基于RFID的圖書館智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王鈺冰

摘要：為簡(jiǎn)化圖書館員的工作量，實(shí)現(xiàn)圖書館智能化管理，應(yīng)用RFID技術(shù)，完成對(duì)圖書館智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，介紹RFID技術(shù)、超高頻電子與射頻技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。其次，在完成系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，依次設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換、流通工作站、自助借還、文獻(xiàn)檢索、圖書防盜檢測(cè)等模塊。最后，測(cè)試系統(tǒng)性能。結(jié)果表明：在RFID技術(shù)的應(yīng)用背景下，系統(tǒng)具有圖書歸還流程簡(jiǎn)單、圖書定位精確度高、查找方便快捷、安全可靠等特點(diǎn)，完全符合預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

關(guān)鍵詞：RFID；圖書館；智能管理系統(tǒng)

一、前言

智慧圖書館構(gòu)建和應(yīng)用，可以幫助人們智能化、精確化搜集、整理和收藏圖書，為人們提供交互性強(qiáng)、自由靈活的閱覽體驗(yàn)[1]。射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）作為一種常用的自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)，主要包含天線、電子標(biāo)簽、讀卡器等組成部分，具有掃描快速快、可讀寫性強(qiáng)、安全可靠等特點(diǎn)，通過將該技術(shù)應(yīng)用于圖書館智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅可以保證24小時(shí)自助還書功能實(shí)現(xiàn)效果，還能智能化、高效化整理亂架圖書，簡(jiǎn)化圖書館員的工作量，縮短讀者排隊(duì)等候時(shí)間，有效地提高圖書館智能化管理水平[2]。因此，在RFID技術(shù)的應(yīng)用背景下，為簡(jiǎn)化圖書借還流程，提高圖書定位精確度，強(qiáng)化對(duì)圖書館智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)迫在眉睫。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

（一）RFID技術(shù)概述

RFID技術(shù)是一種常用的傳感器技術(shù)。一套完整健全的RFID系統(tǒng)，除了用到閱讀器、電子標(biāo)簽外，還用到存儲(chǔ)器和主機(jī)系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)工作原理如下：利用閱讀器，采用天線發(fā)射的方式，完成對(duì)一定頻率射頻信號(hào)的統(tǒng)一化發(fā)射，當(dāng)射頻信號(hào)的識(shí)別區(qū)域出現(xiàn)電子標(biāo)簽后，電子標(biāo)簽可被成功激活，并形成相應(yīng)的感應(yīng)電流。隨后，電子標(biāo)簽借助天線將射頻信號(hào)統(tǒng)一發(fā)送至閱讀器，由閱讀器借助調(diào)制解調(diào)，解碼處理電子標(biāo)簽信息，并將其發(fā)送和傳輸至主機(jī)系統(tǒng)，由主機(jī)系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理[3]。

（二）超高頻電子與射頻技術(shù)

超高頻電子主要是指位于300MHz～3GHz這一頻率范圍內(nèi)的電子技術(shù)。射頻技術(shù)主要是指位于30KHz～300GHz這一頻率范圍內(nèi)的電子技術(shù)。超高頻電子與射頻技術(shù)在具體應(yīng)用中，主要涉及無線設(shè)計(jì)、射頻電路設(shè)計(jì)、信號(hào)傳輸?shù)葍?nèi)容，通過將該技術(shù)應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，可以幫助人們?cè)谧悴怀鰬舻那闆r下隨時(shí)隨地進(jìn)行無線通信[4]。

三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖書館智能管理系統(tǒng)架構(gòu)主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)層次。第一，應(yīng)用層。應(yīng)用層設(shè)計(jì)目的是保證圖書館智能化服務(wù)水平和應(yīng)用水平，為讀者提供智能盤點(diǎn)、自助借還、文獻(xiàn)檢索、圖書防盜檢測(cè)等模塊。第二，網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)目的是借助互聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)、局域網(wǎng)，將感知層所獲取的信息數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸和發(fā)送至應(yīng)用層。第三，感知層。感知層設(shè)計(jì)目的是借助RFID電子標(biāo)簽、視頻監(jiān)控等各種設(shè)備，全面采集數(shù)據(jù)，識(shí)別圖書信息等[5]。圖書館智能管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

