基于RFID技术的图书馆智能错架提醒系统设计研究

姜绿圃，焦延涛，王 博，丁振宇（华北水利水电大学水利学院）

1 引言

高校图书馆是校园文化的重要组成部分，担负着为教学、科研服务的双重任务，被誉为学校的“第二课堂”，是激发学生求知欲望、培养学生良好心理素质、确立社会主义道德情操和人生观的阵地。但是，在高校图书馆日常借书过程中，时常会遇到查询显示在馆却找不到书的情况，大海捞针一样找书的过程不仅浪费了读者大量的时间，降低了其阅读体验，也影响了图书馆的整体形象。

本文以华北水利水电大学图书馆为例进行分析。2011年，华北水利水电大学图书馆引进了射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）自助借还书系统，该系统由RFID阅读器读取粘贴在图书上的存储着图书信息的RFID芯片，每本图书的详细信息已被录入图书管理信息系统，当读者通过检索系统查找到所需图书的信息后，便得知该图书的具体馆藏位置，并提供到达目标书架的路径指示，引导读者快速找到相应的图书。［1］但若目标图书存在乱架、错架现象，即目标图书并未按照索引号标示的位置摆放，则导致读者在相应的目标书架上找不到目标图书。

目前，图书错架、乱架的现象在很多图书馆都普遍存在，造成这一现象的原因有：① 部分读者在图书馆浏览图书时，习惯边走边看，而后随手将图书放置在身边的任一书架上；② 馆员对归还图书进行重新上架时有时会出现工作失误，造成错架、乱架现象。尽管RFID射频识别技术能在一定程度上协助馆员找出错架的图书，［1］减少馆员由于工作失误造成图书错架、乱架现象的发生，提高图书馆整架工作的效率，但并不能有效避免在整架工作的间歇期（即读者正常借阅时间段内）由于读者随手放置图书而造成的错架、乱架现象。因此，本文研究设计了一种基于RFID技术的图书馆智能错架提醒系统，该系统能够在图书被放错位置时及时提醒读者和图书馆管理员，有效规避图书错架、乱架现象。

2 图书馆智能错架提醒系统工作原理

2.1 系统组成

该系统包含固定式RFID阅读器、信息集成模块、数据识别读取终端。具体方式：在每个书柜的每层书架两端设置固定式RFID阅读器，每个书柜设置一个数据识别读取终端，传输信息集成模块与各层的固定式RFID阅读器之间的信息（见图1）。

图1 系统构成分布（以四层书柜为例）

目前，市面上有高频（HF RFID）和超高频（UHF RFID）两种比较成熟的RFID技术。HFRFID技术发展较早，但系统造价较高；UHF RFID技术造价低、识别距离远，但易受环境影响，［2］为节约成本，RFID芯片及固定式RFID阅读器可使用UHF RFID技术。信息集成模块会将各层固定式RFID阅读器检测到的图书信息实时汇总传输到数据识别读取终端，由数据识别读取终端分层存储该书柜所有的图书信息，并将分层存储的图书信息与信息集成模块传输过来的信息进行比对。

2.2 系统各工况流程

（1）数据识别读取终端分层存储图书信息。数据的更新存储属于主动指令，即由RFID阅读器对本书柜范围内的全部图书信息进行扫描，并将扫描到的数据储存于数据识别读取终端，终端根据阅读器传送的实时数据对已存储的信息进行一键更新（见图2）。

图2 终端数据更新存储流程

（2）通过数据识别读取终端进行检测。图书馆工作人员会定期整理书架，对已归还图书、错拿错放图书重新整理上架，整个过程由于工作量大较容易出错。为了减少错误率，图书馆智能错架提醒系统在数据识别读取终端设置了检测按钮，在每一个书柜整架完毕后，可以对书柜的每层图书进行检测，查看是否存在错放情况。当存在图书错放情况时，数据识别读取终端会发出报警提示音提醒，只有手动关闭检测按钮或是取出错放的图书时报警提示音才会停止（见图3）。这种主动检测可以极大地提高图书整架的工作效率，当该书柜不存在错放的图书时，通过终端的主动检测功能便可以直接进行下一个书柜的整架工作。及时按照索引号规整图书，极大地提高了读者查找图书的效率，这也是图书馆按照索引号摆放图书的目的。但因图书流通量大，图书错架、乱架现象常有发生，主动检测功能在图书馆工作人员进行图书归整时就显得尤为重要。

