物聯網技術在圖書館建設中的應用研究

楊松濤　張宗利

摘要：從感知、定位、存儲和決策4個方面分別闡述物聯網技術在圖書館建設中的應用，同時介紹物聯網特有的安全和隱私問題，總結智能圖書館建設的發展前景。

關鍵詞：物聯網技術；圖書管理；射頻識別；智能圖書管理技術

文章編號：1672-5913（2013）07-0028-03

中圖分類號：G642

伴隨著新的信息技術在傳感、實時控制、通信網絡等領域的長足發展，以物聯網技術為基礎的智能圖書管理技術應運而生。物聯網技術在圖書管理中的應用拓展了圖書館的發展空間，最大限度地優化了館藏資源到讀者之間的文獻運輸和流動信息分配，提高了文獻資源的利用率，降低了圖書館的運營資本，促進了信息資源共享建設。

物聯網通過Internet實現物理世界任何產品的互聯，使圖書等資料成為附有動態信息的“智能產品”，并使信息流和物流完全同步，為圖書館資源信息共享提供了一個高效、快捷的網絡平臺。具有準確獲取信息能力的RFID電子標簽是對物品的惟一標識，電子標簽具有可讀寫功能，其電子數據可根據需要記錄各種信息，如書名、架位、館藏地點等，同時電子標簽具有可塑性，能附于圖書、音像制品等信息載體上。通過電子標簽可以對具體的物品進行監控，并利用網絡數據庫技術將該物品的細節信息存儲、共享，以便圖書管理系統各環節利用。集成了物聯網技術的圖書管理系統可以對圖書信息進行準確無誤的跟蹤，精確掌握庫存變化情況、周轉流動情況，分析讀者閱讀傾向的變化、圖書需求的變化情況。

物聯網技術不僅創新了圖書館自動化管理模式，突破傳統信息傳播模式的障礙，克服信息傳播中的延誤，而且實現了圖書館與讀者互動的人性化服務，提高了館員的工作效率，加強了圖書藏、借、閱一體化的功能，增強了圖書館的安全性、準確性、可靠性和擴展性，具有良好的發展前景。

1 感知識別

感知識別是融合物理世界和信息世界的重要環節。感知識別層位于物聯網4層模型的最底層，是所有上層結構的基礎。射頻識別技術（Radio Frequency Identification，縮寫RFID）是20世紀80年代發展起來的一種新興自動識別技術，是一項利用射頻信號通過空間耦合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的。基于RFID標簽對物體的惟一標識特性，使其成為了條形碼+磁條系統的完美替代品。RFID標簽中包含圖書館標識、館藏地、文獻類別、圖書層架信息、近期借還記錄等多種信息，擁有遠距離可讀性和安全防盜性。智能圖書管理系統通常采用高頻被動式標簽，其通信頻段范圍為3～30MHz。除金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數材料，但是往往會降低讀取距離，一般在1m左右。該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的限制，能夠產生相對均勻的讀寫區域，具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子標簽，并把數據信息寫入標簽中。

感知圖書、感知人員、感知環境是智能感知的3個基本要素。RFID自助借還書機是一種可以自動識別粘貼有RFID標簽的圖書及資料設備，通過觸摸屏交互式的示范和清晰的語音提示來引導讀者完成借還書全過程，自動處理圖書的借還手續并將數據上傳至服務器。RFID館藏清點器對貼有標簽的圖書進行掃描，系統可以明確地辨認出各類圖書的信息，并根據需要對有關信息進行處理，達到快速分級處理的效果，大大提高了工作效率。RFID自動分揀系統提高了上架的及時性和效能；RFID門禁系統實現身份認證、人數計數等功能。RFID體系結構如圖1所示。

2 定位系統

位置信息承載了“時間”“空間”“對象”3大關鍵信息，利用這些信息不僅可以提供時效性服務，而且可以提供個性化定制服務。常用的定位技術包括基于TOA（Time of Arrival）定位、基于TDOA（Time Difference of Arrival）定位、基于AOA（Angle of Arrival）定位、基于RSSI（Received Signal Strength Indicator）定位。智能圖書管理系統常采用價格低廉的RFID標簽，增加定位模塊會增加設備成本。因此，一種基于信號特征的動態定位方法LANDMARC用于圖書館定位。LANDMARC使用RFID技術，在測量區域布置一系列的RFID標簽作為“地標”，再輔以少量的閱讀器。此外，測量目標也攜帶RFID標簽。圖2所示為LANDMARC布局的例子。

