无源RFID识别技术与图书馆文献管理

随着生产力的发展，无论是商品流通数量还是对物流管理时效性的需求都有了极大的增长和提高，为提高物流管理中物品身份的鉴别和统计速度，经过科技工作者的努力，RFID射频识别技术逐步从实验室走向市场，它的应用改变了依赖条形码快速读取商品信息方式，成为目前物流管理中最具生命力又颇受争议的信息鉴别技术，在图书馆领域，RFID技术也开始成为应用的热门话题并得到了一些应用。本文拟对RFID技术在图书馆的应用及前景作些探讨。 

1 无源RFID系统原理和特性 

1．1 RFID简介 
RFID的中文名称为无线射频识别，是英文“Radio Frequency Identification”的缩写，它是一种非接触式自动识别技术，源于二战期间英国皇家空军区分敌我飞机的IFF(Identity：Friend or Foe)技术，其原理是通过雷达发射信号到飞机上的收发装置，收发装置会发出约定的回应讯号，由此判断飞机的敌我。1999年，美国麻省理工学院(MIT)开始深化这项技术，目标是由电子标签代替条形码，通过RFID阅读器对每一贴有电子标签的商品加以识别，瞬间完成全部扫描和统计结算工作，自动刷新库存，实时了解产品销售状况和供需详情。RFID这项陈旧技术之所以能迅速走红，得益于集成电路制造技术和现代信息技术的飞速发展，使得RFID电子标签销售达到部分市场可以接受的价格，而互联网技术的发展使得RFID实时信息交换变为现实。 

1．2 无源RFID系统构成 
RFID标签分为有源和无源两种。有源RFID标签自身带有电池供电，读／写距离远、体积大、价格贵；无源RFID标签本身不带电池，其能量从阅读器发射的电磁波中获得，特点是体积小、价格低、寿命长，读／写范围在1O毫米至5米距离。 
无源RFID工作频率有135KHz和13．56MHz两种，其中13．56MHz是目前应用最广的电子标签，也有统一的国际标准，图书馆领域也普遍使用这个频率。它的特点是工作时间短，距离长，通过防冲撞技术，系统可以同时处理大约五十张标签。无源RFID识别系统由无源电子标签、阅读器、天线三部分组成。其中无源电子标签(Tag)由集成电路IC、谐振电容C和天线L构成。集成电路IC内部备有一个存储器，用以存储标签数据。天线L与电容C构成谐振回路，调谐在读卡器的载波频率，以获得最佳电性能(如图所示)。每个标签具有唯一的编码和保存约定格式的商品信息并附着在待识物体的表面。 

阅读器(Reader)的功能是通过系统软件，控制与RFID的通信过程及信号的编码与解码，验证电子标签的身份等功能。阅读器有手持式和固定式两种。天线(Antenna)的功能是RFID电子标签与外界信息交流的电磁转换装置。 

1．3 无源RFID系统基本工作原理 

当RFID卡进入阅读器发射电磁波工作区域时，使标签天线产生的感生电压达到规定值时，电子标签被激活工作并以曼彻斯特格式通过内置耦合线圈将数据发送出去；系统接收天线收到从电子标签发送来的调制信号，经阅读器对接收的信号进行解调和解码后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。 

1．4 影响RFID系统工作的因素 
射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数，影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的射频输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的4O ～8O 。 

1．5 无源RFID技术与条形码技术 
RFID和条码技术从概念讲，两者很相似，其目的都具有快速、准确地确认目标物体的特性，它们的主要区别在于有无更新标签信息的能力。与条码技术相比，RFID标签识别技术信息贮存量大，它可以存贮商品的特性、温度、转运日期等数据，解决了某些条件下条码等其他识别技术无法使用的问题，因此应用广泛。但是从技术角度看，RFID的准确度还不够高。美国联邦快递公司发现读取RFID卷标资料的准确度约为75 ，而读取条形码资料的准确度则高达99 。造成准确度不高的原因主要是金属、液体等物体对无线电信号的衰减干扰较大；另外阅读器发射天线与电子标签的距离、角度对正常通信也影响很大；安全方面，无源RFID系统还没有非常可靠的安全机制，表现在RFID标签一旦接近阅读器，就会无条件地自动发出信号，无法辨别阅读器是否合法；芯片在读或写数据的过程中都很容易被黑客所利用，虽然目前制造商在芯片上作了改进，但仍然没有彻底的解决。 

2 RFlD技术在图书馆的应用 

从RFID适用环境看，图书馆的业务工作较少涉及金属、水等影响电信号环境，是采用无源RFID技术的理想场所，也是RFID芯片商推广的重点。将无源RFID技术应用到图书馆的业务管理，可以有效地提高图书管理的效率、简化了图书管理的流程、降低图书管理人员的劳动强度并在为读者提供更加便利快捷的图书借还、查询等服务。 

