基于物联网的警犬信息管理系统*

吴世彤，仉嘉岐，李泽宇

（哈尔滨理工大学 计算机科学与技术学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

许多国家都在大力建立和发展警犬技术，其广泛用于侦查破案、治安防范、安全保卫等诸多领域。据不完全统计，我国公安、军队、武警、海关等系统警犬总数已超过万头，从业人员数万人[1]。警犬的使用范围更加广泛，警犬的独特作用更加突出，因此警犬队伍的完善变得尤为重要[2]。

现今，信息化技术手段已经应用于诸多领域，警犬队伍的建设与管理也不例外地发生了变化与发展。如果将先进的技术引入到警犬信息管理中，就可以有效缓解或者解决现存警犬使用信息变动不及时、信息来源迟缓且质量不高、工作效率低、资源浪费严重等一系列问题。因此，信息化对于警犬队伍的建设与使用意义重大[3]。随着全国警犬技术工作飞速发展，警犬数量与日俱增，警犬信息管理也越来越重要，就需更高效、更智能的管理手段[4]。

物联网技术通过各种通信设备，将任何物体与网络相连接，形成人、物互联和物、物相联，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能[5]。物联网技术的发展为警犬信息管理带来新的机遇，可以为警犬的管理和实战提供更好的服务，这对于警犬队伍的建设起到了很好的推进作用。

针对以上问题分析，文章设计了基于物联网的警犬信息管理系统，将物联网技术引入到警犬信息管理系统的设计和实现中。硬件设计实现了警犬生物芯片采集器，将获取到的生物芯片信息加密处理后传输至管理APP，实现警犬身份的快速识别。同时将获取的有价值数据，实时导出到警犬档案数据信息综合平台中。系统的实现是通过物联网技术，提高了警犬档案信息化技术的管理水平，为管理层提供一种实时了解、掌控犬群情况，实时调度、调配警力，查补薄弱环节、防范警力真空的沟通与指挥手段，以加强警犬档案资源的统筹管理、信息共享与数据分析建设，提升民警工作效率与效能。

1 整体结构

1.1 系统整体结构设计

本系统由警犬身份采集终端（警犬生物芯片扫描仪）、警犬档案综合管理系统和警犬档案管理APP 三部分组成。警犬身份采集终端通过供电电池与磁感线圈获取生物芯片的电磁数据，并通过集成控制板将电磁数据转化成数字数据，加密后通过参数芯片与数据线将数据传输至手机端APP 中。在APP 端，用户可以使用生物芯片扫描仪通过OTG（ON-THE-GO）技术与警犬档案综合管理APP 连接采集的生物芯片信息，依据此信息访问服务器从而实时更新自己警犬的相关信息，同时将修改后的数据上传到服务器，实现远程办公。服务器端存放警犬相关信息，同时提供图形化界面可以完成信息管理的各种操作。服务器端不仅提供用户管理功能，而且提供了手机端的数据访问和业务办理。系统组成图如图1 所示。

图1 系统组成图

1.2 系统工作流程

首先利用扫描仪扫描警犬的生物芯片，读取警犬皮下生物芯片信息，并将其转换成数字信息，再将该信息进行数据标准格式转换并传输入手机端APP，手机端APP可以完成通信、解密、记录存储等操作，并与警犬档案管理服务端交互数据，实时掌握警犬档案信息，同时可以上传警犬最新情况，更新档案数据。

2 系统硬件设计

警犬生物芯片扫码器主要功能是通过供电电池与磁感线圈获取生物芯片电磁数据，并通过集成控制板将电磁数据转化成数字数据。并通过数据线将加密后的芯片参数数据传输至手机端APP 应用中，警犬生物芯片扫码器硬件结构图如图2 所示。系统硬件部分包括警犬生物芯片、134.2kHz RFID 读卡器，其中RFID 读卡器内部包括了内置天线、RFID 解码模块、控制器模块、电源管理模块和HID 串口转换模块。

2.1 警犬生物芯片

本系统的警犬生物芯片采用2×12mm 只读式玻璃管注射无源标签，工作频率134.2kHz。该类标签体积小，易隐蔽，符合ISO11784/11785 标准，内存采用512bit EEPROM。标签封装在生物相容性的玻璃中，使得它可以长时间存在于警犬的皮下组织中而不会对警犬造成任何影响。同时考虑到警犬高运动强度的工作特性，考虑在玻璃管表面选涂聚对二甲苯涂层以改善和加速组织粘连，防止植入的标签在皮下移动。该标签化学稳定性好、使用寿命长。只要读卡器天线靠近动物植入点，就可以读取此电子标签的EEPROM 中的信息。

2.2 内置天线

内置天线是读卡器和警犬生物芯片进行通信的桥梁和纽带，生物芯片的信息需经过内置天线传递到RFID 解码模块，内置天线的性能很大程度上决定了读卡器的识读率、识读距离和速度。因此为提高RFID 读卡器的通用性，可以通过一个天线识别两个频端的电磁波，本系统考虑将天线进行双频化；同时，为了提高RFID 读卡器的使用便捷程度，无需使标签与读卡器内置实体天线平行就有良好的适度效果，本系统考虑将天线进行圆极化。

