基于RFID技术和物联网的智慧枪支管理系统.docx

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基于RFID技术和物联网的智慧枪支管理系统

智慧枪支管理系统

第一章系统简介2

1.1系统内容2

1.2系统优势3

第二章系统设计3

第三章应用技术方案5

3.1系统的总体架构5

3.2.1便携枪架7

3.2.2手持机9

3.2.3路由器11

3.2.4协调器12

3.2.5人员标签（选用）13

3.2.6人员识别设备（可选）13

3.3通信方式13

3.4应用架构及功能模块14

3.4.1用户分类15

3.4.2连级管理平台模块15

3.4.2团级及以上指挥单位附加管理模块26

第一章系统简介

1.1系统内容

北京昊天科技智慧枪支管理系统利用RFID射频识别技术实现对枪支的自动识别和信息化管理的系统。

该系统能提供一个对军队枪支的库存、出入库、使用时的自动识别、智能管理的数字化平台，能有效、准确、智能地对进出库房的枪支进行信息自动识别、采集、记录、上传，以及对枪支的维护信息进行快速的查询、统计，从而建立起公安军队枪支管理的数字化信息管理系统，为人工的传统管理方式提供了高科技管理手段。

可折叠型枪架示意图

1.2系统优势

●自主研发产品便携式枪架具有小巧、方便携带、可折叠安放、减少占用空间等特点

●实现对进出枪支监管区域的取枪人员进行非接触式信息采集，并对枪支进行自动化取、还、监管为一体的智能化管理

●系统采用连-营-团-指挥中心级别化管理方式，实现各级人员实时掌握枪支的状况，实现信息通透的管理方式；

●避免了人工统计易出现人为差错，和信息交流不及时的传统管理模式

●减少了人工统计的工作量，提高作业效率

●从技术手段上遏制不轨行为的发生

第二章系统设计

总体架构和系统模型的建设：

通过对网络架构、枪支、通信路由、软硬件组合及系统规模与性能进行深入分析，确立监控系统软件与数据采集硬件设备之间的层次关系，确定各功能模块的划分，模块之间的接口，完成总体架构的建设。

充分考虑系统的可集成性（Integratability）、可配置性（Configurability）、可适应性（Adaptability）、可扩展性（Extensibility）和可靠性（Reliability）；

软件平台的架构建设：

基于面向对象设计技术、分布式网络、和各种先进的数据库及组态技术，建设适合即时、现场、远程监控的，便于扩容和修改的系统软件基础平台，充分体现面向离散对象的系统应用集成，支持实时活动，实现基于现场管理规则和综合管理知识的管控结合。

功能模块的具体软件开发，包括：

A、连级管理模块

B、团级及以上级别管理模块

C、指挥中心管理模块

工作流研究：

设计工作流模型及网络数据流规划，支持各种控制和沟通策略，支持各种工作流程，实现管理过程的自动驱动、记录、跟踪、分析、信息共享等，并容易实现与军队现有管理系统的无缝集成，形成一个信息流的顺畅通道；

设备通信与集成和数据接口技术：

规范被监控设备与系统接口，包括数字或模拟传感器、可编程控制器（PLC）、直接数字控制器（DDC）、控制执行器等；各种设备和系统的数据格式及协议转换方式的研究，满足大容量、高速的数据存贮和访问，具有实时、连续的历史数据检索，提供复杂、特别的数据查询；

