RFID智能数字图书馆系统的构建概述

服务至上智慧彰显

——RFID智能数字图书馆系统的构建概述

    金志敏/文

   从2004年开始，国内数字图书馆界掀起了利用RFID技术进行服务模式改进的创新潮，使自助服务得到了革命性的提升。同时，一些数字图书馆在利用RFID智能设备推进数字图书馆延伸服务的创新模式方面也取得了很大的成功。数字图书馆开始越来越多地关注RFID系统的使用情况和相关应用模式的运行效果，很多数字图书馆希望参与到RFID技术的研究探索中，为数字图书馆界利用新技术提高服务水平贡献力量。

    将 RFID技术引入数字图书馆管理中，使数字图书馆自动化管理提升了一个台阶。相比传统“条码+磁条”的管理系统节省了大量的人工操作，提供了更多的读者自助服务，改变了传统数字图书馆藏书优先的观念，树立一种服务至上的管理理念，满足了信息化时代人们对数字图书馆提出的快速、便捷的服务要求。

    RFID 系统原理

    基本的 RFID 系统由电子标签、读写器和应用软件三部分组成（如图1）。应用程序与读写器之间的通信为有线通信，可以是串口或者 USB口，读写器和电子标签之间的通信是无线通信，通信基本流程为应用程序→读写器→电子标签→读写器→应用程序。

图1 RFID系统结构图

   其中，射频模块包括电源装置、射频振荡器、射频处理器、射频接收器、前置放大器。射频振荡器产生信号，通过射频处理器调制发射信号，送往天线发送给电子标签。从电子标签发回的信号，由射频接收器接收并经过放大送往控制模块处理。控制模块负责与应用系统软件进行通信，并且控制读写器和电子标签的通信，是读写器的头脑部分。它接收应用系统软件发送来的指令，经过信号的编码加密送到射频模块调制经天线发送给标签。对电子标签发来的信号解调、解码、解密传送给应用系统软件（如图2）。

图2 读写器结构图

   电子标签(Tag)，是射频识别系统真正的数据载体。每个电子标签都有唯一的电子编码，一般附在所要监测的物体上通过电磁波与读写器进行无线数据交换，具有智能读写和加密通信的功能（如图3）。电子标签接收读写器发来的信号，并将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分能量信号经过解调器解调后送往逻辑控制单元解码。根据读写器的要求送回数据经过调制后由天线发给读写器。

图3 电子标签结构图

    所有的电磁通信都是要占用一定的频率和带宽的，RFID通信也不例外，系统应用占据的频段或频点位于 ISM( Industrial ScientificMedical)频段，此频段主要是开放给工业、科学和医学三个主要机构使用，无需授权许可，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。目前，RFID系统在国际上广泛采用的典型工作频段有低频、高频、超高频和微波四个频段。分别为低频125kHz和133kHz，高频13.56MHz和27.12MHz、超高频433MHz和860MHz—960MHz，微波2.45GHz 和5.8GHz。工作频率的不同，工作原理也不相同，识别距离也有差别，低频识别距离较近，微波识别距离就比较远。这就决定了不同的频率应用于不同的领域。因此选择正确的频率是使用RFID 通信的首先考虑的问题。

    应用进程介绍

    RFID系统在数字图书馆的应用已有 10 年的历史。据 Checkpoint统计，截止2006年全球有超过 440 家数字图书馆采用了 RFID 技术，这一数字在 2007 年上升到2000家，世界大型数字图书馆应用 RFID 技术的速度正以每年 30％的速率增长，RFID在数字图书馆领域的应用中，美国居于世界领先地位，英国与日本并列第二。

    RFID 技术于 2004年开始进入国内数字图书馆市场。厦门集美大学诚毅学院数字图书馆作为国内第一家使用 RFID 馆藏管理系统的数字图书馆，于 2006 年2 月 20 日正式对外开放；深圳市数字图书馆于 2006 年 7 月在馆内全面使用 RFID技术替代传统的条码技术，建成完整的全自动 RFID 图书管理系统；中国国家数字图书馆二期工程规划的RFID 应用系统，于 2008 年9月对外开放，该系统及时向读者展示国家数字图书馆二期新馆的当前架位信息，实现读者自助借还图书。此外杭州市数字图书馆、厦门市少年儿童数字图书馆、上海市长宁区数字图书馆、北京石油大学、汕头大学新馆等也已经率先实施或使用RFID 系统。

    随着国内大型数字图书馆对 RFID 系统的成功引入和使用，RFID技术越来越被数字图书馆行业所关注，并被资深业内人士称为第三代数字图书馆自动化管理技术手段，在智能安全门、自助借还和图书整架盘点方面都有很大的优势。

