手機(jī)圖書館利用射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖書定位功能

許萍華

（南京師范大學(xué)圖書館 江蘇 南京 210046）

近年來，射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）技術(shù)的成熟及其價(jià)格的下降使圖書館使用RFID技術(shù)成為可能，如新加坡國立圖書館、深圳圖書館等都開始使用RFID技術(shù)。RFID技術(shù)可以大大提高圖書借還效率，減少館員的工作量和讀者的等待時(shí)間，為圖書館的發(fā)展帶來新的機(jī)遇。

RFID技術(shù)還可以為讀者快速查找到圖書帶來新的便利。例如，傳統(tǒng)的索書過程通常是讀者先在圖書館管理系統(tǒng)上查詢到所需圖書，并記錄下該圖書的索書號(hào)和館藏地，再根據(jù)索書號(hào)到對應(yīng)館藏地的書架上查找。這種傳統(tǒng)的圖書借閱過程要求讀者不僅要查詢并記住索書號(hào)，同時(shí)還要對書架比較熟悉，才能快捷有效地找到所需圖書。這種方法通常效率較低，如果所需圖書不在對應(yīng)的書架上，讀者往往很難找到所需圖書。利用RFID技術(shù)，讀者不僅可以檢索書目信息和借閱信息，更可以追尋所需圖書在圖書館中的準(zhǔn)確位置，借還書的手續(xù)也會(huì)變得相對簡單，同時(shí)加快了流通作業(yè)的速度。

隨著手機(jī)的普及及其功能的日益強(qiáng)大，手機(jī)圖書館應(yīng)運(yùn)而生。無論讀者身在何處，只要擁有一部能上網(wǎng)的手機(jī)，就能盡享手機(jī)圖書館的服務(wù)，如到書提醒、檢索書目、續(xù)借申請、講座預(yù)訂、參考咨詢、文獻(xiàn)請求等服務(wù)，從桌面終端轉(zhuǎn)換到了移動(dòng)終端，真正地實(shí)現(xiàn)了讀者“坐擁”圖書館的夢想。因此，本文將手機(jī)圖書館與RFID技術(shù)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)手機(jī)圖書館的圖書定位功能。

1 手機(jī)圖書館定位圖書系統(tǒng)方案綜述

通過手機(jī)定位圖書，首先利用手機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)訪問圖書館OPAC（Online Public Access Catalog，聯(lián)機(jī)公共檢索目錄）系統(tǒng)，進(jìn)而由圖書館OPAC系統(tǒng)向圖書定位系統(tǒng)發(fā)起圖書定位請求，圖書定位系統(tǒng)結(jié)合RFID系統(tǒng)來定位圖書，并把定位后的空間信息轉(zhuǎn)換為地理位置信息，再通過手機(jī)反饋給讀者。

通過手機(jī)定位圖書需要具備以下3個(gè)條件：（1）手機(jī)具有上網(wǎng)功能，可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問圖書館的OPAC系統(tǒng)查詢圖書并發(fā)起圖書定位請求。（2）圖書館具有RFID系統(tǒng)，圖書中帶有攜帶便利的無源RFID電子標(biāo)簽，這樣才能通過讀寫器向圖書中的RFID系統(tǒng)提交定位請求，進(jìn)而定位圖書。（3）圖書定位系統(tǒng)可將定位后的空間信息轉(zhuǎn)換為地理位置信息，并將其以圖形化的方式呈現(xiàn)給讀者，清楚地揭示讀者所需圖書所在位置的區(qū)域，進(jìn)而使讀者快速地獲取所需圖書。

2 RFID系統(tǒng)介紹

2.1 RFID系統(tǒng)基本組成

RFID系統(tǒng)包括讀寫器、天線、電子標(biāo)簽及控制終端。

讀寫器：用于讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備。

天線：用于在標(biāo)簽和讀寫器間傳遞射頻信號(hào)。由讀寫器控制天線的輸入功率并發(fā)射問訊信號(hào)和接受電子標(biāo)簽的響應(yīng)信號(hào)。

電子標(biāo)簽：每一個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼附著在物體上，用以標(biāo)識(shí)目標(biāo)對象并向讀寫器發(fā)送標(biāo)識(shí)物的身份信息和內(nèi)置數(shù)據(jù)信息。RFID電子標(biāo)簽通常分為無源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種。有源標(biāo)簽因?yàn)樽陨砭哂须娫矗w形大，難以嵌入圖書中，因此本系統(tǒng)主要使用無源標(biāo)簽。

