RFID技术下智能书架系统的总体架构设计

摘要：该文对RFID技术及其工作原理进行了论述，对智能书架系统的功能性需求进行了合理分析，并阐述了智能书架系统的总体架构设计及其相关功能，最后对基于RFID技术的智能书架系统存在的不足之处进行了剖析并提出了相应的对策。

关键词：RFID技术；智能书架系统；总体架构设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0147-02

现阶段，我国各大图书馆管理系统中普遍采用了条形码技术或红外线扫描技术，虽然解决了一定的图书管理问题，但随着各个图书馆馆藏图书量的大幅度增加，这些技术支撑的图书管理提供已经不能满足当前的图书管理需求。而将RFID技术应用到图书管理系统中，合理构建智能书架系统，能够将传统图书管理系统中存在的诸多问题有效解决。

1 RFID技术及其工作原理

RFID技术是通过射频通信来进行非接触式自动识别的技术。在运行过程中，RFID利用阅讀器射频电磁场对存储在RFID标签内的数据进行自动读取，以此达到自动追踪和识别系统目标的目的。普通的RFID系统一般由RFID天线、RFID阅读器和RFID标签组成，其中RFID电子标签内部设有内置天线。阅读器的主要功能是读取与写入电子标签的相关信息，而天线则是利用磁场在其与电子标签之间进行数据传递。

将RFID技术应用在智能书架系统中，将电子标签粘贴在图书上，当图书上的电子标签接收到读写器发射的射频信号识别后会被激活，而此时电子标签内部的天线就会将存储在电子标签内的相关数据信息传送到读写器中，读写器在接受并解码和调解标签返回的射频信号以获取相应编码信息，最后将这些信息传送到计算机中，以达到识别和定位图书的目的。

2 基于RFID技术的智能书架系统的功能需求

2.1 快速查找图书功能的需求

现阶段，有很多图书馆采用学科分类的方式来管理图书，读者在查阅所需图书时需要先了解书架上的分类号信息，然后根据分类号寻找图书所属类别的书架，最后在相应书架上获取所需图书。但有些读者在借书时可能会在无意中将图书的存放位置改变，从而造成书架上的图书类别发生混乱现象，进而加大了后来的读者在寻找所需图书时的难度。对于这种问题，传统图书查找手段难以有效解决，但在智能书架图书查询系统应用了RFID技术后，多种问题将会得以合理解决，从而使读者更加便捷、迅速地找寻图书。读者在智能书架图书查询系统内输入查询命令后，阅读器将会对电子标签进行感应，然后将图书标签的位置信息反馈过来，以顺利实现对图书位置的定位。

2.2 高效流通图书的功能需求

随着人们对知识信息的需求量的快速增加，图书馆内的书籍数量也迅速增长，因此，这也在很大程度上促进了图书馆图书借阅量的增加。现阶段，有很多图书馆的借还书记录流程采用的是条形码技术，当进行借还书过程中，还需要图书管理人员将所借图书的扉页打开以近距离扫描扉页上的条形码，这相应增加了借还书的处理时间，同时也使图书管理人员的工作量相应加大，从而在一定程度上造成图书馆服务效率的降低。因此，必须将RFID技术应用到智能书架系统中以管理和控制图书的批量借阅与归还事宜。RFID技术的应用可以进行非接触式扫描，以此将借书和还书的流程进一步简化，进而促使图书流通效率的提升[1]。

2.3 简化图书盘点与整理的功能需求

鉴于我国各大图书馆内的馆藏书籍量越来越大，通常能拥有至少上百万册书籍，图书管理人员在清点、顺架和盘库方面，要完成非常大的任务量，同时读者的借阅量也十分巨大，而当前很多图书馆在管理方面主要实行大流通方式，每个馆藏室内的图书都可以在图书馆内各个位置流动，从而加剧了读者随取随放以及图书乱架等问题，而图书管理人员则需要花费大量的时间和精力来进行整理工作。如果应用RFID技术，图书管理人员就能够通过阅读器将全馆图书进行一次整体扫描，这种批量操作的方式会将盘点方面的工作大幅度简化，同时该系统还能够将错架图书警告发送到管理人员处，以便于将图整归到相应书架上。利用RFID技术能够将错架图书轻易查找出来，从而在很大程度上将图书管理人员的一次性工作量减少。

