-根据RFID技术的图书管理方案系统

基于RFID技术的图书管理系统

一、选题背景

随着新技术和新设备的引入，高校图书馆图书流通工作由完全的手工管理向计算机的自动化管理转变，使工作效率得到大大提高，服务质量和水平也有了很大的提高。但是当前得到高校图书馆普遍认可的“藏借阅一体”的开架模式，反而使书库管理难度前所未有的增加。虽然通过加强制度建设、人员保证、基础工作、检查评价等工作，可以有所改善。但仍有一些问题难以解决：

1．1 图书上架量大

由于书库兼有藏书和阅览功能，环境好、用书方便，使得读者阅览图书量急增。

1．2图书错架、乱架

由于书库的完全开放，读者对不需要的图书常常随意放置。为解决这一问题，有的图书馆采用书位牌、书架旁配小书架或书车等措施，但效果都不是很理想。虽然我们采取多种措施加强理架工作，同时也加重了图书馆工作人员的工作量，但在图书排架差错检查中差错率还是达到了2．88％，这说明要根本解决之还是非常困难。

1．3读者故意藏书

因种种原因，读者往往将某些图书藏起来或者随意放书。有的藏在其它类图库中，有的藏存包柜中或书架顶板上。图书管理员整理书库时，常发现图书放在了不应该摆放的位置。根据不完全统计，发生这种现象的图书数量是不少的。所以这种问题是不容忽视的。

1．4图书通过安检门

为防止未借阅图书被拿出图书馆，各个图书馆都会采取各种图书管理系统，大部分安检系统只会在未借阅图书经过安检门时候发生警报，不能说明具体是什么图书。有多本书时需要挨本书检测以得知是哪本未借阅图书被拿出。耗费时间，且有时候准确性不高。对于安检门没有检测出来的未借阅图书，就会成为一本名存实无的图书显示在图书馆管理系统中。

1．5寻书的困难

面对图书馆大量的藏书量，要找到一本图书只能通过确切的索引号去寻找。确切的索引号只能说明大概的位置，真正找书过程中还可能遇到图书放错了位置或者系统中显示存在的图书实际已经遗失。那会认读者陷入找书的痛苦之中。

1．6图书盘点

书库中实际藏书量到底有多少?要回答这个看似简单的问题，确实有点难。因为在计算机管理前，通常采用图书与卡片进行比较；而采用计算机管理后，书目数据都在计算机的数据库中，与实物进行比对变得困难了，并且一般的图书管理系统也不具备盘点功能。

是否管理好图书资源，尽最大可能延长图书的使用寿命。书库管理工作的效率和质量，直接关系到图书资源的利用和读者服务工作的好坏。而正在被国内外图书馆关注的RFID技术，在书库管理中具有非常明显的优势。

二、选题目的

根据我校图书馆现存问题：

1.未借阅图书被拿出图书馆大门和保存本阅览室图书被拿出保存本阅览室大门时，安检门会发生警告。但是无法知道具体书目。我们的系统将在学生携带未借图书出图书馆或拿出保存本阅览室图书时，显示该图书的信息与该放回的位置，方便图书管理人员将图书正确放回。

2.图书摆放错位或者遗失，或者对图书馆不熟悉的新同学找书时就会有种种难题。我们的系统可以在搜索图书时，提供图书定位功能，以可视化的方式提供数目具体位置，方便同学查找，节省时间；同时，图书管理人员也可以通过此功能找出遗失的书本。

