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1、智慧监狱技术综述 张斐 陕西警官职业学院警察技术系 摘 要： 文中主要对当前监狱信息化发展的最高层次智慧监狱进行综述, 从物联网、云计算和大数据等技术角度对监狱信息化进行分析。首先介绍了智慧监狱的概念和其采用的三种主要技术, 并在此基础上从智慧监狱管理系统和安全等方面分析了当前监狱信息化建设的一些方案, 之后针对智慧监狱应用中存在的三个核心问题从技术上进行了详细阐述。最后, 在总结智慧监狱应用技术的基础上, 根据其发展趋势, 对智慧监狱技术的研究方向作了进一步展望。关键词： 智慧监狱; 监狱物联网; 云计算; 大数据; 作者简介：张斐 (1979-) , 男, 硕士。主要研究方向为计算机侦查与
2、取证, 监狱物联网技术。收稿日期：2017-06-27基金：陕西省教育厅自然科学专项计划项目 (14JK2023) Received： 2017-06-270 引言监狱和看守所是国家重要的刑罚执行机关, 具有维护社会稳定, 预防和减少犯罪的重要功能, 需要先进信息技术来保障其职能的履行。随着物联网、云计算、大数据技术的快速发展, 在推动经济社会发展的同时, 更进一步改变了人们的生活、工作方式。在监所管理中引入新兴技术已成为趋势, 加快智慧型监所的建设已成为一个重要的研究课题。美国、日本、英国、荷兰、澳大利亚等发达国家在监狱信息化方面正在逐步应用和推广物联网先进的信息技术, 实现对犯人的全天时、
3、全区域的跟踪和监视, 有效改进了监狱的工作效率, 为罪犯提供了一个相对宽松的监管环境, 有利于降低被关押犯人的心理抵触情绪, 便于开展心理矫治, 同时降低了监狱的运营成本1。依据 2007 年司法部全国监狱信息化建设规划, 我国监狱信息化具体目标是建设数字化监狱, 通过信息处理、网络通讯、生物识别等各个学科的先进技术将监狱内的各种记录、文字、图像、多媒体等信息进行传输和处理, 实现监狱系统内信息采集数字化、信息传输网络化、信息管理智能化、信息分析集约化和信息培训经常化, 最终实现监狱更科学、更公正、更规范、更安全、更节约、更高效地履行其刑罚执行职能的目的2。监狱的智慧化是未来监所发展的方向,
4、只有加快推进智慧监狱的基础设施建设和管理, 才能真正实现“科技强警”带来的变革。1 智慧监狱的概念智慧监狱的核心是物联网监狱, 即利用物联网技术通过安装在监狱环境、物品及佩戴在罪犯、民警等身体上的各种信息传感设备, 采集感知监狱相关信息, 按约定的协议, 通过接口与互联网相连, 实现人与物体或物体与物体之间的沟通和对话, 从而给物体赋予“智能”, 实现智能化识别、定位、跟踪、监控和精细化管理3。此外, 智慧监狱的建立也离不开云计算和大数据的技术支撑, 将存储、计算、管理、网络、信息等各类资源以服务的形式实现虚拟化、即时定制、面向监狱、灵活的组合, 以满足监狱信息管理的各种现实需求。2 核心技术
5、描述2.1 监狱物联网物联网是通过 RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备, 按约定的协议把以终端形式存在的任何物品与互联网连接起来, 进行信息交换和通讯, 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网也可理解为“物物相连的互联网”4。物联网的核心特征体现在“全面感知、可靠传输、智能处理”几个方面4, 包含如下两层意思:(1) 物联网的核心和基础是互联网, 它是在互联网基础上延伸和扩展的一种网络;(2) 其用户端延伸和扩展到了任何物与物之间, 进行信息交换和通信。监狱物联网的感知与识别、互联与互通、智能决策与实施就是在此基础上建立起来的。2.2 监狱云云计算
