基于高頻RFID的移動端圖書自助借還系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張 偉, 王倚天

(1.沈陽化工大學(xué) 圖書館, 遼寧 沈陽 110142; 2.沈陽化工大學(xué) 信息工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110142)

無線射頻識別(radio frequency identification,RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù),在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用.貨物的RFID標(biāo)簽,相當(dāng)于貨物的身份證,包含id編碼、名稱等重要信息,通過無線識別貨物的RFID標(biāo)簽信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、修改和交換[1].

隨著RFID技術(shù)的發(fā)展和普及,RFID標(biāo)簽應(yīng)用范圍更加廣泛,尤其在圖書借還系統(tǒng)中優(yōu)勢明顯.RFID標(biāo)簽較永久磁條包含的信息更多,互動式操作更加智能,可實現(xiàn)多本借還.圖書識別的便捷性在館藏盤點上具有絕對優(yōu)勢,一鍵式盤點解決館藏統(tǒng)計問題.利用RFID技術(shù)實現(xiàn)自助借還圖書,其功能更加高效和便捷.隨著自助借還技術(shù)的日漸成熟,自助借還圖書不僅節(jié)約了人力、提高了效率,而且還不受時間限制,實現(xiàn)全天候借還[2].

目前中國智能手機(jī)用戶已經(jīng)超過10億,手機(jī)用戶增長使得基于移動端的應(yīng)用日益增多,用戶使用手機(jī)時間占比日漸增長.在圖書館布置自助借還機(jī)不僅耗費資金和人力,而且還受地點空間限制.而以手機(jī)為操作工具,手機(jī)借還圖書使得讀者的手機(jī)相應(yīng)變成了借還終端.隨著手機(jī)功能和應(yīng)用軟件的不斷完善,不久的將來移動端將完全替代自助借還機(jī),實現(xiàn)圖書館智能化管理.

1 移動端識別高頻RFID標(biāo)簽的原理

1.1 RFID的類型

RFID標(biāo)簽按工作頻率分為低頻、高頻、超高頻、微波.低頻電子標(biāo)簽一般為無源標(biāo)簽,價格相對較貴,幾乎不受環(huán)境變化的影響,應(yīng)用范圍比較廣泛.高頻電子標(biāo)簽通常也為無源標(biāo)簽,一般常做成卡片形狀,與低頻電子標(biāo)簽相比,高頻電子標(biāo)簽可附加的數(shù)據(jù)量較多,并且滿足多個電子標(biāo)簽同時讀取,識別距離短.超高頻或微波電子標(biāo)簽閱讀器成本較高,標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大,閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)幾米至十幾米).這4種RFID標(biāo)簽中高頻電子標(biāo)簽技術(shù)比較成熟,應(yīng)用范圍廣泛,生產(chǎn)數(shù)量最多.

1.2 NFC識別高頻RFID標(biāo)簽

移動端針對高頻RFID標(biāo)簽的識別是通過近距離無線通訊技術(shù)(near field communication,NFC)實現(xiàn)的,它是由高頻RFID和互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)發(fā)展演變而來.NFC在身份識別、門禁、物流、移動支付、安全登錄、刷卡等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用[3],目前智能手機(jī)都附帶NFC功能,可以直接與高頻RFID標(biāo)簽通訊來傳輸和讀取數(shù)據(jù).

1.3 圖書RFID標(biāo)簽工作原理及設(shè)計

RFID標(biāo)簽是由無線通訊天線和IC芯片構(gòu)成.IC芯片包含控制器、存儲器等信息單元.移動端通過讀卡器與標(biāo)簽天線建立通訊連接,移動端將讀取和寫入命令傳輸?shù)綐?biāo)簽端,控制器對接收到的命令進(jìn)行發(fā)送和執(zhí)行,保證數(shù)據(jù)安全,存儲器存儲標(biāo)簽數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)操作后返回給移動端[4].

