CN110084336B - 一种基于无线定位的监所物品管理系统和方法 - Google Patents

一种基于无线定位的监所物品管理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线定位的监所物品管理系统和方法，所述系统包括：器具、服刑人员RFID电子标签、阅读器和服务器；其中，所述服务器存储每个器具的信息，管理每个器具位的信息；当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；采用基于RFID的定位方法获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定。本发明通过RFID标签实现了监所器具借还的计算机管理，通过无线定位技术实现了器具和人员自动绑定。

Description

一种基于无线定位的监所物品管理系统和方法
技术领域
本发明属于无线定位技术领域，尤其涉及一种基于无线定位的监所物品管理系统和方法。
背景技术
劳务加工是监狱生产经营活动的核心，也是服刑人员进行劳动改造的主要途径。而劳动加工过程中涉及到各种器具的使用，例如剪刀、扳手、钳子、纱剪等，配备各种工具，这些器具属于高危险性物品，目前器具的借还，还主要采取传统的手工记录方式，工作量大、效率低下，数据易造假，缺乏可追溯性，且工作流程繁琐，信息传递的时效性差，无法及时发现问题，在进行人工点名或工具清点的时候，容易出现冒认、漏点等情况，并且难以及时发现。
现有技术中开始引入了二维码/条码、标签以辅助器具的清点，实现了计算机管理，其中，二维码/条码是在每个器具表面粘贴二维码/条码，清点时监所工作人员采用移动设备逐个进行扫码，过程繁琐，且二维码/条码容易发生脏污、磨损等现象；借助标签进行器具清点，效率和准确性都更高，但是发明人发现，在进行器具和服刑人员的绑定方面，目前的绑定方法是，监所工作人员采用阅读器先后扫描服刑人员和器具上的标签，从而实现二者的绑定，操作过程仍然较为繁琐。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于无线定位的监所物品管理系统和方法，在器具被拿起时，基于称重传感器和机器视觉技术实现器具的唯一标识信息，从而基于无线定位技术实时获取其位置，实现器具的动态监测，降低物品非法使用的风险。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例采用如下技术方案：
一种基于无线定位的监所物品管理系统，包括：器具、服刑人员和狱警相应的RFID电子标签、RFID电子标签阅读器和服务器；其中，所述服务器包括：
器具管理模块，存储每个器具的标识信息和外部标记信息，所述外部标记信息用于区分同类器具；
器具位管理模块，管理每个器具位的位置信息，每个器具位所对应的器具标识信息，以及设置的称重传感器和成像设备的标识信息；
器具状态管理模块，被配置为：
当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；
采用基于RFID的定位方法获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；
将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定。
一个或多个实施例还提供了一种基于无线定位的监所物品管理方法，器具、服刑人员和狱警均配备RFID电子标签，并预先存储器具位与器具类别、称重传感器和成像设备的对应关系，同类器具采用不同的外部标记进行区分，所述方法包括：
当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；
采用基于RFID的定位方法获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；
将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定；
监测所述器具的使用状态。
本发明的有益效果
本发明通过RFID标签实现了监所器具借还的计算机管理；
本发明为每个器具位设置称重传感器和相应的成像设备，通过预先存储器具位和器具类型、称重传感器、成像设备的映射关系，器具个体和外部标记的映射关系，在器具被拿起时，识别称重传感器感测数据发生变化的器具位，向相应成像设备发送成像指令，对图像进行外部标记的识别，从而实现了器具的唯一确定，然后基于无线定位技术将该器具与距离最近的服刑人员绑定，继而实时监测该器具和服刑人员的动态，实现了器具和服刑人员的自动绑定，并且降低物品非法使用的风险。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明一个或多个实施例中基于无线定位的监所物品管理系统框架图；
