張姝, 袁凌云, 葛桂麗

(1.云南師范大學 檔案館(民族教育信息化教育部重點實驗室),云南 昆明 650500；2.云南師范大學 信息學院,云南 昆明 650500)

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基于物聯(lián)網(wǎng)的高校檔案智能管理系統(tǒng)研究與設計

張姝1, 袁凌云2, 葛桂麗2

(1.云南師范大學 檔案館(民族教育信息化教育部重點實驗室),云南 昆明 650500；2.云南師范大學 信息學院,云南 昆明 650500)

隨著信息化時代的發(fā)展，信息化和智能化管理成為當下科學、高效的管理方式，原來傳統(tǒng)的手工管理已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代化檔案管理和服務的需求.物聯(lián)網(wǎng)的興起和發(fā)展，為智能化的檔案管理提供了新的思路和方法.構(gòu)建了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的檔案智能管理系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的總體架構(gòu)、感知層節(jié)點及網(wǎng)絡的設計，并定義和劃分了該系統(tǒng)的功能及對應模塊.利用RFID和無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)檔案標識、識別、入庫、出庫和查詢等功能的遠程和網(wǎng)絡化管理，并實現(xiàn)了檔案環(huán)境的智能化監(jiān)測和管理，為高校檔案的智能化管理提供了一種參考方法.

高校檔案管理；物聯(lián)網(wǎng)；RFID；無線傳感器網(wǎng)絡

1 引 言

信息技術(shù)尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，促使高校檔案實現(xiàn)了信息化和網(wǎng)絡化的管理，在一定程度上實現(xiàn)了管理的科學化和自動化.但僅僅依靠計算機、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來實現(xiàn)檔案管理，并不能滿足智能化、遠程化、實時交互及全面自動化處理的需求.而物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, IOT)技術(shù)的出現(xiàn)，使得上述需求的實現(xiàn)成為可能，為高校檔案管理提供了全新的思路.

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應用和網(wǎng)絡延伸，它利用感知技術(shù)與智能化對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物間的信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的[1].物聯(lián)網(wǎng)應用于構(gòu)建檔案智能管理系統(tǒng)的兩大核心支撐技術(shù)是無線射頻技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)和無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSN)[2-6].RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天線、讀寫器和主機組成，檔案信息可由電子標簽進行標識，通過RFID讀寫器對電子標簽信息進行無接觸或遠距離的讀寫和識別，從而實現(xiàn)非接觸式的信息采集和傳遞，通過無線射頻方式與主機進行通信，實現(xiàn)信息的感知、收集和處理.傳感器是獲取信息的主要來源，能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測和控制，可以滿足檔案信息的傳輸、控制、處理，無線傳感網(wǎng)絡WSN則是利用傳感器節(jié)點獲取信息，通過無線通信方式形成的一個多跳的、自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng),在檢測的區(qū)域內(nèi)部署大量廉價的微型傳感器節(jié)點，實時檢測、感知和采集信息，并將獲取的信息匯總到更高層次進行處理后再反饋到實際應用中.利用無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)可對檔案信息及檔案環(huán)境進行實時的感知、采集、傳輸、控制和處理.

目前已有研究將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到檔案管理中，不過大多僅分析了理論的可行性，較少涉及具體的應用設計與實現(xiàn).如文獻[7-9]主要從理論可行性角度分析了物聯(lián)網(wǎng)在檔案管理中的應用；文獻[10-12]中簡單構(gòu)建了基于RFID的檔案管理系統(tǒng).此外，蔣武宏[13]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的實物檔案管理平臺架構(gòu)設計.因此，本文擬將RFID和WSN技術(shù)融合起來，構(gòu)建一個基于物聯(lián)網(wǎng)的高校檔案智能管理系統(tǒng);分析了目前各種技術(shù)手段下的高校檔案管理存在的主要問題，提出了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的高校檔案管理系統(tǒng)架構(gòu)，并重點設計了感知節(jié)點和通信網(wǎng)絡，從而規(guī)劃和設計了檔案管理系統(tǒng)的各項功能，以實現(xiàn)對高校檔案的實時化、智能化和準確化管理.

