基于自動(dòng)控制的全智圖書(shū)管理系統(tǒng)探析

張智博，張迪賀，尉鑫洋，焦宇航，路博武

（哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028）

我國(guó)的科技水平和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們的生活越快來(lái)越智能化，已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代，傳統(tǒng)的取書(shū)方式效率低下且繁瑣，當(dāng)今時(shí)代人們更加趨向于有一種更為便捷的取書(shū)還書(shū)方式，我們調(diào)查人們對(duì)于圖書(shū)館的取書(shū)還書(shū)方式有諸多不滿，于是我們秉承著創(chuàng)新的精神提出全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的概念。全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的出現(xiàn)，有效地減輕了圖書(shū)館工作人員的壓力，也節(jié)省了讀者排隊(duì)借還書(shū)的等待時(shí)間，全智圖書(shū)管理系統(tǒng)可以自主掃描圖書(shū)的圖書(shū)條碼和借書(shū)證號(hào)，然后機(jī)器便會(huì)自動(dòng)完成借還書(shū)的操作。另外，全智圖書(shū)管理系統(tǒng)還能夠快速檢索圖書(shū)信息，提供圖書(shū)館藏書(shū)的位置、簡(jiǎn)介等詳細(xì)資料，方便讀者查詢書(shū)目、預(yù)約館藏、了解圖書(shū)信息。

1 全智圖書(shū)管理系統(tǒng)概述

1.1 課題背景及意義

以全智運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)為基本的手段，可實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館自助管理和資源的互聯(lián)與共享；運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析和加工，獲取大量數(shù)據(jù)信息資源，對(duì)圖書(shū)館持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。服務(wù)模式從傳統(tǒng)以館藏為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂脩魹橹行模谌斯ぶ悄艿闹С窒拢瑘D書(shū)館的資源建設(shè)從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判斷向智能建設(shè)構(gòu)建趨勢(shì)發(fā)展。傳統(tǒng)的圖書(shū)館咨詢服務(wù)只是簡(jiǎn)單的咨詢，而全智圖書(shū)管理系統(tǒng)可通過(guò)結(jié)合用戶的個(gè)體特征、興趣愛(ài)好等，為用戶提供科學(xué)、客觀的參考咨詢。且基于微信、移動(dòng)APP等可進(jìn)一步拓展智能咨詢方式，將圖書(shū)服務(wù)從信息化轉(zhuǎn)向知識(shí)化服務(wù)。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前我國(guó)大部分圖書(shū)館占據(jù)了巨大的空間，因此給書(shū)籍編目確實(shí)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。由于缺乏連貫的分類(lèi)，可能無(wú)法在某個(gè)特定區(qū)域找到一本書(shū)。除非圖書(shū)館的專(zhuān)業(yè)人員足夠熟練，否則這些實(shí)際問(wèn)題可能會(huì)困擾讀者，在圖書(shū)的尋找過(guò)程中，我們只能知道圖書(shū)的大致方位而不能確定具體位置，這為我們?nèi)?shū)帶來(lái)了諸多不便。還有許多公共圖書(shū)館沒(méi)有配備足夠的安全設(shè)施，因此許多古籍有可能被盜。罕見(jiàn)的手稿、古董版本、有作者簽名的書(shū)籍需要額外的保護(hù)，但不幸的是，許多公共圖書(shū)館未能保存它們。為方便我們?cè)趫D書(shū)館找尋圖書(shū)和保障圖書(shū)管理的安全，我們研究了一款全智圖書(shū)管理系統(tǒng)，這是一種全新的模式，這種模式不僅可以準(zhǔn)確、快速地幫助我們找到想要的圖書(shū)，還可以保護(hù)我們的珍貴書(shū)籍，雖然自主取書(shū)還書(shū)機(jī)器在國(guó)內(nèi)的研究和應(yīng)用中取得了一些進(jìn)展，但也存在一些缺點(diǎn)和挑戰(zhàn)。

1.3 研究的主要內(nèi)容

全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的研究主要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1.技術(shù)開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新：研究人員致力于開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和算法，以提高全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的性能和功能。這包括圖像識(shí)別、射頻識(shí)別（RFID）、人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)等方面的研究。

2.圖像識(shí)別：用于識(shí)別圖書(shū)的封面、條形碼或二維碼，并進(jìn)行圖書(shū)信息的檢索和記錄。

3.射頻識(shí)別（RFID）：用于標(biāo)記和跟蹤圖書(shū)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)借還書(shū)的過(guò)程。

