韓騏鍵，李泳姍

（廣州工商學(xué)院 廣東 廣州 510850）

0 引言

無(wú)線射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)在高校智慧圖書館中具有重要的應(yīng)用價(jià)值和意義。 首先RFID 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖書資源的數(shù)字化，將傳統(tǒng)的書籍實(shí)體化為數(shù)字化資料，方便讀者進(jìn)行查詢和借閱。 其次RFID 技術(shù)可以提高圖書借還管理的效率，節(jié)省人力成本，減少錯(cuò)誤發(fā)生的概率。 再次，RFID 技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控和防范，保障圖書資源的安全性和完整性。 最后，RFID 技術(shù)可以優(yōu)化讀者服務(wù)，提升圖書館的服務(wù)水平和用戶滿意度［1］。 因此，RFID 技術(shù)在高校智慧圖書館建設(shè)中具有不可忽視的重要性，是現(xiàn)代化圖書館建設(shè)的必要手段之一。

1 RFID 技術(shù)的基本概念

1.1 RFID 技術(shù)的定義和原理

RFID 即無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過電磁波和微處理器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定對(duì)象的遠(yuǎn)程讀取和識(shí)別。 其基本原理為利用天線向空氣中發(fā)送電磁波信號(hào)，當(dāng)接收到符合規(guī)定的標(biāo)簽后，將會(huì)接收到反饋的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)而用相關(guān)軟件進(jìn)行解碼和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的無(wú)線識(shí)別和管理。

1.2 RFID 系統(tǒng)的組成部分及其功能

RFID 系統(tǒng)通常由三個(gè)部分組成：標(biāo)簽、讀寫器和后臺(tái)管理系統(tǒng)［2-3］。 每個(gè)部分都有不同的功能，具體如下：

標(biāo)簽：標(biāo)簽是RFID 系統(tǒng)中最重要的一部分，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)物品的信息，在物品上附著或嵌入。 標(biāo)簽可以根據(jù)其尺寸、材質(zhì)和使用場(chǎng)景的不同而分為多種類型。

讀寫器：讀寫器是RFID 系統(tǒng)中用于讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備。 它由天線、收發(fā)器、解碼器、控制單元等部分組成。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的范圍內(nèi)時(shí)，讀寫器會(huì)向標(biāo)簽發(fā)送一個(gè)射頻信號(hào)，激活標(biāo)簽，并接收標(biāo)簽返回的信號(hào)。 讀寫器可以根據(jù)不同的工作需求和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇和配置，例如固定式讀寫器、移動(dòng)式讀寫器和手持式讀寫器等。

后臺(tái)管理系統(tǒng)：后臺(tái)管理系統(tǒng)是RFID 系統(tǒng)中的核心部分，負(fù)責(zé)對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行收集、處理、存儲(chǔ)和管理。 后臺(tái)管理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)RFID 技術(shù)自動(dòng)化管理和監(jiān)控的同時(shí)，還可以整合其他信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化管理。 它的主要功能包括標(biāo)簽信息的添加、刪除和修改，數(shù)據(jù)的處理分析和統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

RFID 系統(tǒng)通過標(biāo)簽、讀寫器和后臺(tái)管理系統(tǒng)三個(gè)部分的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物品的無(wú)線識(shí)別和管理，為企業(yè)和組織提供了高效、精準(zhǔn)、安全的數(shù)據(jù)支撐，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。

2 智慧圖書館的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能性需求分析

智慧圖書館系統(tǒng)的用戶大致可分成三個(gè)類別：系統(tǒng)管理人員、圖書管理人員、普通用戶。 智慧系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)不同類型的功能，例如借還書籍、個(gè)性化推薦、精確檢索、數(shù)據(jù)分析、閱讀管理、用戶信息整理、權(quán)限設(shè)置等［4-5］。 如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖

2.1.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊的主體是系統(tǒng)管理員，系統(tǒng)管理是指對(duì)一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)日常信息實(shí)時(shí)處理。 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)的所有永久性數(shù)據(jù)，例如：用戶資料、圖書資料等。

2.1.2 管理人員模塊

管理人員模塊以圖書管理員為主，負(fù)責(zé)用戶分類、文獻(xiàn)整理、借還圖書服務(wù)等工作。 無(wú)論是在系統(tǒng)管理模塊還是在館員模塊中，都會(huì)涉及對(duì)讀者資料、文獻(xiàn)標(biāo)簽、借還狀態(tài)等核心數(shù)據(jù)的管理。 不過，館員模塊與系統(tǒng)管理模塊的區(qū)別在于，其可以管理現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，但是在一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)上，并沒有像系統(tǒng)管理員那樣擁有足夠的權(quán)限。

