基于物聯網的警犬信息管理系統*

吳世彤，仉嘉岐，李澤宇

（哈爾濱理工大學 計算機科學與技術學院，黑龍江 哈爾濱 150000）

許多國家都在大力建立和發展警犬技術，其廣泛用于偵查破案、治安防范、安全保衛等諸多領域。據不完全統計，我國公安、軍隊、武警、海關等系統警犬總數已超過萬頭，從業人員數萬人[1]。警犬的使用范圍更加廣泛，警犬的獨特作用更加突出，因此警犬隊伍的完善變得尤為重要[2]。

現今，信息化技術手段已經應用于諸多領域，警犬隊伍的建設與管理也不例外地發生了變化與發展。如果將先進的技術引入到警犬信息管理中，就可以有效緩解或者解決現存警犬使用信息變動不及時、信息來源遲緩且質量不高、工作效率低、資源浪費嚴重等一系列問題。因此，信息化對于警犬隊伍的建設與使用意義重大[3]。隨著全國警犬技術工作飛速發展，警犬數量與日俱增，警犬信息管理也越來越重要，就需更高效、更智能的管理手段[4]。

物聯網技術通過各種通信設備，將任何物體與網絡相連接，形成人、物互聯和物、物相聯，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能[5]。物聯網技術的發展為警犬信息管理帶來新的機遇，可以為警犬的管理和實戰提供更好的服務，這對于警犬隊伍的建設起到了很好的推進作用。

針對以上問題分析，文章設計了基于物聯網的警犬信息管理系統，將物聯網技術引入到警犬信息管理系統的設計和實現中。硬件設計實現了警犬生物芯片采集器，將獲取到的生物芯片信息加密處理后傳輸至管理APP，實現警犬身份的快速識別。同時將獲取的有價值數據，實時導出到警犬檔案數據信息綜合平臺中。系統的實現是通過物聯網技術，提高了警犬檔案信息化技術的管理水平，為管理層提供一種實時了解、掌控犬群情況，實時調度、調配警力，查補薄弱環節、防范警力真空的溝通與指揮手段，以加強警犬檔案資源的統籌管理、信息共享與數據分析建設，提升民警工作效率與效能。

1 整體結構

1.1 系統整體結構設計

本系統由警犬身份采集終端（警犬生物芯片掃描儀）、警犬檔案綜合管理系統和警犬檔案管理APP 三部分組成。警犬身份采集終端通過供電電池與磁感線圈獲取生物芯片的電磁數據，并通過集成控制板將電磁數據轉化成數字數據，加密后通過參數芯片與數據線將數據傳輸至手機端APP 中。在APP 端，用戶可以使用生物芯片掃描儀通過OTG（ON-THE-GO）技術與警犬檔案綜合管理APP 連接采集的生物芯片信息，依據此信息訪問服務器從而實時更新自己警犬的相關信息，同時將修改后的數據上傳到服務器，實現遠程辦公。服務器端存放警犬相關信息，同時提供圖形化界面可以完成信息管理的各種操作。服務器端不僅提供用戶管理功能，而且提供了手機端的數據訪問和業務辦理。系統組成圖如圖1 所示。

圖1 系統組成圖

1.2 系統工作流程

首先利用掃描儀掃描警犬的生物芯片，讀取警犬皮下生物芯片信息，并將其轉換成數字信息，再將該信息進行數據標準格式轉換并傳輸入手機端APP，手機端APP可以完成通信、解密、記錄存儲等操作，并與警犬檔案管理服務端交互數據，實時掌握警犬檔案信息，同時可以上傳警犬最新情況，更新檔案數據。

2 系統硬件設計

警犬生物芯片掃碼器主要功能是通過供電電池與磁感線圈獲取生物芯片電磁數據，并通過集成控制板將電磁數據轉化成數字數據。并通過數據線將加密后的芯片參數數據傳輸至手機端APP 應用中，警犬生物芯片掃碼器硬件結構圖如圖2 所示。系統硬件部分包括警犬生物芯片、134.2kHz RFID 讀卡器，其中RFID 讀卡器內部包括了內置天線、RFID 解碼模塊、控制器模塊、電源管理模塊和HID 串口轉換模塊。

2.1 警犬生物芯片

本系統的警犬生物芯片采用2×12mm 只讀式玻璃管注射無源標簽，工作頻率134.2kHz。該類標簽體積小，易隱蔽，符合ISO11784/11785 標準，內存采用512bit EEPROM。標簽封裝在生物相容性的玻璃中，使得它可以長時間存在于警犬的皮下組織中而不會對警犬造成任何影響。同時考慮到警犬高運動強度的工作特性，考慮在玻璃管表面選涂聚對二甲苯涂層以改善和加速組織粘連，防止植入的標簽在皮下移動。該標簽化學穩定性好、使用壽命長。只要讀卡器天線靠近動物植入點，就可以讀取此電子標簽的EEPROM 中的信息。

2.2 內置天線

內置天線是讀卡器和警犬生物芯片進行通信的橋梁和紐帶，生物芯片的信息需經過內置天線傳遞到RFID 解碼模塊，內置天線的性能很大程度上決定了讀卡器的識讀率、識讀距離和速度。因此為提高RFID 讀卡器的通用性，可以通過一個天線識別兩個頻端的電磁波，本系統考慮將天線進行雙頻化；同時，為了提高RFID 讀卡器的使用便捷程度，無需使標簽與讀卡器內置實體天線平行就有良好的適度效果，本系統考慮將天線進行圓極化。

