物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在圖書館建設(shè)中的應(yīng)用研究

楊松濤　張宗利

摘要：從感知、定位、存儲(chǔ)和決策4個(gè)方面分別闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在圖書館建設(shè)中的應(yīng)用，同時(shí)介紹物聯(lián)網(wǎng)特有的安全和隱私問題，總結(jié)智能圖書館建設(shè)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；圖書管理；射頻識別；智能圖書管理技術(shù)

文章編號：1672-5913（2013）07-0028-03

中圖分類號：G642

伴隨著新的信息技術(shù)在傳感、實(shí)時(shí)控制、通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的長足發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能圖書管理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在圖書管理中的應(yīng)用拓展了圖書館的發(fā)展空間，最大限度地優(yōu)化了館藏資源到讀者之間的文獻(xiàn)運(yùn)輸和流動(dòng)信息分配，提高了文獻(xiàn)資源的利用率，降低了圖書館的運(yùn)營資本，促進(jìn)了信息資源共享建設(shè)。

物聯(lián)網(wǎng)通過Internet實(shí)現(xiàn)物理世界任何產(chǎn)品的互聯(lián)，使圖書等資料成為附有動(dòng)態(tài)信息的“智能產(chǎn)品”，并使信息流和物流完全同步，為圖書館資源信息共享提供了一個(gè)高效、快捷的網(wǎng)絡(luò)平臺。具有準(zhǔn)確獲取信息能力的RFID電子標(biāo)簽是對物品的惟一標(biāo)識，電子標(biāo)簽具有可讀寫功能，其電子數(shù)據(jù)可根據(jù)需要記錄各種信息，如書名、架位、館藏地點(diǎn)等，同時(shí)電子標(biāo)簽具有可塑性，能附于圖書、音像制品等信息載體上。通過電子標(biāo)簽可以對具體的物品進(jìn)行監(jiān)控，并利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)將該物品的細(xì)節(jié)信息存儲(chǔ)、共享，以便圖書管理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)利用。集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的圖書管理系統(tǒng)可以對圖書信息進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的跟蹤，精確掌握庫存變化情況、周轉(zhuǎn)流動(dòng)情況，分析讀者閱讀傾向的變化、圖書需求的變化情況。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅創(chuàng)新了圖書館自動(dòng)化管理模式，突破傳統(tǒng)信息傳播模式的障礙，克服信息傳播中的延誤，而且實(shí)現(xiàn)了圖書館與讀者互動(dòng)的人性化服務(wù)，提高了館員的工作效率，加強(qiáng)了圖書藏、借、閱一體化的功能，增強(qiáng)了圖書館的安全性、準(zhǔn)確性、可靠性和擴(kuò)展性，具有良好的發(fā)展前景。

1 感知識別

感知識別是融合物理世界和信息世界的重要環(huán)節(jié)。感知識別層位于物聯(lián)網(wǎng)4層模型的最底層，是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，縮寫RFID）是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新興自動(dòng)識別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的?；赗FID標(biāo)簽對物體的惟一標(biāo)識特性，使其成為了條形碼+磁條系統(tǒng)的完美替代品。RFID標(biāo)簽中包含圖書館標(biāo)識、館藏地、文獻(xiàn)類別、圖書層架信息、近期借還記錄等多種信息，擁有遠(yuǎn)距離可讀性和安全防盜性。智能圖書管理系統(tǒng)通常采用高頻被動(dòng)式標(biāo)簽，其通信頻段范圍為3～30MHz。除金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數(shù)材料，但是往往會(huì)降低讀取距離，一般在1m左右。該頻段在全球都得到認(rèn)可并沒有特殊的限制，能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域，具有防沖撞特性，可以同時(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽，并把數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。

感知圖書、感知人員、感知環(huán)境是智能感知的3個(gè)基本要素。RFID自助借還書機(jī)是一種可以自動(dòng)識別粘貼有RFID標(biāo)簽的圖書及資料設(shè)備，通過觸摸屏交互式的示范和清晰的語音提示來引導(dǎo)讀者完成借還書全過程，自動(dòng)處理圖書的借還手續(xù)并將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。RFID館藏清點(diǎn)器對貼有標(biāo)簽的圖書進(jìn)行掃描，系統(tǒng)可以明確地辨認(rèn)出各類圖書的信息，并根據(jù)需要對有關(guān)信息進(jìn)行處理，達(dá)到快速分級處理的效果，大大提高了工作效率。RFID自動(dòng)分揀系統(tǒng)提高了上架的及時(shí)性和效能；RFID門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、人數(shù)計(jì)數(shù)等功能。RFID體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 定位系統(tǒng)

位置信息承載了“時(shí)間”“空間”“對象”3大關(guān)鍵信息，利用這些信息不僅可以提供時(shí)效性服務(wù)，而且可以提供個(gè)性化定制服務(wù)。常用的定位技術(shù)包括基于TOA（Time of Arrival）定位、基于TDOA（Time Difference of Arrival）定位、基于AOA（Angle of Arrival）定位、基于RSSI（Received Signal Strength Indicator）定位。智能圖書管理系統(tǒng)常采用價(jià)格低廉的RFID標(biāo)簽，增加定位模塊會(huì)增加設(shè)備成本。因此，一種基于信號特征的動(dòng)態(tài)定位方法LANDMARC用于圖書館定位。LANDMARC使用RFID技術(shù)，在測量區(qū)域布置一系列的RFID標(biāo)簽作為“地標(biāo)”，再輔以少量的閱讀器。此外，測量目標(biāo)也攜帶RFID標(biāo)簽。圖2所示為LANDMARC布局的例子。

