基于RFID 技术的无人图书馆还书自动分拣方法

2023-02-10刘惠

电子设计工程 2023年3期

刘惠

（中国石油大学（华东）图书馆，山东青岛 266580）

RFID 也叫无线射频识别技术，可以应用于自动识别技术领域中，需要在阅读器与数据标签之间建立非接触性的信息通信关系，才能准确识别传输目标参量。在无线电波的作用下，RFID 技术可在不接触交换信息的情况下，实现对数据参量的存储与记录。一方面满足了互联网环境中的数据访问需求，另一方面也实现了由数据库主机到核心应用体系之间的非接触性关联[1-2]。对于数据信息系统而言，RFID 技术通过数据交换处理的方式，将相关传输信息串联起来，可以有效解决信息参量间关联性影响关系较弱的问题。

无人图书馆是一种新兴的图书馆经营模式，伴随着计算机技术的发展，这种图书馆的模式已经成为了一种必然趋势。无人图书馆经营需要以互联网平台作为基础，在各项计算机应用技术的支持下，整合多种类型的图书资源。并根据读者兴趣，对已存储书籍信息进行全局化调度。近年来，无人图书馆经营规模不断扩大，如何准确抓取归还书籍，避免书籍错误分类事件的出现，已经成为了一项亟待解决的问题。然而普通机器分拣方法的适用性有限，并不能完全实现归还书籍的按需分类。为解决上述问题，提出基于RFID 技术的无人图书馆还书自动分拣方法。

1 基于RFID技术的分拣设备应用原理分析

无人图书馆还书分拣设备的应用包含RFID 读写器连接、书籍信息传输协议定义条件、数据发送流程三个基本流程，具体分析内容如下。

1.1 RFID 读写器

为实现归还书籍的自动分拣，应在无人图书馆书籍管理系统中设置独立的RFID 读写器设备，其具体工作流程如下：

1）在RFID 读写器进入工作状态时，整个图书馆书籍管理系统执行实时寻卡制度。主机端的寻卡信号通过磁场发射到读者客户端，并形成独立的归还书籍信息识别区域[3-4]。

2）当RFID 标签进入图书馆的无线信号感应区域内，读写器装置内配置的天线可以通过耦合感应的形式产生识别电压。且该电压信号能够激活RFID 读写器内的书籍信息查询结构。

3）无人图书馆书籍管理系统中的RFID 读写器可以通过被动感应的方式，读取已归还书籍的存储ID编码。并根据既定解码原则，确定该书籍所处的原始存储位置，以便于后续分拣归还指令的顺利执行[5]。

每个分拣识别装置都是一个独立的RFID 读写器，为了防止归还书籍信息的错误读取，图书馆书籍管理系统主机每次只能运行一条分拣读取指令。

1.2 书籍信息传输协议

书籍信息传输协议能够约束无人图书馆书籍管理系统中的数据信息编码形式。对于归还的图书资源而言，与之匹配的传输协议定义标准受到书籍存储编码条件的直接约束[6-7]。书籍存储编码条件决定了图书资源在无人图书馆中的实时存储位置，一般来说，每一种书籍资源都对应一种特殊的存储编码条件。设e、r代表两个不同的书籍信息存储系数，Î表示无人图书馆书籍管理系统中既定的归还书籍分拣特征值，t0表示书籍信息的起始查找条件，tn表示书籍信息的目标查找条件，n表示固定书籍资源的单次最大查找次数，联立上述物理量，可将书籍信息传输协议定义条件表示为：

式中，p＇表示已归还书籍在RFID 读写器中的编码系数，Qˉ表示书籍资源在单位时间内的编码量均值。在无人图书馆书籍管理系统中，书籍信息传输协议定义条件能够决定RFID 读写器所能承载的最大书籍编码量。

1.3 数据发送流程

数据发送流程以归还图书资源整理作为起始环节，以书籍编码信息查询作为终止环节。在整个处理过程中，无人图书馆书籍管理系统能够根据传输协议的定义格式，对已归还书籍进行初步分拣编码。再借助已知的解码原则，分析这些书籍所处的原存储位置，并将其再次返还至原存储位置[8-9]。具体处理流程如图1 所示。

