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标题 基于RFID的图书自动分拣系统的应用与发展
范文 柳杨


摘 要：文章以广州图书馆为例，简述了基于RFID的图书自动分拣系统的结构、应用成效及现存的问题，并结合RFID图书自动分拣系统实际的运行情况提出了合理化的改进建议。
中图分类号：G250文献标识码：A文章编号：1003-1588（2017）05-0078-03
关键词：RFID；图书馆；自动分拣
随着当今城市图书馆的不断发展，图书馆的藏书量也逐年增加。通过馆员及社会各界的不断宣传与推广，近年来图书馆注册读者与图书外借数量也都有了显著增长，以广州图书馆为例，该馆2012年至2015年累计注册读者数量分别为：39.2万、66.1万、86.8万、105.9万，图书外借数量分别为：238.2万册次、568.8万册次、732.7万册次、754万册次。面对如此巨大的借阅量，图书归还后回馆分拣再上架就成为一个巨大的难题，而机械化自动化的图书分拣不失为一个高效快捷的解决方案。
1 自动分拣技术的发展
20世纪20年代，荷兰尔玛公司首先研发了世界第一台信件分拣设备，标志着自动分拣设备的诞生。早期的自动分拣系统是基于条码等的图形识别，因为图形识别对象结构简单，而且图形条码印刷成本低，所以图形识别被广泛地应用在信件、包裹等的分拣中。但是，因图形识别有识别速度慢、识别率不高、对图形的印刷位置要求较高等弊端，易造成分拣速度慢及分拣错误率高等问题。RFID（Radio Frequency Identification）技术的出现与发展，很好地解决了图形识别的各种问题。RFID即无线射频识别，它是一种通信技术，指通过无线电信号非接触式地读写特定目标的数据。这种识别技术最大的优势在于在可识别的范围内可以不用接触目标（包括机械或光学接触），即可識别出目标内所包含的各种数据信息。RFID技术让自动分拣系统无须考虑分拣对象的摆放方式，只需将被分拣对象置于可识别范围内即可准确快速地识别，大大提高了自动分拣系统的兼容性及分拣效率。
2 图书自动分拣系统的结构分析
图书的自动分拣系统与快递包裹的分拣系统类似，可分为投入段、图书合流排序段、输送段、识别段、分拣段等几大部分。但是，由于使用对象的特殊性，图书自动分拣系统与其他分拣系统也有着明显的差异：①从投入段来看，图书分拣系统要求进入分拣系统的图书不可以重叠放置。这是由于图书分拣的目标是将图书按照其在图书馆的不同摆放区域分开，最终达到方便图书馆工作人员便捷上架图书的目的。不同图书有不同的分拣去向，重叠图书进入分拣系统时，系统无法拆分图书，最终只能将叠放的图书分拣进入同一个出口，这必然会导致分拣出错。所以，图书分拣系统投入段需严格控制图书的进入方式。另外，在图书馆中，图书分拣系统投入段的用户一般都是读者，所以投入段也要兼顾图书归还、查询及逾期缴费的功能。②图书合流排序段则需要将读者在不同的投入口投入的图书进行排序和合流。由于分拣识别是通过RFID的读写器来识别图书上粘贴的RFID标签，如果输送线上的图书距离较近，会造成读写器同时读取到多本图书的情形，同样会造成分拣出错。所以，在投入段之后需要对各投入口进入的图书进行合理的排序，保证在分拣线上输送的图书有足够的间距，避免分拣识别出错。③输送段需根据图书馆场地情况的不同，通过多样的组合形式，最终将图书运输至分拣机进行分拣。以广州图书馆为例，该馆是一个地上十层、地下三层的多层建筑，读者用来归还图书的投入口在一层，而分拣机在负一层，为了将图书快速地运输至分拣机，该馆采用了多段皮带机和螺旋运输机组合的输送方式。④由于具备非接触高速读取特性，RFID技术已成为图书分拣系统普遍采用的识别方案，分拣识别段通过读取图书RFID标签中的图书信息并上传给服务器以判断图书的分拣去向。