基于物联网的图书与档案智能管理系统
曲丹秋
摘 要： 为了对传统图书与档案管理系统实施改革，提升图书与档案的智能管理水平，设计基于物联网的图书与档案智能管理系统，分析了物联网体系结构，对物联网在图书与档案管理系统应用过程中的感知层、网络层以及应用层三方面内容进行详细描述。对系统的电子标签和阅读器进行重点设计，详细分析了基于物联网的智能图书与档案管理系统实现的内容与过程。经过对系统的性能测试得出，此智能管理系统为用户提供了更加方便快捷的途径。实验结果说明所设计系统各项功能运行稳定，检测效果理想。
关键词： 物联网； 图书与档案； 智能管理系统； 性能测试； 电子标签； 阅读器
中图分类号： TN919?34； TP309 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）01?0165?04
Abstract： In order to implement the reformation of the traditional book and archives management system， and enhance the intelligent management level of book and archives， a book and archives intelligent management system based on the Internet of Things was designed. The architecture of the Internet of Things is analyzed. The application process of the Internet of Things in book and archives management system is described in detail in the aspects of perception layer， network layer and application layer. The electronic tag and reader as the key components of the system are designed emphatically. The realization content and process of the intelligent book and archives system based on the Internet of Things are analyzed in detail. The performance test results of the system show that the intelligent management system provides a convenient and rapid approach for users. The experimental results show that the designed system has stable operation function and satisfied detection effect.
Keywords： Internet of Things； book and archives； intelligent management system； performance test； electronic tag； reader
當前互联网技术快速发展，使得图书与档案信息化建设逐渐引起人们的关注。合理采用网络资源，整合不同部门的信息资源，对传统图书与档案管理系统进行改革，创造高质量的图书与档案，成为图书馆与档案馆信息化建设的热点话题。移动通信技术和数字技术的大范围应用为物联网技术在图书与档案管理领域的应用提供了基础，因此研究基于物联网的图书与档案的智能管理系统具有重要的应用价值。
1 基于物联网的图书与档案智能管理系统
在物联网技术及RFID技术快速发展的今天，随着RFID标签统一的制定标准和成本降低，越来越多的行业对其有着广泛的使用[1]，特别是一些图书与档案的管理也在逐渐引进该项技术，实现图书与档案管理的数字化。本文设计了基于RFID技术而建立的智能图书与档案管理系统，并对该系统的体系结构和业务流程进行研究。
1.1 物联网体系结构及其在图书与档案智能管理的应用
如图1所示，物联网的体系结构由数据面、控制面、知识面、管理面组成，也就是由感知层、网络层、应用层[2]构成。各组成部分作用如下：数据面是对数据包进行传输和发送；控制面为数据匹配数据包并发送，对数据吞吐量和网络延迟进行优化，并保证其可靠性和安全性；知识面将所有的信息传送到控制面[3]，并对数据面、控制面、知识面间的信息传输进行监督，确保物联网能够自主对数据进行交互处理。
由图1可得物联网在图书与档案智能管理系统中的应用过程如下：
1） 感知层通过传感器、短距离无线通信以及自组织网络等技术完成图书与档案资料的信息采集、书本档案标识以及识别等功能。传感网络可确保图书馆、档案馆内大数据的传播和感应的高效进行。读者通过传感网络以及智能手机[4]，在馆内通过电子标签和阅读器来感知各方位的资料。
