智能化监狱管理系统(IPMS)设计导论

一、IPMS工程概述
1、前言
监狱是关押和改造犯罪人员的场所，肩负着监管和改造的重任。

由于其特殊的职责和工作环境，因此在监管信息的采集、处理和安全防范等方面有着很高的要求，除了对其工作人员—人民警察有很高的素质要求之外，还要辅以高科技的智能化监管系统（Intelligent Prison Management System，IPMS），形成严密的信息监控体系，技防与人防相结合，切实的保障监狱内有序的生活和生产，使监狱人民警察能够有更多的精力来改造罪犯的思想行为，争取使罪犯能够早日洗心革面，重新做人，成为对社会有益的人。

2、IPMS工程概述
随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能社会，开始出现了诸如智能化高速公路、智能化工厂、智能化小区、智能化大厦、智能化城市等等具有不同智能化程度的工作环境和生活环境，并且呈现出高速发展的趋势。

伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种不可阻挡的历史大趋势，IPMS的建设，反映和适应了社会信息化和智能化的发展需求。

2.1、IPMS的内涵
IPMS，即智能化监管系统，它是电子技术与信息技术等现代高新技术在监管场所完美结合的产物，它依托先进的运筹学、系统论、控制论和信息论等现代科学理论，实现监管工作的信息化、高效化和节能化，它必将成为监管现代化水平的重要标志。

2.2、IPMS的特征
IPMS最主要的特征在于“智能化”，在于它所采用的诸如多元信息处理、传输、监控、管理以及系统集成等一系列高新技术，实现监狱行政管理信息和监管硬件资源的高度共享。

本文所描述的IPMS工程就是要立足于监管实际需求，利用计算机技术、通信技术、控制技术和多媒体技术更有效地实现上述特征。

2.3、IPMS工程总体技术要求
（1）先进性：IPMS系统中采用的网络结构和设备在使用寿命期间，应具有一定的先进性，避免技术陈旧造成整体性能不高和过早淘汰；
（2）成熟性：在充分考虑先进性的同时，IPMS系统应立足于当今监狱对整个系统的具体要求，优先选择成熟技术，最大限度地发挥投资效益；（3）可靠性：IPMS系统无论在硬件上还是在软件上，都应采取各种保护措施，保证系统24小时不间断正常运行，同时还应充分考虑系统权限安全措施，进一步保证系统的可靠性；</P< p>
（4）开放性：无论是系统设备还是网络拓扑结构，IPMS系统都应具有良好的开放性，使系统可以根据需要变化，对系统进行扩展和升级；
（5）兼容性：IPMS系统中采用的相关产品，要以先进性和成熟性为基础，优先选择按照国家标准设计、生产的标准化产品，避免因兼容性差造成系统难于升级或扩展；
（6）实时性：无论是网络操作系统，还是应用软件都应具有良好的实时性，
在信息共享和处理速度上应具有快速响应能力；
3、IPMS工程的组成结构
从本质上说，IPMS系统是在监区的机电设备控制系统、现代化管理系统和通信系统的共同基础上，为适应自动化、信息化、智能化的需求而发展起来的，建设IPMS系统的目的在于实现监狱的高效管理，节约能源，保持和改善教育改造环境，为监狱提供良好的管理与控制方式。

计算机技术、通信技术、微电子技术为实现这些目标提供了技术基础和可能。

3.1、IPMS系统的总体组成、结构和集成
、IPMS系统的组成
IPMS系统从功能上分为以下三个子系统：
（1）、安全防范子系统（Security System，SS）：
通过监管指挥中心（PMCC）提供监狱内24小时的各种安全保障服务，它主要包括以下几个分系统：
➢出入口管理及围墙周界防越报警系统（含监门管制、进出车辆安检、围墙安防、接见通道安检等）
➢闭路电视监控系统（适用于各监门、主要通道、公共场所、监舍、围墙周界、生产车间、接见室等）
➢可视/对讲监门控制系统（适用于监门、监区门、监舍门的门禁管制）
➢监内报警呼救系统（含防火报警、警戒电网报警、监舍和厂房的呼救报警、紧急报警等）
➢巡更管理系统（武警巡更、特勤巡更）
（2）、监狱信息管理子系统（Prison Management Information System，PIMS）通过信息管理中心和其他职能部门提供监狱内的日常狱政管理、生活卫生管理、生产管理、教育改造管理、狱侦管理、干警行政管理、财务管理以及主要监管设施的运行情况监控、计量等服务。

它主要包括以下几个分系统：➢监狱综合业务微机管理系统
含：“干警行政管理”、“狱政管理”、“教育改造管理”、“狱侦管理”、“生活卫生管理”、“财务管理”、“生产管理”等信息管理功能模块。

