基于RFID的圖書自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

柳楊

摘 要：文章以廣州圖書館為例，簡述了基于RFID的圖書自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用成效及現(xiàn)存的問題，并結(jié)合RFID圖書自動分揀系統(tǒng)實際的運行情況提出了合理化的改進建議。

中圖分類號：G250文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-1588（2017）05-0078-03

關(guān)鍵詞：RFID；圖書館；自動分揀

隨著當(dāng)今城市圖書館的不斷發(fā)展，圖書館的藏書量也逐年增加。通過館員及社會各界的不斷宣傳與推廣，近年來圖書館注冊讀者與圖書外借數(shù)量也都有了顯著增長，以廣州圖書館為例，該館2012年至2015年累計注冊讀者數(shù)量分別為：39.2萬、66.1萬、86.8萬、105.9萬，圖書外借數(shù)量分別為：238.2萬冊次、568.8萬冊次、732.7萬冊次、754萬冊次。面對如此巨大的借閱量，圖書歸還后回館分揀再上架就成為一個巨大的難題，而機械化自動化的圖書分揀不失為一個高效快捷的解決方案。

1 自動分揀技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)20年代，荷蘭爾瑪公司首先研發(fā)了世界第一臺信件分揀設(shè)備，標(biāo)志著自動分揀設(shè)備的誕生。早期的自動分揀系統(tǒng)是基于條碼等的圖形識別，因為圖形識別對象結(jié)構(gòu)簡單，而且圖形條碼印刷成本低，所以圖形識別被廣泛地應(yīng)用在信件、包裹等的分揀中。但是，因圖形識別有識別速度慢、識別率不高、對圖形的印刷位置要求較高等弊端，易造成分揀速度慢及分揀錯誤率高等問題。RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，很好地解決了圖形識別的各種問題。RFID即無線射頻識別，它是一種通信技術(shù)，指通過無線電信號非接觸式地讀寫特定目標(biāo)的數(shù)據(jù)。這種識別技術(shù)最大的優(yōu)勢在于在可識別的范圍內(nèi)可以不用接觸目標(biāo)（包括機械或光學(xué)接觸），即可識別出目標(biāo)內(nèi)所包含的各種數(shù)據(jù)信息。RFID技術(shù)讓自動分揀系統(tǒng)無須考慮分揀對象的擺放方式，只需將被分揀對象置于可識別范圍內(nèi)即可準(zhǔn)確快速地識別，大大提高了自動分揀系統(tǒng)的兼容性及分揀效率。

2 圖書自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

圖書的自動分揀系統(tǒng)與快遞包裹的分揀系統(tǒng)類似，可分為投入段、圖書合流排序段、輸送段、識別段、分揀段等幾大部分。但是，由于使用對象的特殊性，圖書自動分揀系統(tǒng)與其他分揀系統(tǒng)也有著明顯的差異：①從投入段來看，圖書分揀系統(tǒng)要求進入分揀系統(tǒng)的圖書不可以重疊放置。這是由于圖書分揀的目標(biāo)是將圖書按照其在圖書館的不同擺放區(qū)域分開，最終達到方便圖書館工作人員便捷上架圖書的目的。不同圖書有不同的分揀去向，重疊圖書進入分揀系統(tǒng)時，系統(tǒng)無法拆分圖書，最終只能將疊放的圖書分揀進入同一個出口，這必然會導(dǎo)致分揀出錯。所以，圖書分揀系統(tǒng)投入段需嚴(yán)格控制圖書的進入方式。另外，在圖書館中，圖書分揀系統(tǒng)投入段的用戶一般都是讀者，所以投入段也要兼顧圖書歸還、查詢及逾期繳費的功能。②圖書合流排序段則需要將讀者在不同的投入口投入的圖書進行排序和合流。由于分揀識別是通過RFID的讀寫器來識別圖書上粘貼的RFID標(biāo)簽，如果輸送線上的圖書距離較近，會造成讀寫器同時讀取到多本圖書的情形，同樣會造成分揀出錯。所以，在投入段之后需要對各投入口進入的圖書進行合理的排序，保證在分揀線上輸送的圖書有足夠的間距，避免分揀識別出錯。③輸送段需根據(jù)圖書館場地情況的不同，通過多樣的組合形式，最終將圖書運輸至分揀機進行分揀。以廣州圖書館為例，該館是一個地上十層、地下三層的多層建筑，讀者用來歸還圖書的投入口在一層，而分揀機在負一層，為了將圖書快速地運輸至分揀機，該館采用了多段皮帶機和螺旋運輸機組合的輸送方式。④由于具備非接觸高速讀取特性，RFID技術(shù)已成為圖書分揀系統(tǒng)普遍采用的識別方案，分揀識別段通過讀取圖書RFID標(biāo)簽中的圖書信息并上傳給服務(wù)器以判斷圖書的分揀去向。由于圖書分揀系統(tǒng)要求有較高的分揀速度和較低的分揀差錯率，所以對分揀識別段的要求頗高。以廣州圖書館為例，分揀機的分揀效率為每小時分揀5，000冊圖書，平均每本圖書從開始識別到分揀機獲得分揀去向僅有不足1.4秒的時間。⑤分揀機是自動分揀系統(tǒng)的核心段，分揀機的分揀速度及差錯率直接影響整個系統(tǒng)的分揀效率。同時，根據(jù)分揀機結(jié)構(gòu)形式的不同，常見的圖書分揀機有：交叉帶分揀機、翻盤式分揀機、滑塊式分揀機、擋板式分揀機、膠帶浮出式分揀機、輥筒浮出式分揀機、條板傾斜式分揀機等。廣州圖書館根據(jù)業(yè)務(wù)需求及場地情況，選擇了直線交叉帶式高速分揀機。