3.图书摆放错位或者遗失时，会造成图书管理人员在书架整理图书时费时费力。通过我们的系统，只要图书管理人员拿着信号接收器，就可以快速的查出错位的图书，提高了效率。

学习了解RFID技术的实现方法和功能，希望通过RFID技术帮助解决现存问题，优化图书馆管理。

三、技术说明

（1）RFID技术及其优势

RFID是无线射频识别技术的缩写。RFID系统一般由在内部存储器中记录着各种ID信息的RFID电子标签、通过无线方式通信的读写器以及存储与ID关联信息的数据库构成。RFID技术具有事后向标签中写入和追加信息、可与多个RFID标签同时通信和读写器不需要像读取条形码那样正对RFID电子标签读写信息的特点。这些特点使得RFID系统的自动识别，自动追踪功能、多标签阅读功能和存储信息量大等方面，在当前书库管理中有明显的优势。主要表现在以下几个方面：

1.快速扫描。不光在一次扫描中只能有一个标签受到扫描；RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。

2.体积小型化，形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。

3.抗污染能力和耐久性。传统标签的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。RFID卷标是将数据存在芯片中，可以免受污损。

4.可重复使用。RFID标则可以重复地新增、修改、删除，方便信息的更新。

5.穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能进行穿透性通信。

6.数据的记忆容量大和安全性。RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变更。

注：EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存储器--一种掉电后数据不丢失的存储芯片。 EEPROM 可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用（Plug & Play）接口卡中，用来存放硬件设置数据。

（2）RFID技术在图书馆管理中的优势

1.自动识别功能

当前书库图书排架差错及读者有意藏书的问题，主要靠手工来解决。图书错架的校正是项费时、费神的工作，工作人员容易出现厌烦情绪。借助RFID的无线通信方式，工作人员手持RFID阅读器就可以自动识别、定位所找图书的具体位置，可大大减轻工作人员的工作压力，提高工作效率。利用自动识别功能，配以专门的图书分检设备，可以实现归还图书的自动分类和获取应放书架的具体位置，方便工作人员上架，特别是对于多校区图书馆，可以自动、准确区分不同校区的图书，避免跨校区归还的图书混杂在一起。

2.自动定位功能

利用RFID系统的自动追踪功能可以实现自动跟踪图书的去向，从而能主动发现图书所藏地点的变化，解决读者有意藏书问题。

3.多标签阅读功能

多标签阅读功能可以提高图书盘点速度(包括借还图书的速度)，但前提是书目数据准确性好；RFID在实际环境下识别的正确性、可靠性好，或具有差错捕获、校正功能。

4. RFID标签信息量大

一维条形码的容量约是50字节，二维条形码约有3000字节，RFID最大容量有数百万字节。利用标签信息量大，可将必要的书目信息写入标签，方便图书信息查询与校对，及时发现存在差错的图书，提高图书书目信息的核对和盘点工作效率。

（3）RFID的工作原理

标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID系统的组成：

射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签(即应答器)。另外还应包括天线，主机等。

1.信号发射机

在RFID 系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。

2.信号接收机

在RFID系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是"命令响应协议"。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止"欺骗问题"的产生。

3.编程器

只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。编程器写入数据一般来说是离线(OFF-LINE)完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。

4.应用软件系统：

a.硬件驱动程序:连接、显示以及处理卡片阅读器操作。

b.控制应用程序：控制卡片阅读器的运作，接受读卡器所回传的数据，作出相对应的处理。

c.数据库：储存所有Tag相关的数据（包括图书基本信息、图书具体位置、图书应存位置、图书索引号、图书条形码等），供控制程序使用。

四、功能与实现方法

1、利用2.45GHz有源射频电子标签进行图书信息的查询以及图书位置的定位。

要实现2.45GHz电子标签的图书定位功能，系统除了数据处理部分、解读识别部分和电子标签以外，还要一个分布较广泛，成本较低的地址码发生器（如下图）。通过解读器（如PDA式的解读器），位于图书上的电子标签收到地址码发生器发来的地址后，马上将地址码和电子标签原有的ID号一起发送到解读器，经解读器处理后的数据传输到控制系统。电脑网络或者PDA就可以知道图书的具体位置了。