智能圖書館定位管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)讀者和員工定位、讀者行為分析以及方便查找人員，結(jié)合GIS系統(tǒng)方便查詢相關(guān)書籍設(shè)定的信息，館藏書目數(shù)據(jù)、借閱數(shù)據(jù)及圖書當(dāng)前所在位置。電子防盜系統(tǒng)可以利用位置信息追蹤圖書流動(dòng)的軌跡。

3 信息存儲(chǔ)

伴隨著圖書館逐漸步入數(shù)字化信息時(shí)代，傳統(tǒng)的紙質(zhì)期刊書籍、影印資料逐漸呈現(xiàn)出電子化趨勢，并且由于互聯(lián)網(wǎng)、電子閱讀終端的普及，人們的書籍獲取途徑以及閱讀方式同樣發(fā)生著改變。圖書館的建設(shè)正在向著基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)的數(shù)字圖書館發(fā)展，以滿足讀者多樣信息獲取需要。物聯(lián)網(wǎng)需要隨時(shí)隨地感知、傳輸信息，以便及時(shí)計(jì)算和控制設(shè)備。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)相對于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)具有更深入的智能化特性，處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析、匯總和計(jì)算，整合多維度的信息，從而支持智能管理決策。集中的存儲(chǔ)設(shè)備可以保證數(shù)字化資源的集中存儲(chǔ)，但是，當(dāng)存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)會(huì)存在著數(shù)據(jù)丟失的隱患。如何保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，保證數(shù)字圖書館的應(yīng)用系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)字資源的安全存儲(chǔ)是必須考慮的問題。

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算（cloud computing）概念上延伸和發(fā)展出來的一個(gè)新的概念，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心是大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理時(shí)，云計(jì)算系統(tǒng)中就需要配置大量的存儲(chǔ)設(shè)備，那么云計(jì)算系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成為一個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，所以云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。智能圖書館引入云存儲(chǔ)平臺后，能夠?qū)D書館內(nèi)所有的資源通過虛擬化技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和分配。云存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 智能決策

在先進(jìn)的感知、通信、計(jì)算和存儲(chǔ)技術(shù)的支持下，有效地利用海量信息成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵。面對海量數(shù)據(jù)，人們必須借助計(jì)算機(jī)才能獲取相關(guān)知識。數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）是通過分析每個(gè)數(shù)據(jù)，從大量數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律的技術(shù)，主要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、規(guī)律尋找和規(guī)律表示3個(gè)步驟。數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)有關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類分析、異常分析、特異群組分析和演變分析等。在智能圖書館中，所有的物理對象都參與業(yè)務(wù)流程（感知、通信計(jì)算、存儲(chǔ)、控制）。精準(zhǔn)的感知數(shù)據(jù)和精確定位信息被合理地存儲(chǔ)計(jì)算，智能圖書管理系統(tǒng)可以分析現(xiàn)有圖書的借閱現(xiàn)狀和變化趨勢，對讀者的閱讀習(xí)慣、圖書的暢銷程度等信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)分類模型對相關(guān)對象可能性作出預(yù)測，然后根據(jù)預(yù)測結(jié)果有針對性地設(shè)計(jì)個(gè)性化服務(wù)。系統(tǒng)可以找到數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系，然后利用學(xué)習(xí)模式進(jìn)行合理預(yù)測，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤或危險(xiǎn)操作的預(yù)警行為，提高服務(wù)的自動(dòng)化程度。

5 安全與隱私

RFID標(biāo)簽負(fù)責(zé)采集物理世界的信息，并將這些信息通過無線方式傳送到服務(wù)器上。RFID標(biāo)簽受成本限制，不能支持復(fù)雜的密碼學(xué)計(jì)算，因而容易遭受攻擊，例如竊聽、欺騙、篡改和拒絕服務(wù)等。RFID標(biāo)簽通常附著在物品上，甚至嵌入人體，其中可能存儲(chǔ)大量的隱私信息。通過RFID標(biāo)簽上的信息，攻擊者可以追蹤標(biāo)簽攜帶者（人或物品）。利用這種方法，攻擊者可以掌握用戶的行為規(guī)律和閱讀習(xí)慣，或?qū)嵤┻M(jìn)一步的犯罪行為。

6 結(jié)語

智能圖書館是感知、服務(wù)和管理的智慧化中心，它由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3大部分構(gòu)成。感知層負(fù)責(zé)識別物體和采集信息，網(wǎng)絡(luò)層用于傳遞和處理感知層獲取的信息，應(yīng)用層主要是實(shí)現(xiàn)智能化管理和人性化服務(wù)。智能圖書館有以下特點(diǎn)：①深度的感知；②泛在的互聯(lián)；③高度的人性化服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的跨越式發(fā)展必將使智能圖書館展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。例如：建立多維度的交互方式；實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、無縫的知識組織方式和海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；充分地運(yùn)用定位技術(shù)和決策規(guī)劃技術(shù)?？傊S著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能圖書館建設(shè)中的有效應(yīng)用，圖書館將具有更透徹的感知能力、更全面的認(rèn)識能力和更為智慧的處理能力。

（編輯：郭田珍）