基于RFID的图书馆智能管理系统的设计

王钰冰

摘要：为简化图书馆员的工作量，实现图书馆智能化管理，应用RFID技术，完成对图书馆智能管理系统的设计。首先，介绍RFID技术、超高频电子与射频技术等关键技术。其次，在完成系统架构和系统数据库的基础上，依次设计电子标签转换、流通工作站、自助借还、文献检索、图书防盗检测等模块。最后，测试系统性能。结果表明：在RFID技术的应用背景下，系统具有图书归还流程简单、图书定位精确度高、查找方便快捷、安全可靠等特点，完全符合预期设计标准和要求。

关键词：RFID；图书馆；智能管理系统

一、前言

智慧图书馆构建和应用，可以帮助人们智能化、精确化搜集、整理和收藏图书，为人们提供交互性强、自由灵活的阅览体验[1]。射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）作为一种常用的自动化识别技术，主要包含天线、电子标签、读卡器等组成部分，具有扫描快速快、可读写性强、安全可靠等特点，通过将该技术应用于图书馆智能管理系统设计中，不仅可以保证24小时自助还书功能实现效果，还能智能化、高效化整理乱架图书，简化图书馆员的工作量，缩短读者排队等候时间，有效地提高图书馆智能化管理水平[2]。因此，在RFID技术的应用背景下，为简化图書借还流程，提高图书定位精确度，强化对图书馆智能管理系统的设计迫在眉睫。

二、系统设计关键技术

（一）RFID技术概述

RFID技术是一种常用的传感器技术。一套完整健全的RFID系统，除了用到阅读器、电子标签外，还用到存储器和主机系统。RFID系统结构如图1所示。

该系统工作原理如下：利用阅读器，采用天线发射的方式，完成对一定频率射频信号的统一化发射，当射频信号的识别区域出现电子标签后，电子标签可被成功激活，并形成相应的感应电流。随后，电子标签借助天线将射频信号统一发送至阅读器，由阅读器借助调制解调，解码处理电子标签信息，并将其发送和传输至主机系统，由主机系统对这些数据进行统一化处理[3]。

（二）超高频电子与射频技术

超高频电子主要是指位于300MHz～3GHz这一频率范围内的电子技术。射频技术主要是指位于30KHz～300GHz这一频率范围内的电子技术。超高频电子与射频技术在具体应用中，主要涉及无线设计、射频电路设计、信号传输等内容，通过将该技术应用于无线通信领域，可以帮助人们在足不出户的情况下随时随地进行无线通信[4]。

三、系统总体设计

（一）系统架构设计

图书馆智能管理系统架构主要划分为三个层次。第一，应用层。应用层设计目的是保证图书馆智能化服务水平和应用水平，为读者提供智能盘点、自助借还、文献检索、图书防盗检测等模块。第二，网络层。网络层设计目的是借助互联网、5G技术、局域网，将感知层所获取的信息数据安全、可靠地传输和发送至应用层。第三，感知层。感知层设计目的是借助RFID电子标签、视频监控等各种设备，全面采集数据，识别图书信息等[5]。图书馆智能管理系统架构如图2所示。

（二）系统数据库设计

系统数据库作为系统的后台，主要用于对图书信息、图书位置信息的统一化存储和管理。通过科学地设计数据库结构，可以实现对重要信息数据的高效化、安全化存储，提高数据的完整性、保密性和一致性。在设计系统数据库时，主要选用了SQLServer2000数据库，重点设计图书信息表、图书位置信息表[6]。其中，图书信息表主要包含RFID标签号、索引号、图书名称、作者、出版社、出版日期等属性。图书位置信息表主要包含楼层号、书架号、书架层号等属性。

四、系统功能设计

（一）电子标签转换模块设计

电子标签转换模块设计目的是关联借书卡标签，帮助用户注册和使用书库架标，为读者提供图书查询、标签打印等强大功能。同时，还要对电子标签进行转换处理，将最终转换结果直接绑定于图书标签信息，方便用户快捷、有效地处理图书流通信息。在设计电子标签转换模块期间，通过运用标准交换（Standard Interchange Protocol V2.00，SIP2）协议，与书目管理系统、图书条码系统等多个系统进行无缝连接。在该转换模块中，主要应用以下两种集成硬件：标签转换装置可以精确识别和检测标签安装是否良好，标签发行终端主要用于对图书、层标等标签信息的智能化读取和写入以及不同条形码与图书信息的统一化绑定，方便读者智能化访问图书详细信息。