网络结构图

根据图书定位的功能，在原有图书管理系统的基础上，加入定位功能结果显示。从解读器中读取定位到的图书的具体位置信息，显示查询到的图书信息结果中。由于图书馆中每本图书都有唯一的条形码，所以点击具体的每本图书，都能获取改图书的具体位置，不会产生同名图书的重复。

对于已经被借阅的图书，图书管理系统中会显示已借状态。由于标签信号已消除，所以不定位。对于未被借阅的图书，都可以定位到其在馆中的具体位置。借阅者在查询到图书信息的同时，也可以查到图书具体位置，直接到具体书架的具体行列就可以找到该图书。对于不在架上或者放错位置的图书，也可以知道具体的位置。方便借阅者寻找。

2、处理未被借阅图书被带出图书馆的问题

由于未被借阅图书标签的信号仍然存在，所以安检门上安装解读器或者与网络相连，安装相应的显示器。对于检测到的未借阅图书的信号，发送到解读器，解读器可以解读出图书具体信息显示出来。方便管理者检查

与收回图书，避免引来争议。

3、解决图书错位以及图书遗失问题

图书管理系统的数据库中保存了每本图书应在的具体位置。通过定位功能定位出图书具体位置也存放在一个数据库中，对于两组数据进行匹配，就能知道图书是否放错位。对于大量图书的问题，可以是系统中实现有选择性的检测图书位置，可以全馆图书检测、按库图书检测、按书籍类别类检测、按书名检测等等。通过检测匹配，显示不匹配的图书信息，方便管理员直接对于错位图书进行位置调整。对于未借阅图书，如果显示的馆中位置是不存在，则说明是该书已经遗失。图书管理员也可以进行相应的登记和适当的处理，例如增加图书数量等。

长期以来，对于错位或者遗失的图书进行统计，还可以得知是哪些书容易发生这些问题。对此，图书管理员可以采取相应措施进行处理。

五、问题与不足：

1、系统兼容性和可扩展性

不仅要充分考虑该系统与其原来使用自动化管理系统的兼容性，还要考虑该系统本身的兼容性及扩展性。

2、成本问题

对于现有系统要改造成基于RFID的图书管理系统，需要改变全部书籍的标签，输入相应信息，安装相应设备。需要投入大量的人力、财力、物力。对于新建图书馆实施起来比较方便。

3、由于该系统需要高技术的硬件需求，所以使用起来的维护工作比较艰巨。

4、由于RFID技术系统尚未普及，所以需要相应的培训学习。

5、安全性问题

当前广泛使用的无源RFID系统还没自．非常可靠的安全机制。无法对数据进行很好的保密，RFID数据还容易受到攻击，主要是因为RFID芯片本身，以及芯片在读或者写数据的过程中都很容易被黑客所利用。信号屏障是—个很大的问题。另外，RFID系统偶尔还发生误读的可能性。

六、系统的前景：

RFID标签相当于条形码技术中的条形码符号，用来存储需要识别传输的信息。但与条形码相比，它有着不可比拟的优势：防水、防磁、耐高温、体积小型化、形状多样化．使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如不需要光源、可以透过外部材料读取数据、能够同时处理多个标签、可以对所附着的物体进行追踪定位等。

如果RFID技术能与电子供应链紧密联系，那它很有可能在几年内取代条形码扫描技术。除此之外，RFID 技术更可广泛应用于需要对物品跟踪或分类管理的任何场合，如供应链与物流管理、生产制造与过程控制、货物的跟踪与管理、身份识别与门禁系统、文档追踪与图书馆管理、交通管理与城市规划等。

