基于物联网的高校档案智能管理系统研究与设计

张姝, 袁凌云, 葛桂丽

(1.云南师范大学 档案馆(民族教育信息化教育部重点实验室),云南 昆明 650500；2.云南师范大学 信息学院,云南 昆明 650500)



基于物联网的高校档案智能管理系统研究与设计

张姝1, 袁凌云2, 葛桂丽2

(1.云南师范大学 档案馆(民族教育信息化教育部重点实验室),云南 昆明 650500；2.云南师范大学 信息学院,云南 昆明 650500)

随着信息化时代的发展，信息化和智能化管理成为当下科学、高效的管理方式，原来传统的手工管理已经远远不能满足现代化档案管理和服务的需求.物联网的兴起和发展，为智能化的档案管理提供了新的思路和方法.构建了一个基于物联网的档案智能管理系统，给出了系统的总体架构、感知层节点及网络的设计，并定义和划分了该系统的功能及对应模块.利用RFID和无线传感器网络技术实现档案标识、识别、入库、出库和查询等功能的远程和网络化管理，并实现了档案环境的智能化监测和管理，为高校档案的智能化管理提供了一种参考方法.

高校档案管理；物联网；RFID；无线传感器网络

1 引 言

信息技术尤其是互联网技术的发展，促使高校档案实现了信息化和网络化的管理，在一定程度上实现了管理的科学化和自动化.但仅仅依靠计算机、互联网等技术来实现档案管理，并不能满足智能化、远程化、实时交互及全面自动化处理的需求.而物联网(Internet of Things, IOT)技术的出现，使得上述需求的实现成为可能，为高校档案管理提供了全新的思路.

物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能化对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物间的信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的[1].物联网应用于构建档案智能管理系统的两大核心支撑技术是无线射频技术(Radio Frequency Identification，RFID)和无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)[2-6].RFID系统主要由电子标签、天线、读写器和主机组成，档案信息可由电子标签进行标识，通过RFID读写器对电子标签信息进行无接触或远距离的读写和识别，从而实现非接触式的信息采集和传递，通过无线射频方式与主机进行通信，实现信息的感知、收集和处理.传感器是获取信息的主要来源，能够实现自动检测和控制，可以满足档案信息的传输、控制、处理，无线传感网络WSN则是利用传感器节点获取信息，通过无线通信方式形成的一个多跳的、自组织的网络系统,在检测的区域内部署大量廉价的微型传感器节点，实时检测、感知和采集信息，并将获取的信息汇总到更高层次进行处理后再反馈到实际应用中.利用无线传感器网络技术可对档案信息及档案环境进行实时的感知、采集、传输、控制和处理.

目前已有研究将物联网技术应用到档案管理中，不过大多仅分析了理论的可行性，较少涉及具体的应用设计与实现.如文献[7-9]主要从理论可行性角度分析了物联网在档案管理中的应用；文献[10-12]中简单构建了基于RFID的档案管理系统.此外，蒋武宏[13]提出了基于物联网的实物档案管理平台架构设计.因此，本文拟将RFID和WSN技术融合起来，构建一个基于物联网的高校档案智能管理系统;分析了目前各种技术手段下的高校档案管理存在的主要问题，提出了一个基于物联网的高校档案管理系统架构，并重点设计了感知节点和通信网络，从而规划和设计了档案管理系统的各项功能，以实现对高校档案的实时化、智能化和准确化管理.

2 高校档案管理的现状及存在问题分析

2.1 传统手工档案管理—人工操作无交互

传统手工档案管理虽然已经形成了一定的体系，但以现代信息管理的需求来看，手工管理存在大量问题，如档案收集编目方式落后，耗时耗力；档案的存放次序不精确，查询困难；档案的盘点操作不科学，利用率低；对失效档案的管理滞后；档案保管困难等.

手工进行编写装订排序，耗费大量的时间和精力，而且容易出现错误和漏失.加之整个档案管理存在一定的制度等问题，手续繁多导致整个流程既繁琐又低效.由于学生的流动性相对比较大，毕业、退学、休学、留级等学生的档案成为盘点的重难点.传统管理方式下，档案存储的时间信息不好把握，所以管理工作困难，失效的档案不能及时处理而导致堆积大量冗余的档案，给档案管理工作带来额外负荷和成本.

