摘　要：为提高警用武器配发、管控、使用的的安全性和有效性，本文对具有安全管控功能的警用装备技术进行了研究，并制造了样机。该样机安装了安全管控模块，具有身份识别、远程解锁、定位与追踪等功能。该研究成果为警用装备智能化建设提供了技术支撑。

关键词：装备；安全管控；身份识别；卫星定位；通信

警械作为警察手中强有力的威慑、制服手段，是制止犯罪的重要武器，其使用是极其复杂的，如使用不当有可能造成侵犯人权的不利局面。我国刑法中对抢夺警械的罪责做出了明文规定，但在警察执法过程中发生装备被抢夺的情况却依旧屡屡见诸报端，装备被不法人员抢夺后变成凶器，发生人身伤亡的事件也时有发生。如何保证警用装备在法治的轨道内运行并能安全管控是执法机关规范执法建设中的重要问题。

随着物联网技术的兴起和不断发展、应用，各种微小型通信服务芯片不断被开发出来，为装备的智能化管理控制系统设计提供了新的思路。目前德国、美国、以色列和爱尔兰等国家在武器的安全管控技术研究已经走在前列，并开发出了实物样机。国内也开展了警用装备安全管控技术研究，其主要研究内容包括系统设计和系统测试。该研究是在传统装备设计制造技术的基础上 , 充分运用微型机械电子一体化技术、现代信息控制技术以及基于远程通信网络的现代管理技术，解决了装备即时开锁、上锁以及远程权限管理及定位、追踪等安全问题。

1　系统设计

该系统设计包括系统总体结构设计、系统硬件设计、系统软件设计等三个部分。

1.1　系统总体结构设计

该系统总体结构设计是以传统装备结构为主体进行的。在满足传统装备作战使命的前提下，明确了主要功能的具体要求和技术路径。该系统组成框图如图1所示，系统使用流程图如图2所示。

1.2　系统硬件设计

硬件主要由处理器、定位模块（GPS）、通信模块（GSM）、身份识别模块（RFID）、锁止机构和电源模块组成，组成框图如图3所示；实物如图4所示。

其工作原理为：首先通过 GPS 模块与卫星通信，解算当前位置信息，并通过通讯模块发送给远程服务器。远程服务器判断当前位置是否处于合法范围内，如果处于合法位置，服务器发送信息至通讯模块，通过处理器处理，装备可以正常使用；如果处于非法位置，服务器发送信息至通讯模块，通讯模块将相关信息传送至处理器，处理器发送锁定信息至锁止机构，装备强制锁死。再通过身份识别模块对身份识别信息感知，根据身份识别信息判断使用者身份否是合法，如果身份合法，则锁止机构解锁。以下是各硬件组成模块详述。

（1）处理器

主要用于安全管控模块中GSM、GPS、RFID数据的获取和处理。通过GSM模块与远程后台服务器通信；可接收GPS模块定位信息，判定装备是否处于设置任务范围；并能接收后台服务器或管理 APP发送的信息，控制装备解锁与锁定，扩大、缩小装备使用范围。

（2）RFID模块

RFID模块由读写器（包括只读 RFID 芯片、感应线圈、无线 RFID 读码器）和电子标签两部分组成，其中，读写器作为身份识别设备嵌入装备内部，电子标签作为身份标识设备安装于指环内部，当读写器与电子标签距离小于工作距离时，读写器可以读取电子标签信息。

读写器模块集成了只读无线射频芯片，通过串口与装备主控芯片通信；指环端采用低频近距耦合无源标签，在设定距离内读写器对标签进行读取。

RFID模块系统组成框图如图5所示：

（3）GPS模块

GPS模块主要用于定位装备位置。其采用3.3～5V外部DC供电，启动时间短；内置的微小型无源天线，定位精度较高，工作温度满足环境适应性要求。GPS模块通过串口电路与处理器连接，模块系统框图如图6所示。

（4）GSM模块

GSM模块主要负责装备与远程服务器之间的信息交互。该模块具有标准化的接口规范，安全密级高，抗干扰能力强，组网方便灵活，是当前发展最成熟的通信平台之一。该研究采用的是集成于装备内部的GSM网络通信，模块。主要由3部分组成：射频电路、基带电路以及电源电路，其中射频部分包括了接收电路、发射电路、频率合成电路；基带电路主要包括了逻辑处理器、存储器、SIM卡接口、系统数据接口等；电源电路为连接电池模块的电路，其各部分连接如图7所示。