（二）流通工作站模块设计

在流通工作站中，除了涉及标签转换模块外，还用到两个工作站，分别是图书检索工作站和流通馆员工作站，方便用户智能化、高效化检索和续借所需要的图书，提高RFID标签转换处理效率和效果。当系统停止运行后，会将天线功效自动关闭。该模块成功启动后，可以将图书RFID标签自动转换为相应的条码识别号，并采用RFID识别方法，将该模块与图书馆集成管理系统的流通工作站模块进行无缝对接，确保RFID与流通系统之间完美融合，只有这样，才能借助原有流通系统客户端，保证顺畅借还书。

（三）盘点模块设计

盘点模块主要用于对图书的顺架、盘点、剔旧等处理，支持读者快速查询和定位书架和图书。运用图书标签这一流通管理介质，完成对智能图书馆环境的搭建，方便后期图书馆文献清点、新书入馆、图书归类与剔除等工作开展，促使管理向精细化、智能化、便捷化方向不断发展。盘点模块的具体设计主要涉及接收机、蓄电池、中央控制计算机等模块。系统在停运的情况下，可将天线功效自动关闭。同时，做好对以下参数的科学化设置：在进行非接触式阅读时，将图书读取速度、图书一次性识别率分别设置为160册/min以上、99%以上，为读者提供资料搜索、典藏结果保存等功能；将硬盘容量统一设置为60GB；利用无线网络，可以实现对目标图书的精确化查询，并结合图书定位信息，对架位是否正常进行核实。一旦发现图书排架出错，会采用声音、灯光等形式，发出相应报警提醒。整个盘点模块的工作频率统一设置为930MHz～930MHz，支持读者在指定的工作区间内安全可靠地识读多个标签。

（四）自助借还模块设计

自助借还模块作为图书馆智能管理系统的核心模块，主要是指综合运用RFID、人工智能等前沿技术，从借书、还书、续借等多个方面入手，智能化操作和识别经过电子标签认证的图书。自助借还模块主要包含扬声器、高频读卡器、天線、射频电缆线、一体机等部分，通过将自助借还软件安装和部署于控制主机上，满足用户同时借还多本图书，有效地提高自助借还效率和识别精确度。在该模块下，系统参数设置标准如下：将系统响应速度、图书识别率、阅读半径分别设置为16个标签/秒以上、99%以上、240mm。自助借还模块设计原理如下：首先，认证读者身份信息是否合法有效，当读者身份信息合法有效时，系统自动开启和应用RFID读写器，快速读取图书电子标签信息。当信息读取结束后，用户可以结合系统屏幕提醒，点击“确认借书”按钮，当该按钮点击后，说明借书成功，此时，RFID读写器功能自动关闭。当借书操作完成后，系统会自动打印图书馆名称、借阅日期、归还日期等信息。用户点击和触发“还书”按钮，系统自动进入还书页面中，此时，RFID读写器模块自动开启，方便用户全面读取图书标签信息。另外，在设计自助借还模块时，需要将本地数据库安装和部署于借还系统终端上，一旦系统出现网速异常问题，系统将借还书信息统一存储到本地数据库中，当网速恢复正常后，本地数据库会自动将所存储信息统一传输和存储至中央数据库中，确保数据存储的同步性和一致性。

（五）文献检索模块设计

文献检索模块在具体设计时，主要运用Browser／Server结构模式，从提名、出版社、主题词等关键词入手，与Web网络进行有效连接，对文献信息进行模糊查询或者多级查询，以分页形式，将最终查询结果形象、直观地呈现在用户面前，便于用户查看和调用。在“图书信息位置”列中，点击和选中相应的图书，以实现对所需图书的精确化定位，此时，系统地图以红点闪烁的方式，自动显示图书所在具体书架位置。读者利用系统客户端，可以对图书进行精确化定位，快速查找图书位置信息。