RFID標(biāo)簽信息包含登錄號、應(yīng)用類別、館藏方位、圖書狀態(tài)、唯一標(biāo)識碼等.登錄號是圖書在圖書館的唯一館藏標(biāo)識,相當(dāng)于圖書索引;應(yīng)用類別包括圖書用途、資料類型等數(shù)據(jù);館藏方位標(biāo)識圖書在圖書館的排架位置,便于自助分揀系統(tǒng)分揀和上架,同時為讀者查詢書籍提供方便;圖書狀態(tài)標(biāo)記圖書是外借還是在館;唯一標(biāo)識碼不同于登錄號,是RFID標(biāo)簽制造商編寫在電子標(biāo)簽中非改寫存儲區(qū)中的,是每個RFID標(biāo)簽的唯一標(biāo)識符[5].圖書RFID標(biāo)簽信息如圖1所示.

圖1 圖書RFID標(biāo)簽信息

2 移動端自助借還系統(tǒng)

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

目前圖書自助借還系統(tǒng)主要有3種模式:條碼磁條(barcode)、標(biāo)簽(RFID)、雙標(biāo)簽(barcode+RFID).Barcode模式成本低廉,在圖書館行業(yè)普及率較高,但識別效率和數(shù)據(jù)容量上不及RFID模式.而barcode+RFID模式雖然功能強(qiáng)大,但成本較高,在國內(nèi)“985”和“211”經(jīng)濟(jì)實力較強(qiáng)的高校圖書館中應(yīng)用較多[6].RFID技術(shù)應(yīng)用到圖書館中最早在歐美地區(qū),美國大部分的高校圖書館和城市圖書館已經(jīng)開展移動圖書館服務(wù)[7].國內(nèi)目前基于移動端的圖書自助借還系統(tǒng)成型產(chǎn)品主要是通過移動端借閱,但不能歸還.借閱時通過微信端掃描圖書條形碼來識別圖書,還書需通過自助還書機(jī)實現(xiàn).針對完全實現(xiàn)移動端自助借還的研究如火如荼,研究的熱點是移動端自助還書地點的選擇,這也是實現(xiàn)的難點.有的只能在圖書館范圍內(nèi)通過使用自助借還軟件來達(dá)到還書地點限制的要求,筆者認(rèn)為還不夠理想,需要進(jìn)一步完善.

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)利用手機(jī)的NFC功能識別圖書,而不是通過掃描條形碼或者二維碼來識別圖書,避免了條形碼或者二維碼磨損損壞帶來的借還問題,同時也不需借助微信等第三方應(yīng)用軟件借還圖書.在圖書歸還方面將WiFi定位技術(shù)引入其中,每一個WiFi熱點都有一個獨一無二的Mac地址,智能手機(jī)開啟WiFi后會自動掃描附件熱點并上傳其位置信息,位置服務(wù)器根據(jù)每個信號的強(qiáng)弱程度計算手機(jī)的地理位置并返回結(jié)果.

利用手機(jī)移動端實現(xiàn)圖書借還需要移動端APP和圖書借還接口.移動端APP是面向讀者的操作界面,包括對讀者身份的識別和限定、借書條件的判斷、NFC功能的開啟等,屬于軟件系統(tǒng)的應(yīng)用層和表示層;圖書借還接口是移動端APP調(diào)用底層圖書館文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫的中間程序模塊,通過該接口完成讀者庫的調(diào)用、圖書館藏數(shù)據(jù)庫的調(diào)用、借還庫和讀者庫的數(shù)據(jù)修改,該接口和底層數(shù)據(jù)庫屬于軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層;在底層數(shù)據(jù)庫修改的同時更改RFID標(biāo)簽狀態(tài)位:“借出”或“在館”,即“0”或者“1”,這樣操作后讀者攜帶圖書出館經(jīng)過安全門時,安全門檢測圖書中RFID標(biāo)簽狀態(tài)位,如果是“1”,則報警,反之,正常通行.

以沈陽化工大學(xué)圖書館為例,移動端APP通過校園無線WiFi連接校園網(wǎng),圖書借還接口部署在圖書館內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器上,與圖書館文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫的通信在內(nèi)網(wǎng)完成,確保網(wǎng)絡(luò)安全.通過移動端APP調(diào)用圖書借還接口,圖書借還接口再調(diào)用圖書館文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫,逐級調(diào)用,結(jié)構(gòu)安全性更高.

2.2.1 移動端自助借閱

圖書自助借閱流程如圖2所示.