6、是一种按需服务的模式, 这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问, 进入可配置的计算资源共享池 (包括网络、服务器、存储、应用软件、服务等资源) 5, 这些资源能够被快速提供, 只需很少的管理或与服务供应商进行很少的交互, 即可通过网络以按需和易扩展的方式获得所需的资源。云计算技术按其提供的服务类型可分为基础设施云、平台云、应用云等5, 其中基础设施云主要为用户提供计算和存储服务, 平台云为应用提供开发和部署的托管平台, 并调配动态资源, 应用云只为用户提供特定的服务。云计算技术按其服务方式还可分为公有云、私有云和混合云, 由于监狱信息具有涉密性, 故适合用私用云, 而面向公共服务的部分可放
7、在公用云上3。监狱云平台通过在服务器上搭建虚拟机的方式部署应用服务器、数据库, 并构建虚拟存储体系, 在云端存储应用数据, 并在此基础上搭建监狱业务应用系统。2.3 监狱大数据大数据的实质是在采集、存储、传输数据的基础上, 对数据深入分析挖掘, 并由此获得传统方法难以发现的有用信息, 揭示数据背后隐藏的规律, 科学、有效地预见未来发展趋势, 从而为决策提供参考。大数据具有的 5V 特点分别为Volume (规模化) 、Velocity (快速化) 、Variety (多样化) 、Value (潜在价值) 、Veracity (真实性) 6。监狱物联网终端采集的数据涉及视频监控、AB 门、门禁、
8、周界、电网、无线射频设备、监听对讲等安防设备和其他监狱伺服设备, 这些数据不仅可用来界定越界事件, 还可挖掘出服刑犯日常行为习惯、潜在脱逃风险等3。其中视频监控数据所占比例最大, 大数据与视频监控的融合, 经过数据挖掘、智能分析、实时处理、内存加速等技术可以自动及时检测服刑犯的异常行为, 通过可靠的方式及时预警, 能有效弥补警力不足的问题, 因而大数据技术将会给监狱风险预警决策系统带来一场变革。3 智慧监狱管理系统随着各地监狱信息化的深入进行, 以当前各种智慧监狱核心技术为中心建立起来的各种智慧监狱管理解决方案也日趋丰富, 重点是在此基础上进行的运用和优化, 当前各种物联网和安防企业为监狱量身
9、打造的管理系统主要集中在智慧监狱解决方案上, 而智慧监狱整体规划又是监狱管理系统及安全防范系统建设的重中之重, 根据监狱民警工作流程、服刑犯活动规律, 可将监狱智能化管理及安全防范系统分为四个部分3:(1) 监区生命体征监测系统, 主要对服刑人员的生命体征、睡眠情况、心理状态及不合常规的异常行为进行监测, 此外还建立了以单警生命监测系统为基础的监管安全保障数据链;(2) 监区实时定位智能化管理系统;(3) 监狱决策支持系统, 主要包含服务于监狱的宏观态势分析、辅助领导决策、服刑人员及民警大数据分析等;(4) 司法网络舆情监测系统, 包括舆情采集、舆情研判、舆情趋势分析、舆情风险评估和舆情统计报
10、告等。以上各部分相辅相成, 共同构筑了监狱智能化管理及安全防范系统。4 核心问题描述4.1 外来人车自动跟踪传统的监狱安防监控系统中 CCD 相机的分辨率有限, 由于诸多因素, 拍照和摄像未似能看清楚或者实施预警。引入传感网络系统对进入识别区域人员、车辆及所携带物品的自动识别和跟踪是对传统监控系统的有力补充, 甚至带来的是一场变革。传感器、感知对象和观察者是构成传感网络的三个基本要素。传感器节点是集成有传感器、数据处理单元和无线通信模块的微型嵌入式系统7。它借助内置的形式多样的传感器感知监控环境中温度、湿度、距离、噪声、压力及运动物体的位移、加速度、态势等物理现象并进行判断。此外, 传感器节点
11、还兼具终端和路由器双重功能, 不仅可采集本地数据信息, 还可对转发的数据进行存储、管理和转发, 协作完成特定任务。网络中通常只有少量的汇聚节点负责发布命令和收集数据, 实现与互联网通信。综合运用射频识别 (RFID) 、全球卫星定位系统 (GPS) 、专用微波短程通讯 (DSRC) 等技术为涉车管理提供车辆信息高速采集、全环境动态监管等高效技术服务。以 RFID 为基础, 可以建立一个区域性车辆安全监管系统8。该系统通过在车辆内安装射频电子装置, 使每一部车辆都有一个独特的“电子身份镜像”, 不仅可以掌控车辆的静态身份信息, 还可掌控其时间和道路空间的动态运行信息。借助云计算和大数据技术记录每
