基于RFID的乡村图书馆设计与研究

安诚诚，刘建宇，杨 静

(安徽三联学院，安徽 合肥 230601)

1 国内乡村图书馆发展现状

随着国家近年来越来越重视乡村发展、乡村振兴，我国乡村图书馆迅速发展起来。到2003年为止，我国乡村图书馆数量约5.7万个。2006年，国家进一步发展乡村图书馆，遂每年援助建设3～5万个乡村图书馆，力争5年内全国64万个村委中能有1/3以上建有乡村图书馆。《乡村振兴战略规划(2018—2022年)》更是明确提出要实现乡村公共文化服务全覆盖，提升服务效能。

虽然近些年我国乡村图书馆发展迅速，但问题也有很多。由于我国政策原因，各地区经济发展优先度不同，以致全国各地的发展水平存在较大差异，使得全国各地乡村图书馆的发展情况存在较大差异。建设完成后人力资源问题也将成为一大难题。我国乡村图书馆一直以来面临着管理混乱、规范和监督机制缺失、管理人员专业素养较低等问题。

随着乡村振兴发展，乡村内的人员组成结构产生了较大变化，从单一的农民组成到现今的农民、专业户、私营企业主、承包户、企业员工混合结构。服务对象的变化，对应着服务需求的变化，带来的是对乡村图书馆服务质量、手段的更高要求。但大多数乡村图书馆的管理结构和方式还不能适应新的需求。而本文所提出的RFID技术可以解决目前乡村图书馆面临的大多数问题。

2 RFID智能图书管理系统

2.1 RFID智能图书管理系统组成

1)软件有自助还书系统、图书查询系统和图书管理系统三种。自助还书系统是以多个简洁明了的功能按钮组成，界面简单而清晰，主要是帮助借阅者以最简单的步骤、最高的效率完成还书操作。图书查询系统可以检索和查询图书，并且可以显示最近1周、1个月和更长时间段内本图书馆和使用本系统的其他图书馆的图书借阅数量、热门借阅图书书名、位置和借阅者阅读图书种类的百分比分布等数据，帮助借阅者了解各类情况。图书管理系统能够帮助图书管理人员掌握图书馆各类情况，查询和记录各类信息，方便管理人员管理图书。

2)硬件部分有自助还书机、图书查询机、移动还书机、馆员工作站、RFID电子标签、电子便签转换器、手持盘点器、RFID借阅卡以及RFID安全门。①自助还书机具有身份识别功能、充消磁功能和清单打印功能，搭载自助还书系统，分布于图书馆和乡村各处，方便借阅者就近归还图书。②图书查询机搭载图书查询系统，帮助借阅者检索、查询图书和了解各类信息，提高了服务效率。③移动还书机能够定位装载图书的原位置，进行引路，还可以帮助工作人员搬运图书，并且具有升降功能，方便上架放书。④馆员工作站搭载图书管理系统可进行RFID标签转换，将电子便签与图书信息绑定，还具有借阅、归还、续借、查询、借阅卡办理等多项功能，极大方便管理人员进行管理操作。⑤电子便签能够快速写入和储存图书信息，并能够配合其他机器多次读写识别信息。⑥电子便签转换器赋予每本图书唯一编码，通过编码查阅借阅者和图书信息。⑦RFID借阅卡记录借阅者信息，且信息加密。⑧RFID安全门能够扫描和识别电子便签，并能进行报警。

2.2 RFID系统原理

RFID技术又称无线射频识别技术，是一种使用电磁信号进行隔空识别的技术。RFID系统分成硬件和软件两部分。读写器和电子标签两者组成硬件部分。电子标签内主要有三种元器件，分别是耦合元件、芯片与天线，主要负责存储信息。每个电子便签都被赋予不会重复的编码。电子标签和读写器交互时，读写器先发出读取命令，电子标签收到后，将存储的信息转为特定频率电磁波经过天线发送给读写器。当读写器通过电磁波命令电子标签进行写入时，电子标签会将所存储的数据写入芯片。读写器由控制模块、无线通信模块与天线构成，主要负责接收由软件发出的指令，并将读取到的待识别目标的数据信息传给软件。读写器能通过天线与电子标签连接，向电子标签中写入数据或者从电子标签中读取数据，还能与后台软件通过线路进行连接。后台软件主要负责对读写器发来的数据进行收集和存储，并分析这些数据从而作出相关决策，此外还能命令读写器进行读写。

