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半有源RFID射頻識(shí)別技術(shù)的人員門(mén)禁進(jìn)出管理區(qū)域定位系統(tǒng)

作者：高鵬

日期：2013-05-09 08:46:24

摘要：目前市面上單純的2.4G有源想實(shí)現(xiàn)定位是很難的，一般的定位也就是區(qū)域內(nèi)的大范圍定位，往往在10米這樣的范圍。而且還存在信號(hào)不穩(wěn)定的情況，樓層判斷不準(zhǔn)確，電池壽命短等情況，基于這種現(xiàn)狀我公司推出的半有源RFID系統(tǒng)解決了這些情況。

關(guān)鍵詞：定位人員管理腕帶標(biāo)簽2.4G低頻激活門(mén)禁RFID半有源RFID

1．半有源RFID系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景

　　隨著智能化管理制度的逐步完善和信息化設(shè)施的不斷更新，安全防范和控制的能力大大增強(qiáng)。針對(duì)目前檔案館、大型廠區(qū)、監(jiān)獄、敬老院、醫(yī)院、學(xué)校、企事業(yè)單位、大型廣場(chǎng)、大型商場(chǎng)、政府部門(mén)、智能小區(qū)及大型公共場(chǎng)所等對(duì)于人員的進(jìn)出管理和智能化區(qū)域定位精確定位的需求，結(jié)合我們公司半有源RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，我公司特意開(kāi)發(fā)了本套系統(tǒng)“基于半有源RFID射頻識(shí)別技術(shù)的人員門(mén)禁進(jìn)出管理區(qū)域定位系統(tǒng)”，很好的解決了人員自動(dòng)化進(jìn)出判斷管理，人員的精確定位、區(qū)域性定位管理。該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控管理，人員信息資料管理、越界報(bào)警、按鈕求助報(bào)警、追蹤等功能。大幅度的提升檔案館等重要場(chǎng)所內(nèi)部的安全性和管理效率, 提高管理效率，降低管理人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)該系統(tǒng)接口開(kāi)放，具有多方面擴(kuò)展功能,比如與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

2．半有源RFID技術(shù)介紹

　　2.1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

　　RFID（Radio Frequency Identification Technology）射頻識(shí)別技術(shù)是一種通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。從概念上來(lái)講，RFID類(lèi)似于條碼掃描，條碼掃描技術(shù)是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專(zhuān)用的掃描讀寫(xiě)器利用光電信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫(xiě)器；而RFID則使用專(zhuān)用的RFID讀寫(xiě)器及專(zhuān)門(mén)的可附著于目標(biāo)物的RFID單元，利用RF信號(hào)將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫(xiě)器。

　　目前，RFID技術(shù)中所衍生的產(chǎn)品大概有三大類(lèi)：無(wú)源RFID產(chǎn)品、有源RFID產(chǎn)品、半有源RFID產(chǎn)品。

　　無(wú)源RFID產(chǎn)品發(fā)展最早，也是目前發(fā)展最成熟，市場(chǎng)應(yīng)用最廣的產(chǎn)品。比如，公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門(mén)禁卡、二代身份證等，這個(gè)在我們的日常生活中隨處可見(jiàn)，屬于近距離接觸式識(shí)別類(lèi)。其產(chǎn)品的主要工作頻率有低頻125KHZ、高頻13.56MHZ、超高頻433MHZ，超高頻915MHZ。

　　有源RFID產(chǎn)品，是最近幾年慢慢發(fā)展起來(lái)的，其遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別的特性，決定了其巨大的應(yīng)用空間和市場(chǎng)潛質(zhì)。目前，在遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域，如智能監(jiān)獄，智能醫(yī)院，智能停車(chē)場(chǎng)，智能交通，智慧城市，智慧地球及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域有重大應(yīng)用。有源RFID在這個(gè)領(lǐng)域異軍突起，屬于遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別類(lèi)。產(chǎn)品主要工作頻率有超高頻915MHZ，微波2.45GHZ。

