基于RFID的鄉(xiāng)村圖書館設(shè)計(jì)與研究

安誠誠，劉建宇，楊 靜

(安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

1 國內(nèi)鄉(xiāng)村圖書館發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國家近年來越來越重視鄉(xiāng)村發(fā)展、鄉(xiāng)村振興，我國鄉(xiāng)村圖書館迅速發(fā)展起來。到2003年為止，我國鄉(xiāng)村圖書館數(shù)量約5.7萬個(gè)。2006年，國家進(jìn)一步發(fā)展鄉(xiāng)村圖書館，遂每年援助建設(shè)3～5萬個(gè)鄉(xiāng)村圖書館，力爭5年內(nèi)全國64萬個(gè)村委中能有1/3以上建有鄉(xiāng)村圖書館?！多l(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》更是明確提出要實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村公共文化服務(wù)全覆蓋，提升服務(wù)效能。

雖然近些年我國鄉(xiāng)村圖書館發(fā)展迅速，但問題也有很多。由于我國政策原因，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)先度不同，以致全國各地的發(fā)展水平存在較大差異，使得全國各地鄉(xiāng)村圖書館的發(fā)展情況存在較大差異。建設(shè)完成后人力資源問題也將成為一大難題。我國鄉(xiāng)村圖書館一直以來面臨著管理混亂、規(guī)范和監(jiān)督機(jī)制缺失、管理人員專業(yè)素養(yǎng)較低等問題。

隨著鄉(xiāng)村振興發(fā)展，鄉(xiāng)村內(nèi)的人員組成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大變化，從單一的農(nóng)民組成到現(xiàn)今的農(nóng)民、專業(yè)戶、私營企業(yè)主、承包戶、企業(yè)員工混合結(jié)構(gòu)。服務(wù)對(duì)象的變化，對(duì)應(yīng)著服務(wù)需求的變化，帶來的是對(duì)鄉(xiāng)村圖書館服務(wù)質(zhì)量、手段的更高要求。但大多數(shù)鄉(xiāng)村圖書館的管理結(jié)構(gòu)和方式還不能適應(yīng)新的需求。而本文所提出的RFID技術(shù)可以解決目前鄉(xiāng)村圖書館面臨的大多數(shù)問題。

2 RFID智能圖書管理系統(tǒng)

2.1 RFID智能圖書管理系統(tǒng)組成

1)軟件有自助還書系統(tǒng)、圖書查詢系統(tǒng)和圖書管理系統(tǒng)三種。自助還書系統(tǒng)是以多個(gè)簡潔明了的功能按鈕組成，界面簡單而清晰，主要是幫助借閱者以最簡單的步驟、最高的效率完成還書操作。圖書查詢系統(tǒng)可以檢索和查詢圖書，并且可以顯示最近1周、1個(gè)月和更長時(shí)間段內(nèi)本圖書館和使用本系統(tǒng)的其他圖書館的圖書借閱數(shù)量、熱門借閱圖書書名、位置和借閱者閱讀圖書種類的百分比分布等數(shù)據(jù)，幫助借閱者了解各類情況。圖書管理系統(tǒng)能夠幫助圖書管理人員掌握?qǐng)D書館各類情況，查詢和記錄各類信息，方便管理人員管理圖書。