3 RFID技术下智能书架管理系统总体架构设计

3.1 智能书架系统设计原理

利用RFID读写器识别各个书架以及每一本图书上的电子标签，能够将所需图书的信息有效获取。智能书架信息系统在运行过程中可以处理业务逻辑信息，以RFID阅读器来精确定位书架与图书的位置。读者可以通过智能书架的移动终端服务设备来查询图书的具体存放位置。图书管理人员可以通过智能书架系统在第一行时间内对图书的借还和位置信息有详细的了解和掌握。智能书架系统应用了RFID技术后，不仅能将图书管理人员的工作强度有效降低，从而促进图书管理水平的提高，还能通过该系统为广大读者提供更为良好的图书管理服务。

3.2 基于RFID技术的智能书架系统整体架构设计

在整个图书馆管理系统内部，智能书架系统的主要功能就是帮助图书管理人员和读者有效定位和查找相关图书信息。从这个需求出发，在实际图书馆智能书架系统过程中，可以从整体上将该系统分为数据信息、客户服务以及信息采集三大模块。

智能书架系统采用阅读器以及超高频标签来构建系统的硬件体系。图书馆内部的每本图书上都粘贴有RFID标签，该标签内部含有图书初始位置以及图书相关信息。在图书馆内部的每一个书架上面都设置有多个天线阵列组群，这些组群能利用多端口天线多路复用器实现监控功能，同时利用开关控制端口例控制RFID阅读器和天线的连接，以便阅读器开展扫描工作，将图书标签有效读取出来[2]。

数据服务模块是整个智能书架系统的数据库，相关人员利用RFID阅读器获取图书信息以及图书书架位置等相关信息，然后这些信息被数据线后系统光网络传输到数据库中，而数据库则处理和挖掘这些信息。

客户服务模块是用来显示图书管理界面以及图书管理系统的查询界面，该模块的主要功能是对天线辐射区域进行控制以及对阅读器发送控制指令。智能书架系统能够以这些图形界面来促使读者在检索图书位置时更加方便和快捷。

智能书架系统的数据信息流程是：数据信息采集、数据信息服务器、应用程序，与之对应的系统结构是硬件的设备层、逻辑处理层以及应用层。其中，RFID电子标签、书架本体以及RFID读写设备等硬件设施构成了硬件设备层。逻辑处理层就是定位引擎层，其主要作用是提供硬件设备驱动给硬件设备层，利用封装定位法来精确计算目标位置，同时通过数据接口将相关数据信息传递给应用层。应用层是图书馆管理系统的集成，它利用web页面后窗体应用程序将智能书架的管理或查询界面显示出来，以服务界面的形式来为读者精确获取图书及其位置信息提供检索服务[3]。

在智能书架系统中，作为辐射元件的天线集群，是对电子标签信息进行读取的至关重要的部分，它对电子标签的检测范围起到了决定性作用。由许多个射频开关器件组和天线群的切换开关组又叫作天线多路复用器，其中的数字信息输入输出端口、控制端口以及射频收发端都与阅读器连接在一起，其作用是对数字信号及其输入输出等进行有效控制。

4 智能书架管理系统具备的功能

4.1 与RFID系统无缝集成

RFID系统中含有多种RFID相关设备，并以此组成了RFID应用软件系统、智能书架系统以及图书馆管理系统等多个系统。通过RFID应用和管理平台的建立，并利用该平台管理和监控RFID系统的各个终端设备，查看应用系统以及各个设备的实时状态，并形成报表来统计其历史记录。通过扩展RFID应用项目来达到图书馆管理及其流通业务的要求，对新增文献上架和采集文献架位信息、统计文献利用率，实现对文献的清点、盘点、归架和下架等等多种功能。

4.2 电子资源展示和多媒体虚拟书架查询

智能书架系统通过液晶触摸显示器，能够将电子资源展示与多媒体虚拟书架查询等多种功能有效实现。读者利用显示器能对图书的具体位置进行查询，图书管理人员能够利用显示器对图书在书架上的相关情况进行合理跟踪和查询。智能书架系统在整合图书馆采购的电子资源后，能够对书架上图书相关电子资源进行检索，进而将电子资源的在线展示作用充分发挥出来。

4.3 实时监控馆藏书目信息

智能书架系统在RFID与TCP/IP网络基础上来进行集群部署，能够与图书馆管理系统进行实时数据通信并受其控制。RFID模塊在对图书标签信息进行采集后，会将巨量图书标签中的相关信息传输到图书管理系统中，以达到实时监控图书馆馆藏书目信息的目的。