2） 网络层由接入层和核心层构成，网络层主要通过电信网、移动通信网、校园无线局域网、互联网等网络完成图书信息的通信。
3） 应用层将信息技术同图书与档案管理领域连接，满足各管理领域的需求，如图书与档案环境监控、智能化通信等，并且对各种信息进行共享[5]。通过应用层，用户与图书及档案馆间、用户与信息间、图书与档案馆内部和外部间建立起了统一的整体。
1.2 系统关键部件设计
1.2.1 电子标签设计
电子标签即射频标签，是整个系统的应答器部分，其内部结构如图2所示。可以看出，电子标签包括标签天线、线圈、标签芯片三部分。根据其作用的不同，电子标签的调制方式包括主动式、被动式、半被动式三部分；其可读写性又包括只读、读写、一次写入多次读出。当前图书与档案馆中的传统条形码逐渐被RFID电子标签所代替[6]。使用电子标签后，将使图书与档案管理员的工作变得格外轻松，同时，在借还图书档案资料方面也为用户带来方便。
1.2.2 阅读器设计
阅读器即读头，由于射频识别的工作频段取决于阅读器频率，射频识别的距离取决于阅读器功率，因此阅读器的作用在整个RFID系统中显得尤为重要。阅读器的软件部分可执行读头所收到的命令并将该命令发送给标签。读头有分离式读头、集成读头，其判定标准为天线与读头是否分离。阅读器由标签、读卡器、天线三部分构成。
如图3所示，其工作流程为：发射天线对射频信号进行发送；电子标签被激活并通过内置发送天线来传输自身的编码及射频信号[7]；接收天线接收电子标签发来的信息并通过调制解调器传送给阅读器；阅读器将信息调制解码后传输到后台系统进行处理。
2 基于物联网的智能图书与档案管理系统的实现
本文利用物联网技术、网络管理系统、移动运营商平台等建立起来的智能图书与档案管理系统，包括客户查询、数据库管理、移动运营商平台、RFID读写器、RFID标签、图书定位以及终端服务器等部分。该系统将对图书馆中馆藏信息、借还书信息、计费收费等信息进行详细记录。根据分工不同，该智能系统还设有图书查询、图书借还、图书续借、档案管理、读者管理等子系统。
校园网是物联网智能图书与档案管理系统的主要依靠。由移动运营商提供协助，在师生的手机SIM卡上装上RFID标签，即可将RFID技术与SIM技术进行合并[8]，这样的SIM卡叫作无线通信智能手机卡。这项技术，可近距离实现信息之间的通信，为建立智能化图书与档案管理系统打下基础。
建立基于物联网的智能图书与档案管理系统，可在提高图书馆、档案馆管理效率的同时，降低工作人员的劳动强度以及运营成本，该系统的功能结构如图4所示。以读者从进入图书馆直至借书、还书完成为例，对该智能管理系统功能进行详细介绍。当师生来到图书馆入口处时，将本人带有RFID标签的手机放在图书馆入口处安装的标签识别器上，通过识别器对个人信息实施读取[9]，确认来访人员身份是否符合规定。通过检查的人员顺利进入到图书馆内部，而图书馆门禁将不会对不合法的人员开启。进入图书馆后，师生可根据图书借阅管理系统发送到手机上的短信了解个人已查阅的图书信息，并对借还图书的详细信息进行核查。
图4描述的智能图书馆系统的详细功能如下：
1） 识别身份：可以进入图书馆的用户都是经过系统识别后的合法用户。
2） 借阅图书：通过系统对读者借阅情况的记录，可核对读者是否存在欠款及过期仍未归还的图书。当存在以上任一情况时，系统将进行报警，从而使读者无法继续借阅图书。而记录中未显示有欠或有过期未归还图书的读者，即可顺利借到图书，同时借阅信息也将显示在系统中。与此同时，系统中详细记录的还有过期未及时归还图书的罚款以及罚款金额。
3） 归还图书：读者在归还图书时，将图书在读写器上扫描信息[10]，并不需要提供借书证。成功扫描图书后，读者的借阅信息将被显示在系统中，如果在归还的图书中存在逾期的情况，系统也将统计出对该本书的罚款金额并对所有罚款金额进行汇总。
4） 續借图书：对于读者进行图书的借阅，系统将在借阅表中对相应信息进行修改，并自动计算图书借阅天数以及图书归还日期。
3 实验分析
3.1 总体性能测试
实验对本文设计的基于物联网的图书与档案智能管理系统的具体案例实施测试，分析本文系统的总体性能，结果如表1所示。分析表1可得，本文系统能够快速获取每一本经过感应区的带有RFID标签的图书档案资料的信息，确保自主借书、自主还书、库存统计、智能安全门等功能得以实现，是十分有效的图书与档案智能管理系统。
3.2 主数据处理性能测试
实验检测本文系统对信息流的处理性能时，设计的案例如表2所示。
实验采用本文系统对表2中的案例进行检测并取得最终结果。由于该测试结果体现了测试案例的效果与效率，因此该项检测所涉及到的所有数据均为关键数据。其测试结果如表3，表4所示。可以看出，本文系统成功执行了不同数据的编辑功能，并且对信息的处理结果同预期目标一致。
综合分析上述实验测试结果可得，本文所设计的基于物联网的图书与档案智能管理系统各功能运行稳定，检测效果理想。
4 结 论
本文设计了一种基于物联网的图书与档案智能管理系统，分析了物联网体系结构、图书与档案管理应用中的体系结构，以及基于物联网的智能图书与档案管理系统实现的内容和过程，极大地提升了智能管理水平。
参考文献
[1] 何志俊.基于物联网RFID技术的智慧图书馆研究[J].图书情报导刊，2016，1（6）：33?35.