2．1 无源RFID技术与条码技术在图书馆中应用之比较 
目前图书馆的图书信息以光学条码形式粘贴在书本上，作为每本图书的识别码，同时还需在每本图书内加贴磁条，通过磁性电子安全检测器检测，防止图书未经许可被带出馆外。读者借／还书的过程是管理员须先用光扫描器读取借书卡信息，然后读取图书上的条码信息，最后将书消磁或上磁；管理员整架时，全凭的肉眼来辩别图书是否错架、乱架，整架速度慢效率低。在RFID技术管理下的图书馆，读者借书时，只须将自己的借阅证、图书或音像制品放在借阅设备下方，RFID借阅系统就会自动扫描读取读者卡个人信息和图书标签信息，计算机自动完成借书过程并打印出借书凭证；还书时，读者将图书送到回收设备，安装了RFID读写器的设备自动对书籍标签进行扫描记录、处理和分捡；管理员整架时，只须持手持式阅读器，在书架中问走过，阅读器可以将错架、乱架的图书从成排的书架中挑选出来；现有图书借／阅与图书防盗是两个互不统一的独立系统，在RFID环境下可以实现EAS(电子防盗)与记录借阅信息流程的统一，综观RFID并对比条形码识别技术，它的主要优势如下表所述。 

2．2 RFID给图书馆带来的益处 
RFID技术与现有图书馆管理系统不同之处是，RFID不需要对每本图书依次扫描，它能实现对电子标签的群读功能。当带有电子标签的数本图书进入阅读器扫描区域，电子标签发出的射频信号就被自动检测到，接下来就是根据信号的约定完成借／还书功能，这一过程完全自动化，不需要人为干预。采用RFID电子标签免除了传统图书馆中起防盗功能的磁条以及借／送书过程中消磁与上磁的工作步骤，带来的好处是既节省了磁性防盗系统磁条与磁性检测装置的投入，叉极大地缩短了读者借／还图书的花费时间、提高了工作效率，将管理员从简单劳动中解放出来，使他们有更多的时间为读者提供图书借阅服务，提高了工作的价值。 

RFID技术为读者提供不需要管理员帮助，自助和自动的完成图书的借书过程，提高了书籍的流通量和借阅效率，减少读者的等候时间；RFID实现了图书自动还书和分捡功能，读者在任何时间即使在图书馆关闭后亦可实现还书要求，分捡机按图书分娄要求分门别类地将图书自动分离出来并传送到指定的箱体中供管理员上架使用；日常管理中通过手持式阅读器，图书管理员可轻易寻找或分辨错架、乱架书籍，在不影响馆舍正常运作情况下完成顺架工作，减少人为失误和提高归架效率；同样，读者搜寻资料只要用手持式阅读器从书架前走过，就可以从浩如烟海的图书和文件中，方便地找到所需要的资料，极大地提高读者的有效阅读时问；馆藏盘点时，管理员只要持手持式阅读器书架边走一遍即可读取所有图书的信息，盘点时问很短，或许利用晚上时问即可完成盘点，而对条形码阅读机而言，必须近距离而且没有物体阻挡下才可读条形码信息，因此，盘点时需从书架上将每一本书取下依次读取，费工费时且速度慢。RFID图书管理系统实现了馆藏图书信息识别与安全防盗(EAS)相结合，使图书管理与电子防盗系统高度统一，打破和简化了传统防盗系统的概念和布局。 

以国内第一家也是唯一采用RFID技术的深圳图书馆为例，其自助借还系统，在开馆不到一个月的时间内，借数量已经达到了13．8万册，其中52 是通过自助借还系统完成的。这极大地减轻了工作人员的工作量，读者感觉也很方便，通过读者自助、自主的方式，实现了一种交互式的更为人性化的服务；利用RFID标签在馆内构造了一个精确的定位导航系统，读者从图书检索系统中查到一本书后，馆内的资源设备可以顺利地将读者引到存书的地方去直接拿到要找的书本文献；图书上架时，管理员只需将待上架的图书放入专用书车的书槽中沿书架前进，当书车上的小灯点亮时表示对应的图书到达目的地，这极大的提高图书上架的效率。 

2．3 RFID在图书馆应用中存在的问题 

虽然RFID对比条形码识别技术有很大的优势，但从目前国内图书馆发展现状看，RFID要被图书馆界所接受还有很长的路要走。首先从经济上看，相对于条码和磁条，RFID电子标签的使用成本太高，每本书的耗材成本成倍增加(条形码约1元；磁条约0．3元；RFID约5～7元)，对于动辄百万馆藏的图书馆是一笔不小的数目，加上RFID系统外围相关应甩软件及读写器、自动借还书、自动分捡设备等更是一笔庞大的费用开支。