智能化决策支持功能的实现：

实时监控的目的在于为调度、运行操作人员的决策提供数据，如果系统能在反映生产状况的同时具有数据分析功能，进而提出操作方案和建议，其实用性才能得以真正体现。

这一问题的解决有赖于智能技术的应用和专家经验的归纳表达；

系统测试：

包括单元测试、整体测试和综合测试。

第三章应用技术方案

3.1系统的总体架构

北京昊天同泰科技研发的整个系统分为四级架构，由连级—营级—团级—作战指挥中心组成。

由于连级—营级—团级—作战指挥中心通过军队专用的网络进行数据的实时共享，所以枪械的所有信息，可由其各个领导级的管理平台进行实时查询显示。

上下级管理平台数据信息的共享

主要体现在：

（1）枪械实时状态信息共享。

通过军队专用网络科实现枪支现状信息的共享，团级以上管理平台可实时查看现有枪械的情况。

（2）警报信息共享。

下级枪械室发生异样状况时，一旦触发报警，团级以上管理平台也可实时收到。

（3）人员，枪械管理信息共享。

人员信息和枪械信息的更改，会及时更新到各级监控平台，不会造成所有管理信息的错误和延迟。

（4）维护记录信息共享。

（5）备份数据共享。

上级管理平台监控调度

除了信息的共享外，上级管理平台可完成对下级平台的监控调度功能。

3.2硬件平台基础

3.2.1便携枪架

（1）枪架组成

枪架组成：

异常声光报警灯、电子锁、触发器、读卡器、指纹、密码锁、可有充电干电池组。

（2）技术规格

●协议：

MONBUS

●外部接口：

RS232/RS485

●电池盒：

使用一周，可充电

●枪架尺寸：

待定

●枪架材质：

优质钢材

（3）设备接口

●电源接口

●电控锁接、

●报警检测开关

●声光报警接口

●主机/上位机接口

●读卡器接口

●指纹/密码接口

（4）枪架电路原理

3.2.2手持机

在枪库现场，使用PDA可对枪架及枪支进行检测，对枪支相关数据查询、更新、以及向指挥中心枪支管理平台发送信息。

（1）产品性能

工作频率：

2.4GHz―2.5GHzISM微波段

识别距离：

有效识别距离可达1500m，可调节

识别速度：

最高识别速度可达200公里/小时

识别能力：

同时识别200张标签

主频：

400MHz；

操作系统：

WINCE5.0、MOBILE6.0,可以支持全球各种语言版本；

尺寸重量：

125x77x19（单位/毫米）；

显示屏：

4.3英寸低温多晶硅高分辨800X480真彩WVGA显示屏；

摄像头：

300万像素，自动对焦；

无线模块：

标配802.11b/g、蓝牙2.0传输功能+GSM/GPRS+GPS；

电池容量：

标配2000mA.H大容量锂电池；

喇叭：

双声道喇叭，每个喇叭功率为：

700mW；

操作系统：

WINCE/MOBILE。

（2）产品特点

我公司自主研发的手持机是专门针对行业性客户需求推出的一款性价比极高的手持智能机。

集语音、视频、数据传输于一体，定位于专业的工业级手持终端，具有抗震抗摔,耐高低温等特点，适用于各种复杂恶劣的作业环境。

该产品采用为终端的应急通讯系统可以应用到军队、公安、建筑、采矿、监狱、消防、地震救灾、武警防爆、港口作业、国土勘察、海关缉私、电力、铁路、高速公路、精准农业、畜牧业管理、食品安全、易燃易爆品溯源等领域。