➢办公自动化系统
➢供电设备、警戒电网、公共照明、给排水设备等的监控系统
➢车辆出入和停车场管理系统
➢接见室管理系统
➢紧急广播与背景音乐系统
➢视频教育综合管理系统
➢指挥中心综合微机管理系统
（3）、监狱信息网络子系统（Prison Information Network System，PINS）主要用于构成系统网络通信平台，提供信息通道，它主要包括以下几个分系统：
➢有线电视网系统（视频教育网）
➢高速宽带数据网系统（局域网）
➢电话网系统
➢其他网络系统
另外，安全防范子系统一般需要单独铺设用于传输视频信号的闭路电视网和用于传输报警信号与控制信号的监控网，而主要设备管理子系统需要铺设数据传输网和主要设备监控网。

IPMS系统的组成结构如图PJZH/KT-04所示。

、IPMS系统体系结构与集成
IPMS系统是一个典型而又复杂的系统工程，它的设计是从系统的角度综合考虑的，因此它的系统集成不是单方面进行的，而是在综合布线的基础上，通过信息网络子系统，从系统功能、网络和软件界面等几个方面进行集成。

目前国内所谓的智能化系统、指挥中心工程等已经建了不少，在系统的集成方面普遍做得都很不理想。

要么是几个弱电系统的简单堆砌，无法在集成环境下运行，只能各自独立运行；要么是投资巨大，但系统却仍然很难全
面开通，集成后的系统很不可靠；究其原因，从根本上讲，无论是系统设备生产，还是系统设计，其思维和运行的顺序上都是先建立子系统，再进行集成，由于没有在系统设计初期考虑今后的集成问题，因此，这样设计出来的系统很难体现系统工程的思想，当然也很难得到理想的集成效果。

而本文所述的IPMS系统在体系结构上，采用了分层控制结构，如图PJZH/KT-05所示。

IPMS的弱电系统自上而下由五个层次构成，即建筑环境层、传输媒体层、通信网络层、自动控制层和管理应用层。

每一层由完成相同功能的不同实体构成，同一层的实体之间按照同层协议进行交流，相邻层之间采用标准接口交流。

在这种五层体系控制结构中，每一层都要为上一层提供某种标准服务，上下层之间采用标准的协议接口和硬件接口，每一层只要知道如何实现取得下一层提供服务的形式，不需要知道下一层是如何实现本层发出的指令，使各层之间相对彼此独立，形成有机整体的独立模块，这样不仅有利于系统的分块设计、调试和建设，更重要的是为系统集成和系统扩展提供良好的基础。

、IPMS系统集成条件
科学合理的综合布线是系统集成的纽带，网络层的协议标准化是系统真正集成的基础和前提，就IPMS系统而言，首先是采用广泛应用的TCP/IP协议，底层网络由于所采用的硬件形式不同，软件协议也不同，因此在选用时应尽量选择采用了新兴现场总线的设备，实现与TCP/IP协议的良好嵌入或连接。

另外，在IPMS的总体设计中各子系统设计需要并行进行，子系统间要相互协调，以保证系统总体的一致性。

同时，在产品安装方面要实现工程化、接口标准化、组成模块化、使用和维护简单化等。

、IPMS系统发展的阶段性
任何事物发展都要有一个过程，IPMS系统也是如此，它的智能化程度是有时间性的，IPMS系统的发展大致可以分为三个阶段：
（1）、初级阶段，也称设备自动化阶段。

此阶段主要是将一些新出现的监控设备、办公自动化设备等应用到监管实践中，取代传统的设备，并进行简单的集成和管理。

（2）、中级阶段，也称信息化阶段。

此阶段的任务是继续完善基础子系统的建设，并利用计算机网络技术和多媒体技术，实现管理的信息化和系统的集成化，以适应不断加快的社会信息化和网络化进程。

（3）、高级阶段，也成智能化阶段。

它是在建立完善的相关子系统基础上，运用相关的智能化理论，真正实现设备的智能控制和系统的智能决策。

这也是IPMS发展的最终目标，它需要一个相当长的发展历程。

当然，这个阶段的目标也会在不断的提高和变化。

应该说，目前国内监狱的建设还处于初级阶段，随着相关子系统的进一步完善和丰富，IPMS系统必将在其现代化创建工作中得以实现。

为此，我们以福建省莆田监狱的现场实际情况为设计依据，经过认真周密的现场考察，现对监狱系统的IPMS系统作出如下设计预案，供有关人员参考决策。

二、IPMS的安全防范子系统（PSS）
监狱是关押和改造犯罪人员的场所，在押人员不容易管理，安全是首先要保障的，要保障社会的安全，也要保障监狱人民警察的安全和在押罪犯的安全。

