基于RFID圖書館智能書架設計實例

〔摘 要〕圖書館圖書亂架問題由來已久，現有解決方案多為臨時應急辦法，并不能從根本上徹底解決問題的存在。為徹底解決圖書館亂架問題，根據RFID技術特點，利用C#和SQL Sever2008，設計了一個基于RFID的圖書館智能書架系統。該系統硬件主要由頻率為920MHz的UHF電子標簽、RFID讀取器、天線組成，軟件系統包含書庫檢查和亂架檢查兩大部分，能夠實現對在架、外借圖書的清點、統計工作。通過RFID讀取器讀取電子標簽信息，并將結果與數據庫進行比對，從而檢查并找出亂架圖書以及相對應的正確架位。經過測試，結果表明該系統運行穩定，數據讀取精確度較高，查找、比對結果達到預期目的，在實際工作中既可以節省人力，又可以提高工作效率。

〔關鍵詞〕RFID；圖書館；智能書架；設計

隨著圖書館向“藏借閱一體”全開架管理模式轉變，原本一直困擾圖書館工作的亂架問題變得愈發嚴重。無論是配發書位牌、還是專設臨時書架等方法，都無法很好地解決亂架問題，從而造成館內死書不斷產生，帶來了文獻資源的大量浪費。在RFID（Radio Frequency Identification）引入圖書館后，為解決圖書亂架問題提供了一種全新的技術手段?，F通行的主流方式是由管理員手持RFID讀取器，沿書架依次掃描，根據報警提示，及時發現亂架圖書。相比傳統方法，在效率上有了極大提高，但仍需要管理員進行走動管理，逐架檢查，要花費不少人力。本文基于RFID技術，構建了智能書架設計實例一則，以期實現對亂架圖書的自動檢查。

智能書架的主要設計目的是采用RFID技術，來改進圖書館現有在架、外借圖書的統計工作，是以即時書庫檢查和亂架圖書檢查為主要功能的系統。它通過對書庫的掃描，檢查并找出亂架圖書，并提供與之對應的正確架位。此外，系統還將根據圖書的最新狀態顯示細節，即哪些在架、哪些已外借以及正在館內使用的圖書。

1 硬件需求

智能書架所應用的硬件主要包括：UHF（Ultra High Frequency）電子標簽、RFID讀取器以及天線。系統采用C/S架構，硬件需求以館內現有服務器為準。

1.1 UHF電子標簽

盡管絕大多數應用RFID技術的圖書館都采用了HF（High Frequency）方案，但在本案中通過對HF與UHF進行對比后（表1、表2[1]），選擇了后者。

從以上對比可以看出，UHF相對于HF具有標簽較小，讀取距離遠，讀取速度快，適用于遠場數據傳輸，天線尺寸合適，電磁噪聲小等優點，因此本案選擇的是頻率為920MHz的UHF電子標簽。由于實驗選擇用書厚度不均，僅保證每層書架存放30冊圖書，因此標簽一律置于圖書的第二頁。

1.2 讀取器及天線

與手持式RFID讀取器不同，智能書架采用的是固定讀取器，安裝于書架頂部及底部。書架每層各有2根天線，分別置于兩側。具體讀取器和天線的安裝數量，取決于書架的層數。如果一個書架有4層，每層安裝2根天線，就需要用到2個讀取器和8根天線。在本案中僅設計了2層書架，只需要1個讀取器和4根天線。采用成本較低的鋼制天線盒，將天線盒安裝于每層書架的兩側（見圖1）。

圖1 書架展示

在電源方面，通過測試最終確定最適用于讀取器的功率為29.50dBm。

2 系統設計

管理員登入：在進入系統工作界面之前，設置了管理員登陸窗口，用以限制用戶。有權限的管理員鍵入ID及相應的密碼后即可登陸系統主頁。

系統主要有兩部分組成：書庫檢查和亂架檢查部分。書庫檢查部分的功能是進行及時書目校對，并根據圖書的狀態顯示在架、外借、使用中等細節。亂架檢測部分被分為人工生成和自動生成兩個小部分，其功能是顯示所有亂架圖書、亂架位置及其正確位置。其中自動檢查會根據設定的檢查時間，自動生成并彈出亂架圖書頁面，管理員需根據頁面信息將亂架圖書歸位，否則該頁面會一直停留，直至全部亂架圖書歸位。

