基于RFID技术的读者定位系统

朱骁飞，陈 辉

(安徽理工大学计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

1 读者系统

1.1 读者行为分析的重要性

随着科技的进步，高校图书馆的服务理念由以往的收集、组织和揭示信息资源的基本技术服务到展示和传递信息的对外服务，到有针对性的满足读者的各种信息需求，最后向深层次的主动服务逐渐演变。高校图书馆用读者行为分析的结果来改进图书馆的服务工作，建立主动服务的长效机制， 是图书馆亟待研究解决的重要而现实的课题。如何对读者的心理，需求，以及行为习惯进行科学有效的分析和研究，从封闭、单一、静态、浅层次、被动服务转为开放、多样、动态、深层次、主动服务成为传统图书馆迈向现代智慧图书馆的核心问题。

1.2 RFID技术在智慧图书馆中的应用现状

信息技术，尤其随着物联网技术的飞速发展，使作为信息资源集中营的图书馆，在信息化社会中扮演的角色越来越重要。纵观图书馆的近代发展历史，可以看出其经历了几个阶段，传统图书馆——自动化图书馆——数字图书馆——移动图书馆；而服务中心也由传统的馆藏“借阅服务为中心”发展到现在的以“多元化读者服务为中心”。

RFID技术近五年在我国图书馆发展较快，通过实施和评估，证明了RFID技术给我国图书馆的服务理念、服务内容及服务方式都带来了历史性的变革。RFID技术成为改变现代图书馆服务理念的客观条件，也是改变图书馆的服务内容和服务方式的必然手段。目前，国内外许多图书馆开始引进RFID技术，将RFID的图书馆和互联网等技术进行有机地结合起来，从而产生“智慧图书馆”，这一新型图书馆将催生出很多现代图书馆无法实现的服务。其中，智慧图书馆的智能服务主要还是依托物联网技术提供的，不仅能够解决现代图书馆服务中自助借还问题，还可以为读者提供架位导航、图书定位、随意检索、主动推送等延伸服务。

1.3 RFID读者定位系统概述

为了更好的了解不同层面读者的各种需求和借阅习惯，需要对馆内人群进行海量的行为数据分析，包括读者专业信息，学历信息，来馆时间，阅读时间，借阅书目等等。当代图书馆智能信息化服务已经趋于成熟，包括门禁系统，自助借阅系统，图书定位系统等，通过RFID技术，读取读者一卡通中的身份信息和借阅记录，从而开展全方位的信息化服务。然而在提供服务的同时，可以将读者的行为习惯进行记录和分析，在大数据时代，这种为了更好的进行二次服务的行为，是非常普遍的。

如果在图书馆各个关键位置，例如入馆门禁，各个书库门禁，阅览室门禁上安装RFID标签扫描器，配合服务端的数据分析，则可以轻松的掌握每个读者在图书馆中的活动规律。读者在入馆，入库，阅览，离馆时经过门禁时，通过读取读者RFID上的身份信息，并加上时间戳，经过服务端的分析统计，则可以判断出读者的阅读需求和兴趣取向。如果将这些信息应用在读者行为分析领域，会对日后智能图书馆的发展产生积极的影响。

2 RFID技术简述

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)射频识别技术，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象，可快速地进行物品追踪和数据交换。识别工作可由设备自动实现，并可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

RFID系统一般由三部分组成：标签(Tag)，由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)，读取标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读取器间传递射频信号。

RFID系统的主要工作频率和有效识别距离为：低频125～134kHz，识别距离<0.5m；高频13.56MHz，识别距离小于1m： 超高频902～928MHz，识别距离4～8m： 微波为2.54GHz，识别距离可达100m。RFID的识别距离可从几厘米到十几米，应用范围十分广泛。

3 利用RFID标签进行读者定位技术的实现

3.1 RFID标签与读者证件的融合

如果想要实现读者的物理定位，RFID标签必须随读者一起移动。把RFID标签融合在读者证件中是有效的方法。其方法有两种：一是卡套式，卡套式就是在读者证件的卡外面安装有卡套，把RFID标签置于卡套内。其优点是简单，可行；缺点是证件体积增大，卡与套易分离。二是内嵌式，把RFID标签置于读者证件内。优点是证件体积不改变，RFID标签与证件不会分离；缺点是这样的证件需要证件厂商特殊加工订制。