（3）原理图

3.2.3路由器

（1）产品性能

工作频率：

2.4GHz~2.4835GHz

符合标准：

IEEE802.15.4

读取距离：

30~300m

天线接口：

1个SMA型接口

无线通讯接口：

2.4GZIGBEE

读取速度：

20~250KB/S

输出功率：

5dBm~25dBm（可调）

电源：

12V3A直流

（2）原理图

3.2.4协调器

（1）产品性能

工作频率：

2.4GHz~2.4835GHz

符合标准：

IEEE802.15.4

读取距离：

30~300m

天线接口：

1个SMA型接口

无线通讯接口：

2.4GZIGBEE

有线通信接口：

10/100MEthernet

网路协议：

DHCP、HTTP、TCP/IP

读取速度：

20~250KB/S

输出功率：

5dBm~25dBm（可调）

电源：

12V3A直流

（2）原理图

3.2.5人员标签（选用）

3.2.6人员识别设备（可选）

便携枪架留有多种接口，可选用各种人员识别方式。

（1）无源读卡器

为军队取枪人员配备无源卡，采用刷卡方式进行取枪/还枪人员的身份识别。

（2）指纹识别装置

采用指纹识别的方式进行取枪/还枪人员的身份识别。

（3）密码装置

采用输入密码的方式进行取枪/还枪人员的身份识别。

3.3通信方式

可选择RS485串口通信电路和TCP/IP网络通信接口电路中的作为其中一种通信方式与PC机进行接口。

终端采集到的信息经过通信接口进入PC机后，PC机再存储信息，处理信息，并将结果保存到服务器。

PC机也可以将取枪、还枪、枪的库存等情况经通信接口传送到终端并在终端的液晶显示屏上加以显示，管理人员看到反馈信息后知道枪支实时的使用情况。

在RFIDDCS终端采集系统中，PC机与终端之间有一定的通讯协议，以保证终端数据的通讯成功。

北京昊天科技数据采集系统是智慧枪支管理系统基本数据采集和传输系统之一。

该系统成熟、稳定，部署方便，可以很轻松的对多个读卡器的信息进行传输和采集操作，完全满足客户的数据传输需求。

3.4应用架构及功能模块

系统的应用架构图

3.4.1用户分类

身份

权限

使用设备

各级系统管理人员

对系统的硬件，软件，网络，安全进行维护，并在发在系统灾难的时候进行系统恢复的管理人员。

计算机、PDA

士兵

进行取枪申请、接受上级的取枪调度命令。

取枪，还枪操作时，进行刷卡（唯一身份标识卡）或指绞进行身份识别。

身份标签

连级领导

进行连队士兵取枪申请的审核，制定取枪计划，查看枪支的实时状态，枪支的出入库及盘点管理，警报处理查询，枪支紧急调度等功能

计算机、PDA

营级领导

同连级类似，具有营级士兵和枪械的管理功能；此外营级可与连级共享数据信息，可查看连级的相关数据；还可对下级的申请报告进行审核，并进行紧急命令的下达，实现对下级的智能调度

计算机、PDA

团级领导

同上，管理团士兵和枪械；同时实现与下属级别的信息共享和管理调度

计算机、PDA

指挥中心领导

指挥中心为最高级别，可对下属级别进行完全实时调度和信息处理，同时可对进行连营团三级枪械的实时全面监控和管理。

计算机、LED、音箱、监视器、警示灯

3.4.2连级管理平台模块

分级管理流程

（1）身份：

士兵使用设备：

身份标签（或指绞）

取枪：

●接收取枪计划

取枪人员接收到上级下达的取枪计划。

取枪计划包括取枪人员的信息和要取枪支的信息。

在制定取枪计划的同时制定好取枪时间和还枪时间。

确保指定的人员在指定的时间对指定枪支进行取的操作，在指定的时间进行归还。

●身份识别

取枪人员根据取枪计划进行取枪操作。

根据取枪计划中规定取枪时间进行指定枪支合法取出的操作：

首先取枪人员在规定的取枪时间内到达枪械室，在枪架的感应开关处刷自己的身份识别卡（指纹、输入密码信息），当读卡器（或者指纹识别设备、密码机）感应到军人具体身份时，枪械架上的ZigBee无线发射节点会将具体的取枪人员的信息，通过ZigBee无限网络传送到连队的后台管理平台，系统根据取枪计划对取枪人的取枪行为进行审核确认。

●电子锁开启

根据取枪计划和无线网络传输的取枪人信息，进行取枪人员、取枪时间的核对。

确认取枪行为合法后，对应此军人枪械的电子锁随即自动开启，军人即可取走枪械执行任务。

同时，本次取枪过程会存储到数据库以便连级及上级的管理人员随时查询部队用枪情况。

●取枪

对应此审核通过取枪人员的电子锁自动开启候，军人即可取走枪械执行任务。

同时电子锁自动上锁，防止枪支的错放。

●电子锁自动关闭

指定枪支被取走后，会触发枪底的压力感应装置。

枪械架上的ZigBee无线发射节点会监测到压力感应装置的触发信号后，进行电子锁的关闭。

同时枪械架上的ZigBee无线发射节点将发送信号给指挥管理平台，记录本次取枪过程。

非授权取枪：

⏹强行取枪：

强行取枪会触动便携枪架上的联动报警开关，触发报警装置，进行声光报警，同时由枪械架上的ZigBee无线发射节点发送报警信息给连级管理平台，发送报警信息给相关负责人员（由系统设置）。

⏹取枪审核未通过

取枪人员刷卡，如并未制定与其相关的取枪计划，便携枪架就会启动报警系统，产生声光报警，同时通过ZigBee无限网络将报警信息发送给连队后台管理系统，并以短信的方式通知相关负责人，如果在权利范围内可以作出相应应急措施，否则可以及时汇报给上级（团级领导），等待指示，作出决策。

还枪：

●刷卡识别

携枪人员在取枪计划指定的还枪时间内，携带待还枪支来到枪械室进行还枪操作。

首先还枪人员在枪架的感应开关处刷自己的身份识别卡（指纹、输入密码信息），当读卡器（或者指纹识别设备、密码机）感应到军人具体身份时，枪械架上的ZigBee无线发射节点会将具体的还枪人员的信息，通过ZigBee无限网络传送到连队的后台管理平台，系统根据取枪计划对还枪人的还枪行为进行审核确认。