4.人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)：通過(guò)分析讀者的借閱行為和偏好，為其推薦適合的圖書(shū)，并提供個(gè)性化的服務(wù)和建議。

5.與圖書(shū)館管理系統(tǒng)的集成：全智圖書(shū)管理需要與圖書(shū)館管理系統(tǒng)進(jìn)行緊密的集成，以實(shí)現(xiàn)圖書(shū)借還的流程管理和數(shù)據(jù)同步。研究人員要關(guān)注如何實(shí)現(xiàn)與不同圖書(shū)館管理系統(tǒng)的兼容性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院蜏?zhǔn)確性等問(wèn)題。

6.安全和隱私保護(hù)：全智圖書(shū)管理系統(tǒng)涉及讀者個(gè)人信息的收集和處理，因此對(duì)安全和隱私保護(hù)的研究也是重要的內(nèi)容。研究人員應(yīng)關(guān)注如何保護(hù)讀者信息的安全，防止信息泄露和濫用的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的研究主要聚焦于技術(shù)創(chuàng)新、與圖書(shū)館管理系統(tǒng)的集成、用戶體驗(yàn)和界面設(shè)計(jì)、安全與隱私保護(hù)以及運(yùn)維和維護(hù)管理等方面，旨在提高自助借還圖書(shū)設(shè)備的性能和服務(wù)質(zhì)量。

2 全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的硬件介紹

2.1 多媒體

多媒體硬件是指用于處理和展示多媒體內(nèi)容（如圖像、音頻和視頻）的硬件設(shè)備。它用于顯示圖像、視頻和文字等內(nèi)容。現(xiàn)代顯示器通常采用液晶顯示技術(shù)（LCD）或有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）技術(shù)。它們被廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音錄制、對(duì)話、語(yǔ)音識(shí)別等場(chǎng)景。麥克風(fēng)可以是內(nèi)置于設(shè)備中（如手機(jī)或筆記本電腦）的麥克風(fēng)，亦可是外部麥克風(fēng)，如專(zhuān)業(yè)錄音麥克風(fēng)或會(huì)議麥克風(fēng)。

2.2 GPRS 模塊

GPRS（General Packet Radio Service）模塊是一種用于無(wú)線通信的硬件設(shè)備，它使用GPRS 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，GPRS 模塊是一種遠(yuǎn)程通信設(shè)備。它通過(guò)無(wú)線電信號(hào)與通信基站進(jìn)行通信，使用GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，允許設(shè)備在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，GPRS 模塊具有很多功能，如數(shù)據(jù)傳輸、高速傳輸、建立連接、低能耗等特點(diǎn)，GPRS 模塊通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)靈活和可靠的數(shù)據(jù)傳輸。它支持短消息服務(wù)（SMS）、電子郵件、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件傳輸?shù)葦?shù)據(jù)傳輸方式，GPRS 模塊允許在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。它采用分組交換技術(shù)，將數(shù)據(jù)分為小包進(jìn)行傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的傳輸速率，適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和在線應(yīng)用，GPRS 模塊可以通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)建立長(zhǎng)時(shí)間的連接，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。它支持持久連接（PDP，Packet Data Protocol），允許設(shè)備與遠(yuǎn)程服務(wù)器或云平臺(tái)之間建立穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，GPRS 模塊通常具有低功耗特性，適合用于移動(dòng)設(shè)備和電池供電的應(yīng)用。它可以在待機(jī)狀態(tài)下降低功耗，延長(zhǎng)設(shè)備的工作時(shí)間。中央處理器（Central Processing Unit，CPU）選擇STM32L071CB，服務(wù)器前端采用“微服務(wù)”型分布式服務(wù)器架構(gòu)，不參與前后端、軟硬件通信，將預(yù)警推送模塊獨(dú)立化，提高了軟件預(yù)警功能的容錯(cuò)率，不受用戶與數(shù)據(jù)訪問(wèn)的影響[1-2]。

2.3 LED 顯示屏

我們所知的LED 顯示屏工作原理是動(dòng)態(tài)掃描。動(dòng)態(tài)掃描又分為兩種方式，常用的方式是行掃描。LED 顯示屏的列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路一般都采用單片機(jī)進(jìn)行控制，常用的單片機(jī)是MCS51 系列。LED 顯示屏顯示的內(nèi)容一般按字模的形式存放在單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，字模是8 位二進(jìn)制數(shù)。高密度LED 顯示屏主要有表面貼裝SMD（SURFACE MOUNTED DEVICE）和芯片級(jí)模組集成封裝COB（CHIP ON BOARD）兩條技術(shù)路線[3]。