图2为本发明一个或多个实施例中基于无线定位的监所物品管理方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了一种基于无线定位的监所物品管理系统，包括：器具、服刑人员和狱警相应的RFID电子标签、RFID电子标签阅读器、服务器和狱警移动设备。其中，RFID电子标签阅读器用于获取器具、服刑人员和狱警相应RFID的射频信息，并传输至服务器，服务器据此进行器具的管理。用于对监所内服刑人员针对各物品器具的取用进行监测，降低物品非法使用的风险。所述系统框架如下：RFID阅读器将识别到的电子标签信息通过串口传输给ZigBee终端节点；主射频模块通过SPI接受从射频模块识别到的电子标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给服务器。ZigBee技术是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，其可跨越很大的物理空间，适合距离较远比较分散的结构，且可保证信息传输的可靠性。且在同一环境内RFID射频识别过程与ZigBee通讯技术之间相互的电磁波干扰较小，RFID区域定位技术与ZigBee点定位技术的相结合可有效提高定位的精确性。
监所内供服刑人员使用的物品可以归纳为三类：固化在工作台面的器具；每天借还的器具管理，此类器具通常置于车间器具箱；以及使用频率较低的器具，此类器具通常置于器具仓库。
监所内服刑人员均配备有多频有源RFID电子标签，可采用腕带等可穿戴设备便于随身携带。
每个器具上设有多频有源RFID电子标签，标签内至少记录该器具的标识信息。RFID标签采用防拆卸设计，若非法拆卸，系统告警。
同一类器具通过颜色、文字、数字标签等相互之间进行区分，作为外部标记，例如：多个剪刀的RFID标签采用不同颜色，或者，同一类器具上粘贴不同的颜色标签或数字标签。
用于放置器具的工作台面、器具箱、器具仓库均设有专门的器具位，每个器具位放置的器具是唯一确定的，每个器具位上设有称重传感器，通过文字标签、与工具形状相匹配的凹槽等方式标记该器具位用于放置的器具类型。每个工作台面、器具箱、器具仓库均设有一个或多个器具状态指示设备，例如扬声器、指示灯或显示屏。每个工作台面上、器具箱内和器具仓库中均设有对准一个或多个器具位的成像设备，用于在服刑人员拿起器具时，对器具进行拍照，通过识别外部标记信息得到该器具的标识信息。
狱警均配备移动设备，可访问服务器获取器具清点报表、某一器具的位置、绑定服刑人员等信息，以及接收服务器发送的报警信息。
服务器，包括：
用户管理模块，用于存储狱警、服刑人员的身份信息，以及相应的访问权限，例如，仅身份信息为狱警的用户能够访问服务器。
设备管理模块，用于管理狱警所佩戴移动设备信息、服刑人员所佩戴可穿戴设备信息、传感器设备信息和成像设备信息等；
器具位管理模块，用于存储每个器具位所在位置，例如某个房间第几个器具位，可建立室内地图，关联器具位所在位置；该模块还用于设置各工具位存放的器具类型，与器具位上实际标记的类型一致；该模块还存储各器具位与称重传感器和成像设备的对应关系；
器具管理模块，用于存储器具信息，包括物品种类、物品属性、物品标识信息、物品重量范围等。物品属性包括物品的使用条件，例如属于限定在工作台面上使用的器具、必须当天借还的器具和仓库器具等；每个器具都具有唯一的器具标识信息，例如器具ID；对于同一类器具，还存储各器具对应的外部标记；
器具状态管理模块，用于监测物品的取用和归还状态和取用人员，包括：
器具取用管理子模块，被配置为：
当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；
实时获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；
将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定；
器具状态监测子模块，监测所述器具的使用状态，被配置为：
(1)若所述器具的属性信息为工作台面器具
实时获取所述器具的当前所在位置；
以器具被拿起时的位置为初始位置，当器具与初始位置的距离超过设定值时，进行告警，同时获取与所述器具当前位置距离最近的一个或多个狱警信息，或负责该区域的一个或多个狱警信息，将告警信息发送至相应的一个或多个移动设备。
(2)若所述器具的属性信息为当天需归还的器具或使用频率较低的器具
每隔设定时间间隔获取所述器具和工作人员的当前所在位置，生成所述器具和服刑人员的移动轨迹，以此来判断服刑人员是否在规定的范围内进行劳动；
