基于RFID的鄉村圖書館設計與研究

安誠誠，劉建宇，楊 靜

(安徽三聯學院，安徽 合肥 230601)

1 國內鄉村圖書館發展現狀

隨著國家近年來越來越重視鄉村發展、鄉村振興，我國鄉村圖書館迅速發展起來。到2003年為止，我國鄉村圖書館數量約5.7萬個。2006年，國家進一步發展鄉村圖書館，遂每年援助建設3～5萬個鄉村圖書館，力爭5年內全國64萬個村委中能有1/3以上建有鄉村圖書館。《鄉村振興戰略規劃(2018—2022年)》更是明確提出要實現鄉村公共文化服務全覆蓋，提升服務效能。

雖然近些年我國鄉村圖書館發展迅速，但問題也有很多。由于我國政策原因，各地區經濟發展優先度不同，以致全國各地的發展水平存在較大差異，使得全國各地鄉村圖書館的發展情況存在較大差異。建設完成后人力資源問題也將成為一大難題。我國鄉村圖書館一直以來面臨著管理混亂、規范和監督機制缺失、管理人員專業素養較低等問題。

隨著鄉村振興發展，鄉村內的人員組成結構產生了較大變化，從單一的農民組成到現今的農民、專業戶、私營企業主、承包戶、企業員工混合結構。服務對象的變化，對應著服務需求的變化，帶來的是對鄉村圖書館服務質量、手段的更高要求。但大多數鄉村圖書館的管理結構和方式還不能適應新的需求。而本文所提出的RFID技術可以解決目前鄉村圖書館面臨的大多數問題。

2 RFID智能圖書管理系統

2.1 RFID智能圖書管理系統組成

1)軟件有自助還書系統、圖書查詢系統和圖書管理系統三種。自助還書系統是以多個簡潔明了的功能按鈕組成，界面簡單而清晰，主要是幫助借閱者以最簡單的步驟、最高的效率完成還書操作。圖書查詢系統可以檢索和查詢圖書，并且可以顯示最近1周、1個月和更長時間段內本圖書館和使用本系統的其他圖書館的圖書借閱數量、熱門借閱圖書書名、位置和借閱者閱讀圖書種類的百分比分布等數據，幫助借閱者了解各類情況。圖書管理系統能夠幫助圖書管理人員掌握圖書館各類情況，查詢和記錄各類信息，方便管理人員管理圖書。

2)硬件部分有自助還書機、圖書查詢機、移動還書機、館員工作站、RFID電子標簽、電子便簽轉換器、手持盤點器、RFID借閱卡以及RFID安全門。①自助還書機具有身份識別功能、充消磁功能和清單打印功能，搭載自助還書系統，分布于圖書館和鄉村各處，方便借閱者就近歸還圖書。②圖書查詢機搭載圖書查詢系統，幫助借閱者檢索、查詢圖書和了解各類信息，提高了服務效率。③移動還書機能夠定位裝載圖書的原位置，進行引路，還可以幫助工作人員搬運圖書，并且具有升降功能，方便上架放書。④館員工作站搭載圖書管理系統可進行RFID標簽轉換，將電子便簽與圖書信息綁定，還具有借閱、歸還、續借、查詢、借閱卡辦理等多項功能，極大方便管理人員進行管理操作。⑤電子便簽能夠快速寫入和儲存圖書信息，并能夠配合其他機器多次讀寫識別信息。⑥電子便簽轉換器賦予每本圖書唯一編碼，通過編碼查閱借閱者和圖書信息。⑦RFID借閱卡記錄借閱者信息，且信息加密。⑧RFID安全門能夠掃描和識別電子便簽，并能進行報警。

2.2 RFID系統原理

RFID技術又稱無線射頻識別技術，是一種使用電磁信號進行隔空識別的技術。RFID系統分成硬件和軟件兩部分。讀寫器和電子標簽兩者組成硬件部分。電子標簽內主要有三種元器件，分別是耦合元件、芯片與天線，主要負責存儲信息。每個電子便簽都被賦予不會重復的編碼。電子標簽和讀寫器交互時，讀寫器先發出讀取命令，電子標簽收到后，將存儲的信息轉為特定頻率電磁波經過天線發送給讀寫器。當讀寫器通過電磁波命令電子標簽進行寫入時，電子標簽會將所存儲的數據寫入芯片。讀寫器由控制模塊、無線通信模塊與天線構成，主要負責接收由軟件發出的指令，并將讀取到的待識別目標的數據信息傳給軟件。讀寫器能通過天線與電子標簽連接，向電子標簽中寫入數據或者從電子標簽中讀取數據，還能與后臺軟件通過線路進行連接。后臺軟件主要負責對讀寫器發來的數據進行收集和存儲，并分析這些數據從而作出相關決策，此外還能命令讀寫器進行讀寫。

