基于RFID的圖書館智能管理系統的設計

王鈺冰

摘要：為簡化圖書館員的工作量，實現圖書館智能化管理，應用RFID技術，完成對圖書館智能管理系統的設計。首先，介紹RFID技術、超高頻電子與射頻技術等關鍵技術。其次，在完成系統架構和系統數據庫的基礎上，依次設計電子標簽轉換、流通工作站、自助借還、文獻檢索、圖書防盜檢測等模塊。最后，測試系統性能。結果表明：在RFID技術的應用背景下，系統具有圖書歸還流程簡單、圖書定位精確度高、查找方便快捷、安全可靠等特點，完全符合預期設計標準和要求。

關鍵詞：RFID；圖書館；智能管理系統

一、前言

智慧圖書館構建和應用，可以幫助人們智能化、精確化搜集、整理和收藏圖書，為人們提供交互性強、自由靈活的閱覽體驗[1]。射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）作為一種常用的自動化識別技術，主要包含天線、電子標簽、讀卡器等組成部分，具有掃描快速快、可讀寫性強、安全可靠等特點，通過將該技術應用于圖書館智能管理系統設計中，不僅可以保證24小時自助還書功能實現效果，還能智能化、高效化整理亂架圖書，簡化圖書館員的工作量，縮短讀者排隊等候時間，有效地提高圖書館智能化管理水平[2]。因此，在RFID技術的應用背景下，為簡化圖書借還流程，提高圖書定位精確度，強化對圖書館智能管理系統的設計迫在眉睫。

二、系統設計關鍵技術

（一）RFID技術概述

RFID技術是一種常用的傳感器技術。一套完整健全的RFID系統，除了用到閱讀器、電子標簽外，還用到存儲器和主機系統。RFID系統結構如圖1所示。

該系統工作原理如下：利用閱讀器，采用天線發射的方式，完成對一定頻率射頻信號的統一化發射，當射頻信號的識別區域出現電子標簽后，電子標簽可被成功激活，并形成相應的感應電流。隨后，電子標簽借助天線將射頻信號統一發送至閱讀器，由閱讀器借助調制解調，解碼處理電子標簽信息，并將其發送和傳輸至主機系統，由主機系統對這些數據進行統一化處理[3]。

（二）超高頻電子與射頻技術

超高頻電子主要是指位于300MHz～3GHz這一頻率范圍內的電子技術。射頻技術主要是指位于30KHz～300GHz這一頻率范圍內的電子技術。超高頻電子與射頻技術在具體應用中，主要涉及無線設計、射頻電路設計、信號傳輸等內容，通過將該技術應用于無線通信領域，可以幫助人們在足不出戶的情況下隨時隨地進行無線通信[4]。

三、系統總體設計

（一）系統架構設計

圖書館智能管理系統架構主要劃分為三個層次。第一，應用層。應用層設計目的是保證圖書館智能化服務水平和應用水平，為讀者提供智能盤點、自助借還、文獻檢索、圖書防盜檢測等模塊。第二，網絡層。網絡層設計目的是借助互聯網、5G技術、局域網，將感知層所獲取的信息數據安全、可靠地傳輸和發送至應用層。第三，感知層。感知層設計目的是借助RFID電子標簽、視頻監控等各種設備，全面采集數據，識別圖書信息等[5]。圖書館智能管理系統架構如圖2所示。

（二）系統數據庫設計

系統數據庫作為系統的后臺，主要用于對圖書信息、圖書位置信息的統一化存儲和管理。通過科學地設計數據庫結構，可以實現對重要信息數據的高效化、安全化存儲，提高數據的完整性、保密性和一致性。在設計系統數據庫時，主要選用了SQLServer2000數據庫，重點設計圖書信息表、圖書位置信息表[6]。其中，圖書信息表主要包含RFID標簽號、索引號、圖書名稱、作者、出版社、出版日期等屬性。圖書位置信息表主要包含樓層號、書架號、書架層號等屬性。

四、系統功能設計

（一）電子標簽轉換模塊設計

電子標簽轉換模塊設計目的是關聯借書卡標簽，幫助用戶注冊和使用書庫架標，為讀者提供圖書查詢、標簽打印等強大功能。同時，還要對電子標簽進行轉換處理，將最終轉換結果直接綁定于圖書標簽信息，方便用戶快捷、有效地處理圖書流通信息。在設計電子標簽轉換模塊期間，通過運用標準交換（Standard Interchange Protocol V2.00，SIP2）協議，與書目管理系統、圖書條碼系統等多個系統進行無縫連接。在該轉換模塊中，主要應用以下兩種集成硬件：標簽轉換裝置可以精確識別和檢測標簽安裝是否良好，標簽發行終端主要用于對圖書、層標等標簽信息的智能化讀取和寫入以及不同條形碼與圖書信息的統一化綁定，方便讀者智能化訪問圖書詳細信息。

