基于物联网的智慧监狱建设方案应用探索

林永民，马腾飞，陈 琳

(1.华北理工大学 管理学院，河北 唐山 063210；2.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063210)

物联网技术在智慧监狱的应用仍不够成熟，智慧监狱在建设过程中存在缺乏顶层设计[1]，各地监狱信息化建设程度不一[2]，系统信息集成化不足、信息孤岛严重等问题[3]；在实践应用中目的内容异化、实践滥用[4]，业务衔接不到位、资源投入难以控制[5]，保密安全性不足等问题，很大程度拖慢了智慧监狱在全国普及的进程。近年来我国社会违法犯罪形势和监狱押犯结构出现了新的变化，监狱必须要加快智慧化建设进程，基于物联网技术的智慧监狱建设再一次提上日程[6]。

在智慧监狱建设过程中深度结合物联网技术，可以极大地提高监狱的智能化管理水平[7]。通过研究我国监狱系统安防管理和监管改造两个方面的实际问题，利用物联网技术探索智慧监狱建设方案。

一、监狱安防改造形势严峻

(一)监狱安防风险难以杜绝

自监狱成立以来，罪犯脱逃、自杀等问题一直难以杜绝。2009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，内蒙古呼和浩特、安徽界首以及湖南常德三地的罪犯脱逃案等造成了极其恶劣的社会影响。其中2018年辽宁凌源监狱罪犯脱逃案更是暴露出监狱安防系统信息化进程缓慢的现状已经无法有效应对罪犯越来越疯狂的越狱脱逃等违法犯罪案件。由于各种客观原因，目前各地监狱信息化发展现状如下：1、已经部署的安防视频监控子系统，画面不清晰，也不能及时掌握服刑人员的实时动态及活动轨迹[8]。2、安防包括的门禁、对讲、广播子系统相互独立，不够集成。效率低下，数据利用率低[9]。3、罪犯智能定位点数、视频应急报警在实际应用过程中错误频出[10]。目前监狱信息化程度并不能杜绝恶性事件的发生，监狱干警疲于应对，工作压力越来越大。越来越狡猾的罪犯、越来越严峻的安防形势以及越来越疲惫的监狱干警、越来越孱弱的监狱都迫切要求一个更加智能、更加有效的智慧监狱建成并发挥作用。

(二)监狱监管改造问题频出

监狱作为刑罚执行的国家机关本身就是社会不稳定因素，狱内劳动车间生产安全事故、罪犯在监舍打架斗殴等恶性事件也时有发生。随着押犯结构趋于年轻化、现代化。一方面新的风险因子也不断出现，比如罪犯在狱内非法使用电子设备、对监管人员无端诽谤、罪犯不满足狱内较差的医疗设施、要求更便利的生活购物条件等，这些情况都在一定程度上威胁到了我国监狱监管秩序的稳定。但是一直以来，智慧监狱建设进程缓慢，管理模式落后，疲于应对新的风险，监狱干警压力巨大。如2014年黑龙江省讷河监狱的微信诈骗及2020年全国三个省份5个监狱发生监狱警察和服刑人员多人感染新型冠状病毒等重大事件，舆论一片哗然。为了以后能够更好地应对监狱内外可能发生的监管安全事件，必须加快智慧监狱建成使用。

二、基于物联网的智慧监狱建设架构

监狱监管改造活动本质上是监狱民警对罪犯的生活、学习、生产进行的管理活动，但是随着国际形势和押犯结构出现的新变化、新特点，在监狱管理过程中由监管者、被监管者、自然类、社会类、监狱内部五大类因素相互影响而产生的监狱安全风险也出现了新的变化[11]。这就要求监狱转变传统落后的监管模式，物联网等高新技术的发展成熟使这一切成为了可能。基于物联网技术的智慧监狱建设方案就是通过安装在监狱建筑物、劳动工具等物品及佩戴在罪犯、监狱民警等身体上的各种RFID电子标签和传感器等，收集有效信息，利用网络支撑技术，在监狱内网中使人机相联结[12]，通过物联感知层采集数据，构建智慧监狱应用管理系统，实现对罪犯的智能识别、定位、跟踪、监控和精细化管理。在深入研究物联网技术要素的基础上，结合我国智慧监狱建设的实际需求，构建了基于物联网的智慧监狱建设总体架构模型，如图1所示。

