基于RFID与Wi-Fi的图书馆智能导读系统研究

　　1 前言

　　随着中国“互联网+”理念的提出和基于国家层面的“互联网+”行动机会的实施，利用物联网、大数据等新一代信息技术与图书馆业深度结合，对于提升图书馆管理与服务无疑具有十分重大的意义和影响。作为物联网技术中的感知层核心技术，如无线射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术，无线局域网WLAN(Wireless Local Network)技术(如Wi-Fi)等作为短距离的无线感知与信息传输手段，在现代图书馆业中不仅可以实现快速的自助借还、图书的快速清点，并且还可以实现三维智能导航检索、移动图书信息服务等功能，从而可以大大提升人性化服务水平、提高图书查找的准确率、转变图书馆工作重心、拓展图书馆的服务空间等，并开展一些全新的服务，如移动导读，微信借阅等新型服务模式。本文对目前图书馆特别是城市中为公众提供服务的公共图书馆进行研究，结合RFID、WiFi等短距离无线通信技术，设计一套基于RFID与Wi-Fi的智能管理和导读服务系统，为“互联网+”图书馆的建设与发展提供帮助。

　　2 关键技术

　　2.1 RFID技术

　　无线射频识别RFID主要藉由读取器发出的无线电波，可在特定的感应范围内感应到RFID标签(Tag)，在不需要实体的接触下，读取或写入卷标数据。RFID标签通常可贴附于各个物品上，读取器可由感应此标签快速地获取物品相关信息，并进一步处理，非常适合自动化的应用。图1是RFID系统运作示意图，目前RFID标签因所采用的频段与感应技术不同，有多个标准。其中频率13.56MHz以下的RFID通常采用电磁感应的方式，Tag 天线在接受到读写器所发出射频讯号时，将讯号转换为启动IC芯片的电力，同时并从讯号中读取指令，Tag 同样以无线电波回传数据至读写器。RFID 芯片大小随着半导体制程的技术发展，可以做出体积极小的 RFID 芯片，例如 Hitachi 研发的 μ-chip 便只有 0.4 mm2，可以藏于各种物品当中，并且 RFID 最多可以有数千字节的记忆容量来记录数据。有别于传统条形码，RFID 在感应读取属于无方向性的非接触式无线感应，并且能够一次辨识大量的 Tag，大幅加速数据读取效率。也因为 RFID Tag 在制作时将该 Tag 独有的辨识编号(unique ID)写入只读存储器(ROM)中，因此不容易被篡改、变造，以达安全性的需求。

图1 RFID运作系统示意图

　　2.2 Wi-Fi技术

　　近年来符合IEEE 802.11标准的无线局域网络WLAN已渐成为校园网络、企业网络、以及ISP的基本网络存取服务。Wi-Fi就是一种典型的WLAN，它可以将个人电脑、手持设备(如pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)。目前IEEE 802.11 WLAN以11 Mbps速度的IEEE 802.11b及54 Mbps的IEEE 802.11g两种WLAN最为常见，另一方面提供上述WLAN标准的PDA、笔记型计算机也渐趋普遍，基本上WLAN所提供的频宽已能满足大部分的网络应用需求，而且WLAN在网络布线的方便性，也非常适合构建一些特殊公共场合提供网络存取服务，因此以WLAN为基础的相关网络应用也应运而生。

图2 基础建设模式WLAN运作示意图

　　IEEE 802.11 WLAN提供两种运作模式：随意(Ad Hoc)模式与基础建设(Infrastructure)模式[10]，主要差别在于有没有无采用访问点(Access Point，简称AP)，目前大部份的WLAN多采用基础建设(Infrastructure)模式，亦即行动设备由存取AP达到互相通讯或存取有线网络之目的，图二为基础建设模式WLAN运作示意图。基本上一个标准的IEEE 802.11 AP讯号涵盖范围，在室外空旷没有障碍物的环境大约可达一百米公尺，在室内环境通讯范围大约为30米公尺内。所有存取同一个AP的行动设备，使用AP所提供的相同频道进行通讯，并形成一个基本服务集(Basic Service Set，简称BSS)，AP通常会连至有线网络，可与其它同样连上同一有线网络的AP构成一个分布式系统(Distribution System，简称DS)，并可以使用这种方式结合多个BSS与有线网络，组成延伸服务集(Extended Service Set，简称ESS)。ESS是为了扩展无线局域网络的服务范围，通过此种设置方式，使用者可以在不同的无线局域网络基地台的通讯范围之间漫游(Roaming)，但网络联机不至于中断，适合大范围应用。

　　3 基于RFID与Wi-Fi的图书导览服务

　　3.1 基于RFID的图书信息采集

　　采用RFID进行图书管理基本流程如图3所示：

图3 基于RFID的图书管理系统

　　(1)新书进馆：

　　首先为书籍粘贴RFID电子标签。利用标签转换装置将数据信息写入电子标签。这个过程就是在给每本书配上一个独一无二的身份证。 上架、顺架：

　　粘贴了电子标签的新书，利用推车式移动盘点系统，扫描书籍，系统会自动在地图上定位该书应存放的书架，用推车载书籍到指定书架上架即可。利用推车式移动盘点系统，可以对书架逐个扫描，系统会自动挑出错架书籍，并且标明正确位置。

