RFID技術(shù)下智能書架系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

高睿鵬 莊旭菲 劉佳玲

摘要：該文對(duì)RFID技術(shù)及其工作原理進(jìn)行了論述，對(duì)智能書架系統(tǒng)的功能性需求進(jìn)行了合理分析，并闡述了智能書架系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)及其相關(guān)功能，最后對(duì)基于RFID技術(shù)的智能書架系統(tǒng)存在的不足之處進(jìn)行了剖析并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；智能書架系統(tǒng)；總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）22-0147-02

現(xiàn)階段，我國(guó)各大圖書館管理系統(tǒng)中普遍采用了條形碼技術(shù)或紅外線掃描技術(shù)，雖然解決了一定的圖書管理問題，但隨著各個(gè)圖書館館藏圖書量的大幅度增加，這些技術(shù)支撐的圖書管理提供已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的圖書管理需求。而將RFID技術(shù)應(yīng)用到圖書管理系統(tǒng)中，合理構(gòu)建智能書架系統(tǒng)，能夠?qū)鹘y(tǒng)圖書管理系統(tǒng)中存在的諸多問題有效解決。

1 RFID技術(shù)及其工作原理

RFID技術(shù)是通過射頻通信來(lái)進(jìn)行非接觸式自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)。在運(yùn)行過程中，RFID利用閱讀器射頻電磁場(chǎng)對(duì)存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)讀取，以此達(dá)到自動(dòng)追蹤和識(shí)別系統(tǒng)目標(biāo)的目的。普通的RFID系統(tǒng)一般由RFID天線、RFID閱讀器和RFID標(biāo)簽組成，其中RFID電子標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)有內(nèi)置天線。閱讀器的主要功能是讀取與寫入電子標(biāo)簽的相關(guān)信息，而天線則是利用磁場(chǎng)在其與電子標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

將RFID技術(shù)應(yīng)用在智能書架系統(tǒng)中，將電子標(biāo)簽粘貼在圖書上，當(dāng)圖書上的電子標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)射的射頻信號(hào)識(shí)別后會(huì)被激活，而此時(shí)電子標(biāo)簽內(nèi)部的天線就會(huì)將存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送到讀寫器中，讀寫器在接受并解碼和調(diào)解標(biāo)簽返回的射頻信號(hào)以獲取相應(yīng)編碼信息，最后將這些信息傳送到計(jì)算機(jī)中，以達(dá)到識(shí)別和定位圖書的目的。

2 基于RFID技術(shù)的智能書架系統(tǒng)的功能需求

2.1 快速查找圖書功能的需求

現(xiàn)階段，有很多圖書館采用學(xué)科分類的方式來(lái)管理圖書，讀者在查閱所需圖書時(shí)需要先了解書架上的分類號(hào)信息，然后根據(jù)分類號(hào)尋找圖書所屬類別的書架，最后在相應(yīng)書架上獲取所需圖書。但有些讀者在借書時(shí)可能會(huì)在無(wú)意中將圖書的存放位置改變，從而造成書架上的圖書類別發(fā)生混亂現(xiàn)象，進(jìn)而加大了后來(lái)的讀者在尋找所需圖書時(shí)的難度。對(duì)于這種問題，傳統(tǒng)圖書查找手段難以有效解決，但在智能書架圖書查詢系統(tǒng)應(yīng)用了RFID技術(shù)后，多種問題將會(huì)得以合理解決，從而使讀者更加便捷、迅速地找尋圖書。讀者在智能書架圖書查詢系統(tǒng)內(nèi)輸入查詢命令后，閱讀器將會(huì)對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行感應(yīng)，然后將圖書標(biāo)簽的位置信息反饋過來(lái)，以順利實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書位置的定位。

2.2 高效流通圖書的功能需求

隨著人們對(duì)知識(shí)信息的需求量的快速增加，圖書館內(nèi)的書籍?dāng)?shù)量也迅速增長(zhǎng)，因此，這也在很大程度上促進(jìn)了圖書館圖書借閱量的增加?，F(xiàn)階段，有很多圖書館的借還書記錄流程采用的是條形碼技術(shù)，當(dāng)進(jìn)行借還書過程中，還需要圖書管理人員將所借圖書的扉頁(yè)打開以近距離掃描扉頁(yè)上的條形碼，這相應(yīng)增加了借還書的處理時(shí)間，同時(shí)也使圖書管理人員的工作量相應(yīng)加大，從而在一定程度上造成圖書館服務(wù)效率的降低。因此，必須將RFID技術(shù)應(yīng)用到智能書架系統(tǒng)中以管理和控制圖書的批量借閱與歸還事宜。RFID技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)行非接觸式掃描，以此將借書和還書的流程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，進(jìn)而促使圖書流通效率的提升[1]。