2.1.3 用戶模塊

圖書的借閱與歸還以及書籍的推薦是用戶界面中兩項(xiàng)重要的功能。 從本質(zhì)上來(lái)說，圖書借還功能與傳統(tǒng)圖書館系統(tǒng)的圖書借還功能類似，都是完成借書、還書、續(xù)借等任務(wù)。 實(shí)質(zhì)上，文獻(xiàn)的借還環(huán)節(jié)未產(chǎn)生根本的變化，區(qū)別在于這里的借閱都是基于RFID 技術(shù)。 一臺(tái)射頻識(shí)別卡閱讀機(jī)能同時(shí)讀取多張射頻識(shí)別標(biāo)簽，也就是說，用戶可以一次借出和歸還多本書籍，而不用像以往的借還程序那樣，逐個(gè)對(duì)書籍標(biāo)簽進(jìn)行掃描，這就極大地提高了圖書館的工作效率。 此外，在借閱和還書的功能中，還包含了還書提示，以電子郵件的形式提醒使用者將即將過期的書及時(shí)歸還。 書籍推薦功能指的是以用戶借閱地的歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析出用戶有可能感興趣的書籍，并在用戶首頁(yè)上向其推送。

2.2 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

智慧圖書館系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集層、通信層、應(yīng)用程序?qū)印?數(shù)據(jù)收集層使用RFID 技術(shù)收集書籍資料，識(shí)別設(shè)備將自動(dòng)識(shí)別一定范圍內(nèi)標(biāo)簽；通信層將獲取到的資料傳輸?shù)较到y(tǒng)應(yīng)用層；應(yīng)用程序?qū)又饕?fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并及時(shí)地將數(shù)據(jù)反饋給用戶［6］。

3 智慧圖書館的實(shí)施方案

本文通過介紹智慧圖書館系統(tǒng)的整體方案，構(gòu)建了一個(gè)初步的體系。 基于以上的分析，本文將會(huì)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)地設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是該系統(tǒng)的各功能模塊的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［7-10］。

3.1 系統(tǒng)管理的具體方案

3.1.1 標(biāo)簽的設(shè)置和書籍信息的存儲(chǔ)

要想讓智慧圖書館體系運(yùn)行情況良好，首先要給圖書館里的圖書貼上一個(gè)RFID 標(biāo)簽。 RFID 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧圖書館系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵要素，RFID 技術(shù)要想迅速地采集信息，必須提前在RFID 標(biāo)簽和待標(biāo)記的物體之間建立聯(lián)系。 所以，該系統(tǒng)必須先把書籍和RFID 標(biāo)簽進(jìn)行綁定。書籍與RFID 標(biāo)簽的連接，不僅是在書籍內(nèi)壁貼上RFID標(biāo)簽，而且包含了書籍信息的存取，如圖2 所示。

圖2 書籍標(biāo)記入庫(kù)流程

3.1.2 用戶管理

在登錄過程中，用戶可以按照所選的賬號(hào)以及所輸入的賬號(hào)名稱、密碼，登錄到各個(gè)模塊，每個(gè)模塊都有各自的功能。 當(dāng)使用者在移動(dòng)裝置上瀏覽本系統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)時(shí)，必須對(duì)使用者的身份進(jìn)行確認(rèn)，即驗(yàn)證使用者的賬號(hào)是否存在，密碼是否相符。 對(duì)于第一次登錄的用戶來(lái)說，這個(gè)問題更容易處理，只需要在登錄頁(yè)面選擇用戶類型，輸入用戶賬號(hào)和密碼即可。

超文本傳輸協(xié)議（hyper text transfer protocol，HTTP）是一種實(shí)時(shí)的、短鏈接的協(xié)議，在每個(gè)HTTP 連接傳輸數(shù)據(jù)前，首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)連接，接著在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后，再將連接釋放。 此外，用戶和系統(tǒng)之間的互動(dòng)也不是只有一次，在首次登錄后，互動(dòng)的頻率是相對(duì)較高的，這就需要使用者在每一次存取系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)的時(shí)候，都必須確認(rèn)使用者的身份。 若每一次認(rèn)證都要重復(fù)請(qǐng)求訪問、權(quán)限審核與授予的流程，用戶體驗(yàn)會(huì)很差，效率也會(huì)很低。 利用Cookie 對(duì)非初次登陸的用戶進(jìn)行認(rèn)證，從而提高了用戶的使用體驗(yàn)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3.1.3 文獻(xiàn)檢索

