RFID圖書(shū)精確定位技術(shù)的分析與探討

王靜 張育遞 周聘麟

摘 要：書(shū)架凌亂是長(zhǎng)期困擾圖書(shū)館的一大問(wèn)題。那些存在于圖書(shū)館卻不能被人們找到并閱讀的書(shū)，稱為死書(shū)。死書(shū)不僅是對(duì)圖書(shū)的浪費(fèi)，更容易讓學(xué)生失去走進(jìn)圖書(shū)館的樂(lè)趣，增加管理的工作量。因此，對(duì)無(wú)序圖書(shū)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤是非常必要的，無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID），通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫(xiě)，從而可以對(duì)圖書(shū)進(jìn)行定位。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù);定位;圖書(shū)

一.緒論

（一）研究目的和意義

書(shū)架凌亂是長(zhǎng)期困擾圖書(shū)館的一大問(wèn)題。目前，圖書(shū)館通常是按分類或按特定編號(hào)擺放的。一旦一本書(shū)從原來(lái)的位置移走（尤其是在一個(gè)遙遠(yuǎn)的架子上），當(dāng)它被需要的人搜索時(shí)，它會(huì)變得非常麻煩，除非我們?cè)跁?shū)架上按順序查找書(shū)籍。死書(shū)不僅是對(duì)圖書(shū)的浪費(fèi)，更容易讓學(xué)生失去走進(jìn)圖書(shū)館的樂(lè)趣，增加管理的工作量。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，學(xué)生可能會(huì)失去對(duì)圖書(shū)館的興趣和信心。

二.RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

（一）RFID技術(shù)概述

無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID）[1]，是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫(xiě)，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)通過(guò)無(wú)線電波不接觸快速信息交換和存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)無(wú)線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到了識(shí)別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)[2]。在識(shí)別系統(tǒng)中，通過(guò)電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，為此讀/寫(xiě)設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對(duì)應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制[3]。

（二）RFID工作原理

RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，自20世紀(jì)90年代以來(lái)在許多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。它利用射頻信號(hào)和空間耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)被識(shí)別對(duì)象的自動(dòng)識(shí)別?；镜膔fid系統(tǒng)由標(biāo)簽、閱讀器、數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)三部分組成。電子標(biāo)簽（electronictag，簡(jiǎn)稱transonder）是rfid系統(tǒng)的載體[4]。它主要由天線和專用芯片組成。每個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)唯一的電子代碼附加到目標(biāo)對(duì)象上，以存儲(chǔ)需要識(shí)別和傳輸?shù)男畔ⅲ喈?dāng)于條形碼技術(shù)中的條形碼符號(hào)。讀寫(xiě)器負(fù)責(zé)讀寫(xiě)標(biāo)簽信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和處理。典型的讀寫(xiě)器包括射頻模塊、控制模塊、接口模塊和讀寫(xiě)器天線[5]。系統(tǒng)通過(guò)讀卡器將標(biāo)簽信息傳送給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、管理和管理。電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)控制。讀取器通過(guò)天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)。當(dāng)附著在標(biāo)簽上的目標(biāo)物進(jìn)入天線的工作區(qū)域時(shí)，它產(chǎn)生感應(yīng)電流。電子標(biāo)簽通過(guò)感應(yīng)電流獲取芯片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息。讀取器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，并將其發(fā)送到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)[6]。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)按邏輯運(yùn)行。判斷電子標(biāo)簽的合法性，并針對(duì)不同的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的處理和控制。

（三）RFID系統(tǒng)組成部分

完整的RFID系統(tǒng)由讀寫(xiě)器（Reader）、電子標(biāo)簽（Tag）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成。

（1）關(guān)于閱讀器

閱讀器是將標(biāo)簽中的信息讀出，或?qū)?biāo)簽所需要存儲(chǔ)的信息寫(xiě)入標(biāo)簽的裝置。根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同，閱讀器可以是讀/寫(xiě)裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心[7]。在RFID系統(tǒng)工作時(shí)，由閱讀器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)送射頻能量形成電磁場(chǎng)，區(qū)域的大小取決于發(fā)射功率。在閱讀器覆蓋區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽被觸發(fā)，發(fā)送存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)閱讀器的指令修改存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)，并能通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。閱讀器的基本構(gòu)成通常包括：收發(fā)天線，頻率產(chǎn)生器，鎖相環(huán)，調(diào)制電路，微處理器，存儲(chǔ)器，解調(diào)電路和外設(shè)接口組成[8]。