　　有源RFID產(chǎn)品和無(wú)源RFID產(chǎn)品，其不同的特性，決定了不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的應(yīng)用模式，也有各自的優(yōu)勢(shì)所在。但在本系統(tǒng)中，我們著重介紹介于有源RFID和無(wú)源RFID之間的半有源RFID產(chǎn)品，該產(chǎn)品集有源RFID和無(wú)源RFID的優(yōu)勢(shì)于一體，在門(mén)禁進(jìn)出管理，人員精確定位，區(qū)域定位管理，周界管理，電子圍欄及安防報(bào)警等領(lǐng)域有著很大的優(yōu)勢(shì)。

　　2.2 半有源RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

　　半有源RFID產(chǎn)品，結(jié)合有源RFID產(chǎn)品及無(wú)源RFID產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，在低頻125KHZ頻率的觸發(fā)下，讓微波2.45G發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。半有源RFID技術(shù)，也可以叫做低頻激活觸發(fā)技術(shù)，利用低頻近距離精確定位，微波遠(yuǎn)距離識(shí)別和上傳數(shù)據(jù)，來(lái)解決單純的有源RFID和無(wú)源RFID沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的功能。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是近距離激活定位，遠(yuǎn)距離識(shí)別及上傳數(shù)據(jù)。真正做到“運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外”的大將風(fēng)范。

　　2.3 半有源RFID技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

　　半有源RFID是一項(xiàng)易于操控、簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫(xiě)工作模式，且無(wú)需接觸或瞄準(zhǔn)；可在各種惡劣環(huán)境下自由工作，短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可以替代條碼，例如用在工廠的流水線(xiàn)上跟蹤物體；長(zhǎng)距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識(shí)別距離可達(dá)幾十米，如自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車(chē)輛身份等。其所具備的獨(dú)特優(yōu)越性是其它識(shí)別技術(shù)無(wú)法企及的，主要有以下幾個(gè)方面：

　　讀取方便快捷：

　　數(shù)據(jù)的讀取無(wú)需光源，甚至可以透過(guò)外包裝來(lái)進(jìn)行。有效識(shí)別距離更大，有效識(shí)別距離可達(dá)到30米以上；

　　識(shí)別速度快：

　　終端一進(jìn)入磁場(chǎng)，解讀器就可以即時(shí)讀取其中的信息，而且能夠同時(shí)處理多個(gè)終端，實(shí)現(xiàn)批量識(shí)別；

　　數(shù)據(jù)容量大：

　　數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼(PDF417)，最多也只能存儲(chǔ)2725個(gè)數(shù)字；若包含字母，存儲(chǔ)量則會(huì)更少；RFID終端則可以根據(jù)用戶(hù)的需要擴(kuò)充到數(shù)十K；
使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣：

　　其無(wú)線(xiàn)電通信方式，使之在粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境中，工作人員不必身在其中就可進(jìn)行工作。終端的封閉式包裝使得壽命大大超過(guò)印刷的條形碼；

　　標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更改：

　　利用編程器可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，從而賦予RFID標(biāo)簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能，而且寫(xiě)入時(shí)間比打印條形碼更少；

　　更好的安全性：

　　不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類(lèi)型的產(chǎn)品上，而且可以為終端數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)設(shè)置密碼保護(hù)，從而具有更高的安全性；

　　動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)通信：

　　終端以每秒50～100次的頻率與解讀器進(jìn)行通信，所以只要RFID終端所附著的物體出現(xiàn)在解讀器的有效識(shí)別范圍內(nèi)，就可以對(duì)其位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)的追蹤和監(jiān)控。

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3．半有源RFID系統(tǒng)總體介紹

　　3.1 系統(tǒng)原理

　　APS實(shí)時(shí)定位追蹤系統(tǒng)通過(guò)RFID(電子標(biāo)簽)的應(yīng)用，以電子標(biāo)簽作為目前最先進(jìn)的標(biāo)識(shí)碼，具備了不易破損、數(shù)據(jù)可靠、使用周期長(zhǎng)、有效通訊距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，是替代條形碼、紅外線(xiàn)標(biāo)識(shí)的最佳選擇。將其安裝在受控目標(biāo)上，來(lái)作為目標(biāo)的唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行追蹤和定位。

　　工作時(shí)，管理人員通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)識(shí)別基站追蹤和定位目標(biāo)。