（二）流通工作站模塊設計

在流通工作站中，除了涉及標簽轉換模塊外，還用到兩個工作站，分別是圖書檢索工作站和流通館員工作站，方便用戶智能化、高效化檢索和續借所需要的圖書，提高RFID標簽轉換處理效率和效果。當系統停止運行后，會將天線功效自動關閉。該模塊成功啟動后，可以將圖書RFID標簽自動轉換為相應的條碼識別號，并采用RFID識別方法，將該模塊與圖書館集成管理系統的流通工作站模塊進行無縫對接，確保RFID與流通系統之間完美融合，只有這樣，才能借助原有流通系統客戶端，保證順暢借還書。

（三）盤點模塊設計

盤點模塊主要用于對圖書的順架、盤點、剔舊等處理，支持讀者快速查詢和定位書架和圖書。運用圖書標簽這一流通管理介質，完成對智能圖書館環境的搭建，方便后期圖書館文獻清點、新書入館、圖書歸類與剔除等工作開展，促使管理向精細化、智能化、便捷化方向不斷發展。盤點模塊的具體設計主要涉及接收機、蓄電池、中央控制計算機等模塊。系統在停運的情況下，可將天線功效自動關閉。同時，做好對以下參數的科學化設置：在進行非接觸式閱讀時，將圖書讀取速度、圖書一次性識別率分別設置為160冊/min以上、99%以上，為讀者提供資料搜索、典藏結果保存等功能；將硬盤容量統一設置為60GB；利用無線網絡，可以實現對目標圖書的精確化查詢，并結合圖書定位信息，對架位是否正常進行核實。一旦發現圖書排架出錯，會采用聲音、燈光等形式，發出相應報警提醒。整個盤點模塊的工作頻率統一設置為930MHz～930MHz，支持讀者在指定的工作區間內安全可靠地識讀多個標簽。

（四）自助借還模塊設計

自助借還模塊作為圖書館智能管理系統的核心模塊，主要是指綜合運用RFID、人工智能等前沿技術，從借書、還書、續借等多個方面入手，智能化操作和識別經過電子標簽認證的圖書。自助借還模塊主要包含揚聲器、高頻讀卡器、天線、射頻電纜線、一體機等部分，通過將自助借還軟件安裝和部署于控制主機上，滿足用戶同時借還多本圖書，有效地提高自助借還效率和識別精確度。在該模塊下，系統參數設置標準如下：將系統響應速度、圖書識別率、閱讀半徑分別設置為16個標簽/秒以上、99%以上、240mm。自助借還模塊設計原理如下：首先，認證讀者身份信息是否合法有效，當讀者身份信息合法有效時，系統自動開啟和應用RFID讀寫器，快速讀取圖書電子標簽信息。當信息讀取結束后，用戶可以結合系統屏幕提醒，點擊“確認借書”按鈕，當該按鈕點擊后，說明借書成功，此時，RFID讀寫器功能自動關閉。當借書操作完成后，系統會自動打印圖書館名稱、借閱日期、歸還日期等信息。用戶點擊和觸發“還書”按鈕，系統自動進入還書頁面中，此時，RFID讀寫器模塊自動開啟，方便用戶全面讀取圖書標簽信息。另外，在設計自助借還模塊時，需要將本地數據庫安裝和部署于借還系統終端上，一旦系統出現網速異常問題，系統將借還書信息統一存儲到本地數據庫中，當網速恢復正常后，本地數據庫會自動將所存儲信息統一傳輸和存儲至中央數據庫中，確保數據存儲的同步性和一致性。

（五）文獻檢索模塊設計

文獻檢索模塊在具體設計時，主要運用Browser／Server結構模式，從提名、出版社、主題詞等關鍵詞入手，與Web網絡進行有效連接，對文獻信息進行模糊查詢或者多級查詢，以分頁形式，將最終查詢結果形象、直觀地呈現在用戶面前，便于用戶查看和調用。在“圖書信息位置”列中，點擊和選中相應的圖書，以實現對所需圖書的精確化定位，此時，系統地圖以紅點閃爍的方式，自動顯示圖書所在具體書架位置。讀者利用系統客戶端，可以對圖書進行精確化定位，快速查找圖書位置信息。