图1 图书数据发送流程图

在RFID 读写器元件的作用下，无人图书馆书籍管理系统中所有已归还书籍的分拣指令执行原则必须满足数据发送处理流程。

2 图书馆还书自动分拣方案

在RFID 技术原理的支持下，按照分拣装置选型、还书信息查找、统计数据盘点的处理流程，完成无人图书馆还书自动分拣方法的设计。

2.1 分拣装置选型

一般来说，分拣装置的灵活性调度能力越强，表示RFID 读写器所具备的稳定运行能力越强，即主机元件能够对已归还书籍进行较好地分类处理[10]。为满足无人图书馆还书的自动分拣需求，所选取分拣装置应具备较强的书籍信息抓取能力。可在RFID读写器元件作用下，判断信息传输协议的实用性能力，并可联合数据库存储主机，实现对数据的全局调度[11-12]。设ε表示与无人图书馆书籍管理系统匹配的书籍分拣系数，q1、q2表示两个待查询还书标量值，S表示特定的书籍信息分拣系数，联立式（1），可将基于RFID 技术的无人图书馆还书分拣装置选型原则表示为：

为满足自动分拣的实际应用需求，在实施装置选型时，需要参考无人图书馆在单位时间内的具体还书数量水平。

2.2 还书信息查找

还书信息查找是设计无人图书馆还书自动分拣方法的关键执行环节，经过分拣处理后归还书籍所能达到的传输位置也越接近其原始存储位置。然而随着归还书籍数量的不断增加，RFID 读写器极易因存储能力有限而出现错误分拣的情况。因此在实施还书信息查找时，还应注重对还书数量的实时统计[13-14]。设β表示无人图书馆还书数量的实时统计系数，k表示RFID 读写器的即时存储能力，kmin表示RFID 读写器常规存储能力的最小表现数值，联立式（2），可将无人图书馆的还书信息查找条件定义为：

2.3 统计数据盘点

统计数据盘点是完善无人图书馆还书自动分拣方法的关键执行环节，可根据还书信息查找条件，统一标记已归还书籍。并可借助RFID 读写器，将这些书籍资源返回至原存储位置处[15-16]。在执行统计数据盘点时，应注重对图书馆还书自动分拣流程的安排。一方面避免过量存储对分拣主机造成的影响，另一方面也可实现对书籍资源的按需分类。规定ΔB表示单位时间内分拣主机中的还书资源变化量，μ表示常规统计量，联立式（3），可将基于RFID 技术的还书统计数据盘点结果表示为：

式中，L表示已归还书籍的盘点系数项，f表示归还书籍的统一标记特征值。若以准确抓取图书馆还书资源为目标，则可将统计数据盘点结果作为自动分拣处理方案的关键参考条件。

3 实例分析

为验证基于RFID 技术的无人图书馆还书自动分拣方法的实用性，设计如下对比实验。模拟如图2所示的无人图书馆书籍管理系统，分别采用RFID 技术、普通机器分类方法，对归还书籍进行分拣，其中前者作为实验组、后者作为对照组。

图2 无人图书馆书籍管理系统

书籍准确归还量与书籍借出量之间的物理比值（η）能够反映分拣主机对于图书馆还书的准确抓取能力。一般来说，指标η的物理数值越大，则表示分拣主机对于图书馆还书的准确抓取能力越强，书籍错误分类事件的出现几率就越低。反之，若指标η的物理数值较小，则表示分拣主机对于图书馆还书的准确抓取能力越弱，书籍错误分类事件的出现几率就越高。指标η的计算表达式如下：

式中，M1表示书籍准确归还量，M2表示书籍借出量。表1记录了各类型书籍借出量M2的具体数值。

表1 书籍借出量

图3 反映了实验组、对照组书籍准确归还量M1的数值变化情况。

图3 书籍准确归还量

分析图3 可知，在整个实验过程中，实验组书籍准确归还量始终大于对照组。当借出书籍为杂志时，实验组、对照组的书籍准确归还量数值相对较大。而当借出书籍为艺术类书籍时，实验组、对照组的书籍准确归还量数值相对较小。

分别将表1、图3 中的数值结果代入式（5），可计算得到不同情况下实验组、对照组指标η的具体数值，详情如图4 所示。

图4 准确归还量与借出量之间的比值

分析图4 可知，当借出书籍为杂志时，实验组指标η的数值水平最大，达到了0.99；当借出书籍为计算机类书籍时，实验组指标η的数值水平最小，为0.91。对于对照组方法来说，当借出书籍为教育类与社会类书籍时，该组指标η的数值水平同时达到最大，为0.91，与实验组最大值相比，下降了0.08；当借出书籍为计算机类书籍时，该组指标η的数值水平达到最小值0.79，与实验组最小值相比，下降了0.12，即实验组分拣主机对于图书馆还书的准确抓取能力始终强于对照组。综上可知，在RFID 技术作用下，无论无人图书馆借出哪一类型的书籍，在归还书籍时分拣主机都能对该书进行准确抓取，符合解决书籍错误分类问题的实际应用需求。