2.4 RFID 技術(shù)

RFID 技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)公共圖書(shū)館領(lǐng)域普及應(yīng)用了數(shù)年，目前這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用穩(wěn)定、高效，因此被大多數(shù)圖書(shū)館所廣泛采用。為人們提供了很多便捷，但是哈爾濱市圖書(shū)館還在采用老舊的條形碼＋磁條方式加工圖書(shū)，這種方式并不符合當(dāng)代自助圖書(shū)館的管理方式，同時(shí)相應(yīng)的配套設(shè)備也較少生產(chǎn)。所以，如果想要現(xiàn)有館內(nèi)藏書(shū)和24 小時(shí)自助圖書(shū)館有機(jī)結(jié)合，就需要做全館的RFID 升級(jí)，這個(gè)工作量十分浩大，而且財(cái)政投入巨大。超高頻RFID 技術(shù)具有獨(dú)立讀取多個(gè)數(shù)據(jù)信息標(biāo)簽的能力，既可以改變數(shù)據(jù)信息參量的存儲(chǔ)容量，使其穿透性傳輸能力得到保障，也可以多次讀寫(xiě)處理所選定的信息文件，從而使其存儲(chǔ)體積能夠與數(shù)據(jù)庫(kù)容積相匹配[4]。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，超高頻RFID技術(shù)的應(yīng)用涉及UHF 電子標(biāo)簽設(shè)置、低功耗芯片設(shè)計(jì)、防碰撞算法等多方面內(nèi)容，可以在常規(guī)數(shù)據(jù)信息讀取指令的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展傳輸指令對(duì)信息參量的容納能力，對(duì)已存儲(chǔ)指令文件進(jìn)行整合處理，使其在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的映射傳輸能力得到保障，也可以更改數(shù)據(jù)信息參量的存儲(chǔ)形式，避免這些信息文件對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)造成攻擊性影響。[5]

3 全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

我們?cè)O(shè)計(jì)全智圖書(shū)管理系統(tǒng)時(shí)考慮了很多方面，它有著很多功能，對(duì)于人們?nèi)?shū)還書(shū)有著極大的變化，減少了很多時(shí)間。

3.1 讀取圖書(shū)信息

機(jī)器具有讀取和識(shí)別圖書(shū)信息的能力，例如通過(guò)圖書(shū)條碼掃描或書(shū)籍識(shí)別技術(shù)獲取書(shū)籍的相關(guān)信息。

3.2 用戶身份驗(yàn)證

為了確保借還書(shū)的安全性和準(zhǔn)確性，全智圖書(shū)管理系統(tǒng)具備用戶身份驗(yàn)證的功能，例如通過(guò)圖書(shū)館卡、學(xué)生卡或手機(jī)應(yīng)用程序等進(jìn)行身份驗(yàn)證。

3.3 借書(shū)功能

全智圖書(shū)管理系統(tǒng)支持用戶借書(shū)的功能，用戶可以通過(guò)輸入圖書(shū)的相關(guān)信息或掃描圖書(shū)條碼來(lái)借閱圖書(shū)。機(jī)器記錄借書(shū)人和借書(shū)日期，并生成借書(shū)憑證。

3.4 還書(shū)功能

全智圖書(shū)管理系統(tǒng)支持用戶還書(shū)的功能，用戶可以將圖書(shū)放入機(jī)器的還書(shū)槽中，機(jī)器能夠識(shí)別圖書(shū)并更新還書(shū)記錄。

3.5 圖書(shū)查詢功能

機(jī)器提供圖書(shū)查詢功能，用戶可以通過(guò)輸入圖書(shū)名稱、作者或其他相關(guān)信息來(lái)查找館藏書(shū)籍的位置和可借狀態(tài)。

3.6 續(xù)借功能

全智圖書(shū)管理系統(tǒng)支持用戶對(duì)已借閱圖書(shū)進(jìn)行續(xù)借的功能，用戶可以輸入相關(guān)信息或掃描借書(shū)憑證來(lái)進(jìn)行圖書(shū)的續(xù)借操作。

3.7 數(shù)據(jù)管理與后臺(tái)系統(tǒng)整合

機(jī)器能夠與后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和同步，確保借還書(shū)的記錄準(zhǔn)確無(wú)誤，并提供統(tǒng)計(jì)和管理功能。