12、部车和每个人的运行轨迹, 并计算预测可能的路径, 提供实时预警。4.2 服刑人员人数自动识别清点当前对监狱服刑犯的身份识别主要依靠人工完成, 其中对关键节点的清点一般实行“一天四点名”制度, 对劳作环节人数清点平均每 30 分钟一次, 民警的工作量巨大。当前监狱所采用的人数清点方式主要有人工清点、条形码扫描式清点、视频分析清点以及无线定位式清点9。条形码扫描式人数清点在流水线型的犯人劳作现场相对比较适合, 而在机加工型的劳作现场由于占地面积广, 使得扫描效率极低, 因而这种方法不可行。视频分析清点涉及计算机视觉与人工智能问题, 其基本原理是在固定摄像头里提取出运动区域, 根据这些运动区域进行统
13、计, 当目标人距离较近时, 将一个运动区域分割为多个单人区域, 从而对人数进行估计。无线定位式清点利用固定式或移动式监控基站在监区内实现信号全覆盖, 在围墙等边界区域布置射频围栏, 相关人员佩戴定位腕带, 实现对监区内人员实时、全程的主动式监控, 应对异常情况及时报警, 对狱警进行保护及救援, 提高处置突发事件的效率。当前无线定位系统大多采用有源 RFID 技术, 对于监狱人数清点而言, 该技术也存在较多问题, 如电池更换、定位精度和腕带形式等。通过表 1 可知, 目前最佳选择是无源电子标签技术。表 1 电子标签技术对比10 下载原表 4.3 人员自动定位当前监狱的室内无线定位多采用有源 RF
14、ID、Wi Fi、Zig Bee 技术等, 精度可达13 m, 室外定位精度可达 815 m, 而采用 UWB 技术精度可达 1030 cm, 基本实现了室内房间无差别判断、所在楼层无误差判断、室内外无差别判断。UWB定位技术见表 2 所列, 该技术在定位精度、刷新率等参数方面领先于其他技术, 且 UWB 具有三维定位能力, 能实现坐标级高精度定位, 现阶段影响其广泛使用的主要问题是成本高10。实际部署中可考虑 UWB 和 RFID 结合使用, 需保持高精度的位点采用 UWB 技术, 其他节点采用 RFID 技术。表 2 无线定位技术对比 下载原表 此外, 对狱内人员包括民警、服刑犯、外来人员
15、的实时定位管理还可结合运用组件式 GIS 与三维 GIS 技术, 建立虚拟三维监狱场景电子地图, 将所需警用设施、警力、关押人员、监控点以及通过 RFID 将人员的动态位置状态等信息和资料直观、形象地在三维电子地图上显示出来11。三维监狱管理系统将 RFID 物联网技术与 GIS 地理信息技术融合, 采用低辐射、低功耗、便携式定位标签、电子腕带与服刑犯、民警等移动目标进行绑定, 生成唯一身份识别的射频信号数据, 通过部署在监狱内部环境中的定位读写器、网关设备构成监狱定位网络骨干环境11, 能够快速准确地查找到狱内人员的位置, 同时可保证单个设备失效不会导致定位报警信号失效、误报等情况出现。5
16、结语近年来, 全国部分监狱发生了越狱脱逃和袭警等一系列恶性案件, 包括黑龙江省讷河监狱的微信诈骗等新型案件, 给国家和人民带来了严重的危害。综上所述, 本文通过对当前高速发展的各种物联网、云计算、大数据技术以及各种监狱信息化管理系统的梳理, 希望对传统监狱信息化改造有所帮助。此外, 由于当前监狱管理信息化建设相对滞后、各地监狱信息化发展水平差异较大, 以及全国监狱信息联网的水平较低等问题凸显, 为防止此类事件再次发生, 防止服刑犯再次危害社会, 培养善于借鉴最新的信息化手段与先进管理思想的运用对监狱的智慧化建设极为重要。虽然我国监狱系统利用信息化技术起步较晚, 但随着司法部全国监狱信息化建设规划的出台, 近十年我国尤其是东南经济发达省份的监狱信息化水平得到了飞速发展。在不久的将来, 伴随着各种更新信息化技术的出现, 如何更加科学、高效、安全、人性化地管理监狱将会有越来越好的解决方案, 而信息领域内的智能监狱系统也会有更长足的发展。