檢索的設(shè)計(jì)需要符合讀者實(shí)際需求，進(jìn)行關(guān)鍵字檢索，如書籍名稱、類別等，既可以執(zhí)行精確的查詢，也可以執(zhí)行分類的查詢。

3.2 館員模塊的實(shí)現(xiàn)

圖書館員分類用戶在使用智慧圖書館時(shí)，本質(zhì)上是在運(yùn)行智慧系統(tǒng)。 圖書管理是智慧系統(tǒng)中較重要的功能，當(dāng)用戶登錄完畢后，系統(tǒng)需要對(duì)用戶身份完成驗(yàn)證，才會(huì)返回相應(yīng)的頁(yè)面。 圖書管理、用戶管理、借閱管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)告等功能在圖書管理系統(tǒng)的主頁(yè)上顯示。

3.2.1 圖書管理

圖書管理員分類使用者登錄后，在左邊的導(dǎo)覽菜單里，按下“圖書管理員”按鈕，就可以進(jìn)入圖書管理員分類。 圖書管理是圖書管理員對(duì)系統(tǒng)中現(xiàn)有的圖書信息進(jìn)行查詢、修改、刪除、更新的工作。 這一點(diǎn)與用戶管理相似，當(dāng)用戶點(diǎn)擊“圖書管理”按鈕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“圖書管理”的選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡中，會(huì)出現(xiàn)一系列的書籍信息，而在書籍的上方，則有一個(gè)檢索欄，可以輸入書名、作者或者ISBN 號(hào)碼。

3.2.2 借閱服務(wù)

圖書管理員登錄圖書管理員主頁(yè)面后，在左邊的導(dǎo)覽菜單上，點(diǎn)擊“圖書管理員”按鈕，通過身份驗(yàn)證后，就可以對(duì)圖書的借閱信息進(jìn)行查詢與管理，借閱管理包括對(duì)讀者借閱記錄的增加、刪除、修改、查找。 當(dāng)圖書管理員點(diǎn)擊借閱管理按鈕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“借閱管理”選項(xiàng)卡，在該選項(xiàng)卡內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一張借閱記錄清單，清單上方還有一個(gè)檢索欄，圖書管理員可以通過輸入讀者名稱來(lái)檢索該讀者的借閱記錄。

3.2.3 統(tǒng)計(jì)報(bào)告

在圖書館管理模塊中，統(tǒng)計(jì)報(bào)告是一個(gè)關(guān)鍵需求。 這是RFID 技術(shù)應(yīng)用于圖書管理系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)也是體現(xiàn)了這一系統(tǒng)“智慧性”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.3 普通用戶模塊設(shè)計(jì)

3.3.1 圖書借還功能

圖書借還功能指的是用戶可以借出帶有RFID 標(biāo)簽的書籍，并且系統(tǒng)會(huì)向用戶發(fā)送郵件，提醒用戶歸還所借的快要過期的書籍。

3.3.2 圖書推薦功能

在智慧圖書館系統(tǒng)中，一般用戶登錄系統(tǒng)后，就可以進(jìn)入一般用戶頁(yè)面，然后系統(tǒng)就會(huì)基于用戶的借閱歷史，向其推薦圖書。 當(dāng)前，基于內(nèi)容、關(guān)聯(lián)規(guī)則、協(xié)同過濾或多種技術(shù)組合的推薦技術(shù)被廣泛使用，其中協(xié)同過濾算法是最常用的。 協(xié)同過濾是一種基于已知信息推斷未知信息的新型推薦技術(shù)。 協(xié)同過濾算法可以分成兩種類型：一種是基于物品，另一種是基于用戶。 一般以用戶為中心的協(xié)作過濾算法更側(cè)重于社會(huì)，而以社交為主要需求時(shí)，這種算法則更適合。 而基于物品的協(xié)同過濾算法則更多地關(guān)注于對(duì)個(gè)人興趣的挖掘。 此外，當(dāng)系統(tǒng)中的用戶數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過商品數(shù)時(shí)，從存儲(chǔ)空間的觀點(diǎn)來(lái)看，選擇商品型協(xié)同過濾算法更為合理，反之則選擇顧客型協(xié)同過濾算法。 因此，采用何種算法，必須根據(jù)具體情況來(lái)決定。 由于圖書館的館藏?cái)?shù)量較大，尤其是在大學(xué)里，書籍的數(shù)量要比讀者的數(shù)量要多得多，所以，為了節(jié)省內(nèi)存，本文選擇了以用戶為基礎(chǔ)的協(xié)同過濾推薦算法。