3.2 读者定位技术的实现

1) RFID读写器定位解决方案。利用RFID标签实现读者定位，一种方法是在图书馆的关键位置安装超高频的RFID终端设备，该设备由天线、RFID读写器、处理器(电脑或单片机)组成，其系统组成图见图1所示。每个RFID终端都有唯一的ID号，每个ID号都对应图书馆的某个关键位置信息。读者经过此处时，通过RFID天线及读写器读取读者携带的超高频RFID标签的信息，同时由终端设备的处理器，把RFID终端ID号以及标签信息，加盖时间戳一并通过网络发送到图书馆数据中心，在数据库中生成一条该读者在某个时间点通过某个地方的行为记录。读者在馆内期间经过数个RFID检测点，直到出馆口门禁读取到此读者信息后，系统判定此人出馆，按照时间顺序整理该读者的行为记录。通过此记录分析出该读者的来馆目的、阅读倾向、职业特征、停留时间等重要信息。

图1 RFID终端系统组成

图2 RFID读者定位系统组成

此种方案(简称纯RFID方案)的优点在于技术成熟，系统简洁明了，易于管理。其缺点是需要在图书馆重要节点安装多个RFID天线及读写器等标签探测设备，若一个重要场所有多出入口，就要相应安装多套标签探测设备，投入成本很高，并且占用图书馆宝贵的平面空间。

2) WIFI-RFID定位解决方案。随着现代信息技术的突飞猛进，当代技术已经实现了将RFID接收模块整合至无线AP中，读者定位系统也可以与图书馆内的无线覆盖网络系统一体化，这种新技术被称为WIFI-RFID室内定位解决方案。

目前图书馆内的WIFI网络覆盖体系已经日趋完善，读者可以在馆内任意位置享受到图书馆网络提供的便利。WIFI-RFID实时定位系统解决方案结合无线网络、射频识别和实时定位等多种技术，提出了一种基于无线局域网的射频识别技术全新的实时定位系统解决方案理念。此方案的优点是在现有无线局域网的基础上，增加RFID模块及天线，设备投入大降低；设备吸顶安装，不占用图书馆的平面空间，美观、实用。

该方案通过RFID天线和RFID模块读取到读者证件中的RFID标签，RFID模块把读取到的标签信息传输给无线AP的处理器进行信息处理，处理器把读者证件ID号、无线AP的ID号、时间等信息打包，形成读者的实时定位信息，再把该定位信息直接通过无线网络传输给后台定位服务器，保存在定位数据库中。其系统组成如图3。

图3 WIFI-RFID系统组成

WIFI-RFID定位技术同其它技术比较而言，具有成本上的优势，FRID天线的指向性好，功率控制简单；而且RFID定位技术对环境的要求和受到的环境影响都很小，定位精度较高，可控制在几米至几十厘米范围内； RFID技术的另一个优势在于多标签的同时读取，对于读者的大流量时的数据处理毫无压力。

3)其他定位方案的对比。GPS定位技术。此技术现在广泛应用在车载导航或手机导航中，优点很多，但此技术仅适用于室外的定位，其精度在十几米之内，GPS信号在室内很弱，不适用建筑物内的定位。

GPRS信号定位。手机信号也可以实现人员定位，由三个机站的手机信号进行定位，但此信息掌握在通信公司的手中，获得方式不易实现。

WIFI信号定位。此定位的前提是用户手机要登录到这台WIFI设备上。优点是设备简单、成本较低。但用于建筑物内的人员定位时定位精度太差，且不能分辨目标的所在楼层。目前各定位系统简要对比如表1所示。

表1 定位技术对比

综上所述，WIFI-RFID定位技术在功能性上强于RFID读写器技术，在大多数情况下，WIFI-RFID定位系统具有更好的适应性，更高的精度，更低的成本，可以对读者行为进行多方位多角度分析。