2.3 簡(jiǎn)化圖書盤點(diǎn)與整理的功能需求

鑒于我國(guó)各大圖書館內(nèi)的館藏書籍量越來(lái)越大，通常能擁有至少上百萬(wàn)冊(cè)書籍，圖書管理人員在清點(diǎn)、順架和盤庫(kù)方面，要完成非常大的任務(wù)量，同時(shí)讀者的借閱量也十分巨大，而當(dāng)前很多圖書館在管理方面主要實(shí)行大流通方式，每個(gè)館藏室內(nèi)的圖書都可以在圖書館內(nèi)各個(gè)位置流動(dòng)，從而加劇了讀者隨取隨放以及圖書亂架等問題，而圖書管理人員則需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來(lái)進(jìn)行整理工作。如果應(yīng)用RFID技術(shù)，圖書管理人員就能夠通過閱讀器將全館圖書進(jìn)行一次整體掃描，這種批量操作的方式會(huì)將盤點(diǎn)方面的工作大幅度簡(jiǎn)化，同時(shí)該系統(tǒng)還能夠?qū)㈠e(cuò)架圖書警告發(fā)送到管理人員處，以便于將圖整歸到相應(yīng)書架上。利用RFID技術(shù)能夠?qū)㈠e(cuò)架圖書輕易查找出來(lái)，從而在很大程度上將圖書管理人員的一次性工作量減少。

3 RFID技術(shù)下智能書架管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 智能書架系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

利用RFID讀寫器識(shí)別各個(gè)書架以及每一本圖書上的電子標(biāo)簽，能夠?qū)⑺鑸D書的信息有效獲取。智能書架信息系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以處理業(yè)務(wù)邏輯信息，以RFID閱讀器來(lái)精確定位書架與圖書的位置。讀者可以通過智能書架的移動(dòng)終端服務(wù)設(shè)備來(lái)查詢圖書的具體存放位置。圖書管理人員可以通過智能書架系統(tǒng)在第一行時(shí)間內(nèi)對(duì)圖書的借還和位置信息有詳細(xì)的了解和掌握。智能書架系統(tǒng)應(yīng)用了RFID技術(shù)后，不僅能將圖書管理人員的工作強(qiáng)度有效降低，從而促進(jìn)圖書管理水平的提高，還能通過該系統(tǒng)為廣大讀者提供更為良好的圖書管理服務(wù)。

3.2 基于RFID技術(shù)的智能書架系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)圖書館管理系統(tǒng)內(nèi)部，智能書架系統(tǒng)的主要功能就是幫助圖書管理人員和讀者有效定位和查找相關(guān)圖書信息。從這個(gè)需求出發(fā)，在實(shí)際圖書館智能書架系統(tǒng)過程中，可以從整體上將該系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)信息、客戶服務(wù)以及信息采集三大模塊。

智能書架系統(tǒng)采用閱讀器以及超高頻標(biāo)簽來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)的硬件體系。圖書館內(nèi)部的每本圖書上都粘貼有RFID標(biāo)簽，該標(biāo)簽內(nèi)部含有圖書初始位置以及圖書相關(guān)信息。在圖書館內(nèi)部的每一個(gè)書架上面都設(shè)置有多個(gè)天線陣列組群，這些組群能利用多端口天線多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，同時(shí)利用開關(guān)控制端口例控制RFID閱讀器和天線的連接，以便閱讀器開展掃描工作，將圖書標(biāo)簽有效讀取出來(lái)[2]。

數(shù)據(jù)服務(wù)模塊是整個(gè)智能書架系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，相關(guān)人員利用RFID閱讀器獲取圖書信息以及圖書書架位置等相關(guān)信息，然后這些信息被數(shù)據(jù)線后系統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，而數(shù)據(jù)庫(kù)則處理和挖掘這些信息。

客戶服務(wù)模塊是用來(lái)顯示圖書管理界面以及圖書管理系統(tǒng)的查詢界面，該模塊的主要功能是對(duì)天線輻射區(qū)域進(jìn)行控制以及對(duì)閱讀器發(fā)送控制指令。智能書架系統(tǒng)能夠以這些圖形界面來(lái)促使讀者在檢索圖書位置時(shí)更加方便和快捷。

