基于RFID技術(shù)的讀者定位系統(tǒng)

朱驍飛，陳 輝

(安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 讀者系統(tǒng)

1.1 讀者行為分析的重要性

隨著科技的進(jìn)步，高校圖書館的服務(wù)理念由以往的收集、組織和揭示信息資源的基本技術(shù)服務(wù)到展示和傳遞信息的對(duì)外服務(wù)，到有針對(duì)性的滿足讀者的各種信息需求，最后向深層次的主動(dòng)服務(wù)逐漸演變。高校圖書館用讀者行為分析的結(jié)果來改進(jìn)圖書館的服務(wù)工作，建立主動(dòng)服務(wù)的長(zhǎng)效機(jī)制， 是圖書館亟待研究解決的重要而現(xiàn)實(shí)的課題。如何對(duì)讀者的心理，需求，以及行為習(xí)慣進(jìn)行科學(xué)有效的分析和研究，從封閉、單一、靜態(tài)、淺層次、被動(dòng)服務(wù)轉(zhuǎn)為開放、多樣、動(dòng)態(tài)、深層次、主動(dòng)服務(wù)成為傳統(tǒng)圖書館邁向現(xiàn)代智慧圖書館的核心問題。

1.2 RFID技術(shù)在智慧圖書館中的應(yīng)用現(xiàn)狀

信息技術(shù)，尤其隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使作為信息資源集中營(yíng)的圖書館，在信息化社會(huì)中扮演的角色越來越重要?？v觀圖書館的近代發(fā)展歷史，可以看出其經(jīng)歷了幾個(gè)階段，傳統(tǒng)圖書館——自動(dòng)化圖書館——數(shù)字圖書館——移動(dòng)圖書館；而服務(wù)中心也由傳統(tǒng)的館藏“借閱服務(wù)為中心”發(fā)展到現(xiàn)在的以“多元化讀者服務(wù)為中心”。

RFID技術(shù)近五年在我國(guó)圖書館發(fā)展較快，通過實(shí)施和評(píng)估，證明了RFID技術(shù)給我國(guó)圖書館的服務(wù)理念、服務(wù)內(nèi)容及服務(wù)方式都帶來了歷史性的變革。RFID技術(shù)成為改變現(xiàn)代圖書館服務(wù)理念的客觀條件，也是改變圖書館的服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)方式的必然手段。目前，國(guó)內(nèi)外許多圖書館開始引進(jìn)RFID技術(shù)，將RFID的圖書館和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合起來，從而產(chǎn)生“智慧圖書館”，這一新型圖書館將催生出很多現(xiàn)代圖書館無法實(shí)現(xiàn)的服務(wù)。其中，智慧圖書館的智能服務(wù)主要還是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供的，不僅能夠解決現(xiàn)代圖書館服務(wù)中自助借還問題，還可以為讀者提供架位導(dǎo)航、圖書定位、隨意檢索、主動(dòng)推送等延伸服務(wù)。

1.3 RFID讀者定位系統(tǒng)概述

為了更好的了解不同層面讀者的各種需求和借閱習(xí)慣，需要對(duì)館內(nèi)人群進(jìn)行海量的行為數(shù)據(jù)分析，包括讀者專業(yè)信息，學(xué)歷信息，來館時(shí)間，閱讀時(shí)間，借閱書目等等。當(dāng)代圖書館智能信息化服務(wù)已經(jīng)趨于成熟，包括門禁系統(tǒng)，自助借閱系統(tǒng)，圖書定位系統(tǒng)等，通過RFID技術(shù)，讀取讀者一卡通中的身份信息和借閱記錄，從而開展全方位的信息化服務(wù)。然而在提供服務(wù)的同時(shí)，可以將讀者的行為習(xí)慣進(jìn)行記錄和分析，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，這種為了更好的進(jìn)行二次服務(wù)的行為，是非常普遍的。

如果在圖書館各個(gè)關(guān)鍵位置，例如入館門禁，各個(gè)書庫(kù)門禁，閱覽室門禁上安裝RFID標(biāo)簽掃描器，配合服務(wù)端的數(shù)據(jù)分析，則可以輕松的掌握每個(gè)讀者在圖書館中的活動(dòng)規(guī)律。讀者在入館，入庫(kù)，閱覽，離館時(shí)經(jīng)過門禁時(shí)，通過讀取讀者RFID上的身份信息，并加上時(shí)間戳，經(jīng)過服務(wù)端的分析統(tǒng)計(jì)，則可以判斷出讀者的閱讀需求和興趣取向。如果將這些信息應(yīng)用在讀者行為分析領(lǐng)域，會(huì)對(duì)日后智能圖書館的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