因此，组建现代化的安全防范系统是IPMS首先要解决的问题。

2.1、全防范系统的基本技术
、一般安全防范系统组成
一般安全防范系统通常由入侵探测器、信号传输信道和控制器组成，如图2-1所示：
图2-1：安全防范系统组成
、入侵探测器分类
入侵探测器是用来探测入侵者移动或其他动作的电子及机械部件装置，通常由传感器和前置放大器组成，在IPMS系统中应用到的有：开关报警器、震动报警器、红外报警器、微波报警器、激光报警器、视频运动报警器、烟感报警器等；根据其工作方式的不同，IPMS系统中应用到的红外报警器又分为主动红外报警器和被动红外报警器；按警戒范围分类，在IPMS系统中应用到的有点、线、面和空间探测报警器等；根据传输信道分类，在IPMS系统中应用到的报警器又分为有线报警器和无线报警器。

由于入侵报警器的品种众多，在IPMS系统中的具体应用情况请参见相关设计方案说明书。

、IPMS系统中入侵探测器的具体要求
由于监狱需要防范入侵的地方很多，可能是某些特定的点，例如门、窗等；也可能是某些特定的线条，例如警戒线、边界线等；有时要求防范的是个空间，例如档案室、武器库、机要室以及围墙同临近楼房形成的立面边界空间等。

因此，在系统设计和安装中，根据防范场所的具体地理特征、外部环境以及警戒要求，选择适当的探测器，以达到安全防范的目的。

就IPMS系统而言，在选择探测器时，要重点考虑如下技术要求：
➢有防拆保护、防破坏保护能力，当入侵探测器被拆除外壳以及受到破坏和信号传输短路或断路时，探测器应能发出报警信号；
➢有抗小动物干扰能力，在探测范围内，对具有与小动物类似的红外辐射特征的小物体，探测器不应产生报警信号；
➢有抗外界干扰能力，探测器应能在全天候条件下正常工作，不应产生误报和漏报；
➢有承受电火花干扰能力，不产生误报；
、IPMS系统中的主要入侵探测器简介
（1）、点形入侵探测器：主要应用在对门、窗、保险柜等警戒的范围仅是一特定的部位，当这些警戒部位的状态被破坏时，即能发出入侵信号；此类用途的探测器在IPMS系统中主要选择干簧继电器构成的开关入侵探测器。

（2）、直线型入侵探测器：主要应用在警戒范围是一条线束的探测器，当这条警戒线上的警戒状态被破坏时，发出报警信号；在IPMS系统中主要选择主动红外入侵探测器和激光入侵探测器。

探测器的发射机发出一串红外或激光，经反射或直射到接受器上，如中间任意处被遮断，报警器即发出报警信号。

此外，根据实际需求情况，在非直线型防护环境中，也可以选用地埋线缆电场探测器，它不受地理表面环境的限制，不影响地面美观，同时不易被人发现，抗干扰能力很强，在监狱的围墙周界防越报警系统中是比较理想的探测器种类，但工程造价较高。

（3）、面型入侵探测器：面型入侵探测器的境界范围是一个面，当警戒面上出现危害时，发出报警信号；常用作面型入侵探测的有：震动式或感应式报警探测器和电磁场感应探测器。

震动探测器安装在玻璃或墙面上，当入侵者破坏玻璃或凿击墙面时，发出报警信号。

常用的电磁场探测器有平行电场畸变探测器和带孔同轴电场探测器，当被探测的目标侵入防范区域时，引起传感器线路周围电磁场分布发生变化，进而导致电磁感应探测器发出报警信号。

（4）、空间入侵探测器：空间入侵探测器用于警戒一个空间范围，如监狱围墙同临近楼房形成的立面警戒空间等，当警戒空间出现入侵危害时，发出报警信号；常用的有声入侵探测器和微波（雷达）入侵探测器。

其中超声波探测器利用多普勒效应，检测移动人体反射的超声波，利用超声波的变化报警；微波是一种频率很高的无线电波，波长在1mm—1000mm之间，很容易
被物体反射，微波入侵探测器就是利用入射波和反射波的频率漂移，探测入侵物体的。