RFID 讀卡器天線的極化方向是影響識讀率的重要因素，按照能量模式劃分，讀卡器天線有線極化、橢圓極化和圓極化3 種極化方向。圖3 給出了3 種極化方向的示意圖。每種極化方向是根據天線發射無線射頻能量的形狀，線極化天線發出的電磁波是線性的，具有單方向的電磁場；而圓極化天線發出的電磁波是圓形螺旋式的，具有多方向電磁場。

考慮到在使用警犬生物芯片掃描儀時，掃描儀與生物芯片的距離較近而且要求掃描儀能夠在不與生物芯片平行的情況下讀出穩定的數據，所以本系統舍棄方向性較強、識讀寬度較窄、識讀距離較遠的線極化天線，采用方向性較弱、識讀空間寬、但識讀距離較近的圓極化天線。

2.3 RFID 解碼模塊

RFID 解碼模塊通過內置天線接收玻璃管標簽上的射頻載波，將載波上的信息進行解碼，通過HID 串口轉換模塊將解碼后的警犬信息傳送至手機端。

警犬生物芯片掃碼器實物硬件方案如圖4 所示，其中警犬生物信息掃描儀技術指標如下：

圖4 掃碼器硬件方案

（1）工作頻段：134.2kHz；

（2）協議標準：符合ISO11784/11785 協議標準，支持FDX-B 格式；

（3）可讀標簽：可以讀取 EM4305，Hitag，EM1001，TK4100 等標簽；

（4）工作電壓：5V，取自連接手機；工作電流：200mA，休眠模式時<1mA；

（5）通信接口：USB HID；

（6）檢測距離：掃描儀具有優異的讀卡性能，直徑30×30mm 天線時，直射式玻璃管標簽距離大于4cm。直徑65mm×65mm 天線時，直射式玻璃管標簽距離大于7cm。并可根據用戶設計任意大小形狀天線。適合要求高的工業場合，不漏讀卡。

3 系統軟件設計

警犬信息綜合管理平臺的軟件部分主要包括警犬檔案信息管理服務器和警犬檔案綜合管理APP。其中，警犬檔案信息管理服務器采用具有可移植性的面向對象程序設計語言JAVA 進行系統的整體開發，服務器開發基于Spring Boot 開發架構；警犬檔案綜合管理APP 采用Android 平臺，警犬身份采集終端模塊采用自主研發的進場數據采集裝置，可與Android 平臺進行串口通信，數據通信協議符合通信業標準。

軟件部分的功能主要是對國內警犬隊伍的綜合信息進行全面分析，針對業務流程和工作需求給出分析，從而設計總體框圖和功能模塊圖。對警犬的身份、成長、健康、家族、任務等相關信息匯總后進行數字化管理，提取有價值的關聯數據，系統主要的功能模塊有警犬檔案信息管理、警犬生物信息管理、警犬血統信息管理、警犬訓練信息管理等。對于警犬的數據信息分類主要包括：警犬基本檔案信息、警犬血統信息、警犬變動記錄信息等15 項警犬基本信息。本系統的設計與開發旨在通過現代化的互聯網與物聯網技術提高警犬信息化技術的管理水平。

3.1 警犬檔案信息綜合管理系統

警犬檔案信息綜合管理系統在物聯網架構中的服務端部分，主要是對警犬的檔案、生長發育、變更、病史、免疫、訓練考核、種犬繁殖、警犬血統等相關信息進行查詢/添加/審核/刪除/修改等操作，同時提供用戶管理和支持手機端的數據訪問業務。服務器端Demo 界面設計圖如圖5 所示。

圖5 警犬檔案信息綜合管理系統設計圖

3.2 警犬檔案管理APP

警犬檔案管理APP 是運行在手機端的軟件部分，它通過數據線來讀取生物芯片采集器采集到的生物芯片信息，根據此信息向服務器發送檢索請求，獲取警犬其他相關信息并展示在APP 界面，使用人員可以實時掌警犬信息。根據需求分析，APP 主要實現的功能流程如下：

APP 通過OTG（ON-THE-GO）線連接生物芯片采集終端，生物芯片采集終端可以采集警犬皮下生物芯片并將所采集的信息轉換成數字信息，發送到手機端。APP將該信息轉換成數據標準格式，封裝后發向服務器，獲取服務器端所存儲的對應犬類信息，例如警犬檔案、警犬生長發育、警犬變更、警犬免疫與疾病、警犬考核、警犬繁育、警犬血統等，分類展示在手機頁面，手機端APP Demo 設計圖如圖6 所示。

圖6 手機端APP 頁面設計圖

4 結束語

本系統將物聯網技術引入警犬信息管理中，實現警犬信息共享和實時更新，解決了現有低效的紙制化上報方式和信息獲取與更新的諸多問題，提高了警犬信息的管理水平；手機端APP 和生物掃描儀的設計方案，將掃描到的警犬信息自動錄入，替代了傳統的人工讀取信息的方式，提高基層使用者的工作效率；采用Spring Boot開發架構，建立高效、可靠的服務器檔案信息系統，滿足信息管理和存儲的需求。