当距离归还时间的时间间隔小于设定阈值时，通过可穿戴设备提醒所述服刑人员归还器具。
器具归还管理子模块，被配置为：
当器具被放入器具位时，所述器具位相应的称重传感器感测该器具重量，从器具管理模块获取该器具位相应器具的重量范围，若放入的器具在不在所述重量范围内，通过语音或指示灯等进行错误提示，提醒服刑人员按规定位置摆放；若放入的器具在在所述重量范围内，认为归还成功，解除所述器具与服刑人员的绑定。
器具清点模块，用于每隔设定时间对器具的当前状态进行清点，生成报表或可视化地图发送至相关预警移动设备；或者
接收移动设备发送的器具状态查看指令，进行清点，根据所有器具的器具信息、当前在器具位上的器具信息和处于使用状态的器具信息生成统计报表或可视化地图发送至所述移动设备。
其中，器具/服刑人员/狱警的定位方法包括RSSI数据库建立阶段和实时定位阶段：
数据库建立阶段包括：
(1)将待定位区域进行划分区块，采集每个区块RSSI和对应坐标值；
(2)采用K-means对每个区块的RSSI值进行聚类，划分为K个参考区域，聚类中心即为参考点，记录下该位置的RSSI值和坐标值，放置RFID标签以便实时采集，建立初始RSSI数据库,采集的数据记为：RPi＝{(xi,yi),RSSIi}，其中，RPi表示第i个参考点，(xi,yi)表示第i个参考点的地理位置坐标，RSSIi表示第i个参考点的RSSI值。
实时定位阶段包括：
(3)接收对指定器具/服刑人员/狱警的实时定位请求，在每次实时定位前，均对参考点执行有效性检测：
对于每个参考点：采集参考点的当前RSSI值，将其与数据库中该参考点的RSSI值进行比较，若差值的绝对值小于设定阈值，则判断当前数据库中该参考点有效，执行步骤(4)，否则，针对该参考点对应的参考区域重新采集RSSI值，更新数据库；
(4)将指定器具/服刑人员/狱警对应的标签的RSSI值与数据库中的RSSI值进行比对，选取欧氏距离最小的k个RSSI值进行加权计算出指定器具/服刑人员/狱警的位置：
其中，Di＝||RSSI-RSSIi||表示待定位标签与第i个参考点的欧氏距离。
本实施例采用称重传感器区分不同的器具种类，通过外部标记区分同类器具的每个个体，服刑人员取用器具后，通过称重传感器和成像设备就能够唯一确定器具的标识信息，继而基于RFID定位方法对该器具进行位置的实时监测，实现了器具的全过程追踪和管理，能够有效避免非法使用情况的发生。当器具被归还时，根据器具类别放到指定器具位即可，系统根据重量判断是否属于该类。
实施例二
基于实施例一的系统，本实施例的目的是提供一种基于无线定位的监所物品管理方法，器具、服刑人员和狱警均配备RFID电子标签，同类器具采用不同的外部标记进行区分，预先存储器具位与器具类别、称重传感器和成像设备的对应关系，所述方法包括：
当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；
采用基于RFID的定位方法获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；
将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定；
监测所述器具的使用状态：
(1)若所述器具的属性信息为工作台面器具
实时获取所述器具的当前所在位置；
以器具被拿起时的位置为初始位置，当器具与初始位置的距离超过设定值时，进行告警，同时获取与所述器具当前位置距离最近的一个或多个狱警信息，或负责该区域的一个或多个狱警信息，将告警信息发送至相应的一个或多个移动设备。
(2)若所述器具的属性信息为当天需归还的器具或使用频率较低的器具
每隔设定时间间隔获取所述器具和工作人员的当前所在位置，生成所述器具和服刑人员的移动轨迹，以此来判断服刑人员是否在规定的范围内进行劳动；
当距离归还时间的时间间隔小于设定阈值时，通过可穿戴设备提醒所述服刑人员归还器具。
以上一个或多个实施例具有以下技术效果：
通过RFID标签实现了监所器具借还的计算机管理；
为每个器具位设置称重传感器和相应的成像设备，通过预先存储器具位和器具类型、称重传感器、成像设备的映射关系，器具个体和外部标记的映射关系，在器具被拿起时，识别称重传感器感测数据发生变化的器具位，向相应成像设备发送成像指令，对图像进行外部标记的识别，从而实现了器具的唯一确定，然后基于无线定位技术将该器具与距离最近的服刑人员绑定，继而实时监测该器具和服刑人员的动态，实现了器具和服刑人员的自动绑定。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，包括：与器具、服刑人员和狱警相对应的RFID电子标签、RFID电子标签阅读器和服务器；