2.2 信息化档案管理—人物交互虚拟联系

信息化管理系统解决了一些手工管理的弊端，实现了档案资源管理共享性、安全时效性、服务有效性，解决了信息孤岛局面，促进了档案的收录、查询、输出和利用等过程，实现了从实体档案馆向网络档案馆的转变、单一的资源建设向网络多样化档案信息资源的转变、室内整序开发观念向网络化集中化社会化整序开发的转变以及用户服务观念向网络化用户服务的转变等.

但是单纯地依靠计算机系统对档案进行管理，仍然存在一定的弊端.计算机中的信息，需要录入到服务器中，管理员若想通过互联网去了解档案中的某一个实物，必须先要人工收集资料然后再放到互联网上，向人们提供一定的查询和浏览.当得知出现变化，需要人工再次去寻找相关的资料，很难对资料的变化进行动态的实时了解.所以互联网主要是人与人沟通的虚拟平台，而没有实现人和物的良好的沟通.

2.3 数字化档案管理—物物交互虚实结合

数字化时代的管理实现的是人与人、人与物、物与物间的交互，所以物联网的产生满足了数字化建设的需要.物联网和目前的互联网有着本质的区别.互联网是人与人的虚拟的交互，物联网则是实现物与物的智能交互.

在物联网时代，每一件物体都可以寻址、通信、控制.它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化三个重要特征.实现了感知识别和自动识别技术定位系统、海量信息存储、搜索引擎、智能决策与专家系统等功能，实现了整体系统的可拓展性和开放性，成为档案信息管理的枢纽，进一步完善用户智能化管理，为用户和管理员提供更加便捷的查询和管理.基于物联网技术的档案管理系统不仅可在搜集、编码、收录、智能监控、智能查询输出等方面实现智能化和自动化，还能为管理员提供高效、便捷、自动化的管理方式.数字化档案打破了时间与空间的限制，使用者可以在任何时间和地点利用网络进行查询，并获得服务，克服了实物档案服务的种种弊端，实现了档案资料的共享和科学合理运用.

3 基于物联网的高校档案智能管理系统设计

3.1 总体架构设计

依据物联网的通用层次架构和高校档案管理的需求，本文提出了基于物联网的高校档案智能管理系统架构，如图1所示.自下而上，分为三层，底层是感知层，主要完成档案的标识、感知和识别，以及档案所处环境的信息感知和处理.感知层之上是网络层，网络层主要实现底层感知设备的接入以及感知信息的传输、处理和融合等操作.应用层主要是提供档案管理和智能服务.

图1 档案管理系统总体架构

3.2 感知节点和网络设计

对于档案的标识和管理，采用的是RFID系统.RFID系统由电子标签、阅读器(读写器)和应用软件系统三部分组成，实现电子标签生成、销毁、查询及定位等功能，电子标签硬件系统由电子标签、读写器、PC终端与系统平台基础网络组成，通过传感器节点和无线射频设备来获取电子标签的相关数据和信息，实现档案的自动识别和储位的自动识别.RFID系统结构如图2所示.

图2 RFID系统结构

基于RFID的档案管理操作流程可描述为：首先由RFID读写器向电子标签中写入基于EPC编码机制的档案相关信息，并将其贴到档案上.采用固定式RFID读写器和手持移动式RFID读写器相结合对RFID标签信息进行读取和处理.固定式RFID读写器配置在档案室的墙面上，手持式读写器由档案管理人员随身携带，以方便随时随地通过读取标签信息获取档案相关信息.对于档案室环境的监控，本设计采用温度、湿度和烟雾等类型传感器进行相关环境信息的获取，同时，加入视频传感器，对档案室进行常规监控.

此外，针对档案的远程管理，RFID系统显得无能为力，因为通常情况下RFID系统的通信距离仅在几米甚至更短范围内，而且RFID读写器之间没有通信和交互能力.因此，若想远程获取固定式RFID读写器读取的信息，必须设计网络化的RFID读写器.而传感器网络节点常常拥有比较长的通信距离，正好弥补这一缺陷.因此，本文将RFID和WSN融合在一起，设计了WSID感知节点和WSID网络，克服RFID技术通信距离的局限性和WSN安全性较差的弱点，WSID感知节点硬件结构如图3所示，WSID网络结构如图4所示.