2.3 RFID位置感知技术原理

常见的RFID位置感知方法有:基于信号到达时间差(TDOA)的定位、基于信号到达角度(AOA)的定位、基于信号到达时间(TOA)的定位、基于回波信号强度(RSSI)的定位等。这些定位方法都属于基于测量间距的定位方法。这些方法首先要测出目标电子标签与读写器间距，再计算处理间距数据，最后得到目标电子标签的位置。而基于非测量间距的定位方法则不需要得知物体间距，但需要提前放置一个用于定位的电子标签，以此获取到目标标签的位置。四种位置感知技术都各有优缺点，RSSI定位在于其定位系统较容易搭建，但容易受到一些影响因子的干扰导致其定位的精准度大大降低。TDOA定位也同样会受到一些影响因子的干扰，导致其精确度降低。AOA本身定位精确度高，但是在图书馆的环境下，将导致其测量误差较大。TOA定位在图书馆的精确度依然能够保持较高的水准，所以作为RFID乡村智能图书馆的定位方法是比较合理的。

2.4 基于信号到达时间(TOA)的定位方法

基于信号到达时间的定位方法的原理是:在系统中预先布置读写器，读写器向目标电子标签广播发送射频信号，并且记录发送时间t1，射频信号到达目标标签后立即返回读写器，读写器记录接收到反馈信号的时间t2，通过射频信号往返于读写器与目标标签之间的时间长度t=t2-t1，即可根据公式:

计算出目标标签与读写器的间距。v为空气介质下的电磁波速度。测得3个读写器与目标标签的间距L1、L2、L3后，分别以间距L1、L2、L3为半径，读写器为圆心画圆，3个圆的交点就是目标标签的位置点。

3 RFID技术与传统条形码的区别

RFID技术与传统条形码的区别如表1所示。

表1 传统条形码与RFID技术对比

3.1 简化借书、还书流程，提高效率

在使用传统条形码的图书馆内，管理人员在借阅者借书和还书时，手动翻开书页，然后找到条形码位置后才能扫描条形码进行登记，并且一次只能扫描一本图书。整个过程效率较低且较复杂。使用了RFID技术则可以将多本图书同时扫描并登记，借阅者借书、还书的效率大幅提高。同时，传统条形码在较长时间使用后易脱落和破损，而RFID电子标签则出现脱落和损坏现象，节省了大量的后期维护成本。

3.2 大幅降低图书盘点和查找工作量

图书馆内盘点图书工作是一项很费时费力的工作，人力盘点图书不仅耗时长，而且效率低。图书管理员需要凭借记忆或清单对图书进行分类、排序、查找或差缺，效率极低，随工作人员个人状态的不同准确率也会有所变动。而使用手持盘点器和移动还书机，利用RFID技术远距离、非接触、快速读取多标签和实时定位的特点，可使图书分类、排序、查找或差缺等一系列工作变的极其简单，工作量大幅降低，而工作效率大幅提高。

3.3 安全性强

条形码本身无磁性，条形码防盗一般是在物品上贴防盗标签。工作人员消磁后物品才可带出，对应的物品上架要进行充磁。但这种磁性会被强磁消除，被消磁后物品经过安全门时不会触发警报，物品被盗风险大增。而RFID卡使用内部芯片储存数据，周围磁场无法影响其状态。配合RFID安全门，扫描每个出入者身上是否有电子标签，并报警，可彻底防止有人未登记就将图书带出。

4 结语

结合RFID物联网技术的显著特点，采用无线射频识别技术，可解决如今乡村图书馆管理系统的弊端。随着物联网技术的高速发展，图书馆的管理系统也将更加完善，使乡村图书馆存在的价值和意义得到更好的发展和延续。