基于RFID圖書館智能書架設(shè)計(jì)實(shí)例

　　隨著圖書館向“藏借閱一體”全開架管理模式轉(zhuǎn)變，原本一直困擾圖書館工作的亂架問題變得愈發(fā)嚴(yán)重。無論是配發(fā)書位牌、還是專設(shè)臨時(shí)書架等方法，都無法很好地解決亂架問題，從而造成館內(nèi)死書不斷產(chǎn)生，帶來了文獻(xiàn)資源的大量浪費(fèi)。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(shù)手段。現(xiàn)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(jù)報(bào)警提示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)亂架圖書。相比傳統(tǒng)方法，在效率上有了極大提高，但仍需要管理員進(jìn)行走動(dòng)管理，逐架檢查，要花費(fèi)不少人力。本文基于RFID技術(shù)，構(gòu)建了智能書架設(shè)計(jì)實(shí)例一則，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)亂架圖書的自動(dòng)檢查。

　　智能書架的主要設(shè)計(jì)目的是采用RFID技術(shù)，來改進(jìn)圖書館現(xiàn)有在架、外借圖書的統(tǒng)計(jì)工作，是以即時(shí)書庫檢查和亂架圖書檢查為主要功能的系統(tǒng)。它通過對(duì)書庫的掃描，檢查并找出亂架圖書，并提供與之對(duì)應(yīng)的正確架位。此外，系統(tǒng)還將根據(jù)圖書的最新狀態(tài)顯示細(xì)節(jié)，即哪些在架、哪些已外借以及正在館內(nèi)使用的圖書。

　　1 硬件需求

　　智能書架所應(yīng)用的硬件主要包括：UHF(Ultra High Frequency)電子標(biāo)簽、RFID讀取器以及天線。系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，硬件需求以館內(nèi)現(xiàn)有服務(wù)器為準(zhǔn)。

　　1.1 UHF電子標(biāo)簽

　　盡管絕大多數(shù)應(yīng)用RFID技術(shù)的圖書館都采用了HF(High Frequency)方案，但在本案中通過對(duì)HF與UHF進(jìn)行對(duì)比后(表1、表2[1])，選擇了后者。

　　從以上對(duì)比可以看出，UHF相對(duì)于HF具有標(biāo)簽較小，讀取距離遠(yuǎn)，讀取速度快，適用于遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)傳輸，天線尺寸合適，電磁噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，因此本案選擇的是頻率為920MHz的UHF電子標(biāo)簽。由于實(shí)驗(yàn)選擇用書厚度不均，僅保證每層書架存放30冊圖書，因此標(biāo)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(cè)。具體讀取器和天線的安裝數(shù)量，取決于書架的層數(shù)。如果一個(gè)書架有4層，每層安裝2根天線，就需要用到2個(gè)讀取器和8根天線。在本案中僅設(shè)計(jì)了2層書架，只需要1個(gè)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(cè)(見圖1)。

　　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(tǒng)設(shè)計(jì)

　　管理員登入：在進(jìn)入系統(tǒng)工作界面之前，設(shè)置了管理員登陸窗口，用以限制用戶。有權(quán)限的管理員鍵入ID及相應(yīng)的密碼后即可登陸系統(tǒng)主頁。

　　系統(tǒng)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(jìn)行及時(shí)書目校對(duì)，并根據(jù)圖書的狀態(tài)顯示在架、外借、使用中等細(xì)節(jié)。亂架檢測部分被分為人工生成和自動(dòng)生成兩個(gè)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(dòng)檢查會(huì)根據(jù)設(shè)定的檢查時(shí)間，自動(dòng)生成并彈出亂架圖書頁面，管理員需根據(jù)頁面信息將亂架圖書歸位，否則該頁面會(huì)一直停留，直至全部亂架圖書歸位。

　　書庫檢查部分，系統(tǒng)設(shè)有啟動(dòng)、暫停兩個(gè)按鈕，用于啟動(dòng)、暫停、重新啟動(dòng)書庫檢查工作進(jìn)程。此處需調(diào)取館內(nèi)現(xiàn)有書目數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)，用于更新已外借圖書狀態(tài)。當(dāng)按下啟動(dòng)鍵，系統(tǒng)自動(dòng)讀取電子標(biāo)簽，并將讀取結(jié)果與書目數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，如數(shù)據(jù)狀態(tài)發(fā)生改變，則更新數(shù)據(jù)庫，如果沒有改動(dòng)則繼續(xù)讀取、比對(duì)進(jìn)程直至結(jié)束。最終將書目數(shù)據(jù)按在架、已外借、使用中3個(gè)狀態(tài)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(nèi)使用或放于館內(nèi)某處。

