智慧城市背景下RFID技術(shù)在圖書(shū)館建設(shè)中的應(yīng)用

陳秋華

（福建省龍巖圖書(shū)館，福建 龍巖 364000）

智慧城市是城市可持續(xù)發(fā)展的多元化需求，是一種向市民提供“智慧民生”的服務(wù)。國(guó)內(nèi)較多城市在大力推進(jìn)智慧城市建設(shè)工作，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)應(yīng)用于各種民生領(lǐng)域，為社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)方面創(chuàng)造重要價(jià)值[1]。在智慧城市背景下，圖書(shū)館作為人文、知識(shí)匯聚的地方，如何創(chuàng)新發(fā)展以賦能智慧城市文化支撐，促進(jìn)大眾“轉(zhuǎn)知成慧”和“萬(wàn)眾創(chuàng)新”成為主要建設(shè)目標(biāo)之一[2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，以RFID技術(shù)構(gòu)建的圖書(shū)館已經(jīng)成為智慧化服務(wù)的首選技術(shù)。本文通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)，對(duì)圖書(shū)自動(dòng)識(shí)別、圖書(shū)自助借還、智能書(shū)架等功能進(jìn)行探討，以期減少圖書(shū)管理人員的工作任務(wù)，為讀者提供更方便快捷的服務(wù)[3]。

1 智慧城市背景下圖書(shū)館的發(fā)展

1.1 智慧城市

2008年，智慧城市1.0被提出，核心理念為利用信息通信技術(shù)優(yōu)化城市管理和服務(wù)，提升居民生活品質(zhì)。2012年，智慧城市首次在國(guó)家政策中被提出，其中涉及大多數(shù)行業(yè)，主要包括物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)[3]。城市發(fā)展以城市信息化、智能人本化為核心，持續(xù)實(shí)現(xiàn)自我更新。智慧城市不是終極目標(biāo)，而是實(shí)現(xiàn)美好城市建設(shè)的一種手段。

1.2 智慧城市與圖書(shū)館的關(guān)系

隨著智慧城市的不斷發(fā)展，人們的物質(zhì)需求得到滿足，信息資源成為精神層面的基礎(chǔ)性必備資源。智慧城市推進(jìn)與圖書(shū)館的發(fā)展是一個(gè)整合體，并非孤立存在。智慧城市發(fā)展過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量原始信息，圖書(shū)館作為高質(zhì)量信息資源集合地，可以有效地對(duì)原始信息進(jìn)行二次加工和整理，最大限度滿足民眾信息需求[4]。當(dāng)前是一個(gè)數(shù)據(jù)共享的時(shí)代，數(shù)據(jù)共享已經(jīng)成為一種常態(tài)，個(gè)性化服務(wù)是圖書(shū)館發(fā)展的一項(xiàng)核心要素。圖書(shū)館是社會(huì)文化體系的重要組成部分，傳統(tǒng)圖書(shū)館服務(wù)方式缺乏創(chuàng)新性，導(dǎo)致民眾對(duì)圖書(shū)館參與度低。為了滿足智慧城市背景下的公眾新需求，圖書(shū)館將以智慧共享為主要特色，提供更智慧便捷的文化服務(wù)，將會(huì)對(duì)智慧城市發(fā)展起到促進(jìn)作用。

1.3 智慧圖書(shū)館

自IBM提出“智慧城市”概念后，智慧圖書(shū)館進(jìn)入了學(xué)界的視野，其可以實(shí)現(xiàn)書(shū)書(shū)相連、書(shū)人相連、人人相連的模式。智慧圖書(shū)館使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能設(shè)施，具有智慧化、個(gè)性化、人性化服務(wù)和管理的特點(diǎn)[5]。智慧圖書(shū)館不受空間限制，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三大部分構(gòu)成。感知層負(fù)責(zé)信息的收集；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)感知層獲取數(shù)據(jù)的再加工；應(yīng)用層負(fù)責(zé)人性化的服務(wù)和智慧化的管理，為用戶提供高水平的知識(shí)服務(wù)。

2 RFID技術(shù)在圖書(shū)館建設(shè)中的應(yīng)用

RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物與物的信息交流。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，以RFID技術(shù)為代表的智能系統(tǒng)已經(jīng)在多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其是在圖書(shū)館領(lǐng)域，RFID技術(shù)多以RFID標(biāo)簽出現(xiàn)，推進(jìn)了圖書(shū)館自動(dòng)化發(fā)展，在智慧圖書(shū)館建設(shè)中發(fā)揮著重要作用[6]。

2.1 RFID技術(shù)原理

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，傳遞特別信息的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，由標(biāo)簽、閱讀器和天線等3個(gè)部分組成。RFID是圖書(shū)館智慧化的基礎(chǔ)，在圖書(shū)館的應(yīng)用流程中多以RFID標(biāo)簽出現(xiàn)。閱讀器能夠自動(dòng)識(shí)別范圍內(nèi)的RFID標(biāo)簽，利用天線發(fā)射射頻信號(hào)，RFID標(biāo)簽內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，激活RFID標(biāo)簽電路工作，通過(guò)卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送特定頻率信號(hào)作為反饋，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器解調(diào)后傳送到閱讀器。閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼后傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換[7]。閱讀器的頻率決定射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻段，常見(jiàn)的工作頻率主要有125.00、134.20、135.60 kHz等，射頻識(shí)別的距離受閱讀器功率影響。

RFID系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2.2 RFID技術(shù)的應(yīng)用

RFID技術(shù)在圖書(shū)館中的應(yīng)用極大地提升了圖書(shū)館的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了用戶與圖書(shū)館的主動(dòng)連接，具有個(gè)性化的信息資源服務(wù)。目前，RFID技術(shù)主要用于自動(dòng)識(shí)別、自助借還以及智能書(shū)架等方面，使圖書(shū)館自動(dòng)化發(fā)展得到推進(jìn)[8]。

