基于RFID與Wi-Fi的圖書館智能導(dǎo)讀系統(tǒng)研究

　　1 前言

　　隨著中國“互聯(lián)網(wǎng)+”理念的提出和基于國家層面的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動機(jī)會的實(shí)施，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)與圖書館業(yè)深度結(jié)合，對于提升圖書館管理與服務(wù)無疑具有十分重大的意義和影響。作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的感知層核心技術(shù)，如無線射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)，無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Network)技術(shù)(如Wi-Fi)等作為短距離的無線感知與信息傳輸手段，在現(xiàn)代圖書館業(yè)中不僅可以實(shí)現(xiàn)快速的自助借還、圖書的快速清點(diǎn)，并且還可以實(shí)現(xiàn)三維智能導(dǎo)航檢索、移動圖書信息服務(wù)等功能，從而可以大大提升人性化服務(wù)水平、提高圖書查找的準(zhǔn)確率、轉(zhuǎn)變圖書館工作重心、拓展圖書館的服務(wù)空間等，并開展一些全新的服務(wù)，如移動導(dǎo)讀，微信借閱等新型服務(wù)模式。本文對目前圖書館特別是城市中為公眾提供服務(wù)的公共圖書館進(jìn)行研究，結(jié)合RFID、WiFi等短距離無線通信技術(shù)，設(shè)計一套基于RFID與Wi-Fi的智能管理和導(dǎo)讀服務(wù)系統(tǒng)，為“互聯(lián)網(wǎng)+”圖書館的建設(shè)與發(fā)展提供幫助。

　　2 關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 RFID技術(shù)

　　無線射頻識別RFID主要藉由讀取器發(fā)出的無線電波，可在特定的感應(yīng)范圍內(nèi)感應(yīng)到RFID標(biāo)簽(Tag)，在不需要實(shí)體的接觸下，讀取或?qū)懭刖順?biāo)數(shù)據(jù)。RFID標(biāo)簽通?？少N附于各個物品上，讀取器可由感應(yīng)此標(biāo)簽快速地獲取物品相關(guān)信息，并進(jìn)一步處理，非常適合自動化的應(yīng)用。圖1是RFID系統(tǒng)運(yùn)作示意圖，目前RFID標(biāo)簽因所采用的頻段與感應(yīng)技術(shù)不同，有多個標(biāo)準(zhǔn)。其中頻率13.56MHz以下的RFID通常采用電磁感應(yīng)的方式，Tag 天線在接受到讀寫器所發(fā)出射頻訊號時，將訊號轉(zhuǎn)換為啟動IC芯片的電力，同時并從訊號中讀取指令，Tag 同樣以無線電波回傳數(shù)據(jù)至讀寫器。RFID 芯片大小隨著半導(dǎo)體制程的技術(shù)發(fā)展，可以做出體積極小的 RFID 芯片，例如 Hitachi 研發(fā)的 μ-chip 便只有 0.4 mm2，可以藏于各種物品當(dāng)中，并且 RFID 最多可以有數(shù)千字節(jié)的記憶容量來記錄數(shù)據(jù)。有別于傳統(tǒng)條形碼，RFID 在感應(yīng)讀取屬于無方向性的非接觸式無線感應(yīng)，并且能夠一次辨識大量的 Tag，大幅加速數(shù)據(jù)讀取效率。也因?yàn)?RFID Tag 在制作時將該 Tag 獨(dú)有的辨識編號(unique ID)寫入只讀存儲器(ROM)中，因此不容易被篡改、變造，以達(dá)安全性的需求。

圖1 RFID運(yùn)作系統(tǒng)示意圖

　　2.2 Wi-Fi技術(shù)

　　近年來符合IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)絡(luò)WLAN已漸成為校園網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、以及ISP的基本網(wǎng)絡(luò)存取服務(wù)。Wi-Fi就是一種典型的WLAN，它可以將個人電腦、手持設(shè)備(如pad、手機(jī))等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為無線保真。甚至把無線保真等同于無線網(wǎng)際網(wǎng)路(Wi-Fi是WLAN的重要組成部分)。目前IEEE 802.11 WLAN以11 Mbps速度的IEEE 802.11b及54 Mbps的IEEE 802.11g兩種WLAN最為常見，另一方面提供上述WLAN標(biāo)準(zhǔn)的PDA、筆記型計算機(jī)也漸趨普遍，基本上WLAN所提供的頻寬已能滿足大部分的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，而且WLAN在網(wǎng)絡(luò)布線的方便性，也非常適合構(gòu)建一些特殊公共場合提供網(wǎng)絡(luò)存取服務(wù)，因此以WLAN為基礎(chǔ)的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生。