2 RFID技術(shù)簡(jiǎn)述

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，可快速地進(jìn)行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換。識(shí)別工作可由設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

RFID系統(tǒng)一般由三部分組成：標(biāo)簽(Tag)，由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；閱讀器(Reader)，讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；天線(Antenna)，在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

RFID系統(tǒng)的主要工作頻率和有效識(shí)別距離為：低頻125～134kHz，識(shí)別距離<0.5m；高頻13.56MHz，識(shí)別距離小于1m： 超高頻902～928MHz，識(shí)別距離4～8m： 微波為2.54GHz，識(shí)別距離可達(dá)100m。RFID的識(shí)別距離可從幾厘米到十幾米，應(yīng)用范圍十分廣泛。

3 利用RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀者定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 RFID標(biāo)簽與讀者證件的融合

如果想要實(shí)現(xiàn)讀者的物理定位，RFID標(biāo)簽必須隨讀者一起移動(dòng)。把RFID標(biāo)簽融合在讀者證件中是有效的方法。其方法有兩種：一是卡套式，卡套式就是在讀者證件的卡外面安裝有卡套，把RFID標(biāo)簽置于卡套內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，可行；缺點(diǎn)是證件體積增大，卡與套易分離。二是內(nèi)嵌式，把RFID標(biāo)簽置于讀者證件內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是證件體積不改變，RFID標(biāo)簽與證件不會(huì)分離；缺點(diǎn)是這樣的證件需要證件廠商特殊加工訂制。

3.2 讀者定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

1) RFID讀寫器定位解決方案。利用RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)讀者定位，一種方法是在圖書館的關(guān)鍵位置安裝超高頻的RFID終端設(shè)備，該設(shè)備由天線、RFID讀寫器、處理器(電腦或單片機(jī))組成，其系統(tǒng)組成圖見圖1所示。每個(gè)RFID終端都有唯一的ID號(hào)，每個(gè)ID號(hào)都對(duì)應(yīng)圖書館的某個(gè)關(guān)鍵位置信息。讀者經(jīng)過此處時(shí)，通過RFID天線及讀寫器讀取讀者攜帶的超高頻RFID標(biāo)簽的信息，同時(shí)由終端設(shè)備的處理器，把RFID終端ID號(hào)以及標(biāo)簽信息，加蓋時(shí)間戳一并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到圖書館數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)庫(kù)中生成一條該讀者在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)通過某個(gè)地方的行為記錄。讀者在館內(nèi)期間經(jīng)過數(shù)個(gè)RFID檢測(cè)點(diǎn)，直到出館口門禁讀取到此讀者信息后，系統(tǒng)判定此人出館，按照時(shí)間順序整理該讀者的行為記錄。通過此記錄分析出該讀者的來館目的、閱讀傾向、職業(yè)特征、停留時(shí)間等重要信息。

圖1 RFID終端系統(tǒng)組成

圖2 RFID讀者定位系統(tǒng)組成

此種方案(簡(jiǎn)稱純RFID方案)的優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，易于管理。其缺點(diǎn)是需要在圖書館重要節(jié)點(diǎn)安裝多個(gè)RFID天線及讀寫器等標(biāo)簽探測(cè)設(shè)備，若一個(gè)重要場(chǎng)所有多出入口，就要相應(yīng)安裝多套標(biāo)簽探測(cè)設(shè)備，投入成本很高，并且占用圖書館寶貴的平面空間。

2) WIFI-RFID定位解決方案。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，當(dāng)代技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將RFID接收模塊整合至無線AP中，讀者定位系統(tǒng)也可以與圖書館內(nèi)的無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一體化，這種新技術(shù)被稱為WIFI-RFID室內(nèi)定位解決方案。

目前圖書館內(nèi)的WIFI網(wǎng)絡(luò)覆蓋體系已經(jīng)日趨完善，讀者可以在館內(nèi)任意位置享受到圖書館網(wǎng)絡(luò)提供的便利。WIFI-RFID實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)解決方案結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別和實(shí)時(shí)定位等多種技術(shù)，提出了一種基于無線局域網(wǎng)的射頻識(shí)別技術(shù)全新的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)解決方案理念。此方案的優(yōu)點(diǎn)是在現(xiàn)有無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，增加RFID模塊及天線，設(shè)備投入大降低；設(shè)備吸頂安裝，不占用圖書館的平面空間，美觀、實(shí)用。