●收發(fā)天線：發(fā)送射頻信號(hào)給標(biāo)簽，并接收標(biāo)簽返回的響應(yīng)信號(hào)及標(biāo)簽信息。

●頻率產(chǎn)生器：產(chǎn)生系統(tǒng)的工作頻率。

●鎖相環(huán)：產(chǎn)生所需的載波信號(hào)。

●調(diào)制電路：把發(fā)送至標(biāo)簽的信號(hào)加載到載波并由射頻電路送出。

●微處理器：產(chǎn)生要發(fā)送往標(biāo)簽的信號(hào)，同時(shí)對(duì)標(biāo)簽返回的信號(hào)進(jìn)行譯碼，并把譯碼所得的數(shù)據(jù)回傳給應(yīng)用程序，若是加密的系統(tǒng)還需要進(jìn)行解密操作。

●存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)。

●解調(diào)電路：解調(diào)標(biāo)簽返回的信號(hào)，并交給微處理器處理。

●外設(shè)接口：與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

（2）關(guān)于電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽由收發(fā)天線、AC/DC電路、解調(diào)電路、邏輯控制電路、存儲(chǔ)器和調(diào)制電路組成[9]。

●收發(fā)天線：接收來(lái)自閱讀器的信號(hào)，并把所要求的數(shù)據(jù)送回給閱讀器。

●AC/DC電路：利用閱讀器發(fā)射的電磁場(chǎng)能量，經(jīng)穩(wěn)壓電路輸出為其它電路提供穩(wěn)定的電源。

●解調(diào)電路：從接收的信號(hào)中去除載波，解調(diào)出原信號(hào)。

●邏輯控制電路：對(duì)來(lái)自閱讀器的信號(hào)進(jìn)行譯碼，并依閱讀器的要求回發(fā)信號(hào)。

●存儲(chǔ)器：作為系統(tǒng)運(yùn)作及存放識(shí)別數(shù)據(jù)的位置。

●調(diào)制電路：邏輯控制電路所送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路后加載到天線送給閱讀器。

（四）RFID分類

（1）無(wú)源RFID

在三類RFID產(chǎn)品中，無(wú)源RFID出現(xiàn)時(shí)間最早，最成熟，其應(yīng)用也最為廣泛。在無(wú)源RFID中，電子標(biāo)簽通過(guò)接受射頻識(shí)別閱讀器傳輸來(lái)的微波信號(hào)[10]，以及通過(guò)電磁感應(yīng)線圈獲取能量來(lái)對(duì)自身短暫供電，從而完成此次信息交換。因?yàn)槭∪チ斯╇娤到y(tǒng)，所以無(wú)源RFID產(chǎn)品的體積可以達(dá)到厘米量級(jí)甚至更小，而且自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，故障率低，使用壽命較長(zhǎng)。但作為代價(jià)，無(wú)源RFID的有效識(shí)別距離通常較短，一般用于近距離的接觸式識(shí)別。無(wú)源RFID主要工作在較低頻段125KHz、13.56MKHz等，其典型應(yīng)用包括：公交卡、二代身份證、食堂餐卡等。

（2）有源RFID

有源RFID興起的時(shí)間不長(zhǎng)，但已在各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。有源RFID通過(guò)外接電源供電，主動(dòng)向射頻識(shí)別閱讀器發(fā)送信號(hào)。其體積相對(duì)較大。但也因此擁有了較長(zhǎng)的傳輸距離與較高的傳輸速度。一個(gè)典型的有源RFID標(biāo)簽?zāi)茉诎倜字馀c射頻識(shí)別閱讀器建立聯(lián)系，讀取率可達(dá)1，700read/sec。有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等較高頻段，且具有可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的功能[11]。有源RFID的遠(yuǎn)距性、高效性，使得它在一些需要高性能、大范圍的射頻識(shí)別應(yīng)用場(chǎng)合里必不可少。

（3）半有源RFID

無(wú)源RFID自身不供電，但有效識(shí)別距離太短。有源RFID識(shí)別距離足夠長(zhǎng)，但需外接電源，體積較大。而半有源RFID就是為這一矛盾而妥協(xié)的產(chǎn)物。半有源RFID又叫做低頻激活觸發(fā)技術(shù)。在通常情況下，半有源RFID產(chǎn)品處于休眠狀態(tài)，僅對(duì)標(biāo)簽中保持?jǐn)?shù)據(jù)的部分進(jìn)行供電，因此耗電量較小，可維持較長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識(shí)別閱讀器識(shí)別范圍后，閱讀器先現(xiàn)以125KHz低頻信號(hào)在小范圍內(nèi)精確激活標(biāo)簽使之進(jìn)入工作狀態(tài)，再通過(guò)2.4GHz微波與其進(jìn)行信息傳遞。也即是說(shuō)，先利用低頻信號(hào)精確定位，再利用高頻信號(hào)快速傳輸數(shù)據(jù)[12]。其通常應(yīng)用場(chǎng)景為：在一個(gè)高頻信號(hào)所能所覆蓋的大范圍中，在不同位置安置多個(gè)低頻閱讀器用于激活半有源RFID產(chǎn)品。這樣既完成了定位，又實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸。