图1 智慧监狱建设架构

智慧监狱建设架构中由感知层、网络层、应用层三部分组成。其中感知层包括数据采集和通信信息处理两个部分。数据采集部分由视频采集器、监听设备、温度及湿度传感器、RFID电子标签(智能手环)、二维码等智能感知设备和电子终端组成，主要功能是对监狱干警、服刑人员、工具等物体的识别及信息的采集。通信与信息处理部分主要功能是将多个传感器通过中间件组成传感器网络，利用协同信息处理技术将数据收集并汇总。电子标签和音视频采集器通过自组织组网同民警电子终端及监控室电脑相连接，并通过短距离传输技术将采集到的异常图像及音频传输到监控室电脑。网络层就是基于M2M规定的人机交互通信协议，通过由监狱内网、无线网(如Bluetooth、Wi-Fi等)、公众移动通信网(如2G、3G)等多种接入网共存的异构无线网络将感知层不同感知终端获取的信息准确安全地传递到大数据信息处理平台，进而由监狱指挥中心对数据进行汇总、分析、指导决策。应用层基于SOA面向服务架构，根据智慧安防和智慧监管改造等多个应用系统的不同需求，在面对监狱内部罪犯越狱打架等紧急事件时SOA架构可以使应用系统高效安全地调用网络层接收到的视频音频等数据信息提供给监狱民警，或者安防应用自动反应报警阻止事态进一步恶化，进而实现对罪犯的智慧化管理。

三、基于物联网的智慧安防管理系统

基于物联网的智慧监狱安防管理建设由以下几部分组成：智慧周界、智慧门禁、智慧监控监听系统、智慧人员识别定位等。在数字监狱的基础上，应用先进的物联网等高新技术优化完善监狱的管理模式，改变传统的以“人防”为主的防范模式，在安防上向智慧“物防”、“技防”侧重，通过感知层感知数据-数据传输分析-指挥中心决策的智能安防模式为监狱干警提供便利的信息化服务，减轻基层干警的压力和负担，最大程度实现监狱智慧化安防管理。

(一)电子屏障：智慧周界系统

周界防范系统是监狱安防管理系统的重中之重，主要承担着防止犯人越狱脱逃、信息泄露、外人非法进入等功能。传统的周界主要由监狱围墙、电网和岗哨组成，只具备最基本的防止罪犯攀爬逃脱的功能。智慧周界的感知层是在通过在监狱围墙上安装传感设备，感知围墙上异常信号，智能识别定位，分析数据，通过网络层向监狱指挥中心报警；还有一种根据地形铺设的传感器，能够可靠且准确地检测定位周界附近的跑步和爬行入侵者；在监狱周界上安装配置高清摄像头和传感器的雷达可以准确地识别并定位外来飞行物，如无人机等外来入侵物。智慧周界不但可以更加严密的防范罪犯越狱，更可以对监狱周围可能出现的潜在危险因素或突发事件精准识别预判，主动报警处置。

(二)精细过滤：智慧门禁系统

监狱门禁系统的功能是对出入监狱大门口的人员、车辆以及其他物品进行严格地识别管理，从而防止罪犯从大门脱逃和违禁品进入狱内。基于物联网的智慧门禁是在监狱大门配置生物识别认证设备，对进出监狱的监狱民警、内部工作人员、外来人员进行“刷卡+人脸识别+指纹识别”等多重身份认证，对数据库里没有录入的人脸第一时间进行识别取证，联动报警，从根本上防止尾随监狱民警出监事件产生。而且还可根据人脸识别统计进出监狱人员的数量，掌握进出监狱人员动态；对出入监狱的车辆车牌进行识别比对，对车上物品进行远红外热成像，将分析图像及数据第一时间传送到指挥中心，可以有效防止罪犯跟车出狱及违禁品非法流入。

