源音源广播。

（9）电子地图：可显示电子地图、建筑物平面图；可查找设备信息并呼叫，并显示开门状态。

（10）在线检测：可实时检测分机的在线状态，方便调试、检修和维护。

（11）防拆报警：当分机有人为非法强拆时，可自动向管理员报警。

（12）报警联动：分机报警时，通过TCP连接与其他平台联动。如：开启监控摄像头。

（13）信息发布：可对所管理的可视终端进行全区、分区同时发布文字、图片、音视频信息。

（14）在线点名（仅适用于监所智能交互终端）：被监管人员可通过监所智能交互终端指纹、人脸识别IC卡身份认证、在线定时自助点名签到。

（15）狱政对接（仅适用于监所智能交互终端）：可通过与第三方业务平台的数据对接，实现以下功能。

①在线留言：被监管人员可向主管部门在线举报，提供信息、诉求等。

②申请预约：被监管人员可在线预约律师、检察官、管教、所长等。

③自助消费：可与大账管理系统、监管信息系统对接，实现被监管人员通过指纹或IC卡身份认证在线自助消费。

④电子阅读：可定期推送电子图书和杂志供被监管人员在线阅读。

⑤信息查询：被监管人员可通过指纹或IC卡身份认证在线查询大账接济、钱款消费、个人就诊等个人信息。

⑥其他业务：可实现人员信息查询、改造信息查询、民警管教业务交互、在线约谈等第三方平台的狱政业务服务查询。

（16）人脸识别（仅适用于监所智能交互终端）：可自动识别被监管人员，并在管理机屏上显示被监管人员姓名等信息，帮助狱警快速识别。

2.关键技术

语音处理技术是IP对讲技术非常重要的部分，其中音频回声消除技术目前是IP对讲中最重要的技术之一。在该系统中音频回声消除采用自适应滤波算法实现回声消除。回声产生的原因主要是两方面：电学回声和声学回声。在网络通信过程中产生的回声主要是声学回声导致的。

产生声学回声的原因：远端（B）讲话的声音被麦克风采集后，编码压缩发送到近端(A),近端（A）解码后通过扬声器播放，近端(A)麦克风通过空气采集到远端播放出来的声音，编码后发送到远端，由于编码和网络延迟的因素，使得远端讲话者从扬声器中听到自己刚刚讲话的声音。

图5 声学回声消除原理图

该声学回声消除的原理如图5所示，以近端（A）音频播放数据为参照数据，消除麦克风采集到的回声数据，详细过程如下。

近端(A)采集到音频数据（包含回声数据、近端讲话数据）和远端音频数据（远端回声数据），以远端音频数据为参考，通过回声算法，消除近端（A）采集到的回声数据，返回音频数据发送到远端，以消除远端扬声器回声。

由于Android系统是非实时操作系统，系统采集与系统播放存在一定的延时，且该延时由于系统任务调度原因，各个时间段都会不同。因此，想要达到比较好的回声消除效果，必须保持应用层音频采集与播放的同步性。为保证音频同步性，在应用层音可采用3个线程处理：线程1处理音频网络接收，放入音频缓存中；线程2处理音频采集并进行回声处理，放入音频缓存、音频播放；线程3处理音频网络发送。

图6 回声效果图

小结

本文从司法、公安应用实际出发，结合互联网通信技术设计并实现了监所智能交互终端管理系统。该系统在音视频通信、回声消除、人机交互、网络安全、业务应用与管理等方面较以往单一系统有较大的提升，具有较强的实用性。在目前疫情之下，为各地司法监所的日常监管和各项业务的顺利开展带来了极大的便利。随着科技发展，像语义识别、声纹识别、行为分析及表情分析等AI智能产品会越来越多应用在司法监管场所，大大降低民警的监管成本，进一步解放警力，为实现“数字法治、智慧司法”信息化体系建设夯实基础。