圖2 系統流程

書庫檢查部分，系統設有啟動、暫停兩個按鈕，用于啟動、暫停、重新啟動書庫檢查工作進程。此處需調取館內現有書目數據庫的相關數據，用于更新已外借圖書狀態。當按下啟動鍵，系統自動讀取電子標簽，并將讀取結果與書目數據庫進行比對，如數據狀態發生改變，則更新數據庫，如果沒有改動則繼續讀取、比對進程直至結束。最終將書目數據按在架、已外借、使用中3個狀態分別列表在頁面上顯示。在架表示圖書可外借，已外借表示圖示已被借出，使用中表示圖書正在館內使用或放于館內某處。

系統還設置有啟動和終止人工亂架檢查和自動亂架檢查的按鈕，用于啟動或終止人工或自動亂架檢查進程。但不管哪種運行方式，最終結果均按照亂架圖書、亂架位置、正確架位分類顯示不同之處在于，人工操作可以在任意時間選擇任意架次執行，而自動操作則是書庫檢查結束后，按照設定時間，每隔一定時間進行自動檢查（本案設為1小時），并彈出檢查結果，直至管理員將亂架圖書歸位后才能再次激活書庫檢查系統。

3 數據庫開發

本案數據庫系統采用C#和SQL Sever2008開發，此處重點介紹數據庫SOL Sever2008的使用。

首先，創建一個名為Library的數據庫，在該庫中初始創建了3個永久表：Librarian、Antennalocation、Book。當書架上的天線檢查到某本圖書，參照天線位置圖，就可以知道該書在哪個書架的第幾層。

系統運行后，會創建4個新的臨時表：Reader、Inventorylatest、Misplace、Correctplace。這4個表中所記錄的內容都需要及時更新，因此可以隨機寫入和清除。系統每運行1次，這4個表都會被重新創建1次。

數據庫內所有圖書的初始狀態均被置為使用中，當圖書被借出時，其狀態更新為已外借，當圖書通過借還書系統歸還后又將恢復使用狀態，當圖書被置于書架上時，狀態則被更新為在架。以上狀態的更改變化均通過讀取器讀取電子標簽自動完成。

3.1 書庫檢查

當系統啟動書庫檢查后，讀取器按照定時器設定的時間間隔，定時讀取電子標簽（本案設為10秒讀取1次）。讀取到的信息被存入數據庫的Reader表中。以下是用于顯示圖書狀態的查詢語句：

查詢語句1

Update Book

set Status=’Using’

from Book.Reader

where Reader.BookID<>Book.BookID and Book.Status<>’Borrowed’

該查詢語句用于更新那些非已外借和使用中的圖書狀態，當讀取器沒有讀取到圖書的ID，并且圖書的狀態也不是已外借，則該書的狀態被更新為使用中（Reader表中的圖書ID與Book表不同，并且圖書狀態為非已外借）。其功能主要是清除之前讀取到的狀態。

查詢語句2

update Book

set Status=’Available’

from Book，Reader

where Book.BookID=Reader.BookID

該查詢語句用于更新可外借圖書的狀態為在架，當讀取器讀取到圖書ID并且該ID存在于Book表中，該書的狀態即被更新為在架（Reader表中的圖書ID與Book表中的ID一致）。

3.2 亂架檢查

當系統啟動人工亂架檢查后，系統會自行判斷亂架檢查進程是否是初次運行。如果是初次運行，程序將通過查詢語句3，繼續將書庫檢查中的最新數據保存至Inventorylatest表，然后執行查詢語句4，將最新的數據表（Inventorylatest）與原始數據表（Book）進行比對，同時將亂架圖書信息保存至Misplace表中。

如果曾經運行過亂架檢查，系統將首先清除原有Inventorylatest、Misplace、Correctplace表中內容，然后再將書庫檢查中的最新數據保存至Inventorylatest表，并將最新的數據表（Inventorylatest）與原始數據表（Book）進行比對，同時將亂架圖書信息保存至Misplace表中。

比對結束后，如果有亂架圖書，程序將通過查詢語句5創建Correctplace表，以獲取亂架圖書的正確位置。然后通過查詢語句6，以亂架圖書的亂架位置、正確位置為題頭，顯示人工亂架檢查結果。如果沒有亂架圖書，系統將會顯示沒有亂架圖書的檢查結果。如果要終止人工亂架檢查，只需要點擊頁面上的退出按鈕即可。