控制終端：用于接收讀寫器收到的電子標(biāo)簽的位置信號(hào)，判定電子標(biāo)簽所在的位置。在本系統(tǒng)中，控制終端的一個(gè)作用是通過讀寫器向空間中不同位置的天線發(fā)送不同的射頻功率信號(hào)，改變不同位置的天線的射頻工作區(qū)域，判定電子標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的圖書所在的具體位置。

2.2 RFID系統(tǒng)的工作原理

讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)無源RFID標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，無源RFID標(biāo)簽獲得能量后被激活，將自身編碼等信息（載波信號(hào)）通過標(biāo)簽內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從無源RFID標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)后，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；圖書定位系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)簽發(fā)送的信息（如圖書的題名、索書號(hào)等）進(jìn)行匹配，如果匹配到所需圖書，系統(tǒng)就開始進(jìn)行定位處理，如果標(biāo)簽中的信息在定位系統(tǒng)中找不到匹配信息，則認(rèn)為該標(biāo)簽信息無效，系統(tǒng)就不進(jìn)行處理（見圖1）。

3 手機(jī)圖書館定位圖書系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)

3.1 優(yōu)先局部搜索定位方法的提出

傳統(tǒng)的室內(nèi)定位方法通常為基于TOA（Time of Arrival，到達(dá)時(shí)間）的定位方法，這種方法通常依據(jù)讀寫器與安裝在圖書上的標(biāo)簽之間的信號(hào)到達(dá)時(shí)間來估計(jì)標(biāo)簽與讀寫器之間的距離，進(jìn)而確定圖書位置。但在室內(nèi)，讀寫器和標(biāo)簽之間的信號(hào)傳輸往往會(huì)因一定的反射、散射等環(huán)境影響有一定的延遲，造成定位精度及實(shí)際定位效果不佳。另外還有一種室內(nèi)定位方法，即每本圖書帶有的無源RFID標(biāo)簽都將接收到讀寫器天線發(fā)送的觸發(fā)脈沖，并將收到的標(biāo)識(shí)符與自己的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行比較，如果匹配，無源RFID標(biāo)簽響應(yīng)讀寫器表示已匹配到目標(biāo)，從而定位圖書。但因?yàn)閳D書館圖書數(shù)量眾多，要對書架上每本圖書進(jìn)行一一比較，往往會(huì)導(dǎo)致效率過低。因此，這兩種室內(nèi)定位方法在實(shí)際運(yùn)用過程中都比較耗時(shí)。

本文針對圖書館圖書的自有特點(diǎn)，提出了可實(shí)施的優(yōu)先局部搜索定位方法。所謂優(yōu)先局部搜索定位方法，即在定位圖書時(shí)讀寫器并不對圖書館室內(nèi)的無源RFID標(biāo)簽從頭到尾按順序一一搜索，而是優(yōu)先從某一位置進(jìn)行局部搜索。因?yàn)槊勘緢D書入庫時(shí)其固定的架位信息會(huì)記錄到讀寫器中，如果讀寫器優(yōu)先從這個(gè)固定位置搜索，啟動(dòng)離這本圖書的無源RFID標(biāo)簽最近的天線，則會(huì)使搜索時(shí)間縮短很多。如果在這個(gè)固定位置沒有搜索到圖書，則讀寫器會(huì)根據(jù)定位系統(tǒng)中保存的這本圖書的歷史定位記錄進(jìn)行再次搜索。如果仍然沒有搜索到，再進(jìn)行全室范圍內(nèi)的搜索。這種優(yōu)先局部搜索定位方法比傳統(tǒng)的全范圍搜索定位方法在定位時(shí)間上有所縮短，在實(shí)際運(yùn)用過程中較為可行。

3.2 優(yōu)先局部搜索定位方案的實(shí)施過程

圖2是簡化的定位系統(tǒng)構(gòu)架圖。在室內(nèi)按照順序排列一定數(shù)量的天線，這些天線將覆蓋室內(nèi)所有圖書。為了更好地定位，每本圖書通常應(yīng)在3根以上天線的覆蓋范圍內(nèi)。