圖2 基礎(chǔ)建設(shè)模式WLAN運(yùn)作示意圖

　　IEEE 802.11 WLAN提供兩種運(yùn)作模式：隨意(Ad Hoc)模式與基礎(chǔ)建設(shè)(Infrastructure)模式[10]，主要差別在于有沒有無采用訪問點(diǎn)(Access Point，簡稱AP)，目前大部份的WLAN多采用基礎(chǔ)建設(shè)(Infrastructure)模式，亦即行動設(shè)備由存取AP達(dá)到互相通訊或存取有線網(wǎng)絡(luò)之目的，圖二為基礎(chǔ)建設(shè)模式WLAN運(yùn)作示意圖?；旧弦粋€標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.11 AP訊號涵蓋范圍，在室外空曠沒有障礙物的環(huán)境大約可達(dá)一百米公尺，在室內(nèi)環(huán)境通訊范圍大約為30米公尺內(nèi)。所有存取同一個AP的行動設(shè)備，使用AP所提供的相同頻道進(jìn)行通訊，并形成一個基本服務(wù)集(Basic Service Set，簡稱BSS)，AP通常會連至有線網(wǎng)絡(luò)，可與其它同樣連上同一有線網(wǎng)絡(luò)的AP構(gòu)成一個分布式系統(tǒng)(Distribution System，簡稱DS)，并可以使用這種方式結(jié)合多個BSS與有線網(wǎng)絡(luò)，組成延伸服務(wù)集(Extended Service Set，簡稱ESS)。ESS是為了擴(kuò)展無線局域網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍，通過此種設(shè)置方式，使用者可以在不同的無線局域網(wǎng)絡(luò)基地臺的通訊范圍之間漫游(Roaming)，但網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)不至于中斷，適合大范圍應(yīng)用。

　　3 基于RFID與Wi-Fi的圖書導(dǎo)覽服務(wù)

　　3.1 基于RFID的圖書信息采集

　　采用RFID進(jìn)行圖書管理基本流程如圖3所示：

圖3 基于RFID的圖書管理系統(tǒng)

　　(1)新書進(jìn)館：

　　首先為書籍粘貼RFID電子標(biāo)簽。利用標(biāo)簽轉(zhuǎn)換裝置將數(shù)據(jù)信息寫入電子標(biāo)簽。這個過程就是在給每本書配上一個獨(dú)一無二的身份證。 上架、順架：

　　粘貼了電子標(biāo)簽的新書，利用推車式移動盤點(diǎn)系統(tǒng)，掃描書籍，系統(tǒng)會自動在地圖上定位該書應(yīng)存放的書架，用推車載書籍到指定書架上架即可。利用推車式移動盤點(diǎn)系統(tǒng)，可以對書架逐個掃描，系統(tǒng)會自動挑出錯架書籍，并且標(biāo)明正確位置。

　　(3)盤點(diǎn)：

　　在對圖書館圖書進(jìn)行盤點(diǎn)時，可以使用移動盤點(diǎn)系統(tǒng)或者手持式盤點(diǎn)系統(tǒng)，對所有需要盤點(diǎn)的書架進(jìn)行掃描，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸即可將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，完成盤點(diǎn)，可以大量節(jié)省人力、物力。

　　(4)自助借還書：

　　讀者借書時，只需要將借書卡在自助借還機(jī)上掃描，再將所借書籍一起放在借還機(jī)的掃描區(qū)域，通過掃描，確認(rèn)所借書籍。系統(tǒng)即可錄入借書信息完成借書。并且利用熱敏打印機(jī)打印票據(jù)。完全讀者自助，方便快捷。還書操作更簡單，只需要掃描書籍，即可完成還書操作，打印還書票據(jù)。

　　(5)24小時自助還書系統(tǒng)：

　　自助還書系統(tǒng)可以像銀行自動取款機(jī)一樣穿墻安裝或者擺放在合適位置，方便讀者隨時還書。讀者只需要將書籍放入還書口，確認(rèn)后即可完成還書并可打印還書憑證。

　　(6)安全門禁：

　　當(dāng)沒有辦理借書手續(xù)的圖書經(jīng)過安全門時，系統(tǒng)會自動進(jìn)行聲光報警，防止圖書被帶出。安全門禁支持在線、離線兩種工作模式，系統(tǒng)更安全、更可靠。

　　(7)移動圖書館：

　　讀者掃描借書證，確認(rèn)身份以后，選擇想要借閱的書籍，系統(tǒng)會自動將圖書送到出書口，并打印票據(jù)。還書過程只須將書放入還書口，系統(tǒng)自動識別打印出還書票據(jù)，并自動將書放入正確位置。