    RFID 智能数字图书馆系统的构建

    RFID智能数字图书馆要求数字图书馆建立一个局域网网络环境，各个子系统通过网络通信协议与数据库通信，构成一个完整的 RFID智能数字图书馆体系。为每一本图书贴上 RFID电子标签，用来识别、追踪和保护图书。主要有以下几个功能：图书的编目、图书的自助借还、读者的自助服务、快速查找图书、图书整架、快速盘点和安全防盗等。

    根据功能的不同，RFID智能数字图书馆管理系统可分为七个子系统，分别为柜台工作站、编目工作站、读者服务机、图书整架车、自助借还机、24小时还书机、智能安全门，七个子系统都要连接使用数据库（如图 4）。

图4 RFID图书馆管理系统

    各个子系统各自完成相对独立的功能，连接使用同一个数据库，通过RFID智能数字图书馆网络，相互协作构成一个完整的 RFID 智能数字图书馆系统。

    各个子系统功能介绍

    柜台工作站子系统

   柜台工作站类似于现在条形码+磁条数字图书馆管理系统中的柜台工作站，是数字图书馆管理员工作使用的一个应用软件。主要有读者信息的管理和读者证的办理，图书信息的管理和借还，馆藏统计等功能。具体可分为系统管理、系统设置与维护、读者管理、图书管理、图书流通、数据统计和读者罚款七个功能模块(如图5)。

   系统管理是管理员使用和维护应用软件的权限，负责用户的管理、登录和注销功能，只有登录的管理员才有相应的使用权限，不同的用户类型有不同的使用权限。系统设置与维护是设置应用软件的管理项

图5 柜台工作站各功能模块

   目和分类，是为管理员提供的个性服务，管理员可以根据不同的数字图书馆类型，不同的读者类型来设置不同的项目，增强了应用软件的适应性。具体包括用户类型设置、读者类型设置、罚款类型设置、办证费用设置、图书分类维护、出版社维护和馆藏位置维护等。

   读者管理是数字图书馆对其读者信息的维护和服务，具体包括读者的档案管理、信息查询和证挂失恢复与补办三个功能模块。图书管理是数字图书馆对图书的管理和维护，包括编目工作站的部分功能，主要是图书的标签转换，为新书贴RFID电子标签等，图书信息填写加入数据库，同时还可以进行图书信息的查询等，具体分为图书档案管理、图书信息查询和图书推荐三个功能模块。

   图书流通是数字图书馆对其图书从上架到下架之间的图书流通管理，包括图书借阅、续借、归还等，具体分为图书借阅、续借和图书归还两个功能模块。

   数据统计是图书管理员管理数字图书馆的手段，通过统计，管理员可以详尽地掌握数字图书馆的图书使用状况，目前有多少图书借出，什么图书比较受欢迎，以便制定下一次采购图书计划，动态地调制数字图书馆藏书的比例，使数字图书馆发挥更高的效率，令读者满意。具体分为馆藏统计、借阅统计、逾期未还统计、预约统计、罚款统计和证件补办统计等六个方面。

    智能安全门子系统

   智能安全门包括智能门禁和防盗仪两部分，智能门禁安装在数字图书馆的入口段，控制人员进入。防盗仪安装在数字图书馆的出口段，控制人员出去。智能门禁系统安装有RFID 读写器和闸门控制系统，通过 RFID读写器和读者证之间的通信，读取读者证的信息，判断是否为本数字图书馆发放的读者证，是则控制闸门打开，不是则给出提示。这样有效地防止了外来人员非法进入数字图书馆，加强了数字图书馆的安全管理。

    防盗仪系统同样安装有 RFID 读写器，并安装声光报警装置和摄像监控装置。当 RFID读写器检测到读者非法带出数字图书馆藏书时，发出声光报警，监控摄像机抓拍携带未借出图书的读者照片，加强图书的安防管理。

    自助借还机子系统

   自助借还机放置于数字图书馆中，一般每层楼都放置一个或者几个，方便读者借阅，避免造成人员拥挤。自助借还机一般有三个功能：借书、还书和续借。读者找到自己要借的图书，使用读者证和密码登录自助借还机，根据界面的文字提示，将图书放置在书台上，书台上安装有RFID 读写器的天线，通过 RFID读写器读取图书中 RFID 电子标签，上传给计算机，计算机根据标签 ID连接数据库服务器进行查询，并起借阅，修改数据库中的相关信息，同时在图书标签中修改相应的标志位，使其可以正常通过安全门。在提示借阅成功后，读者就完成了借阅图书功能，退出读者证登录就可以离开了。