图3 WSID节点结构

图4 WSID网络设计

图5 WSID节点软件体系结构

WSID节点软件体系由嵌入式操作系统、无线通信协议和面向应用的任务组成，通常可将其综合为系统层和用户层两大部分.其中，系统层主要包括硬件平台、硬件抽象层和核心结构层；用户层包括系统调用层和资源配置层.在系统层中，最底层是系统硬件平台，主要是微处理芯片、RF收发器、传感器和RFID阅读器.系统调用层主要包括文件系统、无线通信协议、设备管理和低功耗分布式处理等.核心结构层主要包括内存管理、进程调度以及中断管理等.具体的层次结构如图5所示.

4 档案管理系统功能设计和实现

本设计中的档案管理系统主要是基于物联网的设计，将互联网和物联网紧密地结合起来，借助RFID和无线传感技术实现档案的位置查询和自动获取，及时获取档案的位置、档案的年代和档案的保修状况等相关的信息，通过感知网络和传输网络实现档案的自动管理和记录.其功能结构如图6所示，主要由档案信息管理系统、RFID标签管理系统和档案安全管理系统三大部分组成.档案信息管理系统又包括档案入库管理、档案查询管理、档案利用管理和档案销毁管理等子系统.

图6 档案管理系统功能设计和实现

4.1 档案信息管理

档案信息管理主要包括档案入库、档案查询、档案出库、档案归还以及档案的定位和跟踪等，整个管理流程及功能如图7所示.

图7 基于IOT的档案管理系统流程图

档案入库管理.档案入库管理主要是进行档案信息的收集、档案的编目、档案的修订入库.通过设备获取一定的信息，由电子标签进行信息的详细记录，当有新的档案录入时，按照相关的顺序和规律自动生成相应的编号，系统将根据档案的档号、类型等基本信息，自动从库房中分配一个架位，根据已经生成的档案编码进行相关的匹配和关联.

档案查询管理.档案查询管理主要包括档案位置的定位、实物档案信息的查询和档案出入库信息的校对管理.档案库房中每个架位和档案盒上都贴有RFID电子标签，当管理员在档案管理平台输入相应的编号后，RFID读写器就可以自动获取所需档案的位置，利用档案查阅功能，根据档案管理系统数据库中的数据查询并获取详细的档案信息，同时实现对档案位置进行跟踪定位，实现了实物档案位置可视化的管理.当档案出库时，出库口的RFID阅读器将读取的档案信息反馈给管理系统，当有档案调出时，档案进行信息的登记，利用WSN和RFID定位技术进行定位追踪.档案归还入库时，档案管理员使用RFID对档案信息进行读取，得到相关的档案借阅人的信息、日期以及检查档案的完整度，归还时间是否超时，当确认与调出档案登记信息完全相同时，进行入库.当信息与原信息不一致时，发出异常警报.传统的手工查询方式费时费力，利用RFID技术自动获取相应的编号和位置，缩减了工作量提高了工作的效率.

档案利用管理.数字化的档案管理系统主要实现档案信息的共享和流通，解决信息孤岛的问题.当档案调出时，进行信息的备份和登记，并根据电子标签进行相应的定位.当档案归还时，利用阅读器进行信息的核对，确认完整后重新入库.

档案销毁管理.由于学校的人群是流动的，每年学生和教职工的流动都会影响到档案的处理，当有学生或是教职工离校时，档案管理系统会自动给出提醒，设定具体的保留时间和到期提醒时间.当档案到期需要删除时，系统会自动提醒档案档期，将过期档案进行转移，并在档案管理系统中进行过期登记.登记完后，利用RFID读写器取出相应的档案进行处理.

4.2 档案安全管理

安全管理主要包括安全维护、防盗和防毁管理，应用WSN和RFID技术可以帮助管理者能同时准确地获取物品的基本信息和所处的环境状态.通过档案室设置的无线传感器网络节点，可以获取相应的温度、湿度等特征，当出现异常时，监控模块发出环境异常的提醒.当档案未经过档案管理系统发出出库的指令，离开库位，警报模块会发送给管理员档案位置异常提醒，同时激活警报.利用RFID阅读器自动检查所归还的档案系统是否完整，是否存在毁坏或是修改等，当出现数据和保存的数据不一致时，自动提示报警.