（六）圖書防盜檢測模塊設計

應用圖書防盜檢測模塊，可以有效地檢測和驗證用戶圖書借閱行為是否合法，當用戶在未辦理借閱手續的情況下闖入監測區，系統會自動發出報警聲，以引起相關人員的注意。RFID安全門作為一種重要的設備，具有較高的偵測能力，可以結合用戶所攜帶的電子標簽，進行圖書信息的全面化檢測和比對。安全門組件主要包含讀寫器、電纜線、聲光報警器等部分。在設計圖書防盜檢測模塊時，需要借助自動偵測軟件進行設計和實現。圖書防盜檢測模塊包含以下幾個子功能。第一，圖書安全監測。系統在實際運行期間，可以對圖書防盜檢測頁面進行一系列操作，如啟動、暫停、繼續等。當進入安全監測區域的讀者并沒有辦理相關借閱手續時，監控列表會自動查詢和呈現有關圖書的名稱、條碼號等信息，并發出相應的報警聲。第二，安全門檢測日志查詢。安全門檢測日志主要用于對圖書檢測信息的統一記錄和收集。第三，統計功能。該功能與讀者計數器類似，可以實現對圖書總數的統計和計數。防盜安全檢測流程如圖3所示。

五、系統測試

（一）測試方案

系統測試目的是驗證系統的有效性和可靠性，從負載性能測試、安全測試兩個方面入手，重點測試流通工作站、自助借還、圖書防盜檢測三大模塊功能的實現效果。首先，搭建測試環境。將服務器硬盤內存統一設置為3000G，將工作站的CPU內存設置為128M，選用Windows2010/XP操作系統，搭建SQLServer2000數據庫。其次，確定系統測試范圍。重點測試以上三大模塊的反應時間、負載性能、可靠性。最后，明確系統檢測內容。采用手動測試的方式，重點測試以上三大模塊，并對各個模塊的反應時間、服務器響應速度等性能進行全面觀察和記錄。

（二）測試用例與測試結果分析

1.流通工作站模塊測試

在進行流通工作站模塊測試期間，從大量的圖書中隨機抽取60冊樣本圖書，并對其流通工作站進行全面測試，測試其是否滿足相關設計標準和要求。測試結果如表1所示，從表1的數據可以看出，流通工作站模塊為讀者提供正常借閱功能，圖書歸還操作簡單流暢，可以同時集中操作多本圖書，另外，模塊響應速度較高。

2.自助借還模塊測試

從海量的圖書中隨機抽取1000冊樣本圖書，并對其進行自助借還模塊測試，測試結果如表2所示，從表2的數據可以看出，允許讀者對多本圖書進行一次性借還，觸摸屏軟鍵盤操作使用流暢，簽讀出率達到99%以上。

3.圖書防盜檢測模塊測試

從海量的圖書中隨機抽取1000樣本圖書，并對其圖書防盜檢測模塊進行測試，測試結果如下：當系統安全啟動和運行后，需要對系統啟動、暫停、停止等運行狀態進行測試，顯示運行狀態正常且報警功能穩定運行。測試成功率達到100%，測試誤差率僅僅為0.1%。

六、結語

綜上所述，應用RFID技術重點設計和實現圖書館智能管理系統的電子標簽轉換、流通工作站、自助借還、文獻檢索、圖書防盜檢測等模塊，實現對新型圖書館智能管理系統的智能化升級，形成一種以讀者為主的自助服務模式，為讀者提供精確定位、地圖查詢等服務，提高圖書流通自動化管理水平，完全符合實際應用需求?？傊?，在RFID技術的應用背景下，系統具有操作簡單、圖書識別率高、圖書智能化管理水平高等特點，完全滿足實際應用需求，為促使圖書館向智能化、數字化、信息化方向不斷發展提供重要的平臺支持。

參考文獻

[1]安誠誠，劉建宇，楊靜.基于RFID的鄉村圖書館設計與研究[J].技術與市場，2022，29（06）：121-122.

[2]陸亞紅，李靖，施曉華.新技術環境下圖書館智能館藏管理系統設計與構建[J].圖書館雜志，2021，40（09）：48-53.

[3]管勝波，王瑞勇.基于RFID技術的高校智能圖書館系統設計與實現[J].信息記錄材料，2022，23（05）：135-137.

[4]楊建峰.基于RFID技術的圖書館管理系統構建[J].信息記錄材料，2023，24（01）：194-196.

[5]李春杰.基于RFID技術應用的無人圖書館智能管理[J].信息記錄材料，2022，23（08）：162-164.

[6]宋明慧，黃金明，高東省.基于物聯網的圖書館電子標簽識別系統的設計[J].自動化應用，2022（02）：150-153.

責任編輯：張津平