基于智能穿戴的社區(qū)矯正人員管理系統(tǒng)研究*

林凡，成杰，張秋鎮(zhèn)，彭杰，崔苗，張廣馳

1 引言

社區(qū)矯正是我國司法體制改革和工作機制改革的重要舉措。2011年2月25日，十一屆全國人大常委會第十九次會議審議通過《中華人民共和國刑法修正案（八）》明確規(guī)定了對判處管制、緩刑以及假釋的罪犯依法實行社區(qū)矯正，標志著我國社區(qū)矯正法律制度的確立[1]。2003年我國的社區(qū)矯正工作在部分區(qū)域進入初步試點階段，2009年在國內(nèi)各個省市開始正式全面試行，社區(qū)矯正工作迅速開展，覆蓋涉及的地區(qū)逐步擴大，社區(qū)矯正人員數(shù)量也逐步增加。社區(qū)矯正工作在我國經(jīng)過多年的探索和試點，已逐漸形成有中國特色的工作體系和架構(gòu)，發(fā)展勢頭良好，非監(jiān)禁刑罰適用率逐年提高。但與之相配套的工作模式發(fā)展相對滯后，特別是現(xiàn)有的工作手段和人力資源遠遠不能適應(yīng)社區(qū)矯正工作的需要[2]。因此，需要充分利用現(xiàn)有的科技手段來推進對社區(qū)矯正人員的有效管理，解決社區(qū)矯正人員管理的難點和痛點。

互聯(lián)網(wǎng)與智能穿戴技術(shù)的不斷發(fā)展為人員管理及信息化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，“互聯(lián)網(wǎng)+智慧司法”的管理模式為矯正人員的管理帶來了新的方向。本文從智能穿戴設(shè)備終端的軟硬件設(shè)計及社區(qū)矯正人員管理平臺的設(shè)計出發(fā)，以社區(qū)矯正人員功能需求為目的，探索如何更好地實現(xiàn)社區(qū)矯正與智能穿戴設(shè)備的融合，研制出一款為社區(qū)矯正人員定制的定位、防拆卸的智能穿戴手表，并開發(fā)出一套完整的人員信息監(jiān)管系統(tǒng)。該組合系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣，實現(xiàn)了社區(qū)矯正人員的信息化監(jiān)管，使得人員管理更加高效、便捷，有效地解決了現(xiàn)有社區(qū)矯正工作中的問題。

2 社區(qū)矯正與智能穿戴設(shè)備的融合

在信息化技術(shù)時代，為了更人性化、民主化，社區(qū)矯正已經(jīng)從單方面的依賴監(jiān)獄民警走訪、調(diào)查到利用電子信息技術(shù)手段進行全面的監(jiān)督管理，對矯正人員的人身自由不再過度進行嚴格的限制，而是給予一定程度的自由活動范圍，這樣有利于提升刑罰的效能，降低在實施刑罰過程中的各項成本。

隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展，運用計算機技術(shù)、地理信息技術(shù)、移動定位技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過為社區(qū)服刑人員配發(fā)定位終端（智能穿戴設(shè)備），實現(xiàn)對定位人員的位置監(jiān)控及管理成為一種重要途徑和方法，已經(jīng)有越來越多的司法單位開始著手在電子監(jiān)管手段上進行有益探索。但現(xiàn)有系統(tǒng)還存在以下不足：

（1）定位方式單一，存在定位緩慢、不準確等情況；

（2）“人機分離”情況無法有效控制；

（3）操作界面不夠友好，操作方式不靈活。

3 社區(qū)矯正人員管理系統(tǒng)

本文設(shè)計的社區(qū)矯正人員管理系統(tǒng)主要包含智能穿戴設(shè)備終端和社區(qū)矯正人員管理平臺兩部分，具體如圖1所示。

圖1 社區(qū)矯正人員管理系統(tǒng)示意圖

社區(qū)矯正人員管理系統(tǒng)以移動終端、定位芯片作為媒介，利用移動互聯(lián)網(wǎng)的科技手段和云計算服務(wù)技術(shù)，以更深入的智能化、更全面的互聯(lián)互通、更透徹的感知，實現(xiàn)以社區(qū)矯正服刑人員定位、管理為核心的服務(wù)平臺，從而實現(xiàn)司法社區(qū)矯正監(jiān)控中心及各級司法單位對于社區(qū)矯正服刑人員的快速定位、入矯解矯全流程管理、服刑人員檔案管理、教育幫扶、大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計等功能，構(gòu)建出一個全方位的社區(qū)矯正管理云服務(wù)平臺。

