基于高頻RFID的移動端圖書自助借還系統設計與實現

張 偉, 王倚天

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

無線射頻識別(radio frequency identification,RFID)技術是一種非接觸式的自動識別技術,在物聯網領域得到普遍應用.貨物的RFID標簽,相當于貨物的身份證,包含id編碼、名稱等重要信息,通過無線識別貨物的RFID標簽信息,進行數據讀取、修改和交換[1].

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

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

1 移動端識別高頻RFID標簽的原理

1.1 RFID的類型

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

1.2 NFC識別高頻RFID標簽

移動端針對高頻RFID標簽的識別是通過近距離無線通訊技術(near field communication,NFC)實現的,它是由高頻RFID和互聯網通訊技術發展演變而來.NFC在身份識別、門禁、物流、移動支付、安全登錄、刷卡等領域都有著廣泛應用[3],目前智能手機都附帶NFC功能,可以直接與高頻RFID標簽通訊來傳輸和讀取數據.

1.3 圖書RFID標簽工作原理及設計

RFID標簽是由無線通訊天線和IC芯片構成.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簽天線建立通訊連接,移動端將讀取和寫入命令傳輸到標簽端,控制器對接收到的命令進行發送和執行,保證數據安全,存儲器存儲標簽數據,完成數據操作后返回給移動端[4].

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

圖1 圖書RFID標簽信息

2 移動端自助借還系統

2.1 發展現狀

目前圖書自助借還系統主要有3種模式:條碼磁條(barcode)、標簽(RFID)、雙標簽(barcode+RFID).Barcode模式成本低廉,在圖書館行業普及率較高,但識別效率和數據容量上不及RFID模式.而barcode+RFID模式雖然功能強大,但成本較高,在國內“985”和“211”經濟實力較強的高校圖書館中應用較多[6].RFID技術應用到圖書館中最早在歐美地區,美國大部分的高校圖書館和城市圖書館已經開展移動圖書館服務[7].國內目前基于移動端的圖書自助借還系統成型產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實現.針對完全實現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,這也是實現的難點.有的只能在圖書館范圍內通過使用自助借還軟件來達到還書地點限制的要求,筆者認為還不夠理想,需要進一步完善.

2.2 系統設計

系統利用手機的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用軟件借還圖書.在圖書歸還方面將WiFi定位技術引入其中,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,位置服務器根據每個信號的強弱程度計算手機的地理位置并返回結果.

利用手機移動端實現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,屬于軟件系統的應用層和表示層;圖書借還接口是移動端APP調用底層圖書館文獻數據庫的中間程序模塊,通過該接口完成讀者庫的調用、圖書館藏數據庫的調用、借還庫和讀者庫的數據修改,該接口和底層數據庫屬于軟件系統的數據層;在底層數據庫修改的同時更改RFID標簽狀態位:“借出”或“在館”,即“0”或者“1”,這樣操作后讀者攜帶圖書出館經過安全門時,安全門檢測圖書中RFID標簽狀態位,如果是“1”,則報警,反之,正常通行.

以沈陽化工大學圖書館為例,移動端APP通過校園無線WiFi連接校園網,圖書借還接口部署在圖書館內網服務器上,與圖書館文獻數據庫的通信在內網完成,確保網絡安全.通過移動端APP調用圖書借還接口,圖書借還接口再調用圖書館文獻數據庫,逐級調用,結構安全性更高.

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.沈陽化工大學圖書館的讀者為本校教職工及學生,本館讀者使用用戶名和密碼登錄自助借還系統APP,用戶名通常情況下是借書證號,密碼是讀者自己設定的.登錄后身份認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.借閱時利用手機的NFC功能識別圖書,RFID標簽具有多個電子標簽同時處理的優勢,一次識別10本書是基本標準數量,最多一次可借閱16本書,借閱冊數上限可在系統里設定.多本借閱避免了讀者的重復登錄,一次完成借閱操作,節約了大量時間.借閱操作包含兩部分:修改圖書標簽的狀態位;修改數據庫中的相關數據.圖書標簽狀態位信息是離館檢測的關鍵數據,在圖書識別過程中還需要增加多書檢測機制,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證,直接還書即可.圖書作為圖書館的固定資產,資產安全必須得到保障,所以必須到館歸還圖書.通過手機移動端的定位技術來識別讀者是否到達圖書館,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定位技術引入到移動端圖書自助借還系統中,增加定位判定,如果滿足還書條件,那么開啟NFC服務歸還圖書.還書操作與借閱操作一樣,包含修改圖書RFID標簽的狀態位和修改數據庫中的相關數據.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借書,但圖書超期不影響圖書歸還.

2.2.3 查詢圖書

手機替代了圖書查詢機、圖書借還機.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即圖書館館藏聯機書目.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鍵詞,然后系統利用圖書OPAC接口調用OPAC網站,完成具體檢索詞搜索,最后給出查詢結果.查詢圖書不需要身份認證.查詢到的圖書信息包含索書號、館藏方位、是否在架等,方便讀者現場找書、借書.

3 移動端APP界面設計

移動端APP包含首頁、借書、還書、續借和我,共計5部分功能,實現圖書查詢、借還、續借、身份認證等,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“續借”.為了保證數據的持續正確性,對頁面中各個功能的每一次操作都伴隨著訪問服務器,以確保數據的始終一致性.“我”功能實現讀者身份認證和登錄,在未登錄時,APP有些功能不能使用,登錄后相當長的一段時間內是免登錄的[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 論

利用智能手機結合高頻RFID、NFC、WiFi定位技術實現圖書館自助借還服務.利用手機NFC功能直接識別圖書RFID標簽,識別效率和準確率更高.在還書過程中,將WiFi定位技術引入到還書點位的檢測中,實現移動端位置判定,多點定位還書,服務更加人性化、個性化.