2 高校檔案管理的現(xiàn)狀及存在問題分析

2.1 傳統(tǒng)手工檔案管理—人工操作無交互

傳統(tǒng)手工檔案管理雖然已經(jīng)形成了一定的體系，但以現(xiàn)代信息管理的需求來看，手工管理存在大量問題，如檔案收集編目方式落后，耗時耗力；檔案的存放次序不精確，查詢困難；檔案的盤點操作不科學，利用率低；對失效檔案的管理滯后；檔案保管困難等.

手工進行編寫裝訂排序，耗費大量的時間和精力，而且容易出現(xiàn)錯誤和漏失.加之整個檔案管理存在一定的制度等問題，手續(xù)繁多導致整個流程既繁瑣又低效.由于學生的流動性相對比較大，畢業(yè)、退學、休學、留級等學生的檔案成為盤點的重難點.傳統(tǒng)管理方式下，檔案存儲的時間信息不好把握，所以管理工作困難，失效的檔案不能及時處理而導致堆積大量冗余的檔案，給檔案管理工作帶來額外負荷和成本.

2.2 信息化檔案管理—人物交互虛擬聯(lián)系

信息化管理系統(tǒng)解決了一些手工管理的弊端，實現(xiàn)了檔案資源管理共享性、安全時效性、服務有效性，解決了信息孤島局面，促進了檔案的收錄、查詢、輸出和利用等過程，實現(xiàn)了從實體檔案館向網(wǎng)絡檔案館的轉(zhuǎn)變、單一的資源建設向網(wǎng)絡多樣化檔案信息資源的轉(zhuǎn)變、室內(nèi)整序開發(fā)觀念向網(wǎng)絡化集中化社會化整序開發(fā)的轉(zhuǎn)變以及用戶服務觀念向網(wǎng)絡化用戶服務的轉(zhuǎn)變等.

但是單純地依靠計算機系統(tǒng)對檔案進行管理，仍然存在一定的弊端.計算機中的信息，需要錄入到服務器中，管理員若想通過互聯(lián)網(wǎng)去了解檔案中的某一個實物，必須先要人工收集資料然后再放到互聯(lián)網(wǎng)上，向人們提供一定的查詢和瀏覽.當?shù)弥霈F(xiàn)變化，需要人工再次去尋找相關(guān)的資料，很難對資料的變化進行動態(tài)的實時了解.所以互聯(lián)網(wǎng)主要是人與人溝通的虛擬平臺，而沒有實現(xiàn)人和物的良好的溝通.

2.3 數(shù)字化檔案管理—物物交互虛實結(jié)合

數(shù)字化時代的管理實現(xiàn)的是人與人、人與物、物與物間的交互，所以物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生滿足了數(shù)字化建設的需要.物聯(lián)網(wǎng)和目前的互聯(lián)網(wǎng)有著本質(zhì)的區(qū)別.互聯(lián)網(wǎng)是人與人的虛擬的交互，物聯(lián)網(wǎng)則是實現(xiàn)物與物的智能交互.

在物聯(lián)網(wǎng)時代，每一件物體都可以尋址、通信、控制.它具有普通對象設備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化三個重要特征.實現(xiàn)了感知識別和自動識別技術(shù)定位系統(tǒng)、海量信息存儲、搜索引擎、智能決策與專家系統(tǒng)等功能，實現(xiàn)了整體系統(tǒng)的可拓展性和開放性，成為檔案信息管理的樞紐，進一步完善用戶智能化管理，為用戶和管理員提供更加便捷的查詢和管理.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的檔案管理系統(tǒng)不僅可在搜集、編碼、收錄、智能監(jiān)控、智能查詢輸出等方面實現(xiàn)智能化和自動化，還能為管理員提供高效、便捷、自動化的管理方式.數(shù)字化檔案打破了時間與空間的限制，使用者可以在任何時間和地點利用網(wǎng)絡進行查詢，并獲得服務，克服了實物檔案服務的種種弊端，實現(xiàn)了檔案資料的共享和科學合理運用.

