一、系統概述
1.1建設背景
監獄是國家的刑罰執行機關。大量罪犯的集中關押使得監獄必須具備較高的安全管理能力才能有效保障刑罰的順利執行，安全是監獄管理的首要目標。縱觀罪犯的刑罰執行過程，讓罪犯接受習藝教育是完成對罪犯教育改造的一個重要環節。在習藝過程中由于必須使用到各種各樣的勞動工具，同時罪犯也有相對較為寬松的活動空間，因此對勞動工具的安全管理也是監獄整體安全管理體系中的重中之重。
罪犯在習藝中需要使用到各種各樣的勞動工具不但可以用于正常的習藝教育，也可以被個別罪犯當作脫逃、自殺、自殘、侵害他人的工具來使用。因此對于勞動工具的嚴格管理是保證習藝安全的基本要素。為了確保工具的嚴格管理，監獄對于工具登記、使用、清點有著嚴格、細致的管理規定。然而傳統管理模式是單純依靠人工來完成的模式，當操作人員受到主觀或客觀因素的影響時就無法保證管理過程的嚴謹和規范，也無法保證管理的有效性。因此，必須在人工管理的模式中引入信息化管理手段，將管理流程和目標以信息化的方式固定下來，使管理模式從單純的人工管理轉變為用技術手段輔助人工實現管理目標的新模式，從而確保管理的有效性。
1.2管理現狀分析
1)分類管理
勞動工具分為非固化工具和固化工具兩種。固化工具是指罪犯在正常的習藝勞動中經常用到且發放后不會每日收回的工具。固化工具一般有：剪刀、斜口鉗、攝子、螺絲刀等。非固化工具一般只用于勞動設備及廠房設備的養護管理，包括：梯子、扳手、測電筆等。
2)工具領用
固化工具一般采用按工位（或小組）領用，由該工位或小組罪犯定點存放和使用。從事輕工產品加工且每名罪犯有相對固定工位的車間還會要求將工具通過金屬鏈固定在工位上。固化工具一般僅在工具報廢時才會收回。
非固化工具采用隨用隨領的方法，平時工具由民警存放在指定的工具柜內。需用時，罪犯辦理領用登記手續。在每次收工前，非固化工具應交還民警。
目前，工具的領用多依靠人工記錄來管理，操作過程繁瑣給民警工作帶來了不小的影響。
3)清點管理
根據監獄的管理規定，每次習藝結束后需要由民警對固化工具的數量進行清點及時發現工具缺失的情況。同時，在習藝期間如需要使用非固化工具則需要進行領取登記，登記借出工具的名稱。當使用結束后還需要及時將借出工具登記歸還。同時，每次習藝結束后也需要對非固化工具的數量進行清點。
目前工具清點過程無法記錄，只能由民警將清點的結果記錄在工具清點登記表上。當需要借出非固化工具時，民警需要在非固化工具借用登記簿上登記借用時間、工具名稱等信息。歸還時，民警再記錄歸還時間。
可以看出，大量的人工操作不僅增加了民警的工作負擔也使得管理結果受主觀影響較大難以達到監獄嚴格管理的要求。
基于上述分析可以看出，工具難以管理的根本在于管理方式落后和管理手段的不足，因此在系統功能的設計上應重點考慮。
1.3重點功能需求分析
系統針對工具在收發、使用和清點的過程中，以管理便捷、防盜為主要目標提供一系列智能化管理功能，保證工具始終處于嚴格的監管之下：
1)便捷的收發管理
系統應在工具收發時提供便捷的操作方式，使民警可以快速將工具發放下去，同時，系統提供有效的發放記錄，便于民警的查詢和管理。
2)智能化的防盜管理
系統應能自動對工具進行防丟管理，防止工具被私自被私自帶出習藝區域。
3)高效的清點管理
系統能夠提供高效的清點管理方式，在盡可能不增加民警工作量的情況下提供準確的清點結果。
二、建設目標