3 廣州圖書館圖書自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況及成果

廣州圖書館新館有南北兩座塔樓，其中南樓八層，北樓十層。廣州圖書館新館于2012年12月28日起正式開館，同時于2013年開始進行圖書自動分揀系統(tǒng)的建設(shè)。在完成各項測試后，該系統(tǒng)基本于2015年開始正式投入使用。

3.1 圖書自動分揀系統(tǒng)在廣州圖書館的應(yīng)用情況

廣州圖書館目前的分揀過程為：自動還書投入口投入圖書（讀者）→輸送系統(tǒng)→分揀系統(tǒng)→各樓層分揀室二次分揀→人工上架。由于廣州圖書館除了現(xiàn)有的5臺自動還書投入口可以歸還圖書以外，在全館各樓層各區(qū)域都擺放有大量的自助借還書機可以歸還圖書，所以該系統(tǒng)還單獨設(shè)有一個獨立的投入口供工作人員使用，該投入口可以將讀者在其他設(shè)備歸還的圖書平行地投入分揀系統(tǒng)進行分揀。廣州圖書館的圖書分揀系統(tǒng)共設(shè)有分揀口32個，由于直線分揀機分揀圖書時圖書只能從識別段經(jīng)過一次，所以在分揀機尾端位置固定設(shè)置了左右兩個“收容”分揀口，分揀機會在此處強制將還未完成分揀的圖書投放至收容口中，避免出現(xiàn)未分揀圖書從分揀機尾端拋出的情況。另外，在分揀機后段還設(shè)有“規(guī)則未匹配圖書”和“未識別圖書”4個固定分揀口，所有固定分揀口的圖書均需由工作人員人工查詢辨別后才能繼續(xù)處理（見圖1）。

分揀系統(tǒng)的其他26個分揀口為普通分揀口，廣州圖書館根據(jù)全館上架圖書的擺放位置及部分圖書的特殊狀態(tài)，將圖書共分為以下26類：北1樓、北2樓24小時、北3樓、北3樓I247.5、北4樓I247.5英、北4樓I、北5樓ACDE、北5樓B、北5樓F、北6樓K、北6樓南J、北6樓GQ、北7樓、北8樓、南2樓、南3樓、南3樓I287.4、南3樓I287.7、南3樓I561、南3樓I712、南3樓J、南4樓、南6樓、館藏狀態(tài)錯誤的圖書、協(xié)作協(xié)調(diào)部管理圖書、預(yù)約書。廣州圖書館圖書自動分揀系統(tǒng)還具備自動換箱系統(tǒng)，可以將分揀機分揀出的一箱箱圖書自動運送到各個樓層，并自動給分揀機補充空箱。由于使用了該系統(tǒng)，廣州圖書館分揀系統(tǒng)的分揀口可以進行復(fù)用，并不需要將某一類的圖書固定地分揀至某個分揀口，而是可以動態(tài)地調(diào)配分揀口資源，這樣可以大大提高分揀口的利用率，可以使分揀規(guī)則制訂得更加細致，減輕工作人員二次分揀的工作量。