在優(yōu)先局部搜索過程中，圖2中的RFID讀寫器可以控制多個(gè)可按順序激活的天線。定位系統(tǒng)命令讀寫器選擇離目標(biāo)RFID標(biāo)簽較近的第一根天線，并為其充電，讀寫器將觸發(fā)脈沖發(fā)送給第一根天線，由調(diào)諧到同一頻率的無源RFID標(biāo)簽內(nèi)置天線 “收集”第一根天線產(chǎn)生的磁場，對接收的能量進(jìn)行整流，存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽內(nèi)的小型電容器中。當(dāng)觸發(fā)脈沖結(jié)束時(shí)，電容器內(nèi)存儲(chǔ)的能量作為電源支持RFID標(biāo)簽的工作，RFID標(biāo)簽獲得能量后立即將數(shù)據(jù)傳回，該數(shù)據(jù)由接收天線接收并由讀寫器解碼。一旦所有數(shù)據(jù)傳輸完畢，存儲(chǔ)電容器將放電并重置RFID標(biāo)簽以使其為下一輪讀取做好準(zhǔn)備。

如果在所選擇的天線的讀取范圍內(nèi)沒有檢測到目標(biāo)RFID標(biāo)簽，則讀寫器斷開所選擇天線的電源，并根據(jù)室內(nèi)天線排列順序依次激活第一根天線相鄰的天線，直至遍歷覆蓋目標(biāo)RFID標(biāo)簽的所有天線。如果讀寫器檢測到目標(biāo)無源RFID標(biāo)簽，則記錄下接收到的信號(hào)強(qiáng)度，然后啟動(dòng)下一根天線，進(jìn)行同樣的檢測。如果檢測到，同樣記錄下當(dāng)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，直至遍歷所有天線，并對檢測到的所有信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行比較，選擇信號(hào)強(qiáng)度最好的3根天線運(yùn)用TOA方法來進(jìn)行精確定位（即用3個(gè)以上的讀寫器接收同一信號(hào)源發(fā)射的無線電信號(hào)，通過測量同一信號(hào)到達(dá)不同讀寫器的時(shí)間可以計(jì)算出控制器到信號(hào)源的距離，從而達(dá)到定位的目的）。由于讀寫器和標(biāo)簽之間的信號(hào)傳輸可能會(huì)受到一些障礙物的反射、衍射和散射等原因的影響，使得3個(gè)讀寫器往往不能滿足精確定位的需要，因此需要更多的讀寫器來提高定位精度。當(dāng)圖書定位后，定位系統(tǒng)保存具體位置，以便下次局部搜索使用。

3.3 定位信息反饋給手機(jī)

定位系統(tǒng)查找到圖書的空間信息后，需要將空間信息轉(zhuǎn)換為簡單的圖形信息，以方便讀者快速找到所需圖書。因?yàn)槊總€(gè)書架上至少安裝1根天線，所以通過對目標(biāo)圖書的坐標(biāo)與3根信號(hào)最強(qiáng)天線的坐標(biāo)的比較，可以推斷出3根信號(hào)最強(qiáng)的天線中哪個(gè)與圖書的位置比較靠近。又由于3根天線的書架號(hào)是已知的，圖書的空間信息也已確定，因而通過天線基本可以推斷出圖書的書架號(hào)，再通過這個(gè)書架的位置、長度等信息進(jìn)一步細(xì)化圖書的大概位置，最后將確定的位置以圖形化的形式標(biāo)示出來（見圖3）。圖3是個(gè)簡易圖，在實(shí)際運(yùn)用中圖書館可以根據(jù)需要美化圖片。

當(dāng)圖書定位系統(tǒng)分析出圖書位置信息后，通過網(wǎng)絡(luò)反饋給手機(jī)，讀者通過手機(jī)的即時(shí)查詢即可獲得所需圖書的位置。

4 結(jié) 語

手機(jī)的普遍使用為通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)查找、定位圖書創(chuàng)造了非常便利的條件。本文結(jié)合RFID技術(shù)，提出了優(yōu)先局部搜索定位方法來快速定位RFID圖書。通過保存在圖書定位系統(tǒng)中的書架信息并參考以前查找到該圖書的歷史架位信息來縮小查找范圍，進(jìn)而精確定位。在實(shí)際的圖書定位過程中，因?yàn)樾盘?hào)在墻壁或書架的折射或衰落，會(huì)造成延遲時(shí)間有誤差，從而影響到定位的精度，因此，本文選擇3根信號(hào)強(qiáng)度最佳的天線進(jìn)行定位以提高精度。

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