　　3.1.1 半有源RFID電子標(biāo)簽

　　半有源RFID電子標(biāo)簽，是集成了有源RFID電子標(biāo)簽和無(wú)源RFID電子標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)，作為一種特殊的標(biāo)示物。在平時(shí)情況，其處于休眠狀態(tài)不工作，不向外界發(fā)出RFID信號(hào)，只有在其進(jìn)入低頻激活器的激活信號(hào)范圍時(shí)，標(biāo)簽被激活后，才開(kāi)始工作。

　　3.1.2 半有源RFID自動(dòng)識(shí)別工作原理

　　結(jié)合低頻激活器，半有源RFID標(biāo)簽，被激活后正常工作。而低頻激活器的激活距離是有限的，它只能在小距離小范圍精確激活，這樣，以低頻激活器為基點(diǎn)來(lái)定位，在不同的位置安裝不同的基點(diǎn)，然后在一個(gè)大區(qū)域用遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)器識(shí)別讀取信號(hào)，之后用不同的上傳方式將信號(hào)上傳到管理中心，這樣，完成了整個(gè)信號(hào)的采集，傳輸，處理，應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程。

　　3.1.3 區(qū)域定位原理

　　示意圖：

圖3-1 系統(tǒng)區(qū)域定位示意圖

　　如上圖所示，我們采用RFID半有源技術(shù)做人員區(qū)域定位管理，在每個(gè)被監(jiān)控區(qū)域，如每個(gè)房間，安裝半有源定位基站，也就是我們公司的低頻激活器，每個(gè)低頻激活器帶有4路或者6路激活天線(xiàn)，相鄰的4個(gè)或者6個(gè)房間可以共用一臺(tái)低頻激活器，在整個(gè)我們的定位系統(tǒng)中，定位基站是最小的基點(diǎn)，作為定位點(diǎn)的最近本的基點(diǎn)，其激活標(biāo)簽的距離在3-3.5米，也就是每個(gè)標(biāo)簽在激活器3-3.5米的范圍里被激活，其定位精度可以描述為3-3.5米。不同區(qū)域的激活器，都有自己唯一的地址碼，當(dāng)人員帶著半有源低頻激活標(biāo)簽進(jìn)入定位基站被激活后，標(biāo)簽正常工作，向外界發(fā)送標(biāo)簽的ID號(hào)，同時(shí)也發(fā)送出激活標(biāo)簽的激活器的地址碼，這樣，通過(guò)激活器的地址碼，我們就能夠定位出標(biāo)簽所在的位置。當(dāng)標(biāo)簽從一個(gè)激活器拿到另一個(gè)位置時(shí)，上傳上來(lái)的激活器地址碼也會(huì)隨之變化，這樣，就形成了完整的定位體系。而標(biāo)簽上傳的數(shù)據(jù)，被大范圍內(nèi)的定位基站網(wǎng)關(guān)接收到，將信息上傳至管理中心進(jìn)行處理，完成了整個(gè)定位系統(tǒng)。

　　3.2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　3.2.1 系統(tǒng)組成和架構(gòu)

　　基于半有源RFID技術(shù)的人員區(qū)域定位管理系統(tǒng)由半有源RFID電子標(biāo)簽、半有源低頻激活器、讀寫(xiě)器（接收器、電子監(jiān)控基站）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和系統(tǒng)軟件組成。下圖一個(gè)簡(jiǎn)單的人員區(qū)域定位管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)：

　　3.2.2 系統(tǒng)區(qū)域定位示意圖

圖3-3 區(qū)域定位示意圖

　　如上圖所示：通過(guò)不同的被激活的標(biāo)簽所上傳的激活器的地址碼，可以判斷出不同激活器附近所在的人員情況，包括人員的數(shù)量，姓名，職務(wù)等信息。這樣，無(wú)論人員走到哪里，都會(huì)有當(dāng)?shù)氐募せ钇麈i定他們，來(lái)確定他們所在的具體位置，并且及時(shí)的將信息上傳至管理中心，管理中心經(jīng)過(guò)一系列的變換處理，得出相關(guān)的結(jié)果。同時(shí)，也很輕松的完成了我們的既定目的，就是對(duì)人員的區(qū)域定位管理。

　　3.2.3 門(mén)禁進(jìn)出管理系統(tǒng)