本次項目擬建設一套勞動工具管理系統，并通過本系統與人工管理的結合實現嚴格的勞動工具管理。系統從勞動工具的發放至工具的回收，提供全流程的管理方案。同時，方案重點針對工具數量多、分布較為分散的實際給出智能化的管理方法，有效防范工具丟失的情況發生。系統通過降低管理過程中的人工參與，在減輕民警工作負擔的情況下實現工具的嚴格管理。
本系統的建設目標具體有：
1)提供信息化的工具領用、回收管理；
2)對工具實施分類管理；
3)在習藝期間對工具進行在線識別管理，防止工具被私自帶離；
4)以技術方法降低工具清點的難度，使一天多次清點成為可能；
三、系統功能
3.1新增工具
當監區收到新工具后，對工具進行分類為固化工具和非固化工具。每件非固化工具加裝有源工具標簽。有源工具標簽通過鋼絲繩與工具進行綁定（部分工具需要穿孔后方可綁定標簽）。民警通過電腦客戶端上將設備逐件登記到系統中備用。
3.2工具發出
1、固化工具發放
民警從備用工具中取出一件，在電腦客戶端上將該工具信息與固化工具管理終端進行綁定。每個工位上都固定安裝有固化工具管理終端，每個固化工具管理終端上有6個端口，可將最多6件工具綁定在一臺管理終端上。民警使用固化工具管理終端自帶的鋼絲引線將工具與固化工具管理終端綁定在一起。綁定完成后，民警可在工具清點手持終端上或電腦客戶端上啟用該固化工具管理終端。
2、非固化工具借出
罪犯領用非固化工具時，民警可以在工具清點手持終端、電腦客戶端上完成相應的借出管理工作。
1）工具清點手持終端管理模式
工具清點手持終端內內置讀卡器，民警可通過工具清點手持終端讀取工具標簽和罪犯腕帶，確認后再刷民警完成非固化工具的借出。
2）電腦客戶端管理模式
如使用電腦客戶端，則民警可以將工具拿至值班臺，民警通過電腦連接的發卡器分別讀取工具標簽、罪犯腕帶以及民警卡完成非固化工具的借出登記。
3.3工具收回或報廢
1、固化工具的報廢管理
如果某工位的工具需要更換時，民警可在工具清點手持終端或電腦客戶端上停用該固化工具管理終端，停用時需要選擇停用原因（工具換新）。當民警斷開舊工具的鋼絲繩后，固化工具管理終端自動發送相應端口報警信號，系統自動根據該端口綁定的設備登記報廢工具。民警到工位上取下舊工具，并將新工具再通過固化工具管理終端上的鋼絲引線固定在工臺之上。最后可通過工具清點手持終端或電腦客戶端啟用該工位的固化工具管理終端。
2、固化工具的收回管理
如工位不再需要某件固化工具時，民警應及時收回。民警可在工具清點手持終端或電腦客戶端上停用該固化工具管理終端，停用時需要選擇停用原因（工具收回）。當民警斷開舊工具的鋼絲繩后，固化工具管理終端自動發送相應端口報警信號，系統根據該端口綁定的工具信息自動完成工具收回登記。
3、非固化工具的報廢管理
非固化工具損壞后，民警可通過工具清點手持終端或電腦客戶端讀取工具標簽并刷民警卡完成工具報廢管理。
4、非固化工具的收回管理
罪犯將工具交還民警，民警可通過工具清點手持終端或電腦客戶端讀到工具標簽、讀取罪犯腕帶后，系統驗證該工具的借用人與歸還人是否為同一人，如非同一人，則立即顯示提示信息。信息核對無誤后，刷民警卡完成工具收回管理。
3.4工間管理
1、自動清點
工具標簽能夠定時自動向無線定位基站進行無線通信，系統實時檢測標簽的在線狀態以實施高頻次的自動清點。清點結果即時顯示在電腦客戶端和手持終端上；
2、人工遠距離清點