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校檔案智能管理系統(tǒng)設計

3.1 總體架構(gòu)設計

依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的通用層次架構(gòu)和高校檔案管理的需求，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的高校檔案智能管理系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示.自下而上，分為三層，底層是感知層，主要完成檔案的標識、感知和識別，以及檔案所處環(huán)境的信息感知和處理.感知層之上是網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)底層感知設備的接入以及感知信息的傳輸、處理和融合等操作.應用層主要是提供檔案管理和智能服務.

圖1 檔案管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

3.2 感知節(jié)點和網(wǎng)絡設計

對于檔案的標識和管理，采用的是RFID系統(tǒng).RFID系統(tǒng)由電子標簽、閱讀器(讀寫器)和應用軟件系統(tǒng)三部分組成，實現(xiàn)電子標簽生成、銷毀、查詢及定位等功能，電子標簽硬件系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、PC終端與系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)網(wǎng)絡組成，通過傳感器節(jié)點和無線射頻設備來獲取電子標簽的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)檔案的自動識別和儲位的自動識別.RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于RFID的檔案管理操作流程可描述為：首先由RFID讀寫器向電子標簽中寫入基于EPC編碼機制的檔案相關(guān)信息，并將其貼到檔案上.采用固定式RFID讀寫器和手持移動式RFID讀寫器相結(jié)合對RFID標簽信息進行讀取和處理.固定式RFID讀寫器配置在檔案室的墻面上，手持式讀寫器由檔案管理人員隨身攜帶，以方便隨時隨地通過讀取標簽信息獲取檔案相關(guān)信息.對于檔案室環(huán)境的監(jiān)控，本設計采用溫度、濕度和煙霧等類型傳感器進行相關(guān)環(huán)境信息的獲取，同時，加入視頻傳感器，對檔案室進行常規(guī)監(jiān)控.

此外，針對檔案的遠程管理，RFID系統(tǒng)顯得無能為力，因為通常情況下RFID系統(tǒng)的通信距離僅在幾米甚至更短范圍內(nèi)，而且RFID讀寫器之間沒有通信和交互能力.因此，若想遠程獲取固定式RFID讀寫器讀取的信息，必須設計網(wǎng)絡化的RFID讀寫器.而傳感器網(wǎng)絡節(jié)點常常擁有比較長的通信距離，正好彌補這一缺陷.因此，本文將RFID和WSN融合在一起，設計了WSID感知節(jié)點和WSID網(wǎng)絡，克服RFID技術(shù)通信距離的局限性和WSN安全性較差的弱點，WSID感知節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，WSID網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖4所示.

圖3 WSID節(jié)點結(jié)構(gòu)

圖4 WSID網(wǎng)絡設計

圖5 WSID節(jié)點軟件體系結(jié)構(gòu)

WSID節(jié)點軟件體系由嵌入式操作系統(tǒng)、無線通信協(xié)議和面向應用的任務組成，通?？蓪⑵渚C合為系統(tǒng)層和用戶層兩大部分.其中，系統(tǒng)層主要包括硬件平臺、硬件抽象層和核心結(jié)構(gòu)層；用戶層包括系統(tǒng)調(diào)用層和資源配置層.在系統(tǒng)層中，最底層是系統(tǒng)硬件平臺，主要是微處理芯片、RF收發(fā)器、傳感器和RFID閱讀器.系統(tǒng)調(diào)用層主要包括文件系統(tǒng)、無線通信協(xié)議、設備管理和低功耗分布式處理等.核心結(jié)構(gòu)層主要包括內(nèi)存管理、進程調(diào)度以及中斷管理等.具體的層次結(jié)構(gòu)如圖5所示.