、入侵报警控制器
入侵报警控制器是PSS的重要组成部分，在IPMS系统中它需要满足以下要求：
➢能够直接或间接接收入侵探测器发出的报警，并发出声光报警，同时具有手动复位功能和计算机复位功能；
➢具有防破坏功能，识别传输线路发生的短路、断路或并接其他负载；
➢具有系统自检功能；
➢在主电源电压变化±15%时仍能正常工作，为与该控制器相连接的全部探测器提供直流电源，并能在满负荷条件下，连续24小时工作；
➢具有良好的稳定性，在各种气候条件下，工作正常，不出现误报、漏报；➢在额定电压和负载电流下进行警戒、报警、复位，循环6000次，不允许出现电气或机械故障，也不应有器件损坏和触点的粘连；
信号传输
探测信号的传输方法主要有两种：有线传输和无线传输，在IPMS系统中可依照实际需求选用，对于传输距离比较近且频率不高的开关信号，一般采用双绞线传输；声音或图像信号，一般采用音频屏蔽线和同轴电缆传输；对
于长距离传输和要求传输速度比较高的场合，则采用光纤传输，光纤传输具有频带宽、速度快、传输距离远、图像质量好、抗干扰能力强、保密性好等一系列优点，但造价较高。

在IPMS系统中，随着信息网络工程的建设，最好利用监内局域网进行监控信号传输，实现多网合一，降低工程造价。

无线传输由于保密性差、抗干扰能力低等原因，在IPMS系统中一般不宜采用，只有在布线难度较大的地方个别使用。

2.2、出入口管理及周界防越报警系统
系统功能
IPMS系统建立和安装出入口管理及周界防越报警系统的目的在于建立封闭式监区，加强出入口管理，防范监外闲杂人员进入或罪犯脱逃；同时防范监内罪犯翻越围墙或栅栏。

当发生非法翻越时，探测器可以立即将警情传送到监管指挥中心，中心将在电子地图上显示出翻越区域，以利于干警和执勤武警及时准确地处理，其主要功能要求如下：
➢周界需全面设防，无盲区和死角；
➢探测器应有较强的抗不良天气、环境干扰能力；
➢防区划分适于报警时准确定位；
➢监管指挥中心具备语音/警笛/警灯提示；
➢中心通过显示屏或电子地图识别报警区域；
➢翻越区域现场报警，同时发出警告语音/警笛/警灯；
➢中心可控制前端设备状态的恢复；
➢夜间与周界智能探照灯联动，报警时，警情发生区域的探照灯自动开启并跟踪入侵目标；
➢与闭路电视监控系统联动，报警时，警情发生区域图像自动在监控中心显示屏弹出；
➢与高压警戒电网联动，报警时，警情发生区域电网自动升压供电；
➢与管理信息系统联动，提供事件处理预案，并在中心显示屏上提供关卡设置情况；
➢监管指挥中心进行报警状态、报警时间和报警处理纪录；
IPMS系统的周界防越报警系统工作流程请参阅附件图纸：PJZH/LC-01所示。

、出入口管理
出入口是指进出监狱或监区的主要通道口，出入口管理是限制外来闲杂人员以及防范监内罪犯脱逃和乱窜监区的重要方式，它通过门禁系统来实现。

门禁管理系统是监狱出入口管理和监区出入口管理的重要设施，用来管理监狱的主要出入口、监区和楼房出入口等，对进出人员进行分时段、分区域和分身份的管理，以确保监管安全。

门禁管理系统的识别系统，采用卡式
识别系统，可以是磁卡、IC卡、射频卡（TM）、智能卡等，也可以采用指纹识别系统。

这种门禁管理系统用电动门锁和识别设备取代传统的门锁和钥匙。

相关监管干警持有一张唯一编号的加密智能卡或利用其指纹，要进入监狱或监区、监舍时，只需将自己的智能卡或手指接触识别器，门禁管理系统会自动判断该人员是否有权进入该地区，如果有权进入，则打开门，否则无法开门。

在IPMS系统中，可能存在从事后勤工种的罪犯进出围墙通道搞卫生或维修设备等特殊情况，对此类事件的处理在IPMS系统中通过可视/对讲门禁实现，具体将在本章第四节中介绍。

IPMS系统的周界通道门禁系统设置情况请参阅附件图纸：PJZH/AZ-02所示。

、周界防越报警系统
周界防越报警特指监狱周围的安全防范，通过安防报警措施，探测任何试图非法翻越围墙或栏栅的行为，确定事件区域位置，通知相关人员进行处理，同时现场警告入侵者，并进行录像联动等。

