吳穎+高佳+李晗

摘要：本文以智能建筑的角度出發(fā)，從Zigbee與 RFID技術入手，初步揭示感知系統(tǒng)與圖書館的建筑環(huán)境、技術設備、文獻資源以及讀者等主要構成因素之間的層次關系，對智能圖書館感知系統(tǒng)進行框架設計。

關鍵詞：智慧圖書館； Zigbee技術； RFID技術

1.基本概念

Zigbee技術是一種自組網(wǎng)的雙向無線通訊技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備的數(shù)據(jù)傳輸。其具有成本低、時延短、組網(wǎng)靈活、通信可靠、數(shù)據(jù)安全等特點。

RFID技術已在圖書館領域應用多年，就技術本身來看，特別是高頻、超高頻的RFID，具有低成本、傳輸速度快、識別距離適中、抗干擾能力強等特點。

2.智能感知系統(tǒng)需求分析

智能感知系統(tǒng)是智慧圖書館的基礎，涉及通信技術、傳感器技術、識別技術及軟件開發(fā)技術。系統(tǒng)功能包括文獻資源管理、人員定位、環(huán)境感知、警報處理等?？傮w而言，系統(tǒng)設計時應滿足需求如下：

2.1安全穩(wěn)定性

隨著圖書館信息化程度越來越高，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、發(fā)生問題時的容錯能力以及系統(tǒng)運行的安全性對圖書館管理質(zhì)量起著決定性的作用。因而在系統(tǒng)設計中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、容錯性以及安全性必須優(yōu)先考慮。

2.2易擴展與維護性。

圖書館硬件建設的逐步發(fā)展與完善過程中，對資源管理的要求也在不斷發(fā)生著變化。與之相應的信息化建設必須適應這一要求，在系統(tǒng)設計過程中必須為系統(tǒng)預留充足的可擴展結構，以便于后期的擴容或修改。

2.3感知精準性。

感知是整個系統(tǒng)建設的基礎，系統(tǒng)主要采用眾多感知傳感器，對各類館藏資源、人員、內(nèi)外環(huán)境等進行感知，獲得感知數(shù)據(jù)，為各管理和服務平臺提供有效基礎依據(jù)。

3.智能感知系統(tǒng)的總體思路

對于圖書館的智能感知系統(tǒng)設計，應注重對原有相對獨立的智能系統(tǒng)進行改造，結合RFID與Zigbee技術的成功優(yōu)勢，對系統(tǒng)總體規(guī)劃為三個模塊，即環(huán)境感知模塊、數(shù)據(jù)感知模塊、人員感知模塊。

3.1環(huán)境感知模塊

該模塊主要用于感知館舍內(nèi)環(huán)境變化，采用市場常見溫濕度傳感器、光照傳感器、一氧化碳傳感器、煙霧等傳感器，其部署位置為樓內(nèi)布控。目前，隨信息化條件建設的不斷提升，圖書館各功能區(qū)劃日趨明確，環(huán)境感知模塊應針對不同區(qū)域，增減傳感器數(shù)量。

3.2人員感知模塊

該模塊重點感知讀者位置變化，主要利用讀者隨身攜帶的各類型RFID電子標簽，定位讀者館內(nèi)位置、進出時段、行為軌跡等信息。其部署可分為以下幾個方面：首先，為增強該模塊感知的準確性，應結合原始建筑圖紙構建全樓數(shù)字平面圖，并依據(jù)樓層與閱覽室位置進行ID編號。其次，采用區(qū)域縱列坐標劃分方法對每間閱覽室進行數(shù)字化處理，確定各坐標點位位置。再次，對應坐標點位，在閱覽室頂棚部署傳感器，并構建Zigbee人員感知觸發(fā)器網(wǎng)絡，隨部署完成便可形成全館讀者感知地圖。讀者在進入觸發(fā)器感知范圍后，系統(tǒng)啟動、識別并上傳讀者ID信息到數(shù)據(jù)管理中心，隨讀者位置發(fā)生不斷變化，不同傳感器接續(xù)完成啟動、識別、上傳的操作，便可形成讀者運行軌跡，直至讀者離館。