該方案通過RFID天線和RFID模塊讀取到讀者證件中的RFID標(biāo)簽，RFID模塊把讀取到的標(biāo)簽信息傳輸給無線AP的處理器進(jìn)行信息處理，處理器把讀者證件ID號(hào)、無線AP的ID號(hào)、時(shí)間等信息打包，形成讀者的實(shí)時(shí)定位信息，再把該定位信息直接通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺(tái)定位服務(wù)器，保存在定位數(shù)據(jù)庫(kù)中。其系統(tǒng)組成如圖3。

圖3 WIFI-RFID系統(tǒng)組成

WIFI-RFID定位技術(shù)同其它技術(shù)比較而言，具有成本上的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)RID天線的指向性好，功率控制簡(jiǎn)單；而且RFID定位技術(shù)對(duì)環(huán)境的要求和受到的環(huán)境影響都很小，定位精度較高，可控制在幾米至幾十厘米范圍內(nèi)； RFID技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于多標(biāo)簽的同時(shí)讀取，對(duì)于讀者的大流量時(shí)的數(shù)據(jù)處理毫無壓力。

3)其他定位方案的對(duì)比。GPS定位技術(shù)。此技術(shù)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在車載導(dǎo)航或手機(jī)導(dǎo)航中，優(yōu)點(diǎn)很多，但此技術(shù)僅適用于室外的定位，其精度在十幾米之內(nèi)，GPS信號(hào)在室內(nèi)很弱，不適用建筑物內(nèi)的定位。

GPRS信號(hào)定位。手機(jī)信號(hào)也可以實(shí)現(xiàn)人員定位，由三個(gè)機(jī)站的手機(jī)信號(hào)進(jìn)行定位，但此信息掌握在通信公司的手中，獲得方式不易實(shí)現(xiàn)。

WIFI信號(hào)定位。此定位的前提是用戶手機(jī)要登錄到這臺(tái)WIFI設(shè)備上。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低。但用于建筑物內(nèi)的人員定位時(shí)定位精度太差，且不能分辨目標(biāo)的所在樓層。目前各定位系統(tǒng)簡(jiǎn)要對(duì)比如表1所示。

表1 定位技術(shù)對(duì)比

綜上所述，WIFI-RFID定位技術(shù)在功能性上強(qiáng)于RFID讀寫器技術(shù)，在大多數(shù)情況下，WIFI-RFID定位系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性，更高的精度，更低的成本，可以對(duì)讀者行為進(jìn)行多方位多角度分析。

3.3 讀者定位數(shù)據(jù)的應(yīng)用

現(xiàn)代智能圖書館已經(jīng)能通過RFID系統(tǒng)對(duì)圖書進(jìn)行定位，方便讀者在圖書館快速查閱到自己需要的相關(guān)領(lǐng)域的書籍。如果同時(shí)還能對(duì)讀者進(jìn)行定位，則做到了對(duì)圖書和讀者的雙向定位。只有同時(shí)對(duì)讀者和書籍進(jìn)行研究分析，才能觀察在電子信息時(shí)代未來智能圖書館的發(fā)展趨勢(shì)，提供更加多元化，快速精確的專業(yè)服務(wù)。

WIFI-RFID讀者定位系統(tǒng)其數(shù)據(jù)獲得流程是首先從WIFI-RFID設(shè)備終端獲得讀者身份ID號(hào)(一般為讀者證件號(hào))、無線AP的ID號(hào)、實(shí)時(shí)的時(shí)間這三個(gè)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到讀者定位服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，服務(wù)器的應(yīng)用程序再用所得到的讀者ID號(hào)，在圖書館管理系統(tǒng)中查找對(duì)應(yīng)ID讀者的姓名、性別、年齡、學(xué)歷、職稱、專業(yè)等信息，無線AP的ID號(hào)再與圖書館的地名一一對(duì)應(yīng)起來，這些信息一并記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)的表中，以供分析應(yīng)用程序調(diào)用。

RFID定位系統(tǒng)應(yīng)具有直觀、可視化的web管理界面。用戶可通過可視化的軟件界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控管理定位信息；同時(shí)管理多個(gè)標(biāo)簽或無線設(shè)備，同時(shí)對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行定位跟蹤和位置管理；無縫整合第三方軟件，開發(fā)式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以無縫集成現(xiàn)有的中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、工作流程及其他系統(tǒng)，還能自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)告，提供API應(yīng)用程序編程接口和SDK(軟件開發(fā)工具包)，加快第三方系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和整合應(yīng)用軟件。功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 RFID定位系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