（5）电源模块与锁止机构

电源模块采用的是高密度锂电池，主要功能是为安全管控模块供电。

锁止机构是用来控制击发机构的，其主要由驱动电路、螺线管、阻铁等构成。当处理器通过装备内部集成的身份识别模块读取到合法授权信息时，给出解锁信号给驱动电路，驱动电路开始给螺线管供电，通电螺线管解锁阻铁，扳机打开，可以自由击发；读写器获取的授权信息不合法、授权信息中断或GPS模块反馈信息装备使用范围超过设定范围时，给出锁定信号给驱动电路，停止给螺线管通电，锁定阻铁，扳机闭合失去击发功能。

1.3　系统软件设计

根据装备操作使用流程，进行了软件设计。该软件设计采用结构化，模块化设计方法，建立软件总体结构和模块间的关系，定义各功能模块的接口，设计全局数据结构。软件设计按照CSCI软件结构图进行模块化设计，对软件的数据元素、数据流、各软件部件和单元的设计约束和逻辑流程图等进行全面描述。根据软件的实际功能与性能需求，从功能、输入输出、性能、保密性、安全性、可靠性及运行与开发环境这些方面分别制定了设计决策，并划分部件与单元，从而实现其功能，软件开发设计活动网络图如图8所示。

按照软件工程单元设计流程，对每个单元进行设计，包括确认设计约束、列出输入 / 输出数据元素、算法设计、流程图设计及极值处理等，最后进行软件代码的编写。具体来说，系统软件设计包括写入装备控制模块内的控制软件、服务器软件及装备控制APP设计。APP连接服务器可对装备进行远程控制，具备可设置装备使用范围、查看装备状态、装备位置实时追踪、远程锁定及解锁装备、装备超出范围报警等功能。

2　系统测试

为了验证研究成果，试制了原理样机，对其进行了授权测试、身份识别和定位与追踪等测试，测试结果如下。

2.1　后台授权试验

权限配置（如图9所示）试验时，将智能装备与电脑通过专用的数据线连接，开启上位机进入后，即可进行指纹或者ID指环录入。

2.2　身份识别测试

身份识别测试主要开展了生理特征（指纹）和数字识别（指环）两种试验。试验前，指纹必须通过三次验证方可身份录入；ID指环只需要提前放置在线圈范围内然后点击软件的录入按钮即可完成录入，权限配置步骤简单便捷，成功率高。

（1）指纹识别试验

指纹识别试验（如图10所示）时，首先握住握把，压下握把背部的上电开关，系统上电红灯亮起（图10左），此时伸中指到读取器上方验证指纹，当验证通过，蓝灯亮起（图10右），执行机构开启并保持开启状态，直到手松开握把，系统断电，执行机构自动上锁。

（2）指环开启试验

ID指环开启试验（图11、图12）时，将ID指环分别接近握把两侧的天线线圈，此时会检测指环的授权信息，当验证通过，红色指示灯亮起，执行机构开启并保持开启状态，装备可击发；当指环远离握把，系统断电，执行机构自动上锁，装备不可击发。经测试，ID 指环开启成功率几乎达到100%，开启延时短；当更换非授权截止指环时，样机不会解锁。

经过测试对比，指纹识别对环境的要求高，如手指的湿度、清洁度等都会直接影响解锁成功率。特别是对于脱皮、有伤痕等低质量指纹存在识别困难、识别率低的问题，如一些老茧较多的警员可能存在无法识别的问题。ID指环识别技术路径更具有可行性。

2.3　远程控制测试

在执行任务时，由装备管理员先将装备信息输入至手机APP中（图12），确定装备使用人员及并连接对应装备信号。

在操作者执行任务前，服务器通过强制内嵌的主控程序确定执行任务时装备的电子围栏（图14），设定装备使用范围；在使用过程中 , 远程服务器可通过远程通信网络实时修改电子围栏（图143中红色区域），控制装备使用范围。

在装备使用过程中，GPS模块实时持续传送位置信息至处理器，处理判断装备是否超出电子围栏，未超出电子围栏，装备可以正常使用；若超出电子围栏，处理器发出警示并给装备上锁（图15），装备将无法使用，并将告警信息回传服务器提醒装备管理人员。

利用定位模块和通信模块，远程服务器可跟踪定位装备位置， 实测时的跟踪定位轨迹如图16所示。

3　结束语

该技术研究基于远程授权和ID指环身份识别技术，可以控制装备的上锁与解锁；采用通信和卫星定位技术，可以实现装备的远程定位、追踪、使用范围控制，可以大大提高装备使用的安全性，具有较大的应用前景。

随着技术进步，本研究可在以下方面予以改进：进一步降低系统功耗，提高装备使用时间；利用多种组网通信技术，进一步提高装备通讯使用安全性、可靠性；改进软件设计，开发具有便携功能的现场管控装置。

参考文献：

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