4 檔案管理系統(tǒng)功能設計和實現(xiàn)

本設計中的檔案管理系統(tǒng)主要是基于物聯(lián)網(wǎng)的設計，將互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)緊密地結(jié)合起來，借助RFID和無線傳感技術(shù)實現(xiàn)檔案的位置查詢和自動獲取，及時獲取檔案的位置、檔案的年代和檔案的保修狀況等相關(guān)的信息，通過感知網(wǎng)絡和傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)檔案的自動管理和記錄.其功能結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由檔案信息管理系統(tǒng)、RFID標簽管理系統(tǒng)和檔案安全管理系統(tǒng)三大部分組成.檔案信息管理系統(tǒng)又包括檔案入庫管理、檔案查詢管理、檔案利用管理和檔案銷毀管理等子系統(tǒng).

圖6 檔案管理系統(tǒng)功能設計和實現(xiàn)

4.1 檔案信息管理

檔案信息管理主要包括檔案入庫、檔案查詢、檔案出庫、檔案歸還以及檔案的定位和跟蹤等，整個管理流程及功能如圖7所示.

圖7 基于IOT的檔案管理系統(tǒng)流程圖

檔案入庫管理.檔案入庫管理主要是進行檔案信息的收集、檔案的編目、檔案的修訂入庫.通過設備獲取一定的信息，由電子標簽進行信息的詳細記錄，當有新的檔案錄入時，按照相關(guān)的順序和規(guī)律自動生成相應的編號，系統(tǒng)將根據(jù)檔案的檔號、類型等基本信息，自動從庫房中分配一個架位，根據(jù)已經(jīng)生成的檔案編碼進行相關(guān)的匹配和關(guān)聯(lián).

檔案查詢管理.檔案查詢管理主要包括檔案位置的定位、實物檔案信息的查詢和檔案出入庫信息的校對管理.檔案庫房中每個架位和檔案盒上都貼有RFID電子標簽，當管理員在檔案管理平臺輸入相應的編號后，RFID讀寫器就可以自動獲取所需檔案的位置，利用檔案查閱功能，根據(jù)檔案管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)查詢并獲取詳細的檔案信息，同時實現(xiàn)對檔案位置進行跟蹤定位，實現(xiàn)了實物檔案位置可視化的管理.當檔案出庫時，出庫口的RFID閱讀器將讀取的檔案信息反饋給管理系統(tǒng)，當有檔案調(diào)出時，檔案進行信息的登記，利用WSN和RFID定位技術(shù)進行定位追蹤.檔案歸還入庫時，檔案管理員使用RFID對檔案信息進行讀取，得到相關(guān)的檔案借閱人的信息、日期以及檢查檔案的完整度，歸還時間是否超時，當確認與調(diào)出檔案登記信息完全相同時，進行入庫.當信息與原信息不一致時，發(fā)出異常警報.傳統(tǒng)的手工查詢方式費時費力，利用RFID技術(shù)自動獲取相應的編號和位置，縮減了工作量提高了工作的效率.

檔案利用管理.數(shù)字化的檔案管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)檔案信息的共享和流通，解決信息孤島的問題.當檔案調(diào)出時，進行信息的備份和登記，并根據(jù)電子標簽進行相應的定位.當檔案歸還時，利用閱讀器進行信息的核對，確認完整后重新入庫.

檔案銷毀管理.由于學校的人群是流動的，每年學生和教職工的流動都會影響到檔案的處理，當有學生或是教職工離校時，檔案管理系統(tǒng)會自動給出提醒，設定具體的保留時間和到期提醒時間.當檔案到期需要刪除時，系統(tǒng)會自動提醒檔案檔期，將過期檔案進行轉(zhuǎn)移，并在檔案管理系統(tǒng)中進行過期登記.登記完后，利用RFID讀寫器取出相應的檔案進行處理.