民警可使用工具清點手持終端對所有在用工具進行清點。每個工具標簽與固化工具管理終端都能夠定時發出無線信號。民警人工清點時，持工具清點手持終端靠近每個工位，工具清點手持終端自動接收周邊一定范圍內工具發出的無線信號并根據信號內容登記已點到工具信息。工具清點手持終端上實時顯示應點、已點、未點工具數量，如結果有差異，可在工具清點手持終端上查看未點到工具的具體工位信息。如全部在用工具均已點到，民警在電腦客戶端上刷卡確認清點結果；
3、人工接觸式清點
每個工具標簽和固化工具管理終端內都有識別芯片，當民警需要逐件清查時，可通過工具清點手持終端在靠近指定標簽和固化工具管理終端的情況下讀取信息，系統自動根據讀取的信息完成工具清點記錄。清點結束后，民警也需要在電腦客戶端上刷卡確認清點結果；
4、單件工具查詢
民警在巡視過程中可隨時用手持終端識別任一工具并查詢該工具的保管責任人；
5、工具的防盜報警
在剪斷固化工具綁定的鋼絲繩后，系統立即發出報警提示。非固化工具則在遠離習藝區后，系統能夠及時發現工具標簽處于非在線狀態并立即發出報警提示。報警提示將直接推送至本監區的電腦客戶端以及指揮中心客戶端上。
6、標簽損壞報警
如罪犯破壞工具標簽或固化工具管理終端，系統可通過在線狀態偵測及時發現設備損壞并發出報警。
7、固化工具管理終端私拆報警
固化工具管理終端固定安裝在工臺之上，如罪犯將固化工具管理終端私自拆下后，固化工具管理終端立即發出報警。
8、低電自檢報警
固化工具管理終端與工具標簽內含電池，如果電池電壓持續低于預警值時，系統立即發出報警；
9、工具使用情況統計
民警可通過客戶端軟件查看到當前非固化工具和固化工具的使用情況。
10、非固化工具歸還提醒
每天收工前，監區客戶端會定時提示民警收回當前外借的非固化工具，同時提示借用人的信息。
3.5管理流程圖
3.5.1非固化工具管理流程圖

3.5.2固化工具管理流程圖

四、實現原理
4.1系統組成
1、固化工具管理終端：專門管理工位上的固定工具，內嵌有無線通訊模塊與上層通訊。固化工具管理終端一般固定在工位上，從固化工具管理終端可引出6根鋼絲繩綁定工具。在系統中將工具綁定后，鋼絲繩被破壞時固化工具管理終端會上傳斷帶信息，再由系統發出報警提示。
2、非固化工具標簽：專為非固化工具管理而設計的射頻標簽。標簽上內置射頻識別芯片可實現系統對綁定工具的遠距離識別。標簽上自帶防拆鋼絲環可以很方便地將標簽固定在工具上。在系統中將工具綁定后，當罪犯剪斷標簽上的防拆鋼絲時會上傳斷帶信息，系統能夠自動發出報警信號。
3、無線定位基站：主要通過與工具標簽的主動式雙向通信實現對工具的自動清點。
4、工具清點手持終端：終端能夠自動識別周圍一定范圍內的工具標簽并將信息實時上傳至無線定位基站。同時，終端以無線方式與系統保持清點結果的同步，可以隨時查看清點結果。另外，該手持終端還可拓展應用于人員點名的管理。
5、服務器及系統軟件：主要用于工具管理的后端數據計算、分析和存儲。
4.2系統結構示意圖

4.3技術路線
4.3.1勞動工具的智能化識別
1、識別方式的選擇
目前常用于工具識別管理的方法分為兩類：一類是將紙質的條碼（或二維碼）以貼附或掛件的方式與工具進行綁定。另一類是將電子標簽與工具進行綁定。而電子標簽識別方式又可分為無源（無電源）識別和有源識別兩種方式。
1）條碼、二維碼識別方式