（二）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)作為系統(tǒng)的后臺(tái)，主要用于對(duì)圖書信息、圖書位置信息的統(tǒng)一化存儲(chǔ)和管理。通過科學(xué)地設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重要信息數(shù)據(jù)的高效化、安全化存儲(chǔ)，提高數(shù)據(jù)的完整性、保密性和一致性。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，主要選用了SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)圖書信息表、圖書位置信息表[6]。其中，圖書信息表主要包含RFID標(biāo)簽號(hào)、索引號(hào)、圖書名稱、作者、出版社、出版日期等屬性。圖書位置信息表主要包含樓層號(hào)、書架號(hào)、書架層號(hào)等屬性。

四、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（一）電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)目的是關(guān)聯(lián)借書卡標(biāo)簽，幫助用戶注冊(cè)和使用書庫(kù)架標(biāo)，為讀者提供圖書查詢、標(biāo)簽打印等強(qiáng)大功能。同時(shí)，還要對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將最終轉(zhuǎn)換結(jié)果直接綁定于圖書標(biāo)簽信息，方便用戶快捷、有效地處理圖書流通信息。在設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換模塊期間，通過運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)交換（Standard Interchange Protocol V2.00，SIP2）協(xié)議，與書目管理系統(tǒng)、圖書條碼系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接。在該轉(zhuǎn)換模塊中，主要應(yīng)用以下兩種集成硬件：標(biāo)簽轉(zhuǎn)換裝置可以精確識(shí)別和檢測(cè)標(biāo)簽安裝是否良好，標(biāo)簽發(fā)行終端主要用于對(duì)圖書、層標(biāo)等標(biāo)簽信息的智能化讀取和寫入以及不同條形碼與圖書信息的統(tǒng)一化綁定，方便讀者智能化訪問圖書詳細(xì)信息。

（二）流通工作站模塊設(shè)計(jì)

在流通工作站中，除了涉及標(biāo)簽轉(zhuǎn)換模塊外，還用到兩個(gè)工作站，分別是圖書檢索工作站和流通館員工作站，方便用戶智能化、高效化檢索和續(xù)借所需要的圖書，提高RFID標(biāo)簽轉(zhuǎn)換處理效率和效果。當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行后，會(huì)將天線功效自動(dòng)關(guān)閉。該模塊成功啟動(dòng)后，可以將圖書RFID標(biāo)簽自動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的條碼識(shí)別號(hào)，并采用RFID識(shí)別方法，將該模塊與圖書館集成管理系統(tǒng)的流通工作站模塊進(jìn)行無縫對(duì)接，確保RFID與流通系統(tǒng)之間完美融合，只有這樣，才能借助原有流通系統(tǒng)客戶端，保證順暢借還書。

（三）盤點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

盤點(diǎn)模塊主要用于對(duì)圖書的順架、盤點(diǎn)、剔舊等處理，支持讀者快速查詢和定位書架和圖書。運(yùn)用圖書標(biāo)簽這一流通管理介質(zhì)，完成對(duì)智能圖書館環(huán)境的搭建，方便后期圖書館文獻(xiàn)清點(diǎn)、新書入館、圖書歸類與剔除等工作開展，促使管理向精細(xì)化、智能化、便捷化方向不斷發(fā)展。盤點(diǎn)模塊的具體設(shè)計(jì)主要涉及接收機(jī)、蓄電池、中央控制計(jì)算機(jī)等模塊。系統(tǒng)在停運(yùn)的情況下，可將天線功效自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，做好對(duì)以下參數(shù)的科學(xué)化設(shè)置：在進(jìn)行非接觸式閱讀時(shí)，將圖書讀取速度、圖書一次性識(shí)別率分別設(shè)置為160冊(cè)/min以上、99%以上，為讀者提供資料搜索、典藏結(jié)果保存等功能；將硬盤容量統(tǒng)一設(shè)置為60GB；利用無線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)圖書的精確化查詢，并結(jié)合圖書定位信息，對(duì)架位是否正常進(jìn)行核實(shí)。一旦發(fā)現(xiàn)圖書排架出錯(cuò)，會(huì)采用聲音、燈光等形式，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警提醒。整個(gè)盤點(diǎn)模塊的工作頻率統(tǒng)一設(shè)置為930MHz～930MHz，支持讀者在指定的工作區(qū)間內(nèi)安全可靠地識(shí)讀多個(gè)標(biāo)簽。