該部分用到的查詢語句：

查詢語句3

select R.BookID，B.Title，A.Shelf，A.Levell into inventorylatest from Reader R，Book B，Antennalocation A where R.BookID=B.BookID and R.Antenna=A.Antenna

查詢語句4

select Title，Shelf，Levell into misplace from inventorylatest WHERE NOT EXISTS （SELECT Title，Shelf，Levell FROM Book WHERE Book.BookID=inventorylatest.BookID and Book.Shelf=inventorylatest.Shelf and Book.Levell=inventorylatest.Levell）

查詢語句5

select A.Title，B.Shelf，B.Levell into from misplace A，Book B where B.Title=A.Title

查詢語句6

Select A.Title，A.Shelf，A.Levell，B.Shelf，B.Levell FROM misplace A LEFT JOIN correctplace B ON A.Title=B.Title

自動亂架檢查與人工檢查程序大致相同，不同之處在于需要設置一個定時器，確保自動亂架檢查結果每隔一定的時間彈出1次（本案設為1小時）。此外，自動亂架檢查結果頁面將會保持停留狀態，直至管理員將圖書歸位，并且點擊核實按鈕，系統將會再次進行亂架檢查，確保是否還有亂架圖書。如果沒有，則關閉頁面返回主頁。如果有，頁面將會停留，管理員此時無法進行其他操作。

4 系統測試

4.1 讀取器讀取能力測試

在本案所設的兩層書架上，每層各安置30冊圖書，共計60冊。為了驗證讀取器的讀取能力，本案在10分鐘內，每隔2分鐘進行1次讀取測試，一共進行了5輪測試，結果如表3。表3 讀取器讀取能力測試

次數1～2分鐘3～4分鐘5～6分鐘7～8分鐘9～10分鐘1606060606026060606060359606060604606060606056060606060

由以上數據可以看出，讀取器的讀取能力還是非常可靠，總共25次測試當中24次成功讀取全部圖書，1次讀取到59冊圖書，準確率達96%。

4.2 書庫檢查準確率測試

從書架上隨機取出1本圖書，然后啟動書庫檢查程序，驗證其準確率。測試重復進行了10次，結果如表4。表4 書庫檢查準確率測試

次數結果次數結果1T6T2T7T3T8T4T9T5T10T注：T代表檢查到缺書，F代表未檢查到。由以上數據可以看出，書庫檢查系統對于不在架圖書的檢測10全部成功，準確率達到100%。

4.3 亂架檢查準確率測試

本案將書架分為6個分區（見圖3），每層3個分區，每個分區各放置一本亂架圖書，然后分別運行人工檢查和自動檢查程序，測試各重復5次，結果如表5、表6。

圖3 書架分區布置

表5 人工亂架檢查測試

由以上數據可以看出，人工檢查在對6個分區的5次測試中，全部成功。自動檢查在對6個分區的5次測試中，成功29次，失敗1次，準確率達到97%。

4.4 亂架檢查流程測試

將自動檢查定時器設置為間隔1小時，然后運行自動亂架檢查程序，結果如下：

第一次：正常運行自動亂架檢查程序，1小時后，檢查結果自動彈出。

第二次：啟動人工亂架檢查程序，并記錄結果，1小時后，人工亂架檢查結果自動關閉，自動亂架檢查結果自動彈出。

第三次：連續點擊兩次書庫檢查按鈕啟動按鈕，1小時后，自動亂架檢查結果自動彈出，此后沒有第二次彈出。

由以上結果可以看出，整個系統流程運行正常，沒有出現意外卡死或報錯。

5 結 語

以上智能書架系統設計，作為一個小型的實驗模型來講基本達到了最初的設計目的，能夠實現對館藏圖書的自動檢查、比對，以及對亂架圖書的自動報錯，這也證實了基于RFID設計智能書架是完全可行的。但本案僅僅是對局部進行了小范圍實驗，對于動輒數千個書架的整體館藏規模尚沒有充分的驗證，因此擴大實驗樣本后的準確率究竟有多高，還無法做出明確的估計。而且本案在整個設計過程中對于成本問題沒有過多的考慮，對于推廣應用中的成本核算也沒有明確的預估。從這些角度來看，本案仍有待于進一步改進提高。

參考文獻

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（本文責任編輯：孫國雷）