基于超高频RFID技术的图书馆智能书架与图书定位系统

金志敏

(江苏理工学院，常州213000)

随着社会和科技的进步，图书馆成为现代文明不可或缺的一部分。由于传统图书馆存在检索系统不能精确提供图书位置信息、造成图书错架和乱架等问题，致使图书查找效率十分低下。为解决上述问题，可采用近几年快速兴起的“物联网”和超高频RFID技术，设计智能书架及智能图书定位系统。

早在20世纪90年代，新加坡国家图书馆就将RFID技术应用到智能图书馆的建设中，然而，截至目前，智能图书馆所使用的技术仍以高频RFID为主，并未实现对图书实际位置的精确定位。超高频RFID技术相比高频RFID技术，具有读写距离更远，读取速度更快和一次读取的标签数更多等优势，如表所示:

高频与超高频RFID的性能对比

1 实现智能书架与图书定位系统的目的

采用超高频RFID技术，借助图书标签、书架标签、读写器、计算机及基站建立了智能图书定位系统的物联网模型;通过编码原理及定位算法，设计出智能书架，并完成整个系统的搭建。作品意在从根本上解决传统图书馆存在的检索系统不能精确提供图书位置信息、图书错架与乱架现象等问题;准确获取图书馆藏书的真实位置，使读者快速、准确地找到所需图书;同时还可提高图书馆馆藏盘点效率，减少图书馆人力需求。创新点:将“物联网”模型应用于图书定位管理，利用超高频RFID技术和我们的定位算法，实现整个系统的功能。技术关键:超高频RFID技术、图书定位原理与算法。技术指标:采用的超高频读写器工作频率在902-928 MHz;读取距离大于5m，写入距离大于3m;读卡时平均每单字的读取时间为6ms，写入时间为50ms，一次可成批读取30张电子标签。

2 智能书架与图书定位系统的工作原理

智能图书定位系统借助超高频RFID电子标签、读写器，将每一本书与检索系统相连，进行信息交换和通信，通过图书定位算法实现对图书的智能化识别、定位和管理。作品采用超高频RFID技术，所用标签具有无源、体积小、弯折不易损坏、读写距离远、可批量读取等特点，适合于图书文献管理，为图书馆行业的发展带来新的机遇。先进性:与条形码技术、高频RFID技术相比，使用的超高频RFID技术不易受到读写距离的制约，更适合于图书文献的流通和管理。编码原理及定位算法巧妙地完成了图书实际位置信息的提取。整个系统也为将来实现图书文献管理的更高度智能化提供了空间。

超高频RFID技术的图书馆智能书架与图书定位系统原理如下:系统所选用的电子标签的ID长度为24位16进制数，电子标签编码采用了前10位，第1位为标识位:“0”表示书架标签，“1”表示图书标签。后9位则存有楼层、书架号及列号等信息。读写器读取所在层的所有标签，由标识位找到书架标签并读出位置信息，实现定位功能。在超高频RFID技术和定位算法的基础上，制作出智能书架，完成智能图书定位系统，定位精度高，且所提供的位置信息是图书的实际位置。整个系统的主要组成部分有:由C++语言按照定位算法开发的智能图书定位检索系统及装有该系统的计算机、基站、超高频RFID读写器，用于标识书架层位置的书架标签，用于标识每本图书的图书标签。超高频RFID模块是整个智能书架的核心部分，它由电子标签、读写器和计算机三部分组成。电子标签由耦合元件及芯片组成，每个标签编码唯一，采用标签为915MHz超高频电子标签;读写器通过天线向其读写区域发射电磁波，电子标签接收电磁波后产生信号，并通过其天线传输到读写器;读写器再将从其天线接收到的信息通过中间软件处理后发送至计算机，计算机通过程序对所采集ID号进行处理。智能图书定位系统的工作过程如下:在检索系统的检索界面中输入所要查找的图书。由总站发出检索命令，图书原有位置层读写器开始检索并停留数秒，由读写器对书目对应的电子标签号进行检索:若找到，则返回图书的位置信息;否则调用其它层读写器继续检索，找到后返回图书的实际位置信息。采用超高频RFID技术，并且确定电子标签的编码方式与定位算法，实现馆内图书的自动定位。整个系统具有非常广阔的应用前景。图书馆管理员可以借助此系统实现图书的快速盘点和整架;以此为基础对逐步实现图书馆的高度智能化管理有着非常现实的意义。