（四）自助借還模塊設(shè)計(jì)

自助借還模塊作為圖書館智能管理系統(tǒng)的核心模塊，主要是指綜合運(yùn)用RFID、人工智能等前沿技術(shù)，從借書、還書、續(xù)借等多個(gè)方面入手，智能化操作和識(shí)別經(jīng)過電子標(biāo)簽認(rèn)證的圖書。自助借還模塊主要包含揚(yáng)聲器、高頻讀卡器、天線、射頻電纜線、一體機(jī)等部分，通過將自助借還軟件安裝和部署于控制主機(jī)上，滿足用戶同時(shí)借還多本圖書，有效地提高自助借還效率和識(shí)別精確度。在該模塊下，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)如下：將系統(tǒng)響應(yīng)速度、圖書識(shí)別率、閱讀半徑分別設(shè)置為16個(gè)標(biāo)簽/秒以上、99%以上、240mm。自助借還模塊設(shè)計(jì)原理如下：首先，認(rèn)證讀者身份信息是否合法有效，當(dāng)讀者身份信息合法有效時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟和應(yīng)用RFID讀寫器，快速讀取圖書電子標(biāo)簽信息。當(dāng)信息讀取結(jié)束后，用戶可以結(jié)合系統(tǒng)屏幕提醒，點(diǎn)擊“確認(rèn)借書”按鈕，當(dāng)該按鈕點(diǎn)擊后，說明借書成功，此時(shí)，RFID讀寫器功能自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)借書操作完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打印圖書館名稱、借閱日期、歸還日期等信息。用戶點(diǎn)擊和觸發(fā)“還書”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入還書頁(yè)面中，此時(shí)，RFID讀寫器模塊自動(dòng)開啟，方便用戶全面讀取圖書標(biāo)簽信息。另外，在設(shè)計(jì)自助借還模塊時(shí)，需要將本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)安裝和部署于借還系統(tǒng)終端上，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)網(wǎng)速異常問題，系統(tǒng)將借還書信息統(tǒng)一存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)網(wǎng)速恢復(fù)正常后，本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)將所存儲(chǔ)信息統(tǒng)一傳輸和存儲(chǔ)至中央數(shù)據(jù)庫(kù)中，確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的同步性和一致性。

（五）文獻(xiàn)檢索模塊設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)檢索模塊在具體設(shè)計(jì)時(shí)，主要運(yùn)用Browser／Server結(jié)構(gòu)模式，從提名、出版社、主題詞等關(guān)鍵詞入手，與Web網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效連接，對(duì)文獻(xiàn)信息進(jìn)行模糊查詢或者多級(jí)查詢，以分頁(yè)形式，將最終查詢結(jié)果形象、直觀地呈現(xiàn)在用戶面前，便于用戶查看和調(diào)用。在“圖書信息位置”列中，點(diǎn)擊和選中相應(yīng)的圖書，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所需圖書的精確化定位，此時(shí)，系統(tǒng)地圖以紅點(diǎn)閃爍的方式，自動(dòng)顯示圖書所在具體書架位置。讀者利用系統(tǒng)客戶端，可以對(duì)圖書進(jìn)行精確化定位，快速查找圖書位置信息。

（六）圖書防盜檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

應(yīng)用圖書防盜檢測(cè)模塊，可以有效地檢測(cè)和驗(yàn)證用戶圖書借閱行為是否合法，當(dāng)用戶在未辦理借閱手續(xù)的情況下闖入監(jiān)測(cè)區(qū)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲，以引起相關(guān)人員的注意。RFID安全門作為一種重要的設(shè)備，具有較高的偵測(cè)能力，可以結(jié)合用戶所攜帶的電子標(biāo)簽，進(jìn)行圖書信息的全面化檢測(cè)和比對(duì)。安全門組件主要包含讀寫器、電纜線、聲光報(bào)警器等部分。在設(shè)計(jì)圖書防盜檢測(cè)模塊時(shí)，需要借助自動(dòng)偵測(cè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。圖書防盜檢測(cè)模塊包含以下幾個(gè)子功能。第一，圖書安全監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行期間，可以對(duì)圖書防盜檢測(cè)頁(yè)面進(jìn)行一系列操作，如啟動(dòng)、暫停、繼續(xù)等。當(dāng)進(jìn)入安全監(jiān)測(cè)區(qū)域的讀者并沒有辦理相關(guān)借閱手續(xù)時(shí)，監(jiān)控列表會(huì)自動(dòng)查詢和呈現(xiàn)有關(guān)圖書的名稱、條碼號(hào)等信息，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲。第二，安全門檢測(cè)日志查詢。安全門檢測(cè)日志主要用于對(duì)圖書檢測(cè)信息的統(tǒng)一記錄和收集。第三，統(tǒng)計(jì)功能。該功能與讀者計(jì)數(shù)器類似，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書總數(shù)的統(tǒng)計(jì)和計(jì)數(shù)。防盜安全檢測(cè)流程如圖3所示。