RFID阅读器将识别到的电子标签信息通过串口传输给ZigBee终端节点；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给服务器；
其中，所述服务器包括：
器具管理模块，存储每个器具的标识信息和外部标记信息，所述外部标记信息用于区分同类器具；
器具位管理模块，管理每个器具位的位置信息，每个器具位所对应的器具标识信息，以及设置的称重传感器和成像设备的标识信息；
器具状态管理模块，被配置为：
当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；
器具状态管理模块，还被配置为：
监测所述器具的使用状态；所述器具的属性信息包括使用范围限定条件，实时获取所述器具的当前所在位置；以器具被拿起时的位置为初始位置，当器具与初始位置的距离超过设定值时，进行报警，同时将报警信息发送至狱警所持移动设备；所述器具的属性信息包括归还时间限定条件，每隔设定时间间隔获取所述器具和服刑人员的当前所在位置，生成所述器具和服刑人员的移动轨迹，判断器具和服刑人员是否均在规定范围内劳动，若有其一不在规定范围内，进行报警；当距离归还时间的时间间隔小于设定阈值时，通过可穿戴设备提醒所述服刑人员归还器具；
器具状态管理模块，还被配置为：
当器具被放入器具位时，所述器具位相应的称重传感器感测该器具重量，从器具管理模块获取该器具位相应器具的重量范围，若放入的器具不在所述重量范围内，进行错误提示，提醒服刑人员按规定位置摆放；若放入的器具在所述重量范围内，认为归还成功，解除所述器具与服刑人员的绑定；采用基于RFID的定位方法获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；
将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定。
2.如权利要求1所述的一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，所述器具管理模块还存储器具属性信息，所述属性信息包括：使用范围限定条件和/或归还时间限定条件。
3.如权利要求1所述的一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，所述服务器还包括设备管理模块，用于管理与服务器建立通信连接的服刑人员可穿戴设备和狱警所持移动设备信息。
4.如权利要求1所述的一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，进行报警时，同时采用基于RFID的定位方法获取狱警的当前所在位置，将报警信息发送至距离最近的狱警所持移动设备。
5.如权利要求1所述的一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，所述服务器还包括：器具清点模块，用于每隔设定时间，或响应于狱警移动设备的请求，对器具的当前状态进行清点。
6.如权利要求1所述的一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，所述服务器还包括：用户管理模块，用于存储狱警和服刑人员的身份信息，以及权限信息。
7.如权利要求1所述的一种基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，所述基于RFID的定位方法为：
将待定位区域进行划分区块，采集每个区块RSSI和对应坐标值；
采用K-means对每个区块的RSSI值进行聚类，划分为K个参考区域，聚类中心即为参考点，记录下该参考点位置的RSSI值和坐标值，放置RFID标签以便实时采集，建立RSSI数据库；
接收对指定器具/服刑人员/狱警的实时定位请求，在每次实时定位前，均对参考点执行有效性检测；
将指定器具/服刑人员/狱警对应的RFID电子标签的RSSI值与数据库中的RSSI值进行比对，计算指定器具/服刑人员/狱警的位置。
8.一种基于无线定位的监所物品管理方法，基于权利要求1-7任一项权利要求所述的基于无线定位的监所物品管理系统，其特征在于，器具、服刑人员和狱警均配备RFID电子标签，并预先存储器具位与器具类别、称重传感器和成像设备的对应关系，同类器具采用不同的外部标记进行区分，所述方法包括：
当器具被拿起时，获取称重传感器发生变化的器具位，向所述器具位相应的成像设备发送图像拍摄指令，接收成像设备发送的图像并进行外部标记的识别，根据外部标记确定该器具的标识信息；
采用基于RFID的定位方法获取所述器具的位置，以及房间内服刑人员的位置；
将所述器具与距离最近的服刑人员身份进行绑定；
监测所述器具的使用状态。
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