圖3-4 門(mén)禁進(jìn)出管理示意圖

　　如上圖所示，我們給每一個(gè)需要管理的門(mén)禁安裝一臺(tái)低頻激活器，每臺(tái)激活器引出2路低頻激活天線(xiàn)，分別是1號(hào)天線(xiàn)，2號(hào)天線(xiàn)，各自布置在門(mén)禁的外面和里面，而在門(mén)禁旁邊安裝一臺(tái)我們公司自主研發(fā)生產(chǎn)的2.45G遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)器，作為信號(hào)接收器。當(dāng)人員佩戴著半有源RFID低頻激活標(biāo)簽，進(jìn)入門(mén)禁時(shí)，依次被激活天線(xiàn)1號(hào)和激活天線(xiàn)2號(hào)激活，這樣系統(tǒng)則判斷出人員進(jìn)入門(mén)禁，相反，則系統(tǒng)辨識(shí)為出門(mén)。就這樣完成了整個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)人員進(jìn)出判斷的管理。

　　3.2.4 設(shè)備隱蔽安裝

　　安裝設(shè)備時(shí)候，我們可以充分利用安裝現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)條件，靈活掌握安裝方式，一般我們的激活天線(xiàn)安裝在天花板上，隱秘安裝，形成美觀、簡(jiǎn)潔的風(fēng)格。

圖3-5 安裝示意圖

　　3.3 系統(tǒng)的功能　

　　實(shí)時(shí)布控區(qū)域目標(biāo)動(dòng)態(tài)顯示功能：

　　1) 任一時(shí)間查詢(xún)并顯示受控區(qū)域目標(biāo)的數(shù)量、分布情況及身份；

　　2) 查詢(xún)一個(gè)或多個(gè)受控目標(biāo)現(xiàn)在的實(shí)際位置；

　　3) 可實(shí)現(xiàn)信息多點(diǎn)共享，供多個(gè)部門(mén)及領(lǐng)導(dǎo)同時(shí)在不同地點(diǎn)查看；

　　豐富的地圖功能：

　　具有放大、縮小、移動(dòng)、標(biāo)尺測(cè)距、視野控制、中心移動(dòng)、土層控制、地圖打印等功能。

　　禁區(qū)報(bào)警功能：

　　對(duì)于指定的禁區(qū)，如果有非授權(quán)進(jìn)入，實(shí)時(shí)報(bào)警，并顯示進(jìn)入禁區(qū)的目標(biāo)及身份。

　　目標(biāo)軌跡查詢(xún)：

　　可查找某目標(biāo)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)所經(jīng)歷的路徑，并在圖中畫(huà)出線(xiàn)路軌跡。

　　豐富的受控目標(biāo)考勤能力：

　　可對(duì)出入布控區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的考勤記錄，建立目標(biāo)的各種信息報(bào)表（如：時(shí)間報(bào)表、出勤月報(bào)表、加班報(bào)表、缺勤報(bào)表等等）。

　　突發(fā)事件控制：

　　一旦有突發(fā)事件，上位機(jī)上立即能顯示出該現(xiàn)場(chǎng)的目標(biāo)數(shù)量、信息，位置和歷史情況等信息，大大提高安全管理工作的效率和效果。

　　3.4 系統(tǒng)性能特點(diǎn)

　　強(qiáng)大的系統(tǒng)處理能力：

　　1) 高度自動(dòng)化；

　　2) 基于GIS 技術(shù)的地理信息顯示、查詢(xún)系統(tǒng)；

　　3) 完善的數(shù)據(jù)分析能力；

　　卓越的識(shí)別性能：

　　1) 高度的識(shí)別可靠性，100%的前端識(shí)別率；

　　2) 識(shí)別距離遠(yuǎn)（識(shí)別距離可達(dá)2-100 米可調(diào)）；

　　3) 極高的防沖突性（每個(gè)識(shí)別基站可最多同時(shí)識(shí)別數(shù)以百計(jì)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)）；