以深圳图书馆为例，该馆在RFID图书自动化技术的投入约六千万元。因此要将目前条码管理模式改造成RFID图书管理系统，需要投入很大的技术改造费用，没有强大的财政支持是难以实现的，在目前多数图书馆连馆舍这一基本要素还没有很好解决的今天，RFID图书管理系统必然是大多数图书馆望而却步的高贵技术产品，所以国内图书馆的现实与RFID技术的推广使用还是有很大的距离；另一方面，RFID图书管理系统并不兼容目前图书馆的条码管理系统，只有该地区所有图书馆都采用了RFID，充分利用RFID自动分捡的功能，达到馆际间的通借通还，图书馆才可以从RFID技术中充分受益，否则会阻碍馆际间通借通还工作的开展。如深圳图书馆采用RFID图书自动化管理系统后，原有各个社区图书馆服务体系采用条码管理与现在中心馆RFID并不兼容，造成中心馆的图书只能局限在馆内体系流通，目前还不能与社区图书馆联网达到通借通还。从使用环境看，在目前国内图书大量平装书和国民素质相对滞后的条件下，将图书随意扭曲或卷折，很容易折断RFID标签的内置天线使电子标签失效，造成图书借还失败。如深圳图书馆在新系统投入运行中就碰到这一头疼的问题，一些读者，或许是出于好奇，将贴在书上的RFID标签撕掉，也有一些书籍在归还的时候，RFID标签的数据存在无法读取的现象，目前深圳图书馆正试图寻找好的解决方法。 

从技术上看，除了金属、潮湿水气、扫描距离等因素影响RFID读取率外，若RFID阅读器发射的电波与图书上电子标签内置天线平行，会无法读取数据，也就是当图书与阅读器成特定的角度时，图书内的电子标签不能被激活；也有可能阅读器会同时读取不应读取的数据。如读者在办理自助借阅图书时，可能会将排在身后等候办理借阅的其他读者的书一起扫描进去造成误判。也就是阅读器感应范围内同时感应到多笔馆藏数据的RFID卷标时，会无法判断哪一个才是真正要处理的数据。对于服务读者为主要任务的图书馆，正确读取RFID卷标信息是一个重要的技术要求；在隐私方面，读者阅览证采用RFID容易造成个人隐私的泄漏。当读者持卡进入图书馆，RFID阅读器立刻将感应到的数据提供给数据中心处理，数据中心立刻给出该读者是否有借阅逾期、预约借书、借阅历史以及通过图书、期刊架上的感应器配合馆藏与读者的RFID标签，感应读者是否有取下某本期刊或图书，本来是用以判断期刊与图书的阅览率的记录，结果在所有读写器感应范围这种个人隐私暴露无疑。安全方面，无源RFID系统还没有非常可靠的安全机制，表现在标签无法对阅读器进行身份验证。无源RFID标签一旦接近射频扫描器，就会无条件自动发出信号，无法辨别其扫描器是否合法。这意味着如果有人携带一个射频扫描器上街，那么路上行人购物袋里的东西将会“一览无遗”，芯片在读或者写数据的过程中都很容易被黑客所利用，虽然目前有些制造商在芯片上做了改进，但仍然没有很好的解决。 

3 应用前景 

RFID图书自动化管理系统的应用，可以有效地提高了图书管理的工作效率、减少人为失误、简化图书管理的操作流程、为读者提供更加便利快捷的图书借还和查询等服务，将我们的工作人员从烦琐的日常工作中解脱出来，使我们的工作人员有更多的时间为读者提供更加专业的服务。尽管以目前及可预见未来图书馆读者流量、可支配资金、劳动力成本和后台技术支持能力看，改进后的条形码识别技术系统在图书管理自动化上还会延续相当长的时间和市场需求，但从发展的眼光看，RFID技术的确是一项高产能的和高效率的信息识别技术，随着技术的不断进步，RFID电性能的不断改进及芯片制造技术的日趋完善，电子标签和外围信息处理设备会下降到市场所接受的合理价格，最终会取代条形码成为主流信息识别技术，但在当前该项技术还未完全成熟的今天，还是要科学合理地使用。 

[参考文献] 

[1]游战清，李苏剑．无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M]．北京：电子工业出版社，2004.10． 
[2](德)Klaus Finkenzeller，陈大才．射频识别(RFID)技术——无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用[M]．北京：电子工业出版社，2001．6． 

[作者简介]刘英华(1962．1～)，男，馆员，已发文数篇。