3.1 智能穿戴設(shè)備終端

智能穿戴設(shè)備終端運用多模定位技術(shù)，具備IP67級深度防水、防拆卸的高可靠性和高精度定位。終端硬件組成包括：GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線服務(wù)）無線通信、GPS定位模塊、Wi-Fi定位模塊、電源管理、LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器）顯示、防拆檢測、天線、按鍵等，具體如圖2所示。

（1）多模定位技術(shù)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，位置服務(wù)已滲透到人們生活中的方方面面。目前基于位置服務(wù)的定位系統(tǒng)主要有以下三大類：

◆基于Wi-Fi的短距離定位技術(shù)；

◆基于基站的蜂窩定位，即LBS（Location Based Service，基于位置服務(wù)）定位；

◆基于衛(wèi)星定位，即GPS定位[3]。

這三類定位技術(shù)在定位精度、功耗、定位速度方面有著各自的優(yōu)缺點。

本智能終端采用衛(wèi)星定位、LBS定位和Wi-Fi定位相結(jié)合的技術(shù)，確保定位精度在5 m以內(nèi)。GPS定位模塊采用U-blox的G7020芯片來實現(xiàn)GPS定位，U-blox 7020是一個低功耗主芯片的超小外型GPS接收芯片，該產(chǎn)品采用了超高靈敏度的新一代U-blox芯片，具備全方位功能，能夠滿足不同行業(yè)定位的嚴格要求。其主要是實現(xiàn)終端用戶使用者的精準定位，并進行實時定位及數(shù)據(jù)信息采集；Wi-Fi定位及LBS基站定位，主要用于解決室內(nèi)精準定位，在GPS定位無法滿足要求的情況下實現(xiàn)精準定位及數(shù)據(jù)信息采集。使用LBS基站定位，可通過電信、移動運營商的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)獲取終端的位置信息，在GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）平臺的支持下確認用戶位置；使用Wi-Fi定位，可根據(jù)終端設(shè)備周圍搜索到Wi-Fi的物理地址和信號強度得出用戶位置信息。

（2）防拆卸

機械與電子雙重防拆，通過防拆報警技術(shù)，使得終端用戶在使用過程中不能隨意人為拆卸，防止損壞設(shè)備、脫離監(jiān)管。終端設(shè)備一旦脫離使用者，設(shè)備即可將拆卸狀態(tài)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至后臺服務(wù)器，監(jiān)管人員可通過后臺得到的信息對被監(jiān)管人員進行傳喚和及時糾正、教育。

防拆報警技術(shù)的實現(xiàn)方法如下：

圖2 智能穿戴設(shè)備終端硬件框架圖

◆采用簡單可靠、穩(wěn)定的I/O擴展電平進行電路檢測，當終端設(shè)備出現(xiàn)拆卸狀態(tài)時，系統(tǒng)產(chǎn)生一個拆卸狀態(tài)電平的跳變，并輸入到CPU的檢測端口，CPU得到該變化電平的指令后即發(fā)送相關(guān)指令信息，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將此信息狀態(tài)上傳到后臺服務(wù)器，產(chǎn)生拆卸報警信息，以提示后臺監(jiān)管人員該設(shè)備已被拆卸。

◆在終端設(shè)備的外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用塑膠表帶內(nèi)嵌軟鋼片，鋼片與設(shè)備內(nèi)部的防拆檢測電路進行連接，表帶外部再通過表帶扣進行穩(wěn)定可靠連接，當出現(xiàn)表帶拆卸脫離時，表帶內(nèi)嵌的鋼片即與內(nèi)部電路斷開，此時設(shè)備內(nèi)部CPU會收到拆卸狀態(tài)電平的跳變信息，從而產(chǎn)生拆卸報警信息上傳到后臺服務(wù)器。

◆終端在表扣的設(shè)計上需使用專用工具進行拆卸，非法拆卸時會有報警，并伴有震動和蜂鳴。一旦出現(xiàn)震動和蜂鳴，只可在后端平臺通過管理員關(guān)閉，在數(shù)據(jù)終端上無法操作消除震動和蜂鳴。

（3）通信模塊與天線設(shè)計

GPRS無線通信包括基帶處理器、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)傳輸信號接口、RF（Radio Frequency，射頻）發(fā)射與接收等。該系統(tǒng)由MT62XX系列單芯片解決方案配上RF外掛的天線開關(guān)和射頻PA（Power Amplifier，功率放大器）組成一套完整的GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，高集成度的嵌入式芯片MT62XX更加適用于手表等對體積空間有嚴格要求的嵌入式產(chǎn)品，實現(xiàn)終端與后臺的對接和數(shù)據(jù)交互。