（六）图书防盗检测模块设计

应用图书防盗检测模块，可以有效地检测和验证用户图书借阅行为是否合法，当用户在未办理借阅手续的情况下闯入监测区，系统会自动发出报警声，以引起相关人员的注意。RFID安全门作为一种重要的设备，具有较高的侦测能力，可以结合用户所携带的电子标签，进行图书信息的全面化检测和比对。安全门组件主要包含读写器、电缆线、声光报警器等部分。在设计图书防盗检测模块时，需要借助自动侦测软件进行设计和实现。图书防盗检测模块包含以下几个子功能。第一，图书安全监测。系统在实际运行期间，可以对图书防盗检测页面进行一系列操作，如启动、暂停、继续等。当进入安全监测区域的读者并没有办理相关借阅手续时，监控列表会自动查询和呈现有关图书的名称、条码号等信息，并发出相应的报警声。第二，安全门检测日志查询。安全门检测日志主要用于对图书检测信息的统一记录和收集。第三，统计功能。该功能与读者计数器类似，可以实现对图书总数的统计和计数。防盗安全检测流程如图3所示。

五、系统测试

（一）测试方案

系统测试目的是验证系统的有效性和可靠性，从负载性能测试、安全测试两个方面入手，重点测试流通工作站、自助借还、图书防盗检测三大模块功能的实现效果。首先，搭建测试环境。将服务器硬盘内存统一设置为3000G，将工作站的CPU内存设置为128M，选用Windows2010/XP操作系统，搭建SQLServer2000数据库。其次，确定系统测试范围。重点测试以上三大模块的反应时间、负载性能、可靠性。最后，明确系统检测内容。采用手动测试的方式，重点测试以上三大模块，并对各个模块的反应时间、服务器响应速度等性能进行全面观察和记录。

（二）测试用例与测试结果分析

1.流通工作站模块测试

在进行流通工作站模块测试期间，从大量的图书中随机抽取60册样本图书，并对其流通工作站进行全面测试，测试其是否满足相关设计标准和要求。测试结果如表1所示，从表1的数据可以看出，流通工作站模块为读者提供正常借阅功能，图书归还操作简单流畅，可以同时集中操作多本图书，另外，模块响应速度较高。

2.自助借还模块测试

从海量的图书中随机抽取1000册样本图书，并对其进行自助借还模块测试，测试结果如表2所示，从表2的数据可以看出，允许读者对多本图书进行一次性借还，触摸屏软键盘操作使用流畅，签读出率达到99%以上。

3.图书防盗检测模块测试

从海量的图书中随机抽取1000样本图书，并对其图书防盗检测模块进行测试，测试结果如下：当系统安全启动和运行后，需要对系统启动、暂停、停止等运行状态进行测试，显示运行状态正常且报警功能稳定运行。测试成功率达到100%，测试误差率仅仅为0.1%。

六、结语

综上所述，应用RFID技术重点设计和实现图书馆智能管理系统的电子标签转换、流通工作站、自助借还、文献检索、图书防盗检测等模块，实现对新型图书馆智能管理系统的智能化升级，形成一种以读者为主的自助服务模式，为读者提供精确定位、地图查询等服务，提高图书流通自动化管理水平，完全符合实际应用需求。总之，在RFID技术的应用背景下，系统具有操作简单、图书识别率高、图书智能化管理水平高等特点，完全满足实际应用需求，为促使图书馆向智能化、数字化、信息化方向不断发展提供重要的平台支持。

参考文献

[1]安诚诚，刘建宇，杨静.基于RFID的乡村图书馆设计与研究[J].技术与市场，2022，29（06）：121-122.

[2]陆亚红，李靖，施晓华.新技术环境下图书馆智能馆藏管理系统设计与构建[J].图书馆杂志，2021，40（09）：48-53.

[3]管胜波，王瑞勇.基于RFID技术的高校智能图书馆系统设计与实现[J].信息记录材料，2022，23（05）：135-137.

[4]杨建峰.基于RFID技术的图书馆管理系统构建[J].信息记录材料，2023，24（01）：194-196.

[5]李春杰.基于RFID技术应用的无人图书馆智能管理[J].信息记录材料，2022，23（08）：162-164.

[6]宋明慧，黄金明，高东省.基于物联网的图书馆电子标签识别系统的设计[J].自动化应用，2022（02）：150-153.

责任编辑：张津平