3.3數(shù)據(jù)感知模塊

該模塊重點感知館藏資源變化，主要是利用先前建立的Zigbee無線安全網(wǎng)絡，獲取各RFID智能設備運行信息，實現(xiàn)館藏資源目標定位、自助借還、智能清點、安全管理。該模塊工作重點在于智能書架內(nèi)文獻坐標設定和位置標定位缺省信息的獲取。

其設計思路為利用全館已于前期部署身份感應觸發(fā)器確認讀者身份，審核通過人員可通過門禁系統(tǒng)入館舍。在讀者確認檢索文獻信息后，系統(tǒng)反饋文獻坐標位置，并同時將文獻信息與讀者ID綁定（每個ID號碼綁定文獻數(shù)量可由每個館自行設定），讀者可根據(jù)坐標位置自行前往。當讀者ID于文獻存儲書架2米范圍之內(nèi)觸發(fā)器激活，并通過網(wǎng)絡，將感應的信息傳到數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)改造的RFID書架不同排、列上裝有的小型LED信號光開始閃爍，讀者位置與文獻位置越近燈光閃斷頻率越快，直至讀者到達文獻存貯位置取得文獻。

4.智能感知系統(tǒng)的硬件設計

4.1數(shù)據(jù)采集層

該層主要負責基礎數(shù)據(jù)的收集與采集，一般采用各類感應探頭及相應觸發(fā)器等硬件，可依據(jù)ZigBee 網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)收集，功能相對單一，但數(shù)量、種類比較繁多。

4.2數(shù)據(jù)傳輸層

該層主要采用協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點以及終端節(jié)點三段式設計。首先使用協(xié)調(diào)器創(chuàng)建一個 ZigBee 網(wǎng)絡，并為最初加入網(wǎng)絡的節(jié)點分配地址，每個 ZigBee 網(wǎng)絡只需一個協(xié)調(diào)器；路由器節(jié)點也稱為 ZigBee 的全功能節(jié)點，可以作為路由來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，也可以作為數(shù)據(jù)節(jié)點用來收發(fā)數(shù)據(jù)，還能管理網(wǎng)絡，為后加入的節(jié)點分配地址；終端節(jié)點用來采集數(shù)據(jù)，可與各種感應器、閱讀器之間進行連接，實現(xiàn)終端的控制和管理。ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點均可由 CC2530 芯片、電壓轉(zhuǎn)換器件、電源電路、串口、收發(fā)器以及天線等組成。

5.數(shù)據(jù)管理中心設計

數(shù)據(jù)管理中心由數(shù)據(jù)服務器和Web服務器組成，主要負責前端采集數(shù)據(jù)的存儲、查詢、用戶信息管理等。監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)管理模塊、信息服務模塊、系統(tǒng)管理模塊三部分組成。

數(shù)據(jù)管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要負責完成數(shù)據(jù)的接收、解析、存儲及處理等工作。通過ZigBee 網(wǎng)絡節(jié)點端口，將底層網(wǎng)關數(shù)據(jù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)按照預先定義的協(xié)議解析后存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)解析后的信息做出相應的處理。信息服務模塊。該模塊主要完成采集信息的顯示、查詢、發(fā)送、系統(tǒng)參數(shù)設置、控制指令發(fā)送等功能。為用戶提供信息查詢、記錄查詢、下載等服務。系統(tǒng)管理模塊。該部分主要完成用戶權限管理、系統(tǒng)維護、用戶費用管理等功能。

6.小結

雖然智能感知系統(tǒng)具有相對較高成本、標準不統(tǒng)一等缺陷，但其先進的技術在圖書館中的應用能夠更好地為用戶提供個性化服務和提高圖書管理的工作效率。特別是關聯(lián)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘，RFID射頻識別技術、基于讀者位置的服務等信息技術的運用必將進一步推動了圖書館的發(fā)展。

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