　　4) 高度的識(shí)別穩(wěn)定性（誤碼率小于10 萬(wàn)分之1）；

　　5) 快速的識(shí)別速度（最快可達(dá)到200 公里/小時(shí)的識(shí)別速度）。

　　現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)：

　　1) 環(huán)境適應(yīng)性：高抗干擾性，對(duì)干擾源、周界環(huán)境無(wú)特殊要求；

　　2) 安裝方便性：一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)需外接天線(xiàn)；

　　3) 運(yùn)行可靠性：內(nèi)部電路高度集成化，器件故障率最小化。

　　電氣特性：

　　1) 超低功耗：納瓦級(jí)超低功耗設(shè)計(jì)，RFID標(biāo)簽在不更換電池的情況下可連續(xù)正常工作3年以上；

　　2) 方便性、安全性，標(biāo)簽無(wú)須外接電源，無(wú)須充電、無(wú)須更換電池；

　　3) 無(wú)輻射，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)任何影響，更安全更健康。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

　　1、工控頻段

　　采用2.4G 工控頻段無(wú)線(xiàn)通訊無(wú)需無(wú)線(xiàn)電管制委員會(huì)批準(zhǔn)，不需繳納頻譜占用費(fèi)用。

　　2、超低功耗

　　RFID標(biāo)簽采用獨(dú)特的納瓦級(jí)超低功耗設(shè)計(jì)，確保能在電池支持下持續(xù)工作長(zhǎng)達(dá) 3～5 年左右。同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)的低功耗設(shè)計(jì)既保證了設(shè)備的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，又減少了應(yīng)用實(shí)施的復(fù)雜性和成本。

　　3、網(wǎng)絡(luò)容量大

　　一個(gè)區(qū)域定位網(wǎng)絡(luò)可以容納多達(dá)六萬(wàn)余的RFID識(shí)別目標(biāo)和大量的接入點(diǎn)。大容量保證了網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的高冗余性保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在個(gè)別節(jié)點(diǎn)停止工作的情況下仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　4、高可靠性

　　APS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)核心技術(shù)目前采用獨(dú)有定位算法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自喚醒，自容錯(cuò)，自愈合。

　　5、運(yùn)行及維護(hù)成本低

　　APS所有硬件設(shè)備均采用免維護(hù)設(shè)計(jì)，建設(shè)和維護(hù)所需要的人工費(fèi)用是很低，任何一個(gè)經(jīng)過(guò)授權(quán)的RFID標(biāo)簽只要放在網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，就可自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)工作，無(wú)須任何安裝配置。高度智能化最大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)所需的人力和時(shí)間，加上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身價(jià)格低廉，使得系統(tǒng)的維護(hù)成本極低。

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4．半有源RFID系統(tǒng)軟件介紹

　　4.1 前臺(tái)登陸界面

圖4-1 系統(tǒng)前臺(tái)登陸

　　4.2 軟件界面導(dǎo)航圖

圖4-2 軟件界面導(dǎo)航圖

　　4.3 追蹤定位監(jiān)控整體流程

圖4-3 軟件應(yīng)用的整體流程圖示

　　4.4 后臺(tái)管理登陸界面

圖4-4 系統(tǒng)后臺(tái)登陸

　　4.5 人員檔案模塊

　　建立每個(gè)人員的數(shù)字檔案，詳細(xì)記錄每個(gè)人員各種信息，并且建立多維的查詢(xún)系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)單快捷查詢(xún)各種信息。可以整合原來(lái)的人員信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。記錄被管理人員的日常行為，可以全面分析其行為模式。

　　管理員資料：包括標(biāo)簽ID，人員編號(hào)，姓名，性別，證件名稱(chēng)，證件號(hào)碼，證件地址，郵政編碼，聯(lián)系電話(huà)，人員級(jí)別，人員類(lèi)別，狀態(tài)，備注，照片，簡(jiǎn)歷，特征；

　　可對(duì)人員資料進(jìn)行新增、修改、刪除、查詢(xún)。

　　人員資料包括：人員唯一系統(tǒng)ID、電子標(biāo)簽ID號(hào)、人員編號(hào)、姓名、性別、證件名稱(chēng)、證件號(hào)碼、證件地址、證件地址郵政編碼、聯(lián)系地址、聯(lián)系地址郵政編碼、聯(lián)系電話(huà)號(hào)碼、身份級(jí)別、權(quán)限組ID、實(shí)際權(quán)限字符串、受控對(duì)象狀態(tài)。

　　比如可以在管理終端輸入人員ID或姓名，對(duì)人員進(jìn)行快速定位。

　　包括五部分：人員資料管理，管理員資料管理，監(jiān)控設(shè)備管理，電子地圖管理，監(jiān)控區(qū)域管理。