智能書架系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息流程是：數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)信息服務(wù)器、應(yīng)用程序，與之對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是硬件的設(shè)備層、邏輯處理層以及應(yīng)用層。其中，RFID電子標(biāo)簽、書架本體以及RFID讀寫設(shè)備等硬件設(shè)施構(gòu)成了硬件設(shè)備層。邏輯處理層就是定位引擎層，其主要作用是提供硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)給硬件設(shè)備層，利用封裝定位法來(lái)精確計(jì)算目標(biāo)位置，同時(shí)通過數(shù)據(jù)接口將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳遞給應(yīng)用層。應(yīng)用層是圖書館管理系統(tǒng)的集成，它利用web頁(yè)面后窗體應(yīng)用程序?qū)⒅悄軙艿墓芾砘虿樵兘缑骘@示出來(lái)，以服務(wù)界面的形式來(lái)為讀者精確獲取圖書及其位置信息提供檢索服務(wù)[3]。

在智能書架系統(tǒng)中，作為輻射元件的天線集群，是對(duì)電子標(biāo)簽信息進(jìn)行讀取的至關(guān)重要的部分，它對(duì)電子標(biāo)簽的檢測(cè)范圍起到了決定性作用。由許多個(gè)射頻開關(guān)器件組和天線群的切換開關(guān)組又叫作天線多路復(fù)用器，其中的數(shù)字信息輸入輸出端口、控制端口以及射頻收發(fā)端都與閱讀器連接在一起，其作用是對(duì)數(shù)字信號(hào)及其輸入輸出等進(jìn)行有效控制。

4 智能書架管理系統(tǒng)具備的功能

4.1 與RFID系統(tǒng)無(wú)縫集成

RFID系統(tǒng)中含有多種RFID相關(guān)設(shè)備，并以此組成了RFID應(yīng)用軟件系統(tǒng)、智能書架系統(tǒng)以及圖書館管理系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。通過RFID應(yīng)用和管理平臺(tái)的建立，并利用該平臺(tái)管理和監(jiān)控RFID系統(tǒng)的各個(gè)終端設(shè)備，查看應(yīng)用系統(tǒng)以及各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并形成報(bào)表來(lái)統(tǒng)計(jì)其歷史記錄。通過擴(kuò)展RFID應(yīng)用項(xiàng)目來(lái)達(dá)到圖書館管理及其流通業(yè)務(wù)的要求，對(duì)新增文獻(xiàn)上架和采集文獻(xiàn)架位信息、統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)利用率，實(shí)現(xiàn)對(duì)文獻(xiàn)的清點(diǎn)、盤點(diǎn)、歸架和下架等等多種功能。

4.2 電子資源展示和多媒體虛擬書架查詢

智能書架系統(tǒng)通過液晶觸摸顯示器，能夠?qū)㈦娮淤Y源展示與多媒體虛擬書架查詢等多種功能有效實(shí)現(xiàn)。讀者利用顯示器能對(duì)圖書的具體位置進(jìn)行查詢，圖書管理人員能夠利用顯示器對(duì)圖書在書架上的相關(guān)情況進(jìn)行合理跟蹤和查詢。智能書架系統(tǒng)在整合圖書館采購(gòu)的電子資源后，能夠?qū)苌蠄D書相關(guān)電子資源進(jìn)行檢索，進(jìn)而將電子資源的在線展示作用充分發(fā)揮出來(lái)。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控館藏書目信息

智能書架系統(tǒng)在RFID與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行集群部署，能夠與圖書館管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信并受其控制。RFID模塊在對(duì)圖書標(biāo)簽信息進(jìn)行采集后，會(huì)將巨量圖書標(biāo)簽中的相關(guān)信息傳輸?shù)綀D書管理系統(tǒng)中，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控圖書館館藏書目信息的目的。

4.4 盤點(diǎn)、定位和快速查詢館藏圖書

智能書架系統(tǒng)能夠與圖書館管理系統(tǒng)相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)盤點(diǎn)圖書的工作。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成在架圖書列表，同時(shí)將相應(yīng)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)綀D書館管理系統(tǒng)中，繼而生成遺失圖書列表。在遺失列表的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)單冊(cè)狀態(tài)進(jìn)行更改，并按照遺失列表在架上盤點(diǎn)時(shí)自動(dòng)報(bào)警提示，能夠?qū)㈠e(cuò)架和在架圖書的精確位置列表同步生成。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)條件的設(shè)定，能夠使其定時(shí)對(duì)圖書進(jìn)行定位，從而將每本圖書與層架的位置關(guān)系建立起來(lái)。讀者將所需檢索條件輸入到聯(lián)機(jī)公共目錄查詢系統(tǒng)界面，能夠在第一時(shí)間內(nèi)將圖書具體位置精確顯示出來(lái)。智能書架系統(tǒng)還能夠?yàn)閮蓚€(gè)及以上圖書館管理系統(tǒng)文獻(xiàn)聯(lián)合查詢提供技術(shù)支持，以便于讀者能夠通過作者、題名、叢書名等關(guān)鍵詞對(duì)多級(jí)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，還能為讀者提供圖書定位、智能路徑提示等多項(xiàng)服務(wù)[4]。