五、系統(tǒng)測(cè)試

（一）測(cè)試方案

系統(tǒng)測(cè)試目的是驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性和可靠性，從負(fù)載性能測(cè)試、安全測(cè)試兩個(gè)方面入手，重點(diǎn)測(cè)試流通工作站、自助借還、圖書防盜檢測(cè)三大模塊功能的實(shí)現(xiàn)效果。首先，搭建測(cè)試環(huán)境。將服務(wù)器硬盤內(nèi)存統(tǒng)一設(shè)置為3000G，將工作站的CPU內(nèi)存設(shè)置為128M，選用Windows2010/XP操作系統(tǒng)，搭建SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，確定系統(tǒng)測(cè)試范圍。重點(diǎn)測(cè)試以上三大模塊的反應(yīng)時(shí)間、負(fù)載性能、可靠性。最后，明確系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)容。采用手動(dòng)測(cè)試的方式，重點(diǎn)測(cè)試以上三大模塊，并對(duì)各個(gè)模塊的反應(yīng)時(shí)間、服務(wù)器響應(yīng)速度等性能進(jìn)行全面觀察和記錄。

（二）測(cè)試用例與測(cè)試結(jié)果分析

1.流通工作站模塊測(cè)試

在進(jìn)行流通工作站模塊測(cè)試期間，從大量的圖書中隨機(jī)抽取60冊(cè)樣本圖書，并對(duì)其流通工作站進(jìn)行全面測(cè)試，測(cè)試其是否滿足相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。測(cè)試結(jié)果如表1所示，從表1的數(shù)據(jù)可以看出，流通工作站模塊為讀者提供正常借閱功能，圖書歸還操作簡(jiǎn)單流暢，可以同時(shí)集中操作多本圖書，另外，模塊響應(yīng)速度較高。

2.自助借還模塊測(cè)試

從海量的圖書中隨機(jī)抽取1000冊(cè)樣本圖書，并對(duì)其進(jìn)行自助借還模塊測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示，從表2的數(shù)據(jù)可以看出，允許讀者對(duì)多本圖書進(jìn)行一次性借還，觸摸屏軟鍵盤操作使用流暢，簽讀出率達(dá)到99%以上。

3.圖書防盜檢測(cè)模塊測(cè)試

從海量的圖書中隨機(jī)抽取1000樣本圖書，并對(duì)其圖書防盜檢測(cè)模塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：當(dāng)系統(tǒng)安全啟動(dòng)和運(yùn)行后，需要對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)、暫停、停止等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，顯示運(yùn)行狀態(tài)正常且報(bào)警功能穩(wěn)定運(yùn)行。測(cè)試成功率達(dá)到100%，測(cè)試誤差率僅僅為0.1%。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用RFID技術(shù)重點(diǎn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)圖書館智能管理系統(tǒng)的電子標(biāo)簽轉(zhuǎn)換、流通工作站、自助借還、文獻(xiàn)檢索、圖書防盜檢測(cè)等模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)新型圖書館智能管理系統(tǒng)的智能化升級(jí)，形成一種以讀者為主的自助服務(wù)模式，為讀者提供精確定位、地圖查詢等服務(wù)，提高圖書流通自動(dòng)化管理水平，完全符合實(shí)際應(yīng)用需求。總之，在RFID技術(shù)的應(yīng)用背景下，系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、圖書識(shí)別率高、圖書智能化管理水平高等特點(diǎn)，完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求，為促使圖書館向智能化、數(shù)字化、信息化方向不斷發(fā)展提供重要的平臺(tái)支持。

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責(zé)任編輯：張津平