2)硬件部分有自助還書機(jī)、圖書查詢機(jī)、移動(dòng)還書機(jī)、館員工作站、RFID電子標(biāo)簽、電子便簽轉(zhuǎn)換器、手持盤點(diǎn)器、RFID借閱卡以及RFID安全門。①自助還書機(jī)具有身份識(shí)別功能、充消磁功能和清單打印功能，搭載自助還書系統(tǒng)，分布于圖書館和鄉(xiāng)村各處，方便借閱者就近歸還圖書。②圖書查詢機(jī)搭載圖書查詢系統(tǒng)，幫助借閱者檢索、查詢圖書和了解各類信息，提高了服務(wù)效率。③移動(dòng)還書機(jī)能夠定位裝載圖書的原位置，進(jìn)行引路，還可以幫助工作人員搬運(yùn)圖書，并且具有升降功能，方便上架放書。④館員工作站搭載圖書管理系統(tǒng)可進(jìn)行RFID標(biāo)簽轉(zhuǎn)換，將電子便簽與圖書信息綁定，還具有借閱、歸還、續(xù)借、查詢、借閱卡辦理等多項(xiàng)功能，極大方便管理人員進(jìn)行管理操作。⑤電子便簽?zāi)軌蚩焖賹懭牒蛢?chǔ)存圖書信息，并能夠配合其他機(jī)器多次讀寫識(shí)別信息。⑥電子便簽轉(zhuǎn)換器賦予每本圖書唯一編碼，通過編碼查閱借閱者和圖書信息。⑦RFID借閱卡記錄借閱者信息，且信息加密。⑧RFID安全門能夠掃描和識(shí)別電子便簽，并能進(jìn)行報(bào)警。

2.2 RFID系統(tǒng)原理

RFID技術(shù)又稱無線射頻識(shí)別技術(shù)，是一種使用電磁信號(hào)進(jìn)行隔空識(shí)別的技術(shù)。RFID系統(tǒng)分成硬件和軟件兩部分。讀寫器和電子標(biāo)簽兩者組成硬件部分。電子標(biāo)簽內(nèi)主要有三種元器件，分別是耦合元件、芯片與天線，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息。每個(gè)電子便簽都被賦予不會(huì)重復(fù)的編碼。電子標(biāo)簽和讀寫器交互時(shí)，讀寫器先發(fā)出讀取命令，電子標(biāo)簽收到后，將存儲(chǔ)的信息轉(zhuǎn)為特定頻率電磁波經(jīng)過天線發(fā)送給讀寫器。當(dāng)讀寫器通過電磁波命令電子標(biāo)簽進(jìn)行寫入時(shí)，電子標(biāo)簽會(huì)將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)寫入芯片。讀寫器由控制模塊、無線通信模塊與天線構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)接收由軟件發(fā)出的指令，并將讀取到的待識(shí)別目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息傳給軟件。讀寫器能通過天線與電子標(biāo)簽連接，向電子標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)或者從電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)，還能與后臺(tái)軟件通過線路進(jìn)行連接。后臺(tái)軟件主要負(fù)責(zé)對(duì)讀寫器發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和存儲(chǔ)，并分析這些數(shù)據(jù)從而作出相關(guān)決策，此外還能命令讀寫器進(jìn)行讀寫。

2.3 RFID位置感知技術(shù)原理

常見的RFID位置感知方法有:基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的定位、基于信號(hào)到達(dá)角度(AOA)的定位、基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA)的定位、基于回波信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)的定位等。這些定位方法都屬于基于測量間距的定位方法。這些方法首先要測出目標(biāo)電子標(biāo)簽與讀寫器間距，再計(jì)算處理間距數(shù)據(jù)，最后得到目標(biāo)電子標(biāo)簽的位置。而基于非測量間距的定位方法則不需要得知物體間距，但需要提前放置一個(gè)用于定位的電子標(biāo)簽，以此獲取到目標(biāo)標(biāo)簽的位置。四種位置感知技術(shù)都各有優(yōu)缺點(diǎn)，RSSI定位在于其定位系統(tǒng)較容易搭建，但容易受到一些影響因子的干擾導(dǎo)致其定位的精準(zhǔn)度大大降低。TDOA定位也同樣會(huì)受到一些影響因子的干擾，導(dǎo)致其精確度降低。AOA本身定位精確度高，但是在圖書館的環(huán)境下，將導(dǎo)致其測量誤差較大。TOA定位在圖書館的精確度依然能夠保持較高的水準(zhǔn)，所以作為RFID鄉(xiāng)村智能圖書館的定位方法是比較合理的。