(三)实时感知：智慧监控监听系统

传统监狱监控是一种被动安防模式，其主要功能是实时调阅视频或回放历史录像，用来调查特殊事件过程或者证据保全。通过物联网技术把高清摄像球机和电脑联结起来，再利用视频智能分析技术对画面进行实时处理，实现了监控管理方式由被动到主动的转变。通过24小时不间断地对监狱活动广场、监舍等重点区域进行无死角监测，自动发现监控画面中的异常情况，第一时间联动报警，从而能够更加有效的协助监狱民警发现危机，提升应急突发事件响应效率。常见的异常情况有：入侵监测-在摄像头监控的视野中，当有一个移动物体(人或车辆)在警戒范围内移动时，警报被触发，移动目标被标记；人员徘徊监测-在摄像头监控视野中，如果人员或车辆在某个区域长时间徘徊逗留，将自动触发报警，徘徊人员或车辆被标记；打架斗殴监测-在摄像头监控视野中，当出现人员聚集、打架斗殴情况，智能分析系统对该行为进行分析预判，自动触发报警，通知指挥中心值班民警及时处理问题，防止事态扩大。

传统的监狱监听系统也是一种被动工作模式，通常是在出现紧急事件后，监狱干警通过对大厅、监舍罪犯间的对话或者罪犯亲情电话监听回放，发现线索，摸清整个事件的来龙去脉。侦查监听工作量巨大，费时费力，且极易漏掉关键线索。智慧监听系统是运用先进的监听设备通过物联网技术接入到互联网数据库，对罪犯的对话进行全天候连续的监听，过滤掉其中无效的对话，并对其中敏感词汇进行识别分析。一旦电脑分析认为此对话有问题，就会第一时间向指挥中心值班民警联动报警，并且自动将此段对话留证保全，以备将来干警回放使用。拥有智慧监听系统，这将会极大地提高监狱案件的办案效率。

(四)高效追踪：智慧人员识别定位系统

智慧人员识别定位系统是让监狱服刑人员佩戴带有传感器电子标签或电子腕表，通过RFID射频识别技术读取电子标签或电子腕表获取的位置、身体状态等各项数据，通过物联网与监狱指挥中心内电脑屏幕联结。这样系统就可以获得罪犯人员的移动速度、具体位置以及生命体征等，从而实现了对所有服刑人员的全面监控，防止罪犯越狱出逃，对罪犯聚众斗殴等恶性事件提前预判。在监狱干警的RFID标签上写入干警的基本信息后，系统不但可以进一步实现自动对监管区域内罪犯人数清点，还同时显示周围执勤干警人数、工作状态等各种信息，大大降低了监狱干警的工作强度，在遇到突发事件时指挥中心可以直接定位执勤干警的位置，第一时间对紧急事件进行处理，真正意义上可以实现监狱管理智慧化。

四、基于物联网的智慧监狱监管改造管理系统

智慧监狱监管改造管理包括服刑人员的食堂、超市、医院等智能一卡通消费管理、智能车间管理、智能监舍、智能教室等涵盖服刑人员生产劳动、生活就医、教育学习等各方各面的内容。服刑人员的监管改造是监狱履行刑罚执行职责的一项重要内容，如何能够提高监狱监管改造的效率对监狱来说意义重大。

(一)快速就医：智慧医院

传统的监狱医院长期落后于社会的发展，难以满足监狱服刑人员看病的需求，遇到罪犯突发疾病更是手足无措。智慧医院是利用物联网系统把服刑患者的基本患病信息和医院信息管理系统相连接。通过监狱内服刑病人身上的的RFID标签或者带有传感器的电子手环实时监测服刑人员的体温、脉搏等生理参数，并将数据通过物联网实时传送到监狱医院信息管理系统，应用层的智慧医疗系统将根据感知层电子终端传来的数据分析诊断，异常数据向监狱指挥中心和监狱医院值班干警自动报警。比如此次的新型冠状病毒疫情，全国几个省的监狱发生大规模干警及罪犯确诊的重大卫生安全事故。如果是在智慧医院中，干警及罪犯的智能手环就能够第一时间发现干警或罪犯有发热等症状并向医院报警，值班医生及时处置隔离，就会避免大规模人传人事件发生。