3.2 圖書自動分揀系統(tǒng)在廣州圖書館的應(yīng)用成果

在正式開始使用圖書自動分揀系統(tǒng)以前，廣州圖書館在負二層建立了一個圖書分揀倉庫對圖書進行人工分揀，同時在各樓層也設(shè)立了圖書分揀室進行人工二次分揀，共占地360多平方米，分揀人員數(shù)十人。而隨著圖書自動分揀系統(tǒng)的應(yīng)用，大大減少了書刊分揀所需的場地面積。據(jù)測算，廣州圖書館的自動分揀系統(tǒng)僅占用負一層180平方米的空間，管理人員僅需3人即可，既節(jié)省了空間，又降低了人工成本。廣州圖書館是一個日平均接待讀者量達到2萬人的大型公共圖書館，原來采用的純?nèi)斯し謷实拖?，每本圖書從歸還到再次上架平均需要3天時間，讀者經(jīng)常反映在查詢時明明系統(tǒng)顯示圖書在館，但實際上無法在書架上找到。圖書自動分揀系統(tǒng)上線后，圖書歸還再上架時間已縮短至3小時以內(nèi)，大大減少了讀者無法找到圖書的情況，相關(guān)投訴也隨之減少。圖書自動分揀系統(tǒng)這一新技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了文獻的利用率和辦館效益，同時也大大降低了員工的勞動強度，縮短了勞動時間，降低了勞動成本。2015年，廣州圖書館共通過自動分揀系統(tǒng)分揀圖書560多萬冊，2016年為540多萬冊，新的圖書自動分揀系統(tǒng)已成為廣州圖書館保證圖書快速、準(zhǔn)確、高效流轉(zhuǎn)的核心力量。

4 基于RFID的圖書自動分揀系統(tǒng)在應(yīng)用中存在的問題及改進措施

4.1 投入段圖書等待的問題

廣州圖書館圖書自動分揀系統(tǒng)原設(shè)計有5個讀者投入口，后根據(jù)專家驗收要求，已于2016年年底又增加了5個，現(xiàn)共有10個讀者投入口。為了保證最終分揀的正確率，系統(tǒng)要求進入主線的圖書要保證有不小于60CM～80CM（根據(jù)投入圖書尺寸決定）的間隔。因為所有由投入口投入的圖書均是通過同一條主線最后進入分揀機分揀，所以圖書從投入口上到主線時就需要進行排隊等待。系統(tǒng)在投入段設(shè)計了兩個緩沖區(qū)來等待進入主線，但當(dāng)同一時間所有的投入口均有讀者還書時，部分投入段會出現(xiàn)一直等待無法上線的問題。對于讀者來說，等待時間越長，用戶體驗就越差，而且根據(jù)這種結(jié)構(gòu)可以看出，如果將來隨著圖書館業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，投入口的數(shù)量也會逐漸增加，屆時這個問題會更加明顯。這個問題可以通過硬件及軟件兩個方面進行改善：①硬件方面，增加多條主線匯聚后再進入最終的分揀線。單一的主線運載能力有限，如果想增加運載圖書的數(shù)量就必須加快主線的傳送速度，但是此時傳動部分噪音必然會增大。這時可以改用多段主線的方式，將主線的匯聚點改在遠離讀者閱覽的區(qū)域。在圖書進入?yún)R聚點的前段加快主線的傳輸速度，這樣既解決了等待的問題也不會對閱覽區(qū)域產(chǎn)生較大的噪聲干擾。②軟件方面，優(yōu)化圖書進入主線時的插入算法，在保證系統(tǒng)要求的圖書間隔條件下，縮短圖書之間的距離，充分利用傳輸主線。廣州圖書館的分揀系統(tǒng)投入口是同時具有圖書歸還及向分揀系統(tǒng)投入圖書的功能。根據(jù)現(xiàn)場測算，能熟練操作該系統(tǒng)的讀者在進行還書及投入操作時，平均每本圖書所耗時間為8～10秒；若是不熟悉該系統(tǒng)的讀者，這個時間可能長達20～30秒。在這種情況下，主線上會有大量的空余位置可以插入圖書。投入段控制系統(tǒng)軟件優(yōu)化得越好，就越可以充分利用這些空余的時間提高傳輸效率，縮短等待時間。