IPMS系统中的周界防越报警系统整体结构如附件图纸：PJZH/BJ-01、PJZH/BJ-02、PJZH/AZ-03所示。

根据实际地形条件，选择相应探测器，在围墙沿线组成不留死角的防非法跨越报警系统。

系统采用模糊控制理论技术，有效避免由于树叶、杂物、小鸟、暴风雨等原因对探测器的影响，同时保证任何较大物体和人的非法翻越围墙或栅栏行为引起立即报警，当探测器检测
到入侵信号时，向指挥中心报警，中心联动控制器打开相关区域探照灯，发出报警警笛，启动录像机，模拟电子屏动态显示报警区域，指挥中心监控用计算机弹出电子地图并作报警纪录。

为安全起见，在IPMS系统中，采用了非法翻越预警手段，即在企图入侵的人员翻越围墙隔离栏栅或进入围墙警戒区域时，系统即发出“提示级”报警讯息，提前告知中心值班人员已经有人非法进入围墙警戒区，并自动按照指定流程进行相应事件的预警处理，防止非法翻越围墙事件的发生。

具体报警流程请参阅附件图纸：PJZH/LC-01。

2.3、闭路电视监控系统
闭路电视监控系统是安全防范主要采用的方法之一，也是IPMS系统的重要组成部分。

目前，闭路电视监控系统多采用模拟信号处理技术，是发展比较成熟的技术。

随着计算机网络技术和数字化技术的进一步发展，基于多媒体的数字视频网络监控技术开始逐步成熟，并得到了一定的发展。

、闭路电视监控系统功能
闭路电视监控系统是在监狱的主要通道、重要场所、监舍及周界设置前端摄像机，将图像传送到监狱指挥中心。

中心对整个监狱进行实时监控和记录，使中心管理人员充分了解监狱动态，其主要功能有：
➢对监狱主要出入口、主干道、周界围墙或栅栏、监房、监舍、厂房、接见室、禁闭室以及其他重要区域进行监视；
➢监控指挥中心监控系统采用多媒体视像显示技术，由计算机控制、管理及进行图像记录；
➢系统可与周界防越报警系统联动，进行图像跟踪及纪录，当监控中心接到报警信号时，中心图像屏立即弹出与报警相关的摄像机图像信号。

➢示频失落及设备故障报警，在周界闭路电视监控系统中，增加对目标进行自动跟踪和锁定功能，即一旦入侵目标进入被监控区域，系统本
身能进行判断，产生报警信号，并使摄像机始终对准入侵目标，使目
标不在屏幕上消失；
➢图像自动/手动切换，云台和镜头的遥控，要求较低的场合，如监舍等处则使用固定镜头；
➢报警时，报警类别、报警时间及相关信息的显示、存储、查询及打印。

、闭路电视监控系统组成
闭路电视监控系统由摄像机部分、传输部分、控制部分以及显示及记录部分组成，如图PJZH/JK-01所示。

➢摄像机部分包括摄像机、镜头（可以是定焦镜头或电动变焦镜头）、防护罩、云台等，有的场合还包括麦克风；装有电动变焦距镜头的摄像机可以通过遥控使摄像机能观察的距离更远、更清楚；装有云台的摄像机可以使摄像机水平和垂直方向转动，通过遥控使摄像机覆盖的角度和面积更大；防护罩使其能在恶劣天气工作。

摄像部分是整个闭路电视监控的最前端。

其图像质量直接决定了整个系统的图像质量，因此，在选择摄像机时根据具体的要求和国家有关规定。

用
于室外监控的，选择全天候、底照度摄像机；用于室内监控的，选择一体化摄像机。

在要求比较高的场合，可采用夜视侦察、公安刑侦专用的HWRX-5型红外热成像仪，它适于全天候观测和监视常温目标，图像清晰。

➢传输部分是系统图像信号和控制信号的通道。

传输部分除了需要传输图像信号外，有些地方还需要传输声音信号，同时控制中心需要对摄像机、镜头、云台、雨刷的等进行控制，因此还需要传输控制信号，对于图像信号的传输，采用视频其带传输方式。

➢控制部分是整个系统的指挥中心。

主要由总控制台组成，必要时可以设副控制台或总控制台联网控制。

总控制台可以通过键盘对摄像机、镜头、云台、防护罩等进行遥控，通过硬盘录像机，还可以实现16路音视频同步实时纪录，图像的画面分割，对图像纪录时间、通道、事件等进行智能搜索，移动侦测、报警输出以及通过LAN、PSTN、DDN、ISDN、ADSL等实现远端控制。

IPMS系统要求闭路电视监控系统具有一定的联动控制功能，因此，在控制台上，要设有周界防越及其它紧急情况的联动接口，在接到联动控制报警信号时，启动相关设备，自动对有警情被监视区域进行录像，同时，中心工作人员根据警报来操纵控制台或由计算机自动控制进行跟踪监视、并采取相应处理措施
2.4、对讲/可视监门控制系统
、系统功能。