采用業(yè)界較為先進的LDS（Laser Direct Structuring，激光直接成型技術(shù)）天線技術(shù)來完成GPRS、GPS、Wi-Fi等不同模塊的射頻信號的發(fā)射與接收。在多天線集成及曲面焊接的情況下，LDS是最佳的天線工藝選擇。相比傳統(tǒng)的天線工藝，LDS天線具有性能穩(wěn)定、一致性好、精度高、對空間的占用率低等優(yōu)勢，因此能夠確保終端的精準定位、數(shù)據(jù)采集及與云平臺的數(shù)據(jù)交互。

（4）人機交互設(shè)計

終端主要功能在于記錄使用者的行蹤，對于交互界面應(yīng)當追求簡潔高效，并且為了保證更良好的續(xù)航能力，因此在LCD顯示部分采用低成本、低功耗的黑白點陣式LCD，為終端提供相關(guān)的人機界面所需要顯示的數(shù)據(jù)信息。顯示的內(nèi)容包括開機logo、時間日期、電池電量、網(wǎng)絡(luò)信號強度、拆卸標志、短信內(nèi)容等，不同的內(nèi)容界面通過按鍵進行切換顯示。

（5）通信接口協(xié)議設(shè)計

為了使終端與平臺之間實現(xiàn)更良好、高效、安全可靠的數(shù)據(jù)交互，有必要規(guī)范兩者之間的通信協(xié)議，并進行加密處理，從而保證兩者之間的命令能夠安全的解析與識別。設(shè)計終端與服務(wù)平臺之間的接口應(yīng)用層協(xié)議，基于此接口協(xié)議完成終端的注冊登錄、SOS、信息上報等功能。終端與后臺的數(shù)據(jù)使用SOCKET方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

SOCKET報文消息的構(gòu)成單元：報文頭+報文體+報文結(jié)尾符。

◆報文頭：終端類型+IMEI+協(xié)議版本號+渠道號+命令代碼+消息長度；

◆報文體：（隨機碼）+信息內(nèi)容（可變）；

◆報文結(jié)尾符：結(jié)尾符號 。

為了安全考慮，針對IMEI與消息類別采用AES加密，后經(jīng)Base64編碼。

（6）手表終端軟件系統(tǒng)設(shè)計

終端的軟件系統(tǒng)功能模塊主要包括數(shù)據(jù)采集、事件報警、數(shù)據(jù)上報以及用于人機交互的顯示提示，具體如圖3所示。

在軟件設(shè)計時，采用模塊化設(shè)計，對各部分功能模塊進行劃分后再具體去實現(xiàn)，最后進行集成。

3.2 社區(qū)矯正人員管理平臺

圖3 手表終端軟件系統(tǒng)功能模塊示意圖

社區(qū)矯正人員管理平臺包含地理信息系統(tǒng)GIS和特定人員定位管理系統(tǒng)。基于云平臺的部署特點，實行集群和分布式部署，單個服務(wù)器可容納近百萬的重要物品與智能定位穿戴設(shè)備的長連接技術(shù)。云服務(wù)平臺基于主流的純Java語言的NIO網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)，支持多種數(shù)據(jù)庫存儲。定位管理系統(tǒng)與GIS地理信息系統(tǒng)對接的訪問接口，向GIS系統(tǒng)提供實時的攜帶重要物品人員及重要物品位置信息，保證GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準確性和實時性。

社區(qū)矯正人員管理平臺包括以下子系統(tǒng)：

（1）社區(qū)矯正人員穿戴設(shè)備運維子系統(tǒng)：對穿戴設(shè)備生命周期管理，穿戴設(shè)備與矯正人員信息交互管理；

（2）矯正人員檔案資料管理子系統(tǒng)：實現(xiàn)對被監(jiān)管對象檔案管理的信息化；

（3）監(jiān)管人員管理子系統(tǒng)：實現(xiàn)對監(jiān)管人員的管理；

（4）穿戴設(shè)備的實時監(jiān)控預警子系統(tǒng)：包括遠程開關(guān)機、人機分離報警、破壞報警、斷電報警、越界設(shè)置、越界報警、特殊場所接近報警、自動巡檢、巡檢頻率等參數(shù)設(shè)置；

（5）矯正人員行為軌跡實時查詢、軌跡查詢子系統(tǒng)：實現(xiàn)對被監(jiān)管對象位置監(jiān)控、查詢。

4 原型系統(tǒng)的實現(xiàn)

目前已開發(fā)出原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含智能穿戴設(shè)備終端和社區(qū)矯正人員管理平臺兩部分。智能穿戴設(shè)備終端原型系統(tǒng)終端的參數(shù)具體如表1所示。

表1 智能穿戴設(shè)備終端參數(shù)