●电子锁开启

根据取枪计划和无线网络传输的还枪人信息，进行还枪人员信息、还枪时间的核对。

确认还枪行为合法后，对应此军人枪械的电子锁随即自动开启，军人即可将待还枪支放到相应电子锁开启的枪位。

同时，本次还枪过程会存储到数据库以便连级及上级的管理人员随时查询部队用枪情况。

若取枪计划和还枪人员信息审核未通过，电子锁不会开启，同时记录欲还枪人员的本次刷卡操作。

●电子锁自动关闭

枪支放置到指定枪位上，会触发枪底的压力感应装置。

枪械架上的ZigBee无线发射节点会监测到压力感应装置的触发信号后，进行电子锁的关闭。

（2）身份：

连级领导使用设备：

计算机、PDA

●取枪计划制定、取消、更改

当上级下达指示取枪或者进行军事演习等情况下，连级指挥中心可指定相应的取枪计划。

一般情况下，单个取枪计划对应单个取枪人员。

在特殊情况下，可指定特殊取枪计划。

比如突发情况发生时需要紧急用枪时刻指定部分或全部枪支的取枪计划。

取枪计划包括取枪人员的信息，该人员对应的枪支信息，取枪时间，还枪时间等信息。

特殊取枪计划包括特定团体（某班或排）的人员，该团体人员对应枪支，取枪时间、还枪时间等信息。

取枪人员根据取枪计划进行枪支的取和还得操作。

指挥中心可根据实际情况对取枪计划执行前进行修改和取消操作。

●取枪前的审核

士兵刷卡进行取枪操作时，固定在枪械架上的ZigBee无线发射节点扫描到士兵标签的具体信息，并发送给连级指挥中心管理平台。

连级指挥管理平台会根据该取枪人员的具体信息与制定的取枪计划进行匹配审核，如果两者匹配，可发送信息确认该取枪人员获得取枪许可，电子锁开启，士兵取枪。

若取枪计划和取枪人员信息审核未通过，电子锁不会开启，同时记录欲取枪人员的本次刷卡操作。

●取枪后的确认

士兵从枪械架取枪时，枪支的拿起操作会触发该枪位底部的感应装置。

固定在枪械架上的ZigBee无线发射节点扫描到该感应信息后会发送到指挥中心管理平台，指挥中心管理平台接受到该信息后确认枪支被取，同时将取枪完成信息记录到数据库中。

包括取枪人员，取枪完成时间。

该取枪完成记录与取枪计划一一对应。

●还枪前的审核

士兵刷卡进行还枪操作时，固定在枪械架上的ZigBee无线发射节点扫描到士兵标签的具体信息，并发送给连级指挥中心管理平台。

指挥管理中心通过取枪计划和刷卡还枪人员的信息进行审核比对，审核通过，则向枪架发送确认信息，控制电子锁开启。

若取枪计划和还枪人员信息审核未通过，电子锁不会开启，同时记录欲还枪枪人员的本次刷卡操作。

本操作用于确保待还枪支放置到其指定枪架上。

●还枪后确认

士兵将枪放在枪架的电子锁开启的枪位时，枪支的放置操作会触发该枪位底部的感应装置。

固定在枪械架上的ZigBee无线发射节点扫描到该感应信息后控制电子锁自动关闭，同时会发送到指挥中心管理平台，指挥中心管理平台接受到该信息后确认枪支被放置在枪架的制定枪位。

电子锁自动关闭后，ZigBee无线发射节点会将本次的还枪信息发送到指挥管理平台进行本次还枪操作的数据记录。

该还枪完成记录与取枪完成记录一一对应。

●未授权取枪情况的处理

未授权取枪情况的处理包括士兵强行取枪和未审核取枪

⏹强行取枪：

当士兵强行取枪时，会触动便携枪架上的联动报警开关，触发报警装置，进行声光报警，同时由枪械架上的ZigBee无线发射节点发送报警信息给连级管理平台，发送报警信息给相关枪械安全负责人员（由系统设置）。