條碼和二維碼能夠通過粘附紙質標簽實現對工具的識別。但此種方式由于易被污損、經常要更換標簽、掃碼清點時對操作過程有較高要求、無法防盜等問題而不適用于監獄工具管理。
條碼管理的方式存在諸多不足，目前已被逐步被淘汰。而監獄工具管理通常采用更為可靠的電子標簽方式。
2）無源電子標簽識別方式
無源電子標簽方式較條碼方式的最大優勢在于電子標簽不易被污損，不會因表面有污漬而影響識別效率，也不會因磨損和遇水導致標簽損壞。
無源電子標簽識別方式下，民警使用手持終端靠近每個標簽就可以讀取工具信息完成清點，操作難度相對于紙質標簽有了大幅下降。但單純的無源電子標簽由于識別距離極短，因此無法實時防范工具被私自帶出習藝區。同時，罪犯私拆標簽、惡意破壞標簽等行為。
3）單純有源電子標簽識別方式
有源電子標簽與無源標簽的最大不同在于其內部增加了電源以及通信管理模塊，能以極低的能耗與遠端的基站設備進行通信，從而使識別距離大大增加從而在人工清點時不必逐件拿起靠近識別。同時，有源電子標簽因具備與基站的雙向主動通信，一方面可以實現對工具進行自動化的清點，另一方面也可以有效防范工具被私自帶出習藝區。
4）本系統使用的融合識別方式
無源識別方式由于識別距離極短，因此可以進行單件工具的收發登記和單件清點。而有源識別方式的識別距離很長，一次可對周圍多件工具進行識別，適合于批量工具清點。為了結合兩種技術的優點，本系統特將無源、有源兩種識別方案集于一身，從而可以針對不同使用需求提供更適合的應用方案。
4.3.2無線通信技術方案選擇
由于本系統需要基于無線射頻識別技術完成各項智能化管理，因此技術方案的選擇將直接影響到管理結果的準確性和系統的可用性。
1、無線識別的安全性
無線識別的基礎是無線通信網絡的構建。監獄出于信息安全的考慮，必須要保證無線網絡的建設和無線信息的傳遞不會泄密。而常規的WIFI通訊、ZIGBEE通訊等室內無線通訊技術由于其通訊協議均要符合國際標準協議規范，因此無法從根本上確保信息的安全。由于通訊協議的標準化，更有可能讓別有用心的人侵入監獄網絡造成信息安全事故。
為了規避上述風險，本方案將通過定制私密通信協議的方式實現安全的無線通訊，使得無線信號即使被竊聽也無法解析出具體內容。并且系統通過無線網絡傳遞的信息僅為電子標簽的ID號，更進一步保證了監獄的信息安全。
特殊無線通信頻段以及秘密通信協議的組合，使外界無法通過無線接入的方式侵入內網，為保證監獄的信息安全提供了有效的保障。
2、無線識別的準確性
無線識別的準確性直接關系著系統的可用性。因此本方案在有源射頻通信的技術的基礎上通過融入獨有的通信策略，使大量工具在較小范圍內被100%準確識別成為可能。此技術已被大量應用于人員管理，可滿足單系統10000人以上的識別需要，其準確性能夠得到保障。
4.3.3主要功能的實現方式
1、習藝工具在系統內的維一綁定
本方案使用定制的工具專用有源工具標簽與非固化工具實現一對一的綁定。通過固化工具管理終端上的端口與固化工具實現一對一的綁定。每個標簽和固化工具管理終端都具有系統內的唯一ID號，從而可以將該ID號與指定工具信息綁定實現習藝工具的信息化。
2、多種智能化工具識別方式
1）通過基站實現對習藝工具的自動識別
有源工具標簽及固化工具管理終端會不斷向無線定位基站發送無線信號。無線信號中包含了標簽的ID號，系統通過標簽ID可以關聯綁定的工具信息，從而實現了對工具的自動識別。
2）通過工具清點手持終端實現對習藝工具的遠距離識別