RFID系统使供应链的透明度大大提高，物品能在供应链的任何地方被实时地追踪，同时消除了以往各环节上的人工错误。安装在工厂、配送中心、仓库及商场货架上的读写器能够自动记录物品在整个供应链的流动——从生产线到最终的消费者。借助RFID技术，就能够实现存货管理的自动化。不仅零部件的位置一目了然，其数量也全在掌控之中。德国BMW 公司为保证汽车在流水线各位置准确的完成装配任务，将射频识别系统应用在汽车装配线上。很多国家的航空公司将射频识别技术应用于旅客行李管理中，大大提高了分拣效率，降低了出错率。使用RFID技术，对于类似行李、邮件和包裹的处理，都会变的更有效率。RFID作为一种识别技术，顺理成章地可以用来验证和检查人群与物品的身份。其显著的优点之一，就是它的无线读取方式大大提高了有效识别的距离，从而更加高效地处理有关数据，或者为对特殊情况作出反应赢得更多的时间。

文档追踪与图书馆管理。由于图书馆和档案馆等类似机构的应用环境相对稳定，数据也比较简单，所以RFID技术在这里得到了充分的展示。目前，已经有澳大利亚、印度、荷兰和马来西亚等十余个国家的将近100家机构采用了这项技术。其中新加坡国家图书馆堪称其中的典范：读者白助借书还书无需排队，可以用现金卡自动支付超期罚款等各种费用，以及白行查看借书记录；另外，该系统还可以对该归还的书籍进行半自动或自动分类，从而把图书管理员从简单的重复劳动中解放出来，为读者提供更人性化的服务。

交通管理与城市规划。在高速公路收费方面，香港车辆自动识别系统“驾易通”采用的就是射频识别技术。

装有RFID标签的汽车在通过装有读写器的专用隧道、停车场或高速公路路口时，无须停车缴费，读出设备可快速、准确地记录通过车辆的编号或帐户信息，实现高速公路通行费的自动征收与管理，大大提高了行车速度和效率。在射频卡应用方面，我国主要应用于智能交通领域，不仅节约了劳动力成本，而且可以大大提高乘客的通行速度，RFID系统甚至可以收集乘客分布和流向的有关数据，从而优化公交系统的行车路线与车次安排。射频卡另外一个应用项目就是第二代公民身份证。

随着芯片技术的不断进步，标签成本的降低、读写距离的提高、存储容量的增大、处理时间的缩短将成为可能，射频识别产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。可以预计，在未来的几年中，射频识别技术将持续保持高速发展，并将带来一场巨大的变革。射频识别技术在国外发展非常迅速，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。尽管我国射频识别技术起步较晚，射频识别技术应用状况还处于初级阶段，但市场前景非常广阔。相信在不久的将来，射频识别技术的应用将在生产线自动化、仓储管理、电子物品监视系统、货运集装箱的识别以及畜牧管理等方面会有很大的突破。利用RFID技术的各种软件也会应运而生。

七、参考书目：

[1].基于射频技术的无线识别系统设计.韩成浩，翁元炉，李猛，靳京.(吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院，吉林长春130021)

[2].基于射频技术的牌照识别系统.王雅平.(北方自动控制技术研究所太原030006)

[3].RFID技术在高校图书馆书库管理中的应用实践与探索术.毛兴武张根彬.浙江工业大学图书馆杭州310014

[4].无线-射频识别（RFID）系统的应用研究.张爱丽李志勇刘春红河南师范大学计算机与信息技术学院.河南师范大学05科研启动课题(052214) 基金项目:河南师范大学青年科学基金项目(2005014)

[5].高校图书馆信息管理的发展探讨.桂林航天工业高等专科学校图书馆王树芬龚永红

[6].RFID技术与图书馆自动化.谈政.(无锡商业职业技术学院图书馆，江苏无锡214000)

[7].关注射频标签技术. 刘琳琳.西安理工大学印刷包装工程学院

[8].基于Delphi的煤矿井下人员定位系统设计.李文宏,李永岗，刘宏字，骆科学.(山东科技大学信息与电气工程学院，山东青岛266510)

[10].井下人员定位系统.徐春妹，陈芳芳.(东南大学信息科学与工程学院，南京21096)

[11].2.4GH:射频技术在煤矿人员,定位系统中的应用.郭海军,郭江涛.(煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆俐兀切7)