4.2 圖書卡塞的問題

廣州圖書館圖書自動分揀系統(tǒng)的整個圖書輸送系統(tǒng)采用了多段式皮帶機和鏈板螺旋輸送機。皮帶機與皮帶機之間及鏈板螺旋輸送機與皮帶機之間在連接時留有縫隙，當(dāng)圖書經(jīng)過時，如果圖書較破舊，或已經(jīng)出現(xiàn)了書頁卷起的情況，就容易有部分書頁卡在縫隙中，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)卡塞停機。圖書若頻繁卡塞會導(dǎo)致分揀效率大大降低，而且還需要工作人員人工干預(yù)處理，增加了不必要的工作任務(wù)。針對這個問題，目前有兩種處理辦法：①在所有容易出現(xiàn)卡塞的縫隙位置增加導(dǎo)向板，這樣可以縮小縫隙的寬度，同時，在安裝光電的位置開槽或者開孔，這樣也不會遮擋光電。②沿著圖書行進方向，在接縫處設(shè)置一個從高到低的落差。圖書在從高處輸送至低處時，由于有了落差，圖書可以以拋物線的方式跨過接縫，減少書頁與接縫的接觸機會，也就減少了卡塞情況的發(fā)生。當(dāng)然，落差高度不應(yīng)設(shè)置過大，過大的落差會使圖書在下落時受到損壞。

4.3 圖書在分揀時損壞的問題

圖書在從分揀機上通過分揀口掉落至?xí)鋾r，由于高度落差有50CM左右，會造成圖書的跌落損壞。特別是部分設(shè)計類、工具書、文集等大部頭的圖書，由于這些圖書本身很厚重，所以在分揀至空箱時容易砸壞書箱，自身也容易散開，同時，在分揀至有書的書箱時容易砸壞已有的書籍。這個問題若長期持續(xù)下去，圖書的損壞率將會不斷上升。針對這個問題，筆者認為可以采用無落差的分揀方式，或者延長分揀口的導(dǎo)向段以降低圖書分揀至?xí)鋾r的落差。分揀口也可以安裝一種帶有緩沖彈性的裝置，讓分揀的圖書可以整齊地一本本落在該裝置內(nèi)，當(dāng)重量或高度達到一定限制條件時，一次性釋放到下方的書箱內(nèi)，減少圖書的跌落概率。

4.4 圖書分揀正確率不高的問題

現(xiàn)在的圖書分揀系統(tǒng)大多用于借還書量都較大的公共圖書館，由于實際使用的需要，圖書館要求分揀圖書的效率要足夠高。高速移動中的圖書在經(jīng)過識別段識別時，總會有部分RFID標(biāo)簽出現(xiàn)因識別時間不足而無法識別的情況。雖然現(xiàn)在的直線式圖書分揀機都能夠達到90%以上的分揀準(zhǔn)確率，但在實際使用中還是希望能夠繼續(xù)提高準(zhǔn)確率。針對直線式分揀機圖書只能經(jīng)過一次識別段識別一次的問題，在場地允許的情況下，筆者建議可采用環(huán)形分揀機，即圖書進入分揀機后，只要未能找到分揀出口，就可以不停地在分揀機上輸送，也就可以不限次數(shù)地經(jīng)過分揀識別段。這樣，由于一些偶然的原因?qū)е碌腞FID標(biāo)簽識別不到的情況就會因為多次識別而大大減少，分揀準(zhǔn)確率也可以有所提高。同時，環(huán)形分揀機也可以增加圖書分揀時的緩沖時間，為換箱系統(tǒng)提供更充分的換箱等待時間間隔。

5 基于RFID的圖書自動分揀系統(tǒng)的發(fā)展展望

隨著科技的發(fā)展，高自動化的分揀系統(tǒng)已經(jīng)進入了部分圖書館，而且，將來一定會朝著智能化的方向發(fā)展。智能機器人也可以引入圖書自動分揀系統(tǒng)中，通過機器人的智能識別，可以分擔(dān)二次分揀及上架的工作。自動分揀系統(tǒng)發(fā)展到足夠高的智能化水平后，就可以完全替代人來完成圖書歸還、分揀及再上架這樣的簡單重復(fù)工作，讓圖書館員擁有更多的時間與精力為讀者服務(wù)，充分發(fā)揮圖書館的社會效益。

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（編校：崔 萌）