HE Zhijun. Study on the intelligent library based on RFID （radio frequency identification devices） technology of the Internet of Things （IOT） [J]. Sci?Tech information development & economy， 2016， 1（6）： 33?35.
[2] 牛悦，王若琳.面向QoE基于物联网的云图书馆服务[J].情报资料工作，2015（3）：71?74.
NIU Yue， WANG Ruolin. QoE?oriented cloud library services based on Internet of Things [J]. Information and documentation services， 2015（3）： 71?74.
[3] 李守宏.基于MVC的数字图书馆管理系统的开发与设计[J].电子设计工程，2016，24（24）：22?24.
LI Shouhong. The development and design of digital library management system based on MVC [J]. Electronic design engineering， 2016， 24（24）： 22?24.
[4] 徐丽平.物联网技术在图书馆中的应用研究[J].电脑知识与技术，2015，11（31）：225?226.
XU Liping. Review on the research of the application of IOT （Internet of Things） technology in the library [J]. Computer knowledge and technology， 2015， 11（31）： 225?226.
[5] 马静.基于物联网的智能图书馆系统设计与研究[J].工业仪表与自动化装置，2017（4）：69?71.
MA Jing. Design and research of intelligent library system based on Internet of Things [J]. Industrial instrumentation & automation， 2017（4）： 69?71.
[6] 徐豪辉，杨朝江，王怀宇，等.图书馆智能还书分类系统演示平台开发与设计[J].价值工程，2016，35（5）：180?181.
XU Haohui， YANG Chaojiang， WANG Huaiyu， et al. Deve?lopment and design of the intelligent library book classification system demonstration platform [J]. Value engineering， 2016， 35（5）： 180?181.
[7] 陈志辉，王颖纯，刘燕权.基于物联网环境的图书馆RFID技术应用现状的研究[J].情报杂志，2015（5）：196?201.
CHEN Zhihui， WANG Yingchun， LIU Yanquan. Current applications of RFID Technology in libraries under the environment of the Internet of Things [J]. Journal of intelligence， 2015（5）： 196?201.
[8] 何赫，刘涛，李丹.基于RFID的图书馆图书定位系统研究与设计[J].电子器件，2017，40（3）：688?691.
HE He， LIU Tao， LI Dan. Research and implementation of a RFID?based system for library books positioning [J]. Chinese journal of electron devices， 2017， 40（3）： 688?691.
[9] 王滢.基于物联网的图书馆流通服务模式探析[J].现代情报，2015，35（3）：175?177.
WANG Ying. Analysis of the circulation service pattern of library based on the Internet of Things [J]. Modern information， 2015， 35（3）： 175?177.
[10] 许艳丹，张前进.基于物联网的智慧圖书馆研究[J].陕西理工学院学报（自然科学版），2016，32（1）：50?53.
XU Yandan， ZHANG Qianjin. Intelligent library design based on Internet of Things [J]. Journal of Shaanxi University of Technology （natural science edition）， 2016， 32（1）： 50?53.