4 項(xiàng)目研究路線

傳統(tǒng)的圖書(shū)館取書(shū)需要通過(guò)圖書(shū)的分類(lèi)，在圖書(shū)館尋找具體的位置，再進(jìn)行小面積的篩選尋找書(shū)籍。而全智圖書(shū)管理系統(tǒng)只需要通過(guò)在智能屏上輸入想要閱讀的書(shū)籍，并選擇取書(shū)選項(xiàng)，便可把書(shū)籍取出。它可以實(shí)現(xiàn)搜索執(zhí)行等命令，全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的工作原理基于一系列的機(jī)械電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，其中智能屏由計(jì)算機(jī)控制，是機(jī)電一體自動(dòng)化程度非常高的一種設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)搜索執(zhí)行等命令，它還有一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)，可以控制圖書(shū)架運(yùn)輸通道、接收器、藏書(shū)架等，圖書(shū)館的圖書(shū)也會(huì)進(jìn)行分類(lèi)，整個(gè)圖書(shū)館的書(shū)籍變得數(shù)字化、智能化，根據(jù)書(shū)的類(lèi)型，放置在不同的藏書(shū)架中，這樣每一本書(shū)都會(huì)在固定的藏書(shū)架中，有著固定的位置，也就有了固定的計(jì)算程序執(zhí)行。

5 全智圖書(shū)管理系統(tǒng)的適用人群

自主取書(shū)還書(shū)機(jī)器適用于廣泛的人群，包括但不限于以下幾個(gè)方面的用戶。

5.1 圖書(shū)館用戶

自主取書(shū)還書(shū)機(jī)器為圖書(shū)館用戶提供方便快捷的借閱服務(wù)。不論是學(xué)生、教師、研究人員還是一般社區(qū)居民，他們都能通過(guò)這些機(jī)器自主地借取和歸還圖書(shū)，無(wú)需人工介入。

5.2 忙碌的人們

對(duì)于忙碌的人們，如白領(lǐng)、上班族、學(xué)生等，取書(shū)還書(shū)機(jī)器提供了更加靈活和便捷的借閱時(shí)間和渠道。他們可以根據(jù)自己的時(shí)間安排，在非工作時(shí)間或圖書(shū)館不開(kāi)放的時(shí)段進(jìn)行借還操作。

5.3 科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)

除了一般文獻(xiàn)借閱，科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也能夠利用自主取書(shū)還書(shū)機(jī)器來(lái)借閱或歸還專(zhuān)業(yè)性的圖書(shū)、期刊和參考資料，滿足他們的知識(shí)需求。

總的來(lái)說(shuō)，自主取書(shū)還書(shū)機(jī)器適用于所有需要借閱圖書(shū)的人群，無(wú)論是大眾讀者還是特定領(lǐng)域的研究人員。這些機(jī)器的普及和應(yīng)用為用戶提供了更靈活、高效的借閱體驗(yàn)，并促進(jìn)了圖書(shū)館的服務(wù)創(chuàng)新和優(yōu)化。

6 項(xiàng)目預(yù)期成果

我們項(xiàng)目的開(kāi)展以及運(yùn)行，將會(huì)給圖書(shū)館帶來(lái)極大的便利，若項(xiàng)目得以實(shí)施，可減少圖書(shū)管理員整理排放書(shū)籍的工作量，減少人們找書(shū)時(shí)找不到或找書(shū)籍費(fèi)時(shí)所帶來(lái)的困擾。另外，可以幫助書(shū)友們找到自己喜歡閱讀的書(shū)籍。根據(jù)目前圖書(shū)行業(yè)的快速發(fā)展現(xiàn)狀，智能化的取書(shū)還書(shū)功能必然是時(shí)代所趨，是圖書(shū)行業(yè)的一次革命。

7 結(jié)論

全智圖書(shū)管理系統(tǒng)是現(xiàn)代圖書(shū)館自動(dòng)化服務(wù)的重要組成部分。它具有多種功能，包括自助借書(shū)、自助還書(shū)、用戶認(rèn)證和賬戶管理、續(xù)借功能等。通過(guò)這些功能，取書(shū)還書(shū)機(jī)器能夠提供方便快捷的圖書(shū)借還服務(wù)，為用戶提供良好的借閱體驗(yàn)。同時(shí)，這種機(jī)器的引入還能減輕圖書(shū)館人員的工作負(fù)擔(dān)，提高圖書(shū)館的效率。