2.3 RFID位置感知技術原理

常見的RFID位置感知方法有:基于信號到達時間差(TDOA)的定位、基于信號到達角度(AOA)的定位、基于信號到達時間(TOA)的定位、基于回波信號強度(RSSI)的定位等。這些定位方法都屬于基于測量間距的定位方法。這些方法首先要測出目標電子標簽與讀寫器間距，再計算處理間距數據，最后得到目標電子標簽的位置。而基于非測量間距的定位方法則不需要得知物體間距，但需要提前放置一個用于定位的電子標簽，以此獲取到目標標簽的位置。四種位置感知技術都各有優缺點，RSSI定位在于其定位系統較容易搭建，但容易受到一些影響因子的干擾導致其定位的精準度大大降低。TDOA定位也同樣會受到一些影響因子的干擾，導致其精確度降低。AOA本身定位精確度高，但是在圖書館的環境下，將導致其測量誤差較大。TOA定位在圖書館的精確度依然能夠保持較高的水準，所以作為RFID鄉村智能圖書館的定位方法是比較合理的。

2.4 基于信號到達時間(TOA)的定位方法

基于信號到達時間的定位方法的原理是:在系統中預先布置讀寫器，讀寫器向目標電子標簽廣播發送射頻信號，并且記錄發送時間t1，射頻信號到達目標標簽后立即返回讀寫器，讀寫器記錄接收到反饋信號的時間t2，通過射頻信號往返于讀寫器與目標標簽之間的時間長度t=t2-t1，即可根據公式:

計算出目標標簽與讀寫器的間距。v為空氣介質下的電磁波速度。測得3個讀寫器與目標標簽的間距L1、L2、L3后，分別以間距L1、L2、L3為半徑，讀寫器為圓心畫圓，3個圓的交點就是目標標簽的位置點。

3 RFID技術與傳統條形碼的區別

RFID技術與傳統條形碼的區別如表1所示。

表1 傳統條形碼與RFID技術對比

3.1 簡化借書、還書流程，提高效率

在使用傳統條形碼的圖書館內，管理人員在借閱者借書和還書時，手動翻開書頁，然后找到條形碼位置后才能掃描條形碼進行登記，并且一次只能掃描一本圖書。整個過程效率較低且較復雜。使用了RFID技術則可以將多本圖書同時掃描并登記，借閱者借書、還書的效率大幅提高。同時，傳統條形碼在較長時間使用后易脫落和破損，而RFID電子標簽則出現脫落和損壞現象，節省了大量的后期維護成本。

3.2 大幅降低圖書盤點和查找工作量

圖書館內盤點圖書工作是一項很費時費力的工作，人力盤點圖書不僅耗時長，而且效率低。圖書管理員需要憑借記憶或清單對圖書進行分類、排序、查找或差缺，效率極低，隨工作人員個人狀態的不同準確率也會有所變動。而使用手持盤點器和移動還書機，利用RFID技術遠距離、非接觸、快速讀取多標簽和實時定位的特點，可使圖書分類、排序、查找或差缺等一系列工作變的極其簡單，工作量大幅降低，而工作效率大幅提高。

3.3 安全性強

條形碼本身無磁性，條形碼防盜一般是在物品上貼防盜標簽。工作人員消磁后物品才可帶出，對應的物品上架要進行充磁。但這種磁性會被強磁消除，被消磁后物品經過安全門時不會觸發警報，物品被盜風險大增。而RFID卡使用內部芯片儲存數據，周圍磁場無法影響其狀態。配合RFID安全門，掃描每個出入者身上是否有電子標簽，并報警，可徹底防止有人未登記就將圖書帶出。

4 結語

結合RFID物聯網技術的顯著特點，采用無線射頻識別技術，可解決如今鄉村圖書館管理系統的弊端。隨著物聯網技術的高速發展，圖書館的管理系統也將更加完善，使鄉村圖書館存在的價值和意義得到更好的發展和延續。