(二)画地为牢：智慧车间(智慧监舍)

车间是监狱对服刑人员进行劳动改造的场所，车间通常会有机床、劳动工具等，存在着极大地安全隐患。智慧车间是在车间利用红外线发射器划定服刑人员活动区域，并且给每个服刑人员佩戴RFID电子标签，一旦服刑人员私自跨越未经允许区域，损坏电子标签导致信号消失时，系统都会立即读取电子标签内的罪犯个人信息及最后位置，并且将数据报警给指挥中心。劳动工具管理系统是指对监狱的劳动工具贴上具有防拆卸功能的电子标签，通过RFID读取器来控制罪犯劳动工具的发放与回收，自动统计数目，在发放和回收数目不一致或者在罪犯试图将工器具带出时都会自动报警。

监舍是服刑人员日常活动时间最长的地点，智慧监狱的建设离不开监舍的智能化。在监区的出入口、走廊和监舍门门内统一安装传感器、RFID读写器、高清主动式摄像头，对服刑人员的日常生活活动行为进行识别统计，当主动式摄像头发现异常行为时，就会自动报警并上传异常画面等数据信息到监区办公室电脑，由监狱民警进行处理。

(三)便捷购物：智慧超市

服刑人员在狱内能够简单、方便、快捷地购买生活必需品也是监狱实行人性化管理重要的一部分，有助于提高监管改造的效果。智慧超市是在监狱内的每个监区里设置触屏的购物平台，服刑人员可以在监区电脑上自助选择需要的生活用品，然后使用购物平台配套的一卡通收费系统，采用非接触式智能卡作为电子钱包进行消费，最后由监狱超市根据购物平台统计的信息统一进行配送。这种智慧的狱内购物方式代替了传统落后的超市有什么服刑人员才能买什么的购物方式。智慧超市中的一卡通是基于RFID技术的科学卡片，卡片内有服刑人员账户余额等信息，集超市购物、医院就诊买药、拨打亲情电话、接收家属汇款等功能于一体，采用实时计费模式，根据服刑人员分级处遇设置每月消费限额，既保障了服刑人员购物的权利，又严格的控制了消费，极大地提高了刑罚执行的效率。

(四)无障碍学习：智慧教室

教育改造是监狱系统“五大改造”中极其重要的一方面，是监狱干警通过教学授课、观看教育影片等方式，组织服刑人员学习法律法规、职业教育等相关知识，重新塑造服刑人员的人格，提高其知识水平，使其更好地服从监狱管理，积极改造，认错悔过，重新做人。但是由于监狱系统条件、资金所限，很难配置专门用于干警教学的教室及相关设配，这就更加迫切的需要智慧教室的建立。智慧教室是利用物联网中的RFID技术，在监狱教室安装读卡器，监狱干警和服刑人员通过无线射频进行身份识别进入教室利用学习资源，监狱干警可以通过连接监狱内网，卫星电视网等获取教育改造所需要的文字，图像，音频，视频多媒体资源，服刑人员可以通过RFID识别身份后获取法律法规、狱务公开、职业技能等，智慧教室的投入使用将极大地提高教育改造的质量。

五、结束语

基于物联网的智慧监狱是通过感知层的各种终端采集信息，在数据层运用红外线、传感器、无线网络等技术，实现干警、罪犯、工器具、图像音频数据、电脑互联互通，应用于监狱安防设施及监管改造上，从靠经验指挥、事后取证、孤立应用的传统管理模式向智慧化指挥、事前防范、综合集成的管理模式转变，形成“人防、技防、物防”相辅相成的立体防范系统，极大地减轻了一线民警的工作强度，也保障了监狱罪犯生产和生活的安全稳定。

智慧监狱建设是物联网、生物识别等高新技术与监狱监管改造形势、狱政教育等业务深度融合的必然产物，也是监狱安防系统和教育改造发展的主旋律，更是监狱信息化建设的终极目标。