RFID 读卡器天线的极化方向是影响识读率的重要因素，按照能量模式划分，读卡器天线有线极化、椭圆极化和圆极化3 种极化方向。图3 给出了3 种极化方向的示意图。每种极化方向是根据天线发射无线射频能量的形状，线极化天线发出的电磁波是线性的，具有单方向的电磁场；而圆极化天线发出的电磁波是圆形螺旋式的，具有多方向电磁场。

考虑到在使用警犬生物芯片扫描仪时，扫描仪与生物芯片的距离较近而且要求扫描仪能够在不与生物芯片平行的情况下读出稳定的数据，所以本系统舍弃方向性较强、识读宽度较窄、识读距离较远的线极化天线，采用方向性较弱、识读空间宽、但识读距离较近的圆极化天线。

2.3 RFID 解码模块

RFID 解码模块通过内置天线接收玻璃管标签上的射频载波，将载波上的信息进行解码，通过HID 串口转换模块将解码后的警犬信息传送至手机端。

警犬生物芯片扫码器实物硬件方案如图4 所示，其中警犬生物信息扫描仪技术指标如下：

图4 扫码器硬件方案

（1）工作频段：134.2kHz；

（2）协议标准：符合ISO11784/11785 协议标准，支持FDX-B 格式；

（3）可读标签：可以读取 EM4305，Hitag，EM1001，TK4100 等标签；

（4）工作电压：5V，取自连接手机；工作电流：200mA，休眠模式时<1mA；

（5）通信接口：USB HID；

（6）检测距离：扫描仪具有优异的读卡性能，直径30×30mm 天线时，直射式玻璃管标签距离大于4cm。直径65mm×65mm 天线时，直射式玻璃管标签距离大于7cm。并可根据用户设计任意大小形状天线。适合要求高的工业场合，不漏读卡。

3 系统软件设计

警犬信息综合管理平台的软件部分主要包括警犬档案信息管理服务器和警犬档案综合管理APP。其中，警犬档案信息管理服务器采用具有可移植性的面向对象程序设计语言JAVA 进行系统的整体开发，服务器开发基于Spring Boot 开发架构；警犬档案综合管理APP 采用Android 平台，警犬身份采集终端模块采用自主研发的进场数据采集装置，可与Android 平台进行串口通信，数据通信协议符合通信业标准。

软件部分的功能主要是对国内警犬队伍的综合信息进行全面分析，针对业务流程和工作需求给出分析，从而设计总体框图和功能模块图。对警犬的身份、成长、健康、家族、任务等相关信息汇总后进行数字化管理，提取有价值的关联数据，系统主要的功能模块有警犬档案信息管理、警犬生物信息管理、警犬血统信息管理、警犬训练信息管理等。对于警犬的数据信息分类主要包括：警犬基本档案信息、警犬血统信息、警犬变动记录信息等15 项警犬基本信息。本系统的设计与开发旨在通过现代化的互联网与物联网技术提高警犬信息化技术的管理水平。

3.1 警犬档案信息综合管理系统

警犬档案信息综合管理系统在物联网架构中的服务端部分，主要是对警犬的档案、生长发育、变更、病史、免疫、训练考核、种犬繁殖、警犬血统等相关信息进行查询/添加/审核/删除/修改等操作，同时提供用户管理和支持手机端的数据访问业务。服务器端Demo 界面设计图如图5 所示。

图5 警犬档案信息综合管理系统设计图

3.2 警犬档案管理APP

警犬档案管理APP 是运行在手机端的软件部分，它通过数据线来读取生物芯片采集器采集到的生物芯片信息，根据此信息向服务器发送检索请求，获取警犬其他相关信息并展示在APP 界面，使用人员可以实时掌警犬信息。根据需求分析，APP 主要实现的功能流程如下：

APP 通过OTG（ON-THE-GO）线连接生物芯片采集终端，生物芯片采集终端可以采集警犬皮下生物芯片并将所采集的信息转换成数字信息，发送到手机端。APP将该信息转换成数据标准格式，封装后发向服务器，获取服务器端所存储的对应犬类信息，例如警犬档案、警犬生长发育、警犬变更、警犬免疫与疾病、警犬考核、警犬繁育、警犬血统等，分类展示在手机页面，手机端APP Demo 设计图如图6 所示。

图6 手机端APP 页面设计图

4 结束语

本系统将物联网技术引入警犬信息管理中，实现警犬信息共享和实时更新，解决了现有低效的纸制化上报方式和信息获取与更新的诸多问题，提高了警犬信息的管理水平；手机端APP 和生物扫描仪的设计方案，将扫描到的警犬信息自动录入，替代了传统的人工读取信息的方式，提高基层使用者的工作效率；采用Spring Boot开发架构，建立高效、可靠的服务器档案信息系统，满足信息管理和存储的需求。