    读者还书时，同样把要归还的图书放置在书台上，RFID读写器读取标签，上传给计算机，计算机通过连接数据库，处理，修改相应的信息，更改标签中的防盗标志位后，提醒读者还书成功。读者把书放置到旁边的书箱中就可以离开了。续借图书一般有两种方式，读者可以通过读者证和密码登录自助借还机，查询自己借阅的图书点击续借，或者把要续借的图书放置在书台上，计算机通过连接数据库查询到图书已被借出，然后点击续借就可以完成续借。RFID自助借还机支持多本书同时借还，为读者节省了借还书时间。

    读者服务机子系统

   读者服务机一般放置在数字图书馆安全门入口位置，是一种查询机，一般包括触摸屏显示器、计算机、音响设备、电源设备、机柜、网络接口等。读者服务机是数字图书馆为了方便读者的自助查询和服务订制的。一般都有以下几个功能：数字图书馆简介、图书查询、图书预约、图书续借、读者信息查询、需求登记、楼层导览等。

    编目工作站子系统

   图书编目是按照标准（例如《中国数字图书馆图书分类法》）分类对文献资源进行分类，编制目录，建立馆藏目录体系。编目工作站是数字图书馆管理人员使用的，负责图书的征订、采购、编目和信息查询，同时还有旧数字图书馆升级使用RFID 系统时的标签转换工作。

   为了更好地服务读者，数字图书馆每隔一段时间都会淘汰一部分无人问津的图书，然后购买一部分新的图书，对采购的新书首先要进行编目，然后才能上架。为每一本图书要贴上RFID 电子标签，并把标签的 ID和图书的名称、作者、出版社等信息关联到一起，建立一个图书信息表，录入数据库。这样，每一本图书都有了自己的身份证，就可以进行借阅流通了。对旧的数字图书馆，馆内有大量的藏书，这些藏书都是使用目前最流行的条码进行识别的。对这些图书则要进行标签转换，同样为每一本图书贴上RFID 电子标签，把标签 ID 、条码，以及图书信息关联一起，建立图书信息表，录入数据库，为旧数字图书馆升级改造。

    图书整架车子系统

   图书整架车也是图书管理人员使用的，主要是针对错架、乱架的图书的整理，和图书的盘点工作：推车式的整架车和手持式 RFID整架终端，类似于pos机。

   对于条码数字图书馆管理的弊端，使得数字图书馆管理混乱，图书错架、乱架情况严重，读者找书借书的不便，RFID数字图书馆提供了整架车系统。整理某个书架时，利用推车式整架车或者手持 RFID 整架终端，首先读取到书架上的 RFID标签，然后扫描整个书架的图书 RFID标签，扫描到标签时，查询数据库，看其本来的书架位置信息是否与该书架标签一致，不一致就是错架的图书，把它取下来放回到它该放的书架。完成一个书架的整理，比手工整理书架速度快了很多，而且准确率很高，避免人为的疏忽。盘点是对数字图书馆当前图书在位情况的统计，图书整架车可以使盘点更加快速准确。

    24 小时自助还书机子系统

    24 小时自助还书机更加突出数字图书馆的服务至上的理念。读者可以在数字图书馆关门后在 24小时自助还书机上还书，避免了因工作忙没来得及还书而引起图书超期。24小时自助还书机类似于自助借还机，但只有还书的功能没有借书的功能，还书时，必须把图书放入舱门内，在系统读取图书 RFID电子标签连接数据库，查询信息，还书成功后，会在界面提示读者还书成功，并打印凭条，然后把图书收入图书箱。如果还书不成功，则打开舱门，提示读者取出图书，并且提示是什么原因造成的还书不成功。设计一个舱门，是出于安全考虑，防止读者还书成功后，把图书拿走归为己有。

    数据库

    各个子系统都要连接数据库，通过数据库相互协作，构成完整的图书管理系统。数据库服务器有 13个信息表，分别为图书信息表、读者信息表、读者类型表、借阅关系表、预约信息表、图书征订信息表、书架信息表、读者证补办表、图书管理员信息表、罚款类型信息表、图书编目表、罚款记录表、信息发布表。

   总之，RFID图书管理系统是图书馆管理现代化、智能化的有力体现，也是学校教学手段现代化的必然选择。随着在图书馆不断地推广和应用，RFID技术将促进现代化图书馆从服务内容到服务方式的全面变革，是提高图书馆管理水平和服务水平的一次重大飞跃。

    （作者单位：江苏理工学院）（《中国自动识别技术杂志》2014年第5期 http://www.aidchina.com.cn/