4.5 統(tǒng)計(jì)分析讀者閱讀習(xí)慣

智能書架系統(tǒng)會(huì)對(duì)書架上圖書的移動(dòng)信息進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并對(duì)圖書的瀏覽量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以便于管理人員對(duì)圖書受歡迎程度進(jìn)行掌握。同時(shí)系統(tǒng)通過日志內(nèi)收集的信息能夠進(jìn)行被瀏覽圖書的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織匯編，并統(tǒng)計(jì)和分析相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，來(lái)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析讀者的閱讀習(xí)慣，以此作為圖書館咨詢、統(tǒng)計(jì)以及流通等各項(xiàng)業(yè)務(wù)的主要參考對(duì)象。

5 現(xiàn)階段RFID技術(shù)下智能書架系統(tǒng)的不足之處以及相應(yīng)對(duì)策分析

從目前的實(shí)際情況來(lái)看，智能書架管理系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用還在起步階段，相對(duì)于傳統(tǒng)圖書館大規(guī)模條形碼系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其應(yīng)用成本相對(duì)較高。但智能書架系統(tǒng)與RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用之后，智能書架管理系統(tǒng)的成本會(huì)有效降低。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全部智能化運(yùn)行，但若想使該系統(tǒng)的運(yùn)行具有長(zhǎng)期性和持續(xù)性，就需要圖書館相關(guān)技術(shù)人員能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及RFID技術(shù)有深刻認(rèn)知和熟練掌握[5]。該系統(tǒng)能夠?qū)D書館管理人員的工作量有效減少，圖書館可以對(duì)空閑工作人員進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)，以滿足智能化圖書館的技術(shù)要求。

在圖書借閱過程中，或許會(huì)出現(xiàn)因RFID電子標(biāo)簽識(shí)別錯(cuò)誤而造成的圖書借還錯(cuò)誤的問題，而智能化管理方式會(huì)相應(yīng)延遲問題被發(fā)現(xiàn)的時(shí)間。如果對(duì)圖書借還處一定區(qū)域進(jìn)行屏蔽就能夠?qū)FID電子標(biāo)簽的錯(cuò)誤識(shí)別問題有效減少。除此之外，將RFID電子標(biāo)簽與條形碼標(biāo)簽并用也能夠?qū)D書借還錯(cuò)誤率大大降低。

很多讀者在圖書館借閱圖書的過程中，通常都是自身攜帶著手機(jī)以及筆記本電腦等移動(dòng)電子設(shè)備，這會(huì)影響智能書架管理系統(tǒng)的運(yùn)行準(zhǔn)確度。圖書館應(yīng)對(duì)讀者攜帶的電子產(chǎn)品進(jìn)行有效管理，并在相關(guān)區(qū)域內(nèi)將電子產(chǎn)品的信號(hào)屏蔽掉，從而將其信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾影響降到最低。

智能書架管理系統(tǒng)可能會(huì)與傳統(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)存在兼容性相關(guān)問題，這就會(huì)在很大程度上加大原有磁條數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)錄入工作量。所以，圖書館盡可能應(yīng)用與原系統(tǒng)具有較好兼容性的設(shè)備和系統(tǒng)。另外，在智能書架管理系統(tǒng)構(gòu)建結(jié)束后，將人工服務(wù)臺(tái)的數(shù)量適當(dāng)增加也能將兼容性問題對(duì)系統(tǒng)的影響有效降低。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，RFID技術(shù)下的智能書架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是對(duì)圖書館管理系統(tǒng)的一次有效變革，將大大提升圖書管理工作的效率。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要全面掌握RFID技術(shù)的工作原理，對(duì)當(dāng)前圖書管理系統(tǒng)的實(shí)際需求進(jìn)行合理分析，通過各項(xiàng)模塊的構(gòu)建，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能書架系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張盛楠. 基于高頻基于高頻RFIDRFID射頻技術(shù)在智能書架中的應(yīng)用射頻技術(shù)在智能書架中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究， 2017（10）：67-67.

[2] 陳明省. 適用于UHF RFID閱讀器的相控陣天線設(shè)計(jì)[D]. 天津工業(yè)大學(xué)， 2017.

[3] 陳新鑫. 智能書架在少兒圖書館管理中的應(yīng)用[J]. 福建圖書館理論與實(shí)踐， 2016（3）：53-54.

[4] 唐清， 唐振貴. 圖書館RFID技術(shù)的深化——從智能書架到虛擬書架[J]. 科技視界， 2018（1）：96.

[5] 張敏. 安徽省公共圖書館RFID技術(shù)應(yīng)用的調(diào)查與研究[D]. 安徽大學(xué)， 2017.

【通聯(lián)編輯：代影】