具體功能說明如下：

讀者歷史軌跡分析：RFID系統(tǒng)通過調(diào)用讀者在館期間的訪問記錄，此功能可以將任意讀者入館的行動(dòng)路徑和時(shí)間點(diǎn)顯示在館內(nèi)地圖上，并以列表的方式展示其訪問的館內(nèi)各個(gè)地點(diǎn)，停留時(shí)間等等。

讀者借還書歷史查詢：RFID系統(tǒng)在讀者進(jìn)入書庫(kù)時(shí)記下其出入書庫(kù)的時(shí)間點(diǎn)，期間通過圖書館管理系統(tǒng)賬戶下的書目借還記錄變動(dòng)，以列表的方式展示讀者在每個(gè)書庫(kù)內(nèi)進(jìn)行借還書的條目。

讀者行為分析：通過讀者的專業(yè)信息，每次借閱書籍的類型，分析出讀者的閱讀意愿，興趣取向，此行目的。并通過結(jié)果在讀者終端上自動(dòng)推薦相關(guān)書目，并定期推送館內(nèi)此類書籍更新信息。此功能類似視頻網(wǎng)站和音樂網(wǎng)站上的推送功能。

實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)：如需尋找入館讀者的具體位置，可以通過查詢立刻在館內(nèi)地圖上顯示，RFID定位系統(tǒng)可以精確到其所在的部室范圍，WIFI-RFID方案可以通過定位算法實(shí)時(shí)顯示其所在坐標(biāo)。

區(qū)域報(bào)警：如果有讀者觸動(dòng)了館內(nèi)禁區(qū)的RFID感應(yīng)，立即在總控室進(jìn)行報(bào)警，標(biāo)簽向服務(wù)器主動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，服務(wù)器界面即時(shí)顯示報(bào)警信息，方便第一時(shí)間安排相關(guān)人員前去查看。

信息管理：包括用戶管理，顯示所有用戶的信息，設(shè)定并管理用戶的基本信息；標(biāo)簽管理，輸入標(biāo)簽的個(gè)性化信息，對(duì)眾多標(biāo)簽進(jìn)行分類管理，可對(duì)單個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行跟蹤，自動(dòng)生成標(biāo)簽日志管理報(bào)表。地圖管理，根據(jù)標(biāo)簽的運(yùn)行狀況，可以自動(dòng)切換標(biāo)簽所在位置的電子地圖；場(chǎng)地管理，設(shè)置多個(gè)場(chǎng)地、每個(gè)場(chǎng)地的各個(gè)場(chǎng)景、定位點(diǎn)信息、地圖分布AP、地圖區(qū)域、地圖軌跡地圖信息，并能添加或者刪除地圖上的定位器。

定位器遠(yuǎn)程管理：配置AP Locator列表：可以對(duì)列表中的定位器進(jìn)行新增、修改、刪除等操作，并可以按MAC地址等條件來過濾列表中的AP， 對(duì)定位器實(shí)現(xiàn)批量操作；批量配置AP參數(shù)，可配置參數(shù)包括：SSID、Channel、IP、DHCP、MAC過濾等；設(shè)置AP的基礎(chǔ)信息：為了方便對(duì)AP進(jìn)行管理，為AP設(shè)置一些管理信息(如MAC、登錄名、密碼等，這些信息只保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并非寫到AP中)。同時(shí)可以對(duì)AP進(jìn)行掃描，查看該AP返回的掃描信息。

3 結(jié)論

在定位技術(shù)飛速發(fā)展的今天， RFID定位技術(shù)很好的彌補(bǔ)了室內(nèi)定位技術(shù)的空白，該系統(tǒng)既能通過分析讀者在館內(nèi)的訪問記錄，深入了解讀者的需求；也能通過實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)館內(nèi)讀者行為進(jìn)行規(guī)范管理，還能通過智能終端向讀者主動(dòng)推送讀者可能需要的信息，其圖書館領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)對(duì)圖書館智能化起到關(guān)鍵性的作用。在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代到來的信息化社會(huì)，圖書館信息系統(tǒng)的飛速發(fā)展將會(huì)對(duì)其他行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響， RFID定位系統(tǒng)同樣可以用在安全監(jiān)控，醫(yī)院，煤礦等相關(guān)領(lǐng)域，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。