圖書館室內圖書定位技術的分析

江錦紅

摘 要

隨著圖書館的館藏種類、數量越來越豐富以及圖書館的功能結構也越來越復雜，圖書館館內定位技術備受關注。本文著重介紹基于射頻的定位技術，并針對圖書館的實際情況，分析RFID技術作為圖書館圖書定位的原因。

關鍵詞

圖書定位;WiFi;藍牙;RFID;圖書館

中圖分類號： G258.6;G250.7 ? ? ?? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.09.064

Abstract

As the types and quantities of libraries are becoming abundant， and the functional structure of libraries is becoming complex，the positioning technology in libraries has attracted much attention.This article focuses on the introduction of radio frequency-based positioning technology，and analyzes the reasons for RFID technology as a library book positioning for the actual situation of the library.

Key Words

Book positioning;WiFi;Bluetooth;RFID;Libraries

21世紀，物聯網技術迅速發展，‘物已經成為信息通訊的新維度。傳統的圖書館借閱系統需要讀者先查找索書號、在對照館內圖書布局依序查找圖書，相當煩瑣;尤其是圖書錯架的情況下，找到需要的書籍更難。實現圖書館圖書定位是未來智慧圖書館建設的一個重要分支，也是科學技術發展的必然趨勢。主流的定位技術按照信號載體可以分為基于超聲波定位技術、紅外線定位技術及射頻定位技術等。在無線技術的發展下，基于射頻的定位技術成為室內定位的大熱門[1]。目前，基于射頻的定位技術主要有藍牙技術，WiFi技術以及RFID技術等，并且都有相應的研究成果。

1 室內定位技術的發展

1.1 藍牙室內定位的發展

由于藍牙技術低功耗的發展，低功耗藍牙已經嵌入到越來越多的設備端，為其進一步擴展應用奠定了基礎。張倬勝[2]等人基于藍牙ibeacon技術搭建了智慧圖書館定位系統，實現室內人員定位。藍牙定位是依據接收藍牙信號強度，通過三邊定位方法[3]或指紋匹配法等方法實現定位的。

1.2 WiFi室內定位的發展

WiFi技術可以在不使用通信電纜的情況下，終端以單播或者廣播的形式實現設備通信。RADAR系統是基于WiFi信號強度的典型定位系統之一，其采用的算法是指紋匹配方法。隨著WiFi的正交頻分復用技術引入，RSSI信號可以細分成幾個子信道，可以有效地接收室內多徑效應，即信道狀態信息CSI，取得更好的定位效果。張帥[4]等人提出一種綜合選擇策略，綜合RSS最大平均值計算、方差波動性過濾和互信息分析，達到了AP選擇組合最優化，提高定位精度。通過指紋算法、指紋與虛擬現實結合、三邊定位方法提高定位精度。

1.3 基于RFID的室內圖書定位技術

RFID系統物理部分由電子標簽、讀寫器、天線組成。由于RFID成本下降以及功能提升，使得其廣泛應用于供應鏈、工業等領域。RFID技術也逐步應用到圖書上，替代傳統的條碼，實現基于RFID的自助借還、圖書盤點系統。LANDMARC系統是基于RFID技術的室內定位技術最典型系統之一。

2 RFID技術實現圖書館圖書定位的分析

要實現圖書館內圖書的定位需要從幾個角度思考：基礎設施、成本、可行性、標準、定位精度等方面進行思考。下面我們來逐一分析。

2.1 物理基礎

基于藍牙室內定位系統需要在圖書館布置大量的藍牙基站以及藍牙網關，成本很高。很多圖書館實現了WiFi的全覆蓋，WiFi室內定位不需要額外的基站。但是以上兩種技術應用的芯片成本相對較高。

RFID按照工作頻段可以分為低頻、中高頻、超高頻、微波段，其中高頻和超高頻RFID已經廣泛應用在高校圖書館以及公共圖書館，形成與圖書一一對應的體系，為RFID技術的拓展奠定了基礎。而且RFID具有非接觸性、能耗成本較低、使用壽命長等優點，不需要頻繁更換芯片，在物聯網領域應用穩定可靠。

2.2 RFID標準化

ISO/IEC基礎技術標準體系對物品標識、數據采集與處理、設備控制與管理等方面形成一致的標準[5]。此外，高頻和超高頻RFID芯片廣泛應用在圖書館，隨著RFID互操作實驗[6]的完成，高頻和超高頻RFID設備互用性不再是障礙，館際互借，設備兼容得到很好的解決。

2.3 防碰撞處理

RF信號易受室內人員、建筑設計、相關設備的距離與數量等影響，如WiFi設備和藍牙設備同信道或者近距離干擾比較大[7]。RFID定位系統中，尋找錯架圖書存在多個讀寫器或者多個標簽同時發送請求，造成多路信息碰撞干擾，需要做好防碰撞處理。RFID跟蹤錯架圖書策略有讀者驅動、錯架圖書驅動、管理員驅動、時間驅動以及混合驅動[8]。采用時間驅動的方式周期性的查找錯架圖書并整理，并給每個讀寫器設置一定時間的偏移，可以有效地改善信息的碰撞。如張麗[9]通過控制讀寫器掃描參考標簽與定位標簽有效防止標簽碰撞造成的干擾，提高定位精度。

2.4 優化算法

室內定位算法有很多，基于RSSI室內定位方法為目前主流的室內定位方法，其主要的定位算法有位置指紋匹配、最近鄰居算法、三邊定位算法等。有很多學者進一步優化LANDMARC系統、RSSI衰減算法，如優化參考標簽、讀寫器的布置，優化選擇鄰居方法，如利用神經網絡算法優化RSSI衰減模型的路徑損耗系數的等，通過實驗的方法或者實際應用驗證定位精度的進一步提升。

3 總結

本文主要介紹了射頻室內定位技術，包括WiFi、藍牙、RFID定位技術。概述了這幾種定位技術的應用發展，然后從物理基礎、標準協議、防信號干擾、優化算法等方面對比不同的定位技術。RFID芯片具有能耗低、成本低、壽命長等特點，而且已經被廣泛應用于智能圖書館建設中，為圖書定位奠定了物理基礎。隨著RFID技術國際標準的不斷完善、RFID技術可以有效實現防信息碰撞措施，以及定位算法不斷優化和運用，RFID技術已經成為圖書館圖書定位的有效方法和主流趨勢。

參考文獻

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