　　3.1 基于RFID與Wi-Fi的圖書導(dǎo)覽服務(wù)

　　圖書館中對于所需要借閱的圖書進(jìn)行概要導(dǎo)覽是一項新型的服務(wù)，以前讀者在借閱該圖書之前需要瀏覽概述的綱要和章節(jié)的時候，往往需要找到該書然后進(jìn)行瀏覽，如果不合適再退回，這樣不僅會損壞圖書，而且效率低下。有了經(jīng)過RFID的圖書管理系統(tǒng)，再結(jié)合無處不在的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，然后利用帶有RFID閱讀器和Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)連接的智能終端進(jìn)行導(dǎo)覽則可以實(shí)現(xiàn)讀者只要靠近該圖書，獲取該圖書信息后，帶有Wi-Fi功能的智能手機(jī)自動連接到后天的服務(wù)器系統(tǒng)，進(jìn)而獲取該圖書的基本信息，甚至可以直接這樣可以極大地提高讀者的查找速度，提升服務(wù)質(zhì)量。

　　為利用RFID與Wi-Fi提供智能圖書導(dǎo)覽服務(wù)，系統(tǒng)需要在每一個提供導(dǎo)覽服務(wù)的圖書區(qū)域建置Wi-Fi 基地臺，使Wi-Fi基地臺訊號能涵蓋參觀者所有可能的活動范圍。Wi-Fi基地臺連至有線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)架有一臺Web服務(wù)器作為圖書導(dǎo)覽網(wǎng)站，所有的圖書導(dǎo)覽內(nèi)容將被制成網(wǎng)頁置放于此網(wǎng)站，每一個圖書導(dǎo)覽項目對應(yīng)一個唯一的網(wǎng)址。另外，系統(tǒng)需要記錄所有RFID卷標(biāo)的識別碼與圖書的對應(yīng)數(shù)據(jù)，利用對應(yīng)數(shù)據(jù)，網(wǎng)站中有一網(wǎng)頁轉(zhuǎn)向(Redirect)程序可依據(jù)由智能手機(jī)所傳來的RFID標(biāo)簽識別碼提供正確的導(dǎo)覽內(nèi)容。導(dǎo)覽內(nèi)容以網(wǎng)頁方式呈現(xiàn)，因此，系統(tǒng)可利用網(wǎng)頁內(nèi)嵌多媒體能力將Flash 檔案、影片、以及聲音配合文字介紹構(gòu)成豐富的導(dǎo)覽內(nèi)容。采用網(wǎng)頁方面的導(dǎo)覽內(nèi)容另一個好處是手機(jī)端只需要內(nèi)嵌的瀏覽器功能，而手機(jī)端與導(dǎo)覽網(wǎng)站間之通知也只需利用HTTP通訊協(xié)議即可。圖4顯示所設(shè)計的導(dǎo)覽系統(tǒng)示意圖。

　　圖4 基于RFID與Wi-Fi的圖書自動導(dǎo)讀系統(tǒng)

　　4 結(jié)束語

　　通過RFID技術(shù)可以明顯提升圖書館的運(yùn)作效率，縮短了圖書流通周期，提高了圖書借閱率，提升了圖書館人性化服務(wù)水平，充分發(fā)揮了圖書館公共服務(wù)職能，從而提升了圖書館的運(yùn)作效率。本項目充分利用RFID在圖書館圖書管理中的作用，結(jié)合Wi-Fi等功能，為讀者提供快速訪問和瀏覽圖書信息的途徑。對一些禁止接觸的古籍文獻(xiàn)或者歷史文獻(xiàn)以及高端讀物的查閱非常實(shí)用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王路林;基于RFID的圖書館借閱系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2011年.

　　[2]楊志剛，周鳳飛，李潔Web2.0技術(shù)主導(dǎo)的數(shù)字圖書館人文服務(wù)體系[J]圖書與情報.2009，10(2)：87-92.

　　[3]黃力. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的圖書館服務(wù)模式與內(nèi)容的研究 [J]. 圖書館學(xué)研究, 2011(3): 51-55.

　　[4]嚴(yán)棟. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧圖書館[J]. 圖書館學(xué)刊, 2010 (7): 8-10.

　　[5]董曉霞,龔向陽,張若林,等. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能圖書館設(shè) 計與實(shí)現(xiàn)[J]. 圖書館雜志, 2011(3): 65-68.

　　[6]仵華. 面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的圖書館發(fā)展路徑初探[J]. 農(nóng)業(yè) 圖書情報學(xué)刊, 2011(2): 136-138