3 智能书架与图书定位系统功能

3.1 智能书架系统实现图书实时监控

智能书架系统通过TCP/IP方式实现集群部署，与图书馆管理软件系统需要实时的数据通信，并受图书馆管理系统的控制。超高频RFID模块采集图书标签信息后，将大量的图书标签信息传送给图书馆管理系统。智能书架上装有超高频RFID阅读器天线，可以追踪图书馆书架上的图书，书架可以从图书馆图书中读取信息，这些图书标有高频RFID电子标签，可以提供图书的准确位置信息。图1所示智能书架结构:

图1 智能书架结构

3.2 智能书架系统实现馆藏图书盘点、定位和快速查询

智能书架系统能够与图书馆自动化系统配合完成图书盘点工作，能够生成在架图书列表，并将数据自动提供给图书馆自动化系统，实现与在借图书列表比对后生成遗失图书列表。系统可以根据遗失列表自动更改单册状态，根据遗失列表在架上盘点时自动报警提示，同时生成在架和错架图书的所在正确位置列表。

系统能够根据设定的条件，定时完成图书的定位工作，建立每本图书与层架的位置关系。读者在OPAC操作界面输入检索条件，可快速准确提供图书实时位置信息。OPAC查询流程支持两个及以上图书馆系统文献联合查询，可根据题名、作者、主题词、中图法分类号、索书号、丛书名、ISBN等关键词进行多级文献检索，支持图书位置查询、图书定位和智能路径提示、三维立体图形效果。

3.3 智能书架系统实现多媒体虚拟书架查询和电子资源展示功能

配备液晶触摸显示屏，提供多媒体虚拟书架查询和电子资源展示功能。读者通过显示屏可以查询图书的实际位置，馆员可以通过显示屏查询和跟踪图书的在架、错架、上下架情况等。

3.4 智能书架系统实现读者阅读习惯统计分析

智能书架天线采用隐藏式固定方式，固定件和接线隐藏于书架背板中，外观上无任何固定件和连接线，简单的固定方式，方便安装与后期维护。数据统计分析能力按照一定的图书馆数学模型对读者阅读习惯进行统计分析。

3.5 智能书架系统实现与图书馆超高频RFID系统无缝集成

图书馆超高频RFID系统采用了多个RFID系统设备，并集成了图书馆系统、智能书架系统、超高频RFID应用软件系统以及其他相关系统。搭建超高频RFID应用和管理平台，通过平台实现对超高频RFID系统的各个终端设备进行管理和监控，实现对各设备和应用系统及时状态的查看，生成历史纪录报表并进行统计。

超高频RFID扩展应用项目满足了图书馆馆藏管理及流通业务的需要，完成新增文献上架、文献架位信息采集、文献利用率统计、文献归架、文献清点、文献盘点、文献下架以及文献架位导航八大主要功能系统。数据流框架图如图2所示:

4 智能书架与图书定位系统的使用方法

读者在检索界面上输入要查找的书名，系统按照预定算法工作，调用读写器查找图书，并将其位置信息反馈到检索界面上。特点和优势:基于超高频RFID技术的智能图书定位系统从根本上实现了对图书的准确定位和智能查找。系统可以准确定位图书的实际位置，定位精度可到书架的层。即使有放错位置的图书，读者也能很轻松地找到，大大提高了图书的查找效率。

图2 超高频RFID智能书架系统数据流框架图

与现有的高频RFID技术相比，超高频RFID技术具有读取速度更快、读写距离更远、一次读写量大、标签成本低廉等优势。适应范围及推广前景:系统可以广泛应用于图书馆、档案室等场所，为实现图书文献的高度智能化管理奠定了基础。市场分析和经济效益预测:目前国内外多数图书馆管理尚停留在非智能化阶段，因此本系统有着广阔的市场空间。虽然目前成本略高，但相对于系统所节省的人力、时间成本而言，该技术有着很大的潜在使用价值。随着超高频RFID技术的不断发展，其成本必然会大大降低。

超高频RFID技术是近年来国内外图书馆界的热门研究议题，已在美国、欧洲、新加坡国立图书馆、我国台湾地区及国内许多高校的图书馆中投入应用，并获得了良好的效果。超高频RFID技术能更好地提高图书流通管理和典藏管理的工作效率，为图书馆行业的发展带来新的机遇。应用智能书架体现了图书馆真正意义上为读者服务、为读者提供方便的服务宗旨，也为提高图书管理效率、减少图书馆管理成本提供了更加高效的途径。

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