三.圖書(shū)定位對(duì)RFID標(biāo)簽的選擇

由上表可知，我們需要對(duì)圖書(shū)定位有兩種頻率可以選擇，高頻和超高頻[13]。經(jīng)調(diào)查和查閱資料將兩種頻率的標(biāo)簽從成本、體積、速率等將超高頻（UHF）與高頻（HF）對(duì)比：

（一）實(shí)施成本低

超高頻RFID系統(tǒng)整體設(shè)備成本低，性價(jià)比高。小到一支電子標(biāo)簽-----電子標(biāo)簽內(nèi)含有接收、發(fā)射信號(hào)的天線，而天線的物理尺寸和電磁波的波長(zhǎng)成正比，頻率越高，波長(zhǎng)越短，天線的物理尺寸就越小，工藝越復(fù)雜;所以高頻的電子標(biāo)簽不得不生產(chǎn)那么大，這是由它的物理特性決定的，因而成本就更高。

（二）電子標(biāo)簽體積小、隱蔽性好，使用壽命長(zhǎng)

前面提到超高頻電子標(biāo)簽體積小，高頻標(biāo)簽體積大，這是由其技術(shù)的物理特性決定的。超高頻的電子標(biāo)簽由于體積小，所以成本低、隱蔽性好，相應(yīng)的使用壽命更長(zhǎng)，而且目前國(guó)內(nèi)已有超高頻電子標(biāo)簽的生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力1.5億只，能很好的保證供貨。高頻標(biāo)簽體積大，只能貼在書(shū)的扉頁(yè)或底頁(yè)，讀書(shū)時(shí)容易被彎曲，或被撕毀、損壞，使用壽命一般2-3年，而且目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有高頻標(biāo)簽生產(chǎn)線，供貨量不一定能保證。

（三）超高頻的標(biāo)簽?zāi)軌蚩焖僮x取

高頻Reader讀取速度慢，同時(shí)讀取10支不同的HFRFID電子標(biāo)簽，已經(jīng)比較困難了。超高頻Reader每秒可同時(shí)讀取多達(dá)60支電子標(biāo)簽，反應(yīng)迅速，對(duì)于圖書(shū)館來(lái)說(shuō)，工作效率會(huì)大大提高，特別是盤(pán)點(diǎn)和圖書(shū)查找工作以及圖書(shū)借還，更是可領(lǐng)略高科技給我們工作和生活帶來(lái)的樂(lè)趣。

（四）超高頻門(mén)禁距離遠(yuǎn)近可調(diào)，可全方位識(shí)別

高頻門(mén)禁之間的距離受限，而且由于讀取速度慢，容易產(chǎn)生漏讀現(xiàn)象;且在進(jìn)行防盜識(shí)別時(shí)具有明顯的方向性，盲區(qū)較大，不能實(shí)現(xiàn)全方位識(shí)別。超高頻門(mén)禁距離可調(diào)，最遠(yuǎn)距離可達(dá)2m，電子標(biāo)簽在門(mén)禁讀取范圍內(nèi)可以任意角度識(shí)別。防盜效果是高頻的兩倍。

四.RFID的電子標(biāo)簽的特點(diǎn)

●數(shù)據(jù)可改。傳統(tǒng)的條碼印刷是獨(dú)立存在并且無(wú)法更改數(shù)據(jù)，而電子標(biāo)簽則不受其限制，可無(wú)限制次數(shù)的變更里面的數(shù)據(jù)。

●數(shù)據(jù)便捷閱讀。傳統(tǒng)的條碼閱讀器要在近距離且沒(méi)有阻礙物的情況下，掃描條碼方可讀取信息;但RFID電子標(biāo)簽只要在無(wú)線電波范圍內(nèi)，即可閱讀信息。

●數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量大。傳統(tǒng)條碼儲(chǔ)存量大約50字節(jié)，二維碼大約2000～3000字節(jié)，但是RFID電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)量最大容量是達(dá)數(shù)兆字節(jié)。