图3 主动检测功能流程

（3）正常监测工况下系统的工作流程。在正常监测工况下，RFID阅读器会对各层书架进行实时扫描监测，并将扫描数据传输至数据识别读取终端，数据识别读取终端将传回的数据与原有数据进行比对，以保证终端中储存最新的图书排架信息（见图4）。

3 系统各部分原理分析

3.1 RFID阅读器工作原理

图4 终端自动监测报警流程

RFID系统由标签、阅读器、天线组成。阅读器是标签与系统之间进行数据传输的途径，并且具有防冲撞技术，可同时处理多个标签并确保数据的完整性，这是传统条形码所不具备的功能。RFID阅读器通过天线发送一定频率的射频信号，当标签（射频卡）进入发射天线工作的区域时将产生感应电流，被激活的标签（射频卡）将自身编码等信息通过内置天线以载波信号的形式发送出去，载波信号经过天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码后会发送到后台主系统进行相关处理（见图 5）。［3］

图5 RFID系统工作原理

3.2 信息传输流程

系统数据的交换主要是在阅读器与数据识别读取终端之间进行，书柜每一层的两端均设置有一个阅读器，两个阅读器共同对本层图书进行监测。以四层书柜为例（见图6），共设置了八个阅读器，两个阅读器监测一层书架，由阅读器与信息集成模块完成数据的交换。

图6 系统数据交换（以四层书架为例）

系统的数据交换是一个双向传输的过程：一方面，阅读器自动将实时监测到的图书信息传输给数据识别读取终端；另一方面，数据识别读取终端要求阅读器进行检测，阅读器将检测信息反馈给数据识别读取终端。信息集成模块将各个阅读器扫描到的信息进行汇总传输，但这种汇总并不会将整个书柜的信息进行融合，而是仍以层架为单位传输信息，方便与终端存储的原有信息进行层层比对。

3.2.1 监测工况下系统数据传输

监测工况下，在系统开启之后，阅读器会自动对各层书架的图书进行扫描，各层阅读器将监测到的信息通过通讯接口传送到该书柜的数据识别读取终端，终端的信息集成模块将汇总之后的分层信息传输给终端数据处理，终端会将接收到的信息与原有信息进行分层比对，当发现有图书错架、乱架现象时，终端会触发报警装置发出报警提示音，报警提示音持续3秒钟自动结束；若图书信息没有错误，则直接进行下一次扫描比对。再次进行扫描时，若上一个循环的图书错架、乱架现象已触发过报警装置且还未更正，则不会再次触发报警系统（见图7）。

图7 监测工况下系统数据传输流程

3.2.2 检测更新工况下系统数据传输

与自动监测不同，检测更新工况下的扫描指令由终端发出，当存在图书错架、乱架现象时，报警提示音将持续发出，只有将错架、乱架的图书放于正确位置或终端发出新的指令时，报警提示音才会停止。

待数据识别读取终端发出指令后，书柜的所有阅读器开始对本层图书进行扫描，并将扫描到的信息通过通讯接口传送到该书柜的数据识别读取终端。终端的信息集成模块将汇总之后的分层信息传输给终端数据处理，数据处理将接收到的信息与原信息进行分层比对，当存在图书错架、乱架现象时，会触发报警装置并持续发出报警提示音；如若没有上述情况出现，则该次检测完毕（见图8）。

系统在两种情况下会发出报警提示音：① 该书柜存在图书错架、乱架现象；② 该书柜图书已进行更新，有新书上架或旧书下架。针对第一种情况，需要将错误放置的图书进行正确处理；针对第二种情况，需要更改终端的指令，将书柜的所有图书信息进行更新。

图8 检测更新工况下系统数据传输流程

4 结语

RFID技术已经在图书馆中被广泛应用，是图书馆现代化管理理念的重要体现。但在现阶段的应用中，RFID并未完全发挥作用。因此，本文在RFID技术应用的基础上，构建了新的智能错架报警系统，在书柜出现图书错架、乱架现象时进行报警提醒。运用该系统可进一步发挥RFID技术的功能性优势，为读者提供更好的服务。