智能穿戴設(shè)備系統(tǒng)的功能具體如表2所示。

社區(qū)矯正人員管理平臺主要性能指標如下：

（1）數(shù)據(jù)庫支持在TB數(shù)據(jù)量上的查詢，平臺支持最大峰值在線用戶不少于10萬人，支持同時并發(fā)訪問不小于1 000個/秒；

（2）平臺響應(yīng)用戶訪問的頁面打開速度不大于10秒。

當前市場上手表種類各式各樣，功能也大同小異。一類作為手機的附加設(shè)備，與手機連接，用于手機消息的提醒、通信或者采集更詳細的運動數(shù)據(jù)；另一類作為手機的替代品（如兒童手表），主要用于通話、兒童的實時定位等。這兩類手表的共同之處在于設(shè)計研發(fā)時注重產(chǎn)品的功能與體驗、注重人機交互界面，賦予手表過多的功能會導致手表功能冗余，同時造成手機待機時間短等問題。

表2 智能穿戴設(shè)備系統(tǒng)的功能

本文所設(shè)計的穿戴終端產(chǎn)品定位于社區(qū)矯正人員，對當前市場上手表的功能進行裁剪及精簡，注重終端的位置、軌跡及數(shù)據(jù)上報。在定位方面融合了多模定位技術(shù)，用于實現(xiàn)更加精確的定位；同時，為符合矯正人員監(jiān)管的需求，創(chuàng)新地加入了防拆結(jié)構(gòu)，定時上報終端的各種信息并發(fā)送保存至后臺。為了滿足對矯正人員的監(jiān)管信息化以及一對多的監(jiān)管，本系統(tǒng)開發(fā)了一個監(jiān)管信息化平臺來克服當前市場上手表終端在監(jiān)管上的短板，既能對終端實時定位，也能查看終端的軌跡、報警信息等，同時該系統(tǒng)還為大數(shù)據(jù)分析提供了數(shù)據(jù)來源。

5 結(jié)束語

本文從社區(qū)矯正人員管理中存在的難點和痛點出發(fā)，立足于可穿戴設(shè)備及智能化云平臺的發(fā)展，融合了社區(qū)矯正人員管理及計算機技術(shù)，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧司法”的管理模式，為社區(qū)矯正帶來了極大的便利，從而解決了現(xiàn)有的工作手段和人力資源遠遠不能適應(yīng)社區(qū)矯正工作需要的問題，進一步推動社區(qū)矯正在我國的發(fā)展。本文通過融合多模定位技術(shù)、IP67級深度防水和防拆卸技術(shù)，優(yōu)化改進現(xiàn)有穿戴設(shè)備存在的問題，研發(fā)出一款更適合社區(qū)矯正人員佩戴的終端設(shè)備，并結(jié)合計算機云平臺技術(shù)，將社區(qū)矯正的人員信息化，使得人員管理更加高效、便捷。未來將進一步豐富、優(yōu)化平臺的功能，使得整個系統(tǒng)更加符合社區(qū)矯正的需求，變得更加人性化。

[1] 李光勇. 社區(qū)矯正人員幫扶現(xiàn)狀、困境與對策調(diào)查研究[J]. 中國刑事法雜志, 2013(4): 80-86.

[2] 趙艷紅. 如何利用計算機讓社區(qū)矯正人員系統(tǒng)更加規(guī)范化[J]. 數(shù)字化用戶, 2013(30): 108.

[3] 唐上昌. 多模融合射頻定位技術(shù)[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(16): 12.

[4] 羅校清,郭飛雁. 可穿戴技術(shù)在大學生安全管理中的應(yīng)用[J]. 中國科技信息, 2017(7): 58-60.

[5] 李國城,陳斌熙,李偉林,等. 可穿戴式安全看護系統(tǒng)[J].電子設(shè)計工程, 2016,24(20): 160-162.

[6] 林勇. 廣東省社區(qū)矯正人員管理研究[D]. 廣州: 華南理工大學, 2015.

[7] 謝凌欽,石萍,蔡文杰. 可穿戴式智能設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢[J]. 生物醫(yī)學工程與臨床, 2015,19(6): 635-640.

[8] 許鑫. 可穿戴計算機設(shè)備的領(lǐng)域應(yīng)用及其對信息服務(wù)的影響[J]. 圖書情報工作, 2015,59(13): 74-81.

[9] 房樹志. 基于多模無線定位技術(shù)的行人室內(nèi)外導航方案研究[D]. 北京: 北京郵電大學, 2015.

[10] 孫效華,馮澤西. 可穿戴設(shè)備交互設(shè)計研究[J]. 裝飾,2014(2): 28-33.★