　　系統(tǒng)還設(shè)置有啟動(dòng)和終止人工亂架檢查和自動(dòng)亂架檢查的按鈕，用于啟動(dòng)或終止人工或自動(dòng)亂架檢查進(jìn)程。但不管哪種運(yùn)行方式，最終結(jié)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(shí)間選擇任意架次執(zhí)行，而自動(dòng)操作則是書庫檢查結(jié)束后，按照設(shè)定時(shí)間，每隔一定時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)檢查(本案設(shè)為1小時(shí))，并彈出檢查結(jié)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(tǒng)。

　　3 數(shù)據(jù)庫開發(fā)

　　本案數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用C#和SQL Sever2008開發(fā)，此處重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)庫SOL Sever2008的使用。

　　首先，創(chuàng)建一個(gè)名為Library的數(shù)據(jù)庫，在該庫中初始創(chuàng)建了3個(gè)永久表：Librarian、Antennalocation、Book。當(dāng)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(gè)書架的第幾層。

　　系統(tǒng)運(yùn)行后，會(huì)創(chuàng)建4個(gè)新的臨時(shí)表：Reader、Inventorylatest、Misplace、Correctplace。這4個(gè)表中所記錄的內(nèi)容都需要及時(shí)更新，因此可以隨機(jī)寫入和清除。系統(tǒng)每運(yùn)行1次，這4個(gè)表都會(huì)被重新創(chuàng)建1次。

　　數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有圖書的初始狀態(tài)均被置為使用中，當(dāng)圖書被借出時(shí)，其狀態(tài)更新為已外借，當(dāng)圖書通過借還書系統(tǒng)歸還后又將恢復(fù)使用狀態(tài)，當(dāng)圖書被置于書架上時(shí)，狀態(tài)則被更新為在架。以上狀態(tài)的更改變化均通過讀取器讀取電子標(biāo)簽自動(dòng)完成。

　　3.1 書庫檢查

　　當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)書庫檢查后，讀取器按照定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間間隔，定時(shí)讀取電子標(biāo)簽(本案設(shè)為10秒讀取1次)。讀取到的信息被存入數(shù)據(jù)庫的Reader表中。以下是用于顯示圖書狀態(tài)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(tài)，當(dāng)讀取器沒有讀取到圖書的ID，并且圖書的狀態(tài)也不是已外借，則該書的狀態(tài)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(tài)為非已外借)。其功能主要是清除之前讀取到的狀態(tài)。

　　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(tài)為在架，當(dāng)讀取器讀取到圖書ID并且該ID存在于Book表中，該書的狀態(tài)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(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)人工亂架檢查后，系統(tǒng)會(huì)自行判斷亂架檢查進(jìn)程是否是初次運(yùn)行。如果是初次運(yùn)行，程序?qū)⑼ㄟ^查詢語句3，繼續(xù)將書庫檢查中的最新數(shù)據(jù)保存至Inventorylatest表，然后執(zhí)行查詢語句4，將最新的數(shù)據(jù)表(Inventorylatest)與原始數(shù)據(jù)表(Book)進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)將亂架圖書信息保存至Misplace表中。

　　如果曾經(jīng)運(yùn)行過亂架檢查，系統(tǒng)將首先清除原有Inventorylatest、Misplace、Correctplace表中內(nèi)容，然后再將書庫檢查中的最新數(shù)據(jù)保存至Inventorylatest表，并將最新的數(shù)據(jù)表(Inventorylatest)與原始數(shù)據(jù)表(Book)進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)將亂架圖書信息保存至Misplace表中。