2.4 基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA)的定位方法

基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的定位方法的原理是:在系統(tǒng)中預(yù)先布置讀寫器，讀寫器向目標(biāo)電子標(biāo)簽廣播發(fā)送射頻信號(hào)，并且記錄發(fā)送時(shí)間t1，射頻信號(hào)到達(dá)目標(biāo)標(biāo)簽后立即返回讀寫器，讀寫器記錄接收到反饋信號(hào)的時(shí)間t2，通過射頻信號(hào)往返于讀寫器與目標(biāo)標(biāo)簽之間的時(shí)間長度t=t2-t1，即可根據(jù)公式:

計(jì)算出目標(biāo)標(biāo)簽與讀寫器的間距。v為空氣介質(zhì)下的電磁波速度。測得3個(gè)讀寫器與目標(biāo)標(biāo)簽的間距L1、L2、L3后，分別以間距L1、L2、L3為半徑，讀寫器為圓心畫圓，3個(gè)圓的交點(diǎn)就是目標(biāo)標(biāo)簽的位置點(diǎn)。

3 RFID技術(shù)與傳統(tǒng)條形碼的區(qū)別

RFID技術(shù)與傳統(tǒng)條形碼的區(qū)別如表1所示。

表1 傳統(tǒng)條形碼與RFID技術(shù)對(duì)比

3.1 簡化借書、還書流程，提高效率

在使用傳統(tǒng)條形碼的圖書館內(nèi)，管理人員在借閱者借書和還書時(shí)，手動(dòng)翻開書頁，然后找到條形碼位置后才能掃描條形碼進(jìn)行登記，并且一次只能掃描一本圖書。整個(gè)過程效率較低且較復(fù)雜。使用了RFID技術(shù)則可以將多本圖書同時(shí)掃描并登記，借閱者借書、還書的效率大幅提高。同時(shí)，傳統(tǒng)條形碼在較長時(shí)間使用后易脫落和破損，而RFID電子標(biāo)簽則出現(xiàn)脫落和損壞現(xiàn)象，節(jié)省了大量的后期維護(hù)成本。

3.2 大幅降低圖書盤點(diǎn)和查找工作量

圖書館內(nèi)盤點(diǎn)圖書工作是一項(xiàng)很費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，人力盤點(diǎn)圖書不僅耗時(shí)長，而且效率低。圖書管理員需要憑借記憶或清單對(duì)圖書進(jìn)行分類、排序、查找或差缺，效率極低，隨工作人員個(gè)人狀態(tài)的不同準(zhǔn)確率也會(huì)有所變動(dòng)。而使用手持盤點(diǎn)器和移動(dòng)還書機(jī)，利用RFID技術(shù)遠(yuǎn)距離、非接觸、快速讀取多標(biāo)簽和實(shí)時(shí)定位的特點(diǎn)，可使圖書分類、排序、查找或差缺等一系列工作變的極其簡單，工作量大幅降低，而工作效率大幅提高。

3.3 安全性強(qiáng)

條形碼本身無磁性，條形碼防盜一般是在物品上貼防盜標(biāo)簽。工作人員消磁后物品才可帶出，對(duì)應(yīng)的物品上架要進(jìn)行充磁。但這種磁性會(huì)被強(qiáng)磁消除，被消磁后物品經(jīng)過安全門時(shí)不會(huì)觸發(fā)警報(bào)，物品被盜風(fēng)險(xiǎn)大增。而RFID卡使用內(nèi)部芯片儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，周圍磁場無法影響其狀態(tài)。配合RFID安全門，掃描每個(gè)出入者身上是否有電子標(biāo)簽，并報(bào)警，可徹底防止有人未登記就將圖書帶出。

4 結(jié)語

結(jié)合RFID物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的顯著特點(diǎn)，采用無線射頻識(shí)別技術(shù)，可解決如今鄉(xiāng)村圖書館管理系統(tǒng)的弊端。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，圖書館的管理系統(tǒng)也將更加完善，使鄉(xiāng)村圖書館存在的價(jià)值和意義得到更好的發(fā)展和延續(xù)。