圖2 圖書自助借閱流程

圖書自助借閱需要身份限定,各大學(xué)圖書館一般不允許校外讀者來本校圖書館借閱圖書,所以,必須限定身份.沈陽化工大學(xué)圖書館的讀者為本校教職工及學(xué)生,本館讀者使用用戶名和密碼登錄自助借還系統(tǒng)APP,用戶名通常情況下是借書證號,密碼是讀者自己設(shè)定的.登錄后身份認(rèn)定是借書的先決條件,但如果有超期圖書未還或者欠款未交等情況,則禁止借書,滿足借書條件方可借書.借閱時利用手機(jī)的NFC功能識別圖書,RFID標(biāo)簽具有多個電子標(biāo)簽同時處理的優(yōu)勢,一次識別10本書是基本標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量,最多一次可借閱16本書,借閱冊數(shù)上限可在系統(tǒng)里設(shè)定.多本借閱避免了讀者的重復(fù)登錄,一次完成借閱操作,節(jié)約了大量時間.借閱操作包含兩部分:修改圖書標(biāo)簽的狀態(tài)位;修改數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù).圖書標(biāo)簽狀態(tài)位信息是離館檢測的關(guān)鍵數(shù)據(jù),在圖書識別過程中還需要增加多書檢測機(jī)制,即不能把一本書識別成多本書,也不能將多本書識別成一本書[8].

2.2.2 移動端自助還書

圖書自助歸還流程如圖3所示.

圖3 圖書自助歸還流程

自助還書沒有身份限定,因為圖書借出時已完成身份認(rèn)證,直接還書即可.圖書作為圖書館的固定資產(chǎn),資產(chǎn)安全必須得到保障,所以必須到館歸還圖書.通過手機(jī)移動端的定位技術(shù)來識別讀者是否到達(dá)圖書館,以便判定是否可以還書.圖書歸還的難點是圖書歸還地點的選擇,將WiFi定位技術(shù)引入到移動端圖書自助借還系統(tǒng)中,增加定位判定,如果滿足還書條件,那么開啟NFC服務(wù)歸還圖書.還書操作與借閱操作一樣,包含修改圖書RFID標(biāo)簽的狀態(tài)位和修改數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù).還書時如果圖書超期則會累積超期時間,給出超期罰款提示,下一次借書之前需要交完超期罰款才能繼續(xù)借書,但圖書超期不影響圖書歸還.

2.2.3 查詢圖書

手機(jī)替代了圖書查詢機(jī)、圖書借還機(jī).查詢館藏圖書書目信息需要移動端APP和圖書OPAC接口.圖書OPAC即圖書館館藏聯(lián)機(jī)書目.讀者查詢館藏書目需要在移動端APP查詢圖書模塊輸入查詢關(guān)鍵詞,然后系統(tǒng)利用圖書OPAC接口調(diào)用OPAC網(wǎng)站,完成具體檢索詞搜索,最后給出查詢結(jié)果.查詢圖書不需要身份認(rèn)證.查詢到的圖書信息包含索書號、館藏方位、是否在架等,方便讀者現(xiàn)場找書、借書.

3 移動端APP界面設(shè)計

移動端APP包含首頁、借書、還書、續(xù)借和我,共計5部分功能,實現(xiàn)圖書查詢、借還、續(xù)借、身份認(rèn)證等,具體如圖4所示.

圖4 自助借還書APP主界面

首頁中可以查詢圖書,查到所需圖書后點擊“借書”進(jìn)行借書操作;已借圖書歸還點擊“還書”;圖書到期但未看完點擊“續(xù)借”.為了保證數(shù)據(jù)的持續(xù)正確性,對頁面中各個功能的每一次操作都伴隨著訪問服務(wù)器,以確保數(shù)據(jù)的始終一致性.“我”功能實現(xiàn)讀者身份認(rèn)證和登錄,在未登錄時,APP有些功能不能使用,登錄后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)是免登錄的[9].自助借還書APP借書界面、還書界面如圖5和圖6所示.

圖5 自助借還書APP借書界面

圖6 自助借還書APP還書界面

4 結(jié) 論

利用智能手機(jī)結(jié)合高頻RFID、NFC、WiFi定位技術(shù)實現(xiàn)圖書館自助借還服務(wù).利用手機(jī)NFC功能直接識別圖書RFID標(biāo)簽,識別效率和準(zhǔn)確率更高.在還書過程中,將WiFi定位技術(shù)引入到還書點位的檢測中,實現(xiàn)移動端位置判定,多點定位還書,服務(wù)更加人性化、個性化.