智能圖書館定位管理系統可以實現讀者和員工定位、讀者行為分析以及方便查找人員，結合GIS系統方便查詢相關書籍設定的信息，館藏書目數據、借閱數據及圖書當前所在位置。電子防盜系統可以利用位置信息追蹤圖書流動的軌跡。

3 信息存儲

伴隨著圖書館逐漸步入數字化信息時代，傳統的紙質期刊書籍、影印資料逐漸呈現出電子化趨勢，并且由于互聯網、電子閱讀終端的普及，人們的書籍獲取途徑以及閱讀方式同樣發生著改變。圖書館的建設正在向著基于物聯網、云計算技術的數字圖書館發展，以滿足讀者多樣信息獲取需要。物聯網需要隨時隨地感知、傳輸信息，以便及時計算和控制設備。同時，物聯網相對于傳統的互聯網具有更深入的智能化特性，處理復雜的數據分析、匯總和計算，整合多維度的信息，從而支持智能管理決策。集中的存儲設備可以保證數字化資源的集中存儲，但是，當存儲設備出現問題時會存在著數據丟失的隱患。如何保證存儲的數據不會丟失，保證數字圖書館的應用系統持續穩定運行，數字資源的安全存儲是必須考慮的問題。

云存儲是在云計算（cloud computing）概念上延伸和發展出來的一個新的概念，是指通過集群應用、網格技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能的一個系統。當云計算系統運算和處理的核心是大量數據的存儲和管理時，云計算系統中就需要配置大量的存儲設備，那么云計算系統就轉變成為一個云存儲系統，所以云存儲是一個以數據存儲和管理為核心的云計算系統。智能圖書館引入云存儲平臺后，能夠將圖書館內所有的資源通過虛擬化技術進行統一的管理和分配。云存儲結構如圖3所示。

4 智能決策

在先進的感知、通信、計算和存儲技術的支持下，有效地利用海量信息成為物聯網應用的關鍵。面對海量數據，人們必須借助計算機才能獲取相關知識。數據挖掘（Data Mining）是通過分析每個數據，從大量數據中尋找規律的技術，主要有數據準備、規律尋找和規律表示3個步驟。數據挖掘的任務有關聯分析、聚類分析、分類分析、異常分析、特異群組分析和演變分析等。在智能圖書館中，所有的物理對象都參與業務流程（感知、通信計算、存儲、控制）。精準的感知數據和精確定位信息被合理地存儲計算，智能圖書管理系統可以分析現有圖書的借閱現狀和變化趨勢，對讀者的閱讀習慣、圖書的暢銷程度等信息，進行統計分析。同時，系統能夠根據分類模型對相關對象可能性作出預測，然后根據預測結果有針對性地設計個性化服務。系統可以找到數據對象之間的關系，然后利用學習模式進行合理預測，實現錯誤或危險操作的預警行為，提高服務的自動化程度。

5 安全與隱私

RFID標簽負責采集物理世界的信息，并將這些信息通過無線方式傳送到服務器上。RFID標簽受成本限制，不能支持復雜的密碼學計算，因而容易遭受攻擊，例如竊聽、欺騙、篡改和拒絕服務等。RFID標簽通常附著在物品上，甚至嵌入人體，其中可能存儲大量的隱私信息。通過RFID標簽上的信息，攻擊者可以追蹤標簽攜帶者（人或物品）。利用這種方法，攻擊者可以掌握用戶的行為規律和閱讀習慣，或實施進一步的犯罪行為。

6 結語

智能圖書館是感知、服務和管理的智慧化中心，它由感知層、網絡層和應用層3大部分構成。感知層負責識別物體和采集信息，網絡層用于傳遞和處理感知層獲取的信息，應用層主要是實現智能化管理和人性化服務。智能圖書館有以下特點：①深度的感知；②泛在的互聯；③高度的人性化服務。物聯網技術的跨越式發展必將使智能圖書館展現出廣闊的發展前景。例如：建立多維度的交互方式；實現動態、無縫的知識組織方式和海量數據的存儲；充分地運用定位技術和決策規劃技術。總之，隨著物聯網技術在智能圖書館建設中的有效應用，圖書館將具有更透徹的感知能力、更全面的認識能力和更為智慧的處理能力。

（編輯：郭田珍）