●可重復(fù)使用。傳統(tǒng)條碼使用是一次性的，而RFID電子標(biāo)簽是可以重復(fù)無(wú)限次利用。

●掃描速度快。傳統(tǒng)條碼只能讀取單一條碼的資料，而RFID電子標(biāo)簽可同時(shí)讀取數(shù)個(gè)標(biāo)簽的資料。

●安全性高。RFID電子標(biāo)簽可以使用密碼保護(hù)，高度安全性的保護(hù)措施不易仿造。

●耐久性。傳統(tǒng)的條碼使用時(shí)間長(zhǎng)或者條碼有磨損導(dǎo)致難以識(shí)別。RFID電子標(biāo)簽因有重復(fù)使用數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)次以上的特性，其材質(zhì)也能夠被放置于較為惡劣的環(huán)境中，因此RFID電子標(biāo)簽在使用者方面更有耐久性。

●體積不限制。傳統(tǒng)的條碼受限于體積的大小，很難使用在體積較小的物品上。而RFID電子標(biāo)簽不受體積的限制，可以隱藏在較小的物品里面。

五.RFID 標(biāo)簽在圖書(shū)館中的應(yīng)用

（一）圖書(shū)自助借還

RFID標(biāo)簽可以遠(yuǎn)距離閱讀，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行閱讀。在自助借還時(shí)讀者可以一次將多本圖書(shū)放在借書(shū)臺(tái)上進(jìn)行借還操作。將圖書(shū)識(shí)別和防盜功能都集成在RFID標(biāo)簽中，可以實(shí)現(xiàn)同步將圖書(shū)借還與否的寫(xiě)在標(biāo)簽里，方便了讀者借還書(shū)操作。

（二）圖書(shū)定位

●書(shū)架裝閱讀器天線：系統(tǒng)通過(guò)TCP/IP方式實(shí)現(xiàn)書(shū)架的集群部署，與圖書(shū)館管理軟件系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信，并受圖書(shū)館管理系統(tǒng)的控制[14]。超高頻RFID模塊采集圖書(shū)標(biāo)簽信息后，將大量的圖書(shū)標(biāo)簽信息傳送給圖書(shū)館管理系統(tǒng)。書(shū)架上裝有超高頻RFID閱讀器天線，可以追蹤圖書(shū)館書(shū)架上的圖書(shū)，書(shū)架可以從圖書(shū)館圖書(shū)中讀取信息，這些圖書(shū)標(biāo)有高頻RFID電子標(biāo)簽，可以提供圖書(shū)的準(zhǔn)確位置信息。

●書(shū)架分配標(biāo)簽：將每一個(gè)書(shū)架的每一層進(jìn)行編號(hào)并分配一個(gè)RFID標(biāo)簽。在進(jìn)行圖書(shū)上架時(shí)先用閱讀器掃描書(shū)架標(biāo)簽，然后再掃描需要放在該層的圖書(shū)，這樣就使書(shū)架與圖書(shū)擁有了一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)將書(shū)架位置與地圖信息進(jìn)行整理，讀者可以在查詢圖書(shū)時(shí)得到該圖書(shū)在圖書(shū)館中的具體位置。也可以識(shí)別放錯(cuò)書(shū)架的圖書(shū)，以便快速的歸位[15]。

六.結(jié)論

從國(guó)內(nèi)外圖書(shū)館應(yīng)用 RFID技術(shù)的實(shí)踐和研究情況來(lái)看，RFID 技術(shù)不但在為圖書(shū)館解決業(yè)務(wù)瓶頸問(wèn)題、提高工作效率、降低圖書(shū)館人力投入等很多方面發(fā)揮了巨大的作用， 而且其更深層的意義在于它的應(yīng)用改善了圖書(shū)館的整體形象， 轉(zhuǎn)變了圖書(shū)館的服務(wù)理念， 改革了圖書(shū)館沿襲多年的文獻(xiàn)管理模式和文獻(xiàn)服務(wù)方式。從發(fā)展的眼光看， 能夠?yàn)閳D書(shū)館行業(yè)創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益。隨著技術(shù)的完善， RFID技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用和創(chuàng)新將會(huì)擴(kuò)展出更多的功能， 為圖書(shū)館由數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化方向的發(fā)展提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)， 終將會(huì)是未來(lái)現(xiàn)代化圖書(shū)館不可阻擋的發(fā)展趨勢(shì)。

本文提出了利用射頻識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)書(shū)籍追蹤和定位， 其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)完成， 基本上無(wú)需人的參與。目前射頻識(shí)別技術(shù)已被圖書(shū)館學(xué)術(shù)界高度關(guān)注， 在國(guó)內(nèi)一些大型 的公共圖書(shū)館如深圳市圖書(shū)館和國(guó)家圖書(shū)館二期工程中， 這項(xiàng)技術(shù)已得到全面應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，相信越來(lái)越多的圖書(shū)館也能夠運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：

王靜（1997-3） 性別：女 民族：漢族? 籍貫：四川? 學(xué)歷：本科? 研究方向：RFID技術(shù)。