2.2.1 自動(dòng)識(shí)別

條形碼識(shí)別技術(shù)效率較低，逐漸被RFID標(biāo)簽替代。相較于條形碼，RFID標(biāo)簽具有唯一標(biāo)識(shí)的EPC/UID代碼。利用閱讀器查詢時(shí)，一次讀取可以識(shí)別大量RFID標(biāo)簽，提高識(shí)別速度。

條形碼識(shí)別技術(shù)與RFID技術(shù)對(duì)比如表1所示。

表1 條形碼識(shí)別技術(shù)與RFID標(biāo)技術(shù)對(duì)比

2.2.2 自助借還

圖書(shū)自助借還服務(wù)可以利用條形碼或射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于條形碼技術(shù)而言，雖然標(biāo)簽價(jià)格便宜、抗干擾能力強(qiáng)，但效率較低。自助借還服務(wù)采用RFID技術(shù)，無(wú)須找到圖書(shū)的條形碼，只需要將書(shū)放在借還機(jī)器上就可以完成還書(shū)，自助借還機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)批量借還。自助借還服務(wù)系統(tǒng)包括電腦終端、讀卡設(shè)備、掃描設(shè)備和書(shū)籍監(jiān)控器等，使用RFID技術(shù)的自助借還服務(wù)，能夠大幅提升工作效率。

圖書(shū)自主借還服務(wù)流程如圖2所示。

圖2 圖書(shū)自助借還服務(wù)流程

2.2.3 智能書(shū)架

智能書(shū)架能夠幫助讀者和館員準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)圖書(shū)的位置，起到了方便讀者查找、解放館員的勞動(dòng)力作用。智能書(shū)架需要在書(shū)架區(qū)放置閱讀器天線，每個(gè)書(shū)架和每一冊(cè)藏書(shū)上都裝有RFID碼，根據(jù)RFID的空間定位功能，可以確定書(shū)架的位置和書(shū)本的位置。智能書(shū)架實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)定位的自動(dòng)化，減少圖書(shū)庫(kù)藏和搜索工作量。

智能書(shū)架系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)服務(wù)和用戶服務(wù)3個(gè)功能模塊。

數(shù)據(jù)采集功能模塊：每本書(shū)都附帶書(shū)籍的基本信息和初始貨架位置的RFID標(biāo)簽，每個(gè)書(shū)架裝有多個(gè)閱讀器天線，利用天線多路復(fù)用器控制閱讀器天線和RFID標(biāo)簽的連接狀態(tài)，使閱讀器可以精確定位RFID標(biāo)簽。

數(shù)據(jù)服務(wù)功能模塊：利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將閱讀器讀取的書(shū)籍信息和書(shū)架信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)這些信息進(jìn)行二次挖掘。

用戶服務(wù)功能模塊：向閱讀器發(fā)送控制指令，控制天線輻射區(qū)域。

智能書(shū)架模塊框架如圖3所示。

圖3 智能書(shū)架模塊框架

智能書(shū)架為提升圖書(shū)館的書(shū)籍利用率起到了重要作用，但在實(shí)際定位過(guò)程中，存在圖書(shū)館環(huán)境標(biāo)簽數(shù)量大、閱讀器接收端的熱噪聲、不同RFID標(biāo)簽的相位偏轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)背景環(huán)境干擾因素等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，多種定位方法相繼被提出并應(yīng)用。通常采用相位差方法進(jìn)行定位，能夠滿足圖書(shū)尋找的大部分需求。通過(guò)多個(gè)天線收集相位值數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)構(gòu)建差分增強(qiáng)全息圖，實(shí)現(xiàn)精確定位標(biāo)簽。如果對(duì)定位要求更精確，需要調(diào)節(jié)閱讀器的功率，通過(guò)電磁反向散射耦合過(guò)程，最終獲取能量和傳輸信息，完成精準(zhǔn)距離的標(biāo)簽讀取工作。標(biāo)簽最大可讀距離R由弗林斯傳輸方程計(jì)算：

式中：R——標(biāo)簽最大可讀距離；λ——信號(hào)波長(zhǎng)；Pt—閱讀器天線發(fā)射功率；Gt——閱讀器發(fā)送天線增益；Gr——標(biāo)簽接收天線增益；Pr——標(biāo)簽的最低開(kāi)啟功率。

標(biāo)簽的最低開(kāi)啟功率Pr、標(biāo)簽接收天線增益Gr和閱讀器發(fā)送天線增益Gt無(wú)法改變時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)閱讀器天線發(fā)射功率Pt，實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽讀取距離的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。目前，Novanta公司的ThingMagic RFID具有獨(dú)立的讀取和寫(xiě)入功率控制功能，可以實(shí)現(xiàn)0.5 dB的步進(jìn)調(diào)節(jié)，為圖書(shū)館智能書(shū)架提供精確定位。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的不斷深化，智慧城市建設(shè)已經(jīng)成為國(guó)家城市建設(shè)工程的新形態(tài)。圖書(shū)館作為支持社會(huì)科研和資源開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)，在智慧城市建設(shè)的大背景下，圖書(shū)館需要提供新的視野和方向，引領(lǐng)公眾對(duì)文化的認(rèn)同感。物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)圖書(shū)館的局限性，在開(kāi)放的信息環(huán)境下，充分體現(xiàn)了智能化圖書(shū)館的服務(wù)水平，為讀者提供全新的閱讀體驗(yàn)。通過(guò)將RFID應(yīng)用在圖書(shū)館智慧化建設(shè)中，可以為圖書(shū)館的智慧化發(fā)展提供技術(shù)支持。