4.4 盘点、定位和快速查询馆藏图书

智能书架系统能够与图书馆管理系统相互配合来实现盘点图书的工作。该系统能够自动生成在架图书列表，同时将相应数据自动传输到图书馆管理系统中，继而生成遗失图书列表。在遗失列表的基础上，系统可以自动对单册状态进行更改，并按照遗失列表在架上盘点时自动报警提示，能够将错架和在架图书的精确位置列表同步生成。通过对系统进行相关条件的设定，能够使其定时对图书进行定位，从而将每本图书与层架的位置关系建立起来。读者将所需检索条件输入到联机公共目录查询系统界面，能够在第一时间内将图书具体位置精确显示出来。智能书架系统还能够为两个及以上图书馆管理系统文献联合查询提供技术支持，以便于读者能够通过作者、题名、丛书名等关键词对多级文献进行检索，还能为读者提供图书定位、智能路径提示等多项服务[4]。

4.5 统计分析读者阅读习惯

智能书架系统会对书架上图书的移动信息进行自动检测，并对图书的浏览量进行统计以便于管理人员对图书受欢迎程度进行掌握。同时系统通过日志内收集的信息能够进行被浏览图书的相关数据进行组织汇编，并统计和分析相应数据信息，来进一步统计分析读者的阅读习惯，以此作为图书馆咨询、统计以及流通等各项业务的主要参考对象。

5 现阶段RFID技术下智能书架系统的不足之处以及相应对策分析

从目前的实际情况来看，智能书架管理系统的开发应用还在起步阶段，相对于传统图书馆大规模条形码系统来说，其应用成本相对较高。但智能书架系统与RFID技术广泛应用之后，智能书架管理系统的成本会有效降低。该系统能够实现全部智能化运行，但若想使该系统的运行具有长期性和持续性，就需要图书馆相关技术人员能够对数据库系统、网络通信技术以及RFID技术有深刻认知和熟练掌握[5]。该系统能够将图书馆管理人员的工作量有效减少，图书馆可以对空闲工作人员进行相关的技术培训，以满足智能化图书馆的技术要求。

在图书借阅过程中，或许会出现因RFID电子标签识别错误而造成的图书借还错误的问题，而智能化管理方式会相应延迟问题被发现的时间。如果对图书借还处一定区域进行屏蔽就能够将RFID电子标签的错误识别问题有效减少。除此之外，将RFID电子标签与条形码标签并用也能够将图书借还错误率大大降低。

很多读者在图书馆借阅图书的过程中，通常都是自身携带着手机以及笔记本电脑等移动电子设备，这会影响智能书架管理系统的运行准确度。图书馆应对读者携带的电子产品进行有效管理，并在相关区域内将电子产品的信号屏蔽掉，从而将其信号对系统的干扰影响降到最低。

智能书架管理系统可能会与传统的图书管理系统存在兼容性相关问题，这就会在很大程度上加大原有磁条数据转换成RFID电子标签数据录入工作量。所以，图书馆尽可能应用与原系统具有较好兼容性的设备和系统。另外，在智能书架管理系统构建结束后，将人工服务台的数量适当增加也能将兼容性问题对系统的影响有效降低。

6 结语

总之，RFID技术下的智能书架系统的设计和应用是对图书馆管理系统的一次有效变革，将大大提升图书管理工作的效率。设计人员在进行系统总体架构设计过程中，要全面掌握RFID技术的工作原理，对当前图书管理系统的实际需求进行合理分析，通过各项模块的构建，来实现智能书架系统的各项功能。

参考文献：

[1] 张盛楠. 基于高频基于高频RFIDRFID射频技术在智能书架中的应用射频技术在智能书架中的应用[J]. 现代农业研究， 2017（10）：67-67.

[2] 陈明省. 适用于UHF RFID阅读器的相控阵天线设计[D]. 天津工业大学， 2017.

[3] 陈新鑫. 智能书架在少儿图书馆管理中的应用[J]. 福建图书馆理论与实践， 2016（3）：53-54.

[4] 唐清， 唐振贵. 图书馆RFID技术的深化——从智能书架到虚拟书架[J]. 科技视界， 2018（1）：96.

[5] 张敏. 安徽省公共图书馆RFID技术应用的调查与研究[D]. 安徽大学， 2017.

【通联编辑：代影】

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