智慧圖書館系統(tǒng)一般適用于實(shí)時(shí)推薦系統(tǒng)，包括入口前端、動(dòng)態(tài)圖書信息、即時(shí)訪問、數(shù)據(jù)資源庫(kù)、推薦算法5 個(gè)方面，入口前端是系統(tǒng)和使用者互動(dòng)的媒介，入口前端接收到HTTP 訪問后把它送到一個(gè)動(dòng)態(tài)圖書信息層；即時(shí)訪問層是一個(gè)中轉(zhuǎn)站，用來(lái)存儲(chǔ)推薦的計(jì)算結(jié)果；而數(shù)據(jù)資源庫(kù)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存功能，推薦計(jì)算層按照計(jì)算形式分為實(shí)時(shí)和離線兩種狀態(tài)。

在對(duì)智慧圖書館的推薦功能進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)與實(shí)施時(shí)，應(yīng)按照總體架構(gòu)設(shè)計(jì)的層次與解耦的設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)由實(shí)時(shí)發(fā)布模塊、實(shí)時(shí)采集模塊、離線訓(xùn)練模塊、實(shí)時(shí)計(jì)算模塊組成。

（1）實(shí)時(shí)發(fā)布模塊

實(shí)時(shí)發(fā)布模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)后臺(tái)和用戶之間的互動(dòng)，即將后臺(tái)計(jì)算的結(jié)果以一種用戶容易理解的方式呈現(xiàn)。

（2）實(shí)時(shí)采集模塊

實(shí)時(shí)采集模塊的任務(wù)是收集用戶的行為信息。 用戶行為數(shù)據(jù)是指用戶在網(wǎng)頁(yè)上對(duì)書籍進(jìn)行點(diǎn)擊、借還的流程。 這些用戶數(shù)據(jù)便是開展程序訓(xùn)練的依據(jù)，并且數(shù)據(jù)先被保存在一個(gè)隊(duì)列中，等后續(xù)需要離線訓(xùn)練時(shí)，再?gòu)年?duì)列中提取。 在此過程中，Kafka 是用來(lái)保存初始用戶行為數(shù)據(jù)的一個(gè)中間件，例如，可以使用Kafka 來(lái)收集用戶點(diǎn)擊、瀏覽、搜索等行為數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Kafka 中，以便后續(xù)進(jìn)行分析。

（3）離線訓(xùn)練模塊

一個(gè)即時(shí)的推薦系統(tǒng)還要求有一定的離線運(yùn)算功能，智慧圖書館的離線訓(xùn)練模塊是在沒有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，通過本地服務(wù)器進(jìn)行模型的訓(xùn)練和預(yù)測(cè)，離線訓(xùn)練模塊包括采集信息資料、實(shí)施離線訓(xùn)練、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這種模式適用于一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景，比如數(shù)據(jù)量較小、計(jì)算資源有限等場(chǎng)景。 通過離線訓(xùn)練模塊，將數(shù)據(jù)集上傳到本地服務(wù)器，進(jìn)行模型訓(xùn)練；或?qū)⑿聰?shù)據(jù)上傳到本地服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)。

（4）實(shí)時(shí)計(jì)算模塊

實(shí)時(shí)的推薦系統(tǒng)在用戶訪問網(wǎng)站或使用應(yīng)用程序等操作時(shí)，能夠根據(jù)用戶行為和興趣生成個(gè)性化的推薦。 為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)推薦，需要采用實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)。 實(shí)時(shí)計(jì)算需要將實(shí)時(shí)分析和挖掘產(chǎn)生的結(jié)果展示到Web 頁(yè)面或用戶終端。 通過實(shí)時(shí)采集、處理、更新和分析用戶行為和興趣等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算可以生成個(gè)性化的推薦結(jié)果，并在用戶訪問網(wǎng)站或使用應(yīng)用程序等操作時(shí)，實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)給用戶，從而提高用戶體驗(yàn)和網(wǎng)站或應(yīng)用程序的活躍度［11］。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智慧圖書館作為一個(gè)數(shù)字時(shí)代的重要組成部分，其建設(shè)和發(fā)展具有非常重要的意義。 只有在數(shù)字科技和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，智慧圖書館才能夠不斷完善和發(fā)展，為讀者提供更加便捷、高效、優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)。 在未來(lái)，智慧圖書館將會(huì)成為數(shù)字文化產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，推動(dòng)圖書館事業(yè)不斷向前發(fā)展。