4.3 档案网络管理

物联网档案管理系统利用无线网络和有线网络相结合的优势，将布置在IT设备上的无线传感器所采集到的档案数据、档案环境数据等信息资源通过网络传输到终端设备控制器上，借助于有线与无线相结合的、可靠的信息接入网络，确保了档案信息安全、实时、有效的传递，完成感知层的RFID等智能终端设备和应用层的系统之间的信息传递，以及对终端设备的控制.服务器则将各种传感器采集的信息进行处理，转化成各种事件保存，再将这些事件传递给相应的基于物联网应用的系统，并将相应的信息在档案管理系统管理界面中展示出来，方便用户查询及维护.档案网络管理系统根据具体的应用，将服务器层处理后的数据信息转化为应用所需要的事件，并根据需要通过档案管理系统界面进行相应的查询、处理、展现和维护.实现了将物联网和互联网结合起来进行高效智能的高校档案信息管理.

5 结束语

基于现有高校档案管理方式的不足及物联网的技术优势，本文设计了一个基于物联网的档案管理系统.不仅完成了系统总体架构、感知节点及网络软硬件的设计，还依据于该系统的技术特征，设计了档案管理系统功能及对应模块，包括标签管理系统、安全管理系统、档案信息管理系统及网络管系统等.从档案的收集、编目、管理到安全监控整个过程提供了一种智能化的控制和管理方法.在以后的工作中，将选择本校作为试验点，对本设计进行实例验证并进一步完善该系统.

[1] 工业和信息化部电信研究院.物联网白皮书[EB/OL].http://data.catr.cn/bps/201405/t20140529_1021260.html.

[2] 贾姝,郭永安,叶燕.基于物联网的实物档案智能管理系统的设计与实现[J].信息化研究,2009,35(12):52-53.

[3] 李建中,高宏.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展,2008,45(1):2-5.

[4] 陈良文，李敬兆.无线传感器网络多径路由机制研究[J].云南民族大学学报：自然科学版，2014，23(3)：208-212.

[5] 赵官宝，刘云.元线传感器网络中预设节点优先级的延时分析[J].云南大学学报：自然科学版，2014，36(3)：329-334.

[6] 李庚，范菁，王万升，等.无线传感器网络公平性算法的分析[J].云南民族大学学报：自然科学版，2014，23(6)：400-403.

[7] 陶晓艳,项敏刚.物联网及其在档案管理中的应用[J].湖北档案，2010 (12):17-18.

[8] 向理琛.档案管理系统平台引入物联网技术探究[J].云南档案,2012 (6):45-47.

[9] 时彦艳,刘良.物联网技术实现高校学生档案动态化管理[J].电脑与信息技术,2013，21(3):53-55.

[10]陈超,梁兴建,邱玲.基于RFID物联网的档案管理系统设计与实现[J].四川理工学院学报：自然科学版,2011，24(6):671-673.

[11]杨玉梅,黎仁国.基于RFID物联网的档案管理系统研究与设计[J].档案学研究,2012 (4):63-64.

[12]史辉情.基于RFID技术的档案管理系统的研究与设计[J].低碳世界，2013 (13):147-148.

[13]蒋武宏,申永军.基于物联网的实物档案智能管理平台架构设计[J].软件,2012，23(5):40-45.

Research and Design of Intelligent Archives ManagementSystem for Colleges and Universities

ZHANG Shu1, YUAN Ling-yun2, GE Gui-li2

(Archives,Yunnan Normal University(Key Laboratory of Educational Informatization for Nationalities,Ministry of Education),Kunming 650500,China;2.School of Information,Yunnan Normal University,Kunming 650500，China)

An intelligent archives management system for colleges and universities based on IOT is presented, in the system architecture is proposed, and the sensing node and network is designed. Moreover, the functions and related modules are defined and classified in our system. RFID and wireless sensor network technology makes the system to achieve archives identification, storage and network management of remote databases and query functions. What′s more, our system can easily provide an intelligent environment monitoring and management for archives. Our study provides a good method for intelligent archives management system for colleges and universities.

Archives management system of colleges and universities; Internet of things; RFID; Wireless sensor network

2015-03-30

国家自然科学基金资助项目(61262071)；国家软科学研究计划资助项目(2013GXS4D149)；教育部人文社科青年基金资助项目(13YJCZH233).

张 姝(1983-)，女，湖北荆门人，硕士，馆员，主要从事智能信息处理、档案数字化方面研究.

袁凌云(1979-)，女，博士，副教授，主要从事物联网技术方面研究.

TP393

A

1007-9793(2015)03-0041-06