摘 要： 为了对传统图书与档案管理系统实施改革，提升图书与档案的智能管理水平，设计基于物联网的图书与档案智能管理系统，分析了物联网体系结构，对物联网在图书与档案管理系统应用过程中的感知层、网络层以及应用层三方面内容进行详细描述。对系统的电子标签和阅读器进行重点设计，详细分析了基于物联网的智能图书与档案管理系统实现的内容与过程。经过对系统的性能测试得出，此智能管理系统为用户提供了更加方便快捷的途径。实验结果说明所设计系统各项功能运行稳定，检测效果理想。
关键词： 物联网； 图书与档案； 智能管理系统； 性能测试； 电子标签； 阅读器
中图分类号： TN919?34； TP309 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）01?0165?04
Abstract： In order to implement the reformation of the traditional book and archives management system， and enhance the intelligent management level of book and archives， a book and archives intelligent management system based on the Internet of Things was designed. The architecture of the Internet of Things is analyzed. The application process of the Internet of Things in book and archives management system is described in detail in the aspects of perception layer， network layer and application layer. The electronic tag and reader as the key components of the system are designed emphatically. The realization content and process of the intelligent book and archives system based on the Internet of Things are analyzed in detail. The performance test results of the system show that the intelligent management system provides a convenient and rapid approach for users. The experimental results show that the designed system has stable operation function and satisfied detection effect.
Keywords： Internet of Things； book and archives； intelligent management system； performance test； electronic tag； reader
當前互联网技术快速发展，使得图书与档案信息化建设逐渐引起人们的关注。合理采用网络资源，整合不同部门的信息资源，对传统图书与档案管理系统进行改革，创造高质量的图书与档案，成为图书馆与档案馆信息化建设的热点话题。移动通信技术和数字技术的大范围应用为物联网技术在图书与档案管理领域的应用提供了基础，因此研究基于物联网的图书与档案的智能管理系统具有重要的应用价值。
1 基于物联网的图书与档案智能管理系统
在物联网技术及RFID技术快速发展的今天，随着RFID标签统一的制定标准和成本降低，越来越多的行业对其有着广泛的使用[1]，特别是一些图书与档案的管理也在逐渐引进该项技术，实现图书与档案管理的数字化。本文设计了基于RFID技术而建立的智能图书与档案管理系统，并对该系统的体系结构和业务流程进行研究。
1.1 物联网体系结构及其在图书与档案智能管理的应用
如图1所示，物联网的体系结构由数据面、控制面、知识面、管理面组成，也就是由感知层、网络层、应用层[2]构成。各组成部分作用如下：数据面是对数据包进行传输和发送；控制面为数据匹配数据包并发送，对数据吞吐量和网络延迟进行优化，并保证其可靠性和安全性；知识面将所有的信息传送到控制面[3]，并对数据面、控制面、知识面间的信息传输进行监督，确保物联网能够自主对数据进行交互处理。
由图1可得物联网在图书与档案智能管理系统中的应用过程如下：
1） 感知层通过传感器、短距离无线通信以及自组织网络等技术完成图书与档案资料的信息采集、书本档案标识以及识别等功能。传感网络可确保图书馆、档案馆内大数据的传播和感应的高效进行。读者通过传感网络以及智能手机[4]，在馆内通过电子标签和阅读器来感知各方位的资料。
2） 网络层由接入层和核心层构成，网络层主要通过电信网、移动通信网、校园无线局域网、互联网等网络完成图书信息的通信。