　　(3)盘点：

　　在对图书馆图书进行盘点时，可以使用移动盘点系统或者手持式盘点系统，对所有需要盘点的书架进行扫描，通过无线网络传输即可将数据录入数据库，完成盘点，可以大量节省人力、物力。

　　(4)自助借还书：

　　读者借书时，只需要将借书卡在自助借还机上扫描，再将所借书籍一起放在借还机的扫描区域，通过扫描，确认所借书籍。系统即可录入借书信息完成借书。并且利用热敏打印机打印票据。完全读者自助，方便快捷。还书操作更简单，只需要扫描书籍，即可完成还书操作，打印还书票据。

　　(5)24小时自助还书系统：

　　自助还书系统可以像银行自动取款机一样穿墙安装或者摆放在合适位置，方便读者随时还书。读者只需要将书籍放入还书口，确认后即可完成还书并可打印还书凭证。

　　(6)安全门禁：

　　当没有办理借书手续的图书经过安全门时，系统会自动进行声光报警，防止图书被带出。安全门禁支持在线、离线两种工作模式，系统更安全、更可靠。

　　(7)移动图书馆：

　　读者扫描借书证，确认身份以后，选择想要借阅的书籍，系统会自动将图书送到出书口，并打印票据。还书过程只须将书放入还书口，系统自动识别打印出还书票据，并自动将书放入正确位置。

　　3.1 基于RFID与Wi-Fi的图书导览服务

　　图书馆中对于所需要借阅的图书进行概要导览是一项新型的服务，以前读者在借阅该图书之前需要浏览概述的纲要和章节的时候，往往需要找到该书然后进行浏览，如果不合适再退回，这样不仅会损坏图书，而且效率低下。有了经过RFID的图书管理系统，再结合无处不在的Wi-Fi网络，然后利用带有RFID阅读器和Wi-Fi无线网络连接的智能终端进行导览则可以实现读者只要靠近该图书，获取该图书信息后，带有Wi-Fi功能的智能手机自动连接到后天的服务器系统，进而获取该图书的基本信息，甚至可以直接这样可以极大地提高读者的查找速度，提升服务质量。

　　为利用RFID与Wi-Fi提供智能图书导览服务，系统需要在每一个提供导览服务的图书区域建置Wi-Fi 基地台，使Wi-Fi基地台讯号能涵盖参观者所有可能的活动范围。Wi-Fi基地台连至有线网络，有线网络架有一台Web服务器作为图书导览网站，所有的图书导览内容将被制成网页置放于此网站，每一个图书导览项目对应一个唯一的网址。另外，系统需要记录所有RFID卷标的识别码与图书的对应数据，利用对应数据，网站中有一网页转向(Redirect)程序可依据由智能手机所传来的RFID标签识别码提供正确的导览内容。导览内容以网页方式呈现，因此，系统可利用网页内嵌多媒体能力将Flash 档案、影片、以及声音配合文字介绍构成丰富的导览内容。采用网页方面的导览内容另一个好处是手机端只需要内嵌的浏览器功能，而手机端与导览网站间之通知也只需利用HTTP通讯协议即可。图4显示所设计的导览系统示意图。

　　图4 基于RFID与Wi-Fi的图书自动导读系统

　　4 结束语

　　通过RFID技术可以明显提升图书馆的运作效率，缩短了图书流通周期，提高了图书借阅率，提升了图书馆人性化服务水平，充分发挥了图书馆公共服务职能，从而提升了图书馆的运作效率。本项目充分利用RFID在图书馆图书管理中的作用，结合Wi-Fi等功能，为读者提供快速访问和浏览图书信息的途径。对一些禁止接触的古籍文献或者历史文献以及高端读物的查阅非常实用。

　　参考文献

　　[1]王路林;基于RFID的图书馆借阅系统的设计与实现[D];电子科技大学;2011年.

　　[2]杨志刚，周凤飞，李洁Web2.0技术主导的数字图书馆人文服务体系[J]图书与情报.2009，10(2)：87-92.

　　[3]黄力. 基于物联网技术的图书馆服务模式与内容的研究 [J]. 图书馆学研究, 2011(3): 51-55.

　　[4]严栋. 基于物联网的智慧图书馆[J]. 图书馆学刊, 2010 (7): 8-10.

　　[5]董晓霞,龚向阳,张若林,等. 基于物联网的智能图书馆设 计与实现[J]. 图书馆杂志, 2011(3): 65-68.

　　[6]仵华. 面向物联网应用的图书馆发展路径初探[J]. 农业 图书情报学刊, 2011(2): 136-138