　　比對(duì)結(jié)束后，如果有亂架圖書，程序?qū)⑼ㄟ^查詢語句5創(chuàng)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(jié)果。如果沒有亂架圖書，系統(tǒng)將會(huì)顯示沒有亂架圖書的檢查結(jié)果。如果要終止人工亂架檢查，只需要點(diǎn)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(dòng)亂架檢查與人工檢查程序大致相同，不同之處在于需要設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，確保自動(dòng)亂架檢查結(jié)果每隔一定的時(shí)間彈出1次(本案設(shè)為1小時(shí))。此外，自動(dòng)亂架檢查結(jié)果頁面將會(huì)保持停留狀態(tài)，直至管理員將圖書歸位，并且點(diǎn)擊核實(shí)按鈕，系統(tǒng)將會(huì)再次進(jìn)行亂架檢查，確保是否還有亂架圖書。如果沒有，則關(guān)閉頁面返回主頁。如果有，頁面將會(huì)停留，管理員此時(shí)無法進(jìn)行其他操作。

　　4 系統(tǒng)測試

　　4.1 讀取器讀取能力測試

　　在本案所設(shè)的兩層書架上，每層各安置30冊圖書，共計(jì)60冊。為了驗(yàn)證讀取器的讀取能力，本案在10分鐘內(nèi)，每隔2分鐘進(jìn)行1次讀取測試，一共進(jìn)行了5輪測試，結(jié)果如表3。

　　由以上數(shù)據(jù)可以看出，讀取器的讀取能力還是非?？煽?，總共25次測試當(dāng)中24次成功讀取全部圖書，1次讀取到59冊圖書，準(zhǔn)確率達(dá)96%。

　　4.2 書庫檢查準(zhǔn)確率測試

　　從書架上隨機(jī)取出1本圖書，然后啟動(dòng)書庫檢查程序，驗(yàn)證其準(zhǔn)確率。測試重復(fù)進(jìn)行了10次，結(jié)果如表4。表4 書庫檢查準(zhǔn)確率測試

　　由以上數(shù)據(jù)可以看出，書庫檢查系統(tǒng)對(duì)于不在架圖書的檢測10全部成功，準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

　　4.3 亂架檢查準(zhǔn)確率測試

　　本案將書架分為6個(gè)分區(qū)(見圖3)，每層3個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)各放置一本亂架圖書，然后分別運(yùn)行人工檢查和自動(dòng)檢查程序，測試各重復(fù)5次，結(jié)果如表5、表6。

　　由以上數(shù)據(jù)可以看出，人工檢查在對(duì)6個(gè)分區(qū)的5次測試中，全部成功。自動(dòng)檢查在對(duì)6個(gè)分區(qū)的5次測試中，成功29次，失敗1次，準(zhǔn)確率達(dá)到97%。

　　4.4 亂架檢查流程測試

　　將自動(dòng)檢查定時(shí)器設(shè)置為間隔1小時(shí)，然后運(yùn)行自動(dòng)亂架檢查程序，結(jié)果如下：

　　第一次：正常運(yùn)行自動(dòng)亂架檢查程序，1小時(shí)后，檢查結(jié)果自動(dòng)彈出。

　　第二次：啟動(dòng)人工亂架檢查程序，并記錄結(jié)果，1小時(shí)后，人工亂架檢查結(jié)果自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)亂架檢查結(jié)果自動(dòng)彈出。

　　第三次：連續(xù)點(diǎn)擊兩次書庫檢查按鈕啟動(dòng)按鈕，1小時(shí)后，自動(dòng)亂架檢查結(jié)果自動(dòng)彈出，此后沒有第二次彈出。

　　由以上結(jié)果可以看出，整個(gè)系統(tǒng)流程運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)意外卡死或報(bào)錯(cuò)。

　　5 結(jié) 語

　　以上智能書架系統(tǒng)設(shè)計(jì)，作為一個(gè)小型的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠碇v基本達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目的，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)館藏圖書的自動(dòng)檢查、比對(duì)，以及對(duì)亂架圖書的自動(dòng)報(bào)錯(cuò)，這也證實(shí)了基于RFID設(shè)計(jì)智能書架是完全可行的。但本案僅僅是對(duì)局部進(jìn)行了小范圍實(shí)驗(yàn)，對(duì)于動(dòng)輒數(shù)千個(gè)書架的整體館藏規(guī)模尚沒有充分的驗(yàn)證，因此擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)樣本后的準(zhǔn)確率究竟有多高，還無法做出明確的估計(jì)。而且本案在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)于成本問題沒有過多的考慮，對(duì)于推廣應(yīng)用中的成本核算也沒有明確的預(yù)估。從這些角度來看，本案仍有待于進(jìn)一步改進(jìn)提高。