當手持終端與有源工具標簽或固化工具管理終端處于識別距離以內（約1米以內）時，有源工具標簽及固化工具管理終端發出的無線信號也可被手持終端接收到，手持終端可以通過無線信號中的ID號自動識別出綁定工具的信息，從而使手持終端可以在一定距離內不接觸標簽或固化工具管理終端也能識別工具。遠距離識別模式下，工具清點手持終端可以連續接收一定距離內的多個標簽發出的信號，可以用于快速對多件工具的清點。
3）通過手持終端實現對指定習藝工具的近距離識別
手持終端還支持對指定習藝工具的近距離感應識別。使用時將工具清點手持終端的讀卡區貼近指定工具標簽或固化工具管理終端后，工具清點手持終端也可以讀取相應標簽和固化工具管理終端的ID并通過ID識別指定工具。此模式適用于人工逐件清點或民警快速查詢某件特定工具的信息。
3、設備狀態的自主檢測
當有源工具標簽或固化工具管理終端損壞后無法發送無線信號。系統在一定時間內接收不到無線信號后即可識別出設備損壞并根據未收到信號的設備ID發出提示報警。
4、工具防盜報警實現
1）非固化工具防盜報警的實現
非固化工具的有源工具標簽定時向系統發回無線信號，如將工具帶離習藝區，則系統將無法持續接收到有源工具標簽的信號，從而自動發出無線報警信號。
同時，有源工具標簽會自動檢測綁定工具的鋼絲繩是否斷開，如斷開則標簽立即發出無線報警信號。
2）固化工具防盜報警的實現
固化工具由鋼絲繩與固化工具管理終端連接在一起，固化工具管理終端會自動檢測鋼絲的通斷狀態，如鋼絲斷開，固化工具管理終端立即發出無線報警信號。
固化工具管理終端內安裝有防拆模塊，當罪犯私自拆下固化工具管理終端后，固化工具管理終端自動發出無線報警信號。
五、設備一般性部署規則
1、固化工具管理終端：按工臺數量配置，每個終端最多可以綁定6件固化工具。
2、有源工具標簽：按非固化工具數量配置，每個標簽綁定1件非固化工具。
3、無線定位基站：按習藝廠房的尺寸和建筑布局而定，可靠通信距離20米。
4、工具清點手持終端：每監區2臺。
5、POE交換機：視基站連線距離和數量進行配置。與基站連線距離不大于100米。
6、服務器及軟件：安裝在監獄機房內，通過局域網與前端無線定位基站連接。
7、讀卡器：每監區配備1臺。主要用于工具信息、罪犯信息、民警信息的刷卡采集。
8、電腦客戶端：可使用現有監區現有電腦即可。
六、系統建設效益分析
本系統以解決監獄當前工具管理難為前提，針對現行管理模式下的過程繁瑣、操作復雜、效率低下等問題通過信息化手段提出了解決方案。預期系統建設后，將為監獄管理帶來如下效益：
一是嚴格工具管理制度。工具管理的難點是操作過程過于復雜、管理效率低下。在當前警力不足的情況下，以人為主的管理方式使得制度無法得到嚴格執行。本系統通過智能化的管理功能將對工具從發至收的全過程進行了嚴格管理，將民警從繁瑣的操作中解放出來，使得工具嚴格管理成為可能。
二是提升異常情況的發現能力。工具管理的目的是發現異常。而傳統的管理模式下民警無法及時獲知異常，更無法預知異常風險。本系統通過一系列智能化的管理功能使民警可以有更多的精力關注到違規行為及違規人員的處置中，從而進一步突顯出管理的根本目的。
三是有效提升民警的警務效能。民警是確保工具管理效果的核心。系統通過減輕民警工作負擔，使得民警能夠及時發現和參與到異常情況的處置中，大大提升了民警的執法效能。同時系統通過巡點合一、人工清點與自動清點的結果比對等功能，進一步體現出技防與人防的結合，從而提升獄內警務效能。