4.2 檔案安全管理

安全管理主要包括安全維護、防盜和防毀管理，應用WSN和RFID技術(shù)可以幫助管理者能同時準確地獲取物品的基本信息和所處的環(huán)境狀態(tài).通過檔案室設置的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，可以獲取相應的溫度、濕度等特征，當出現(xiàn)異常時，監(jiān)控模塊發(fā)出環(huán)境異常的提醒.當檔案未經(jīng)過檔案管理系統(tǒng)發(fā)出出庫的指令，離開庫位，警報模塊會發(fā)送給管理員檔案位置異常提醒，同時激活警報.利用RFID閱讀器自動檢查所歸還的檔案系統(tǒng)是否完整，是否存在毀壞或是修改等，當出現(xiàn)數(shù)據(jù)和保存的數(shù)據(jù)不一致時，自動提示報警.

4.3 檔案網(wǎng)絡管理

物聯(lián)網(wǎng)檔案管理系統(tǒng)利用無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡相結(jié)合的優(yōu)勢，將布置在IT設備上的無線傳感器所采集到的檔案數(shù)據(jù)、檔案環(huán)境數(shù)據(jù)等信息資源通過網(wǎng)絡傳輸?shù)浇K端設備控制器上，借助于有線與無線相結(jié)合的、可靠的信息接入網(wǎng)絡，確保了檔案信息安全、實時、有效的傳遞，完成感知層的RFID等智能終端設備和應用層的系統(tǒng)之間的信息傳遞，以及對終端設備的控制.服務器則將各種傳感器采集的信息進行處理，轉(zhuǎn)化成各種事件保存，再將這些事件傳遞給相應的基于物聯(lián)網(wǎng)應用的系統(tǒng)，并將相應的信息在檔案管理系統(tǒng)管理界面中展示出來，方便用戶查詢及維護.檔案網(wǎng)絡管理系統(tǒng)根據(jù)具體的應用，將服務器層處理后的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為應用所需要的事件，并根據(jù)需要通過檔案管理系統(tǒng)界面進行相應的查詢、處理、展現(xiàn)和維護.實現(xiàn)了將物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來進行高效智能的高校檔案信息管理.

5 結(jié)束語

基于現(xiàn)有高校檔案管理方式的不足及物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢，本文設計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的檔案管理系統(tǒng).不僅完成了系統(tǒng)總體架構(gòu)、感知節(jié)點及網(wǎng)絡軟硬件的設計，還依據(jù)于該系統(tǒng)的技術(shù)特征，設計了檔案管理系統(tǒng)功能及對應模塊，包括標簽管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、檔案信息管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡管系統(tǒng)等.從檔案的收集、編目、管理到安全監(jiān)控整個過程提供了一種智能化的控制和管理方法.在以后的工作中，將選擇本校作為試驗點，對本設計進行實例驗證并進一步完善該系統(tǒng).

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Research and Design of Intelligent Archives ManagementSystem for Colleges and Universities

ZHANG Shu1, YUAN Ling-yun2, GE Gui-li2

(Archives,Yunnan Normal University(Key Laboratory of Educational Informatization for Nationalities,Ministry of Education),Kunming 650500,China;2.School of Information,Yunnan Normal University,Kunming 650500，China)

An intelligent archives management system for colleges and universities based on IOT is presented, in the system architecture is proposed, and the sensing node and network is designed. Moreover, the functions and related modules are defined and classified in our system. RFID and wireless sensor network technology makes the system to achieve archives identification, storage and network management of remote databases and query functions. What′s more, our system can easily provide an intelligent environment monitoring and management for archives. Our study provides a good method for intelligent archives management system for colleges and universities.

Archives management system of colleges and universities; Internet of things; RFID; Wireless sensor network

2015-03-30

國家自然科學基金資助項目(61262071)；國家軟科學研究計劃資助項目(2013GXS4D149)；教育部人文社科青年基金資助項目(13YJCZH233).

張 姝(1983-)，女，湖北荊門人，碩士，館員，主要從事智能信息處理、檔案數(shù)字化方面研究.

袁凌云(1979-)，女，博士，副教授，主要從事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面研究.

TP393

A

1007-9793(2015)03-0041-06