3） 应用层将信息技术同图书与档案管理领域连接，满足各管理领域的需求，如图书与档案环境监控、智能化通信等，并且对各种信息进行共享[5]。通过应用层，用户与图书及档案馆间、用户与信息间、图书与档案馆内部和外部间建立起了统一的整体。
1.2 系统关键部件设计
1.2.1 电子标签设计
电子标签即射频标签，是整个系统的应答器部分，其内部结构如图2所示。可以看出，电子标签包括标签天线、线圈、标签芯片三部分。根据其作用的不同，电子标签的调制方式包括主动式、被动式、半被动式三部分；其可读写性又包括只读、读写、一次写入多次读出。当前图书与档案馆中的传统条形码逐渐被RFID电子标签所代替[6]。使用电子标签后，将使图书与档案管理员的工作变得格外轻松，同时，在借还图书档案资料方面也为用户带来方便。
1.2.2 阅读器设计
阅读器即读头，由于射频识别的工作频段取决于阅读器频率，射频识别的距离取决于阅读器功率，因此阅读器的作用在整个RFID系统中显得尤为重要。阅读器的软件部分可执行读头所收到的命令并将该命令发送给标签。读头有分离式读头、集成读头，其判定标准为天线与读头是否分离。阅读器由标签、读卡器、天线三部分构成。
如图3所示，其工作流程为：发射天线对射频信号进行发送；电子标签被激活并通过内置发送天线来传输自身的编码及射频信号[7]；接收天线接收电子标签发来的信息并通过调制解调器传送给阅读器；阅读器将信息调制解码后传输到后台系统进行处理。
2 基于物联网的智能图书与档案管理系统的实现
本文利用物联网技术、网络管理系统、移动运营商平台等建立起来的智能图书与档案管理系统，包括客户查询、数据库管理、移动运营商平台、RFID读写器、RFID标签、图书定位以及终端服务器等部分。该系统将对图书馆中馆藏信息、借还书信息、计费收费等信息进行详细记录。根据分工不同，该智能系统还设有图书查询、图书借还、图书续借、档案管理、读者管理等子系统。
校园网是物联网智能图书与档案管理系统的主要依靠。由移动运营商提供协助，在师生的手机SIM卡上装上RFID标签，即可将RFID技术与SIM技术进行合并[8]，这样的SIM卡叫作无线通信智能手机卡。这项技术，可近距离实现信息之间的通信，为建立智能化图书与档案管理系统打下基础。
建立基于物联网的智能图书与档案管理系统，可在提高图书馆、档案馆管理效率的同时，降低工作人员的劳动强度以及运营成本，该系统的功能结构如图4所示。以读者从进入图书馆直至借书、还书完成为例，对该智能管理系统功能进行详细介绍。当师生来到图书馆入口处时，将本人带有RFID标签的手机放在图书馆入口处安装的标签识别器上，通过识别器对个人信息实施读取[9]，确认来访人员身份是否符合规定。通过检查的人员顺利进入到图书馆内部，而图书馆门禁将不会对不合法的人员开启。进入图书馆后，师生可根据图书借阅管理系统发送到手机上的短信了解个人已查阅的图书信息，并对借还图书的详细信息进行核查。
图4描述的智能图书馆系统的详细功能如下：
1） 识别身份：可以进入图书馆的用户都是经过系统识别后的合法用户。
2） 借阅图书：通过系统对读者借阅情况的记录，可核对读者是否存在欠款及过期仍未归还的图书。当存在以上任一情况时，系统将进行报警，从而使读者无法继续借阅图书。而记录中未显示有欠或有过期未归还图书的读者，即可顺利借到图书，同时借阅信息也将显示在系统中。与此同时，系统中详细记录的还有过期未及时归还图书的罚款以及罚款金额。
3） 归还图书：读者在归还图书时，将图书在读写器上扫描信息[10]，并不需要提供借书证。成功扫描图书后，读者的借阅信息将被显示在系统中，如果在归还的图书中存在逾期的情况，系统也将统计出对该本书的罚款金额并对所有罚款金额进行汇总。
4） 續借图书：对于读者进行图书的借阅，系统将在借阅表中对相应信息进行修改，并自动计算图书借阅天数以及图书归还日期。
3 实验分析
3.1 总体性能测试
实验对本文设计的基于物联网的图书与档案智能管理系统的具体案例实施测试，分析本文系统的总体性能，结果如表1所示。分析表1可得，本文系统能够快速获取每一本经过感应区的带有RFID标签的图书档案资料的信息，确保自主借书、自主还书、库存统计、智能安全门等功能得以实现，是十分有效的图书与档案智能管理系统。
3.2 主数据处理性能测试
实验检测本文系统对信息流的处理性能时，设计的案例如表2所示。
实验采用本文系统对表2中的案例进行检测并取得最终结果。由于该测试结果体现了测试案例的效果与效率，因此该项检测所涉及到的所有数据均为关键数据。其测试结果如表3，表4所示。可以看出，本文系统成功执行了不同数据的编辑功能，并且对信息的处理结果同预期目标一致。
综合分析上述实验测试结果可得，本文所设计的基于物联网的图书与档案智能管理系统各功能运行稳定，检测效果理想。
4 结 论
本文设计了一种基于物联网的图书与档案智能管理系统，分析了物联网体系结构、图书与档案管理应用中的体系结构，以及基于物联网的智能图书与档案管理系统实现的内容和过程，极大地提升了智能管理水平。
参考文献
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[2] 牛悦，王若琳.面向QoE基于物联网的云图书馆服务[J].情报资料工作，2015（3）：71?74.
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