3.3 读者定位数据的应用

现代智能图书馆已经能通过RFID系统对图书进行定位，方便读者在图书馆快速查阅到自己需要的相关领域的书籍。如果同时还能对读者进行定位，则做到了对图书和读者的双向定位。只有同时对读者和书籍进行研究分析，才能观察在电子信息时代未来智能图书馆的发展趋势，提供更加多元化，快速精确的专业服务。

WIFI-RFID读者定位系统其数据获得流程是首先从WIFI-RFID设备终端获得读者身份ID号(一般为读者证件号)、无线AP的ID号、实时的时间这三个信息通过网络传送到读者定位服务器的数据库中，服务器的应用程序再用所得到的读者ID号，在图书馆管理系统中查找对应ID读者的姓名、性别、年龄、学历、职称、专业等信息，无线AP的ID号再与图书馆的地名一一对应起来，这些信息一并记录在数据库的表中，以供分析应用程序调用。

RFID定位系统应具有直观、可视化的web管理界面。用户可通过可视化的软件界面，实时监控管理定位信息；同时管理多个标签或无线设备，同时对目标对象进行定位跟踪和位置管理；无缝整合第三方软件，开发式体系结构设计，可以无缝集成现有的中间件、数据库、工作流程及其他系统，还能自动监测和报告，提供API应用程序编程接口和SDK(软件开发工具包)，加快第三方系统进行开发和整合应用软件。功能结构图如图4所示。

图4 RFID定位系统功能结构图

具体功能说明如下：

读者历史轨迹分析：RFID系统通过调用读者在馆期间的访问记录，此功能可以将任意读者入馆的行动路径和时间点显示在馆内地图上，并以列表的方式展示其访问的馆内各个地点，停留时间等等。

读者借还书历史查询：RFID系统在读者进入书库时记下其出入书库的时间点，期间通过图书馆管理系统账户下的书目借还记录变动，以列表的方式展示读者在每个书库内进行借还书的条目。

读者行为分析：通过读者的专业信息，每次借阅书籍的类型，分析出读者的阅读意愿，兴趣取向，此行目的。并通过结果在读者终端上自动推荐相关书目，并定期推送馆内此类书籍更新信息。此功能类似视频网站和音乐网站上的推送功能。

实时定位系统：如需寻找入馆读者的具体位置，可以通过查询立刻在馆内地图上显示，RFID定位系统可以精确到其所在的部室范围，WIFI-RFID方案可以通过定位算法实时显示其所在坐标。

区域报警：如果有读者触动了馆内禁区的RFID感应，立即在总控室进行报警，标签向服务器主动发出报警信号，服务器界面即时显示报警信息，方便第一时间安排相关人员前去查看。

信息管理：包括用户管理，显示所有用户的信息，设定并管理用户的基本信息；标签管理，输入标签的个性化信息，对众多标签进行分类管理，可对单个标签进行跟踪，自动生成标签日志管理报表。地图管理，根据标签的运行状况，可以自动切换标签所在位置的电子地图；场地管理，设置多个场地、每个场地的各个场景、定位点信息、地图分布AP、地图区域、地图轨迹地图信息，并能添加或者删除地图上的定位器。

定位器远程管理：配置AP Locator列表：可以对列表中的定位器进行新增、修改、删除等操作，并可以按MAC地址等条件来过滤列表中的AP， 对定位器实现批量操作；批量配置AP参数，可配置参数包括：SSID、Channel、IP、DHCP、MAC过滤等；设置AP的基础信息：为了方便对AP进行管理，为AP设置一些管理信息(如MAC、登录名、密码等，这些信息只保存到数据库中，并非写到AP中)。同时可以对AP进行扫描，查看该AP返回的扫描信息。

3 结论

在定位技术飞速发展的今天， RFID定位技术很好的弥补了室内定位技术的空白，该系统既能通过分析读者在馆内的访问记录，深入了解读者的需求；也能通过实时监控对馆内读者行为进行规范管理，还能通过智能终端向读者主动推送读者可能需要的信息，其图书馆领域的应用将会对图书馆智能化起到关键性的作用。在云计算和大数据时代到来的信息化社会，图书馆信息系统的飞速发展将会对其他行业的发展产生深远的影响， RFID定位系统同样可以用在安全监控，医院，煤矿等相关领域，具有长远的发展前景。