接收到报警信息后，管理人员采取紧急措施，可根据警报级别向枪械安全负责人员下达命令追踪调查和向上级报告申请处理。

⏹取枪审核未通过

当取枪人员刷卡欲去枪时，通过ZigBee无限网络将刷卡信息发送给连队后台管理系统进行取枪人员和取枪计划的审核，并以短信的方式通知相关负责人。

如未制定与其相关的取枪计划，则系统提示指挥平台取枪人员信息错误，可向枪械架发送信息提示士兵错误操作，同时记录士兵在此枪架的刷卡动作信息。

●枪支逾期未还情况处理

如士兵未按照取枪计划制定的还枪时间进行还枪操作，指挥管理平台系统会自动产生报警提示管理人员或发送警报信息给相关枪支负责人员。

接受到报警信息后，指挥管理平台可下达枪支追缴命令，并进行警报解除。

●紧急情况调度处理

发生如战争，救援等紧急突发状况时，指挥管理平台负责人可采取紧急调度处理，制定团体的取枪计划，节省取枪时间。

或者接受到上级指挥制定的特殊取枪计划时，指挥管理平台可直接执行。

●警报处理

产生警报后，必须由相关负责人输入负责人专用密码进行解除，警报解除后自动生成警报报告，负责人需录入警报原因、处理等信息，存储备份，提交上级领导。

上级领导对警报报告进行批阅、分析、处理，可为后期枪械管理提供决策支持。

（3）身份：

营、团级领导使用设备：

计算机、PDA

营团级指挥平台除了向连级指挥平台一样对本级士兵和枪械进行管理外还可以进行下级管理平台的监控、调度、审核和考核等管理。

●对下级的监控管理

⏹营团级指挥中心可实时看到下级枪械室的监控情况。

士兵取枪、还枪动作所触发的一些列信息都会在团级指挥平台进行显示。

⏹营团级指挥中心可实时监控连级指挥中心的信息处理情况。

包括对士兵取枪还枪操作触发的信息处理操作，警报的处理操作等，连级指挥平台对这些信息的处理操作也会在营团级指挥平台进行显示。

●对下级的调度管理

⏹制定普通取枪计划

营团级管理平台可制定连级的取枪计划，下达给连级平台进行枪支的管理

⏹制定特殊取枪计划

根据特殊紧急情况，团级管理平台可指定特殊取枪计划，下达给连级平台进行枪支管理

⏹直接下达命令指示下级

营团级管理可下达其他命令指示给连级管理平台

●对下级的审核管理

营团级管理平台对下级的请示申请的审核。

如在发生紧急情况时，超出连级决策范围的需向上级请示审核。

营团级管理平台根据不同情况作出相应指示。

●对下级的考核管理

连级管理平台的相应警报处理过程信息都可在营团级管理平台监控和查询到。

为上级对下级的处理方式方法、处理效率等进行考核。

（4）身份：

指挥中心使用设备：

计算机、LED、音箱、监视器、警示灯

指挥中心具有最高指挥权限，能够对连、营、团三级管理平台进行总体的监控、调度、审核和考核等管理。

枪支智能管理系统只是智能作战管理系统的一个管理平台。

指挥中心的相应功能权限描述单独形成《智能指挥中心》文档进行介绍。

具体功能模块

士兵权限管理

⏹管理人员可以设置士兵的枪位和无源卡、指绞、密码；可以同时打开全连枪支。

枪械权限管理

⏹正常状态身份和时间授权：

军人能正常的进行取枪存枪的前提必须是在被授权的，授权的选项包括身份授权和时间授权，必须是正确的人在正确的时间才能进行取枪操作。

⏹特殊情况授权：

当遇到特殊情况时，管理人员通过管理平台进行特殊授权操作，使所管辖区域的枪支全部开锁。

或者相关责任人可以通过短信方式等等，使所管辖区域的枪支全部开锁。

特殊授权情况由总指挥中心直接下达授权命令。

枪械进出库管理

⏹枪械登记：

新到枪械登记入库，设定唯一编号，指定使用人，进行信息的初始化。

⏹枪械状态记录：

包括枪械的型号，使用记录，使用人，保养记录等。

⏹枪械在库情况：

以图示的方式展现枪械的在库情况，显示出入库的具体时间。

枪械保养管理

⏹保养时间设定：

设定每种型号枪械的保养周期。

⏹近期保养提示：

按照时间顺序，将近期需要保养的枪械进行提示。

⏹保养记录的更新：

每次进行保养之后，按照标准化格式填写保养记录，及时更新在数据库中。

枪械使用计划管理

⏹为某次任务或满足某一用途所制定的武器使用计划，每次制定武器保障计划都会形成一张武器保障计划单据。

正在实施的武器保障计划能够监控各大队借用与归还武器数量的动态信息。

⏹根据取枪申请，进行枪械计划的制定。

取枪人员向管理中心提交取枪申请，管理中心可根据申请，制定枪械使用计划。

包括枪械取出人员，取出时间，放回时间，枪械编码等信息。

报警系统

⏹报警情况设定：

设定报警的前提情况。

设定报警范围，包括那些报警器进行报警，短信通知那些相关责任人。

⏹报警方式的设定：

可选择声光报警，报警频率等可进行详细的个性化设置。

⏹当出现非法取枪情况时，枪架报警器报警。

信息中心平台报警器报警。