七、主要設備選型
1、固化工具管理終端
品牌：榮飛
型號：RF-RS002F-TB400A

功能性參數：
1)實時狀態自檢及上報（周期1Hz）；
2)單終端可管理工具件數不低于6件；
3)每端口使用鋼絲繩綁定1件工具；
4)支持通過手持終端對單個終端進行識別和清點；
5)支持1~3米內的有源點名；
6)6路斷帶報警，斷帶計數；
7)支持低電報警；
8)支持防拆卸報警；
性能參數
1)無線通信頻段：
2)發射功率：+4dbm
3)發射速率：1Mbps
4)接收靈敏度：-91dBm
5)工具綁定通道：6個
6)電池容量：1950mAh
7)連續工作時間：5年
8)綁定鋼絲強度：承受拉力不低于1000N
9)工作溫度：-20℃～60℃
10)尺寸：67*48*21mm
2、非固化工具標簽
品牌：榮飛
型號：RF-RS002F-TG400A

功能性參數：
1)實時狀態自檢及上報（周期1Hz）；
2)每標簽使用鋼絲繩綁定1件工具；
3)支持通過手持終端對單個標簽進行識別和清點；
4)支持1~3米內的有源點名；
5)支持斷帶報警，斷帶計數；
6)支持低電報警；
性能參數：
1)無線通信頻段：
2)發射功率：+4dbm
3)發射速率：1Mbps
4)接收靈敏度：-91dBm
5)工具綁定通道：1
6)電池容量：450mAh
7)連續工作時間：2年
8)防護等級：IPX5
9)綁定鋼絲強度：承受拉力不低于1000N
10)工作溫度：-20℃～60℃
11)尺寸：40*31*11mm
3、工具清點手持終端
品牌：榮飛
型號：RF-HTT410A

功能性參數：
1)工具手動清點
2)與服務器同步信息
3)固化工具管理終端管理（啟停、報廢、回收）
4)非固化工具發放和回收管理
5)非固化工具報廢管理
6)單個工具信息查詢功能
7)工具尋找功能
性能參數：
1)顯示屏：5寸IPS高清屏，分辨率720*1280
2)觸控屏：康寧大猩猩工業級多點觸控電容屏
3)擴展插槽：1個sim卡槽，2個PSAM卡槽，1個Micro SD(TF)卡槽
4)音頻：支持語音播報
5)指示燈：網絡指示燈，充電指示燈
6)鍵盤：掃描鍵、功能鍵
7)CPU：四核64位Coretex-A53，主頻1.3GHz
8)內存容量：RAM：2GB  ROM：16GB
9)操作系統：Android 7.0
10)擴展內存：最大支持128GB Micro SD卡
11)整機防護等級：IP65
12)操作溫度：-20℃～50℃
13)存儲溫度：-20℃～70℃
14)相對濕度：5%～95%不凝結
15)電池容量：4500mAh鋰聚合物電池
16)充電時間：約4.5小時
17)平均連續工作時間：12小時
18)工作通信頻率：
19)可靠通信距離：50m（視距無遮擋）
20)識別效率：不低于200張/秒
21)整機尺寸：170×85×23±2mm
22)整機重量：<500g
4、無線定位基站
品牌：榮飛
型號：RF-RS002F-CS400A

性能參數：
1)無線通信頻段：
2)通訊協議：自定義通信協議（非WiFi/BlueTooth/ZigBee標準協議）
3)數據接口：RJ45
4)電源接口：DC 48V，POE供電
5)工作功率：2.5W
6)防護等級：IP56
7)可靠通信距離：視距50m