由于图书分拣系统要求有较高的分拣速度和较低的分拣差错率，所以对分拣识别段的要求颇高。以广州图书馆为例，分拣机的分拣效率为每小时分拣5，000册图书，平均每本图书从开始识别到分拣机获得分拣去向仅有不足1.4秒的时间。⑤分拣机是自动分拣系统的核心段，分拣机的分拣速度及差错率直接影响整个系统的分拣效率。同时，根据分拣机结构形式的不同，常见的图书分拣机有：交叉带分拣机、翻盘式分拣机、滑块式分拣机、挡板式分拣机、胶带浮出式分拣机、辊筒浮出式分拣机、条板倾斜式分拣机等。广州图书馆根据业务需求及场地情况，选择了直线交叉带式高速分拣机。
3 广州图书馆图书自动分拣系统的应用情况及成果
广州图书馆新馆有南北两座塔楼，其中南楼八层，北楼十层。广州图书馆新馆于2012年12月28日起正式开馆，同时于2013年开始进行图书自动分拣系统的建设。在完成各项测试后，该系统基本于2015年开始正式投入使用。
3.1 图书自动分拣系统在广州图书馆的应用情况
广州图书馆目前的分拣过程为：自动还书投入口投入图书（读者）→输送系统→分拣系统→各楼层分拣室二次分拣→人工上架。由于广州图书馆除了现有的5台自动还书投入口可以归还图书以外，在全馆各楼层各区域都摆放有大量的自助借还书机可以归还图书，所以该系统还单独设有一个独立的投入口供工作人员使用，该投入口可以将读者在其他设备归还的图书平行地投入分拣系统进行分拣。广州图书馆的图书分拣系统共设有分拣口32个，由于直线分拣机分拣图书时图书只能从识别段经过一次，所以在分拣机尾端位置固定设置了左右两个“收容”分拣口，分拣机会在此处强制将还未完成分拣的图书投放至收容口中，避免出现未分拣图书从分拣机尾端抛出的情况。另外，在分拣机后段还设有“规则未匹配图书”和“未识别图书”4个固定分拣口，所有固定分拣口的图书均需由工作人员人工查询辨别后才能继续处理（见图1）。
分拣系统的其他26个分拣口为普通分拣口，广州图书馆根据全馆上架图书的摆放位置及部分图书的特殊状态，将图书共分为以下26类：北1楼、北2楼24小时、北3楼、北3楼I247.5、北4楼I247.5英、北4楼I、北5楼ACDE、北5楼B、北5楼F、北6楼K、北6楼南J、北6楼GQ、北7楼、北8楼、南2楼、南3楼、南3楼I287.4、南3楼I287.7、南3楼I561、南3楼I712、南3楼J、南4楼、南6楼、馆藏状态错误的图书、协作协调部管理图书、预约书。广州图书馆图书自动分拣系统还具备自动换箱系统，可以将分拣机分拣出的一箱箱图书自动运送到各个楼层，并自动给分拣机补充空箱。由于使用了该系统，广州图书馆分拣系统的分拣口可以进行复用，并不需要将某一类的图书固定地分拣至某个分拣口，而是可以动态地调配分拣口资源，这样可以大大提高分拣口的利用率，可以使分拣规则制订得更加细致，减轻工作人员二次分拣的工作量。
3.2 图书自动分拣系统在广州图书馆的应用成果
在正式开始使用图书自动分拣系统以前，广州图书馆在负二层建立了一个图书分拣仓库对图书进行人工分拣，同时在各楼层也设立了图书分拣室进行人工二次分拣，共占地360多平方米，分拣人员数十人。而随着图书自动分拣系统的应用，大大减少了书刊分拣所需的场地面积。据测算，广州图书馆的自动分拣系统仅占用负一层180平方米的空间，管理人员仅需3人即可，既节省了空间，又降低了人工成本。广州图书馆是一个日平均接待读者量达到2万人的大型公共图书馆，原来采用的纯人工分拣效率低下，每本图书从归还到再次上架平均需要3天时间，读者经常反映在查询时明明系统显示图书在馆，但实际上无法在书架上找到。图书自动分拣系统上线后，图书归还再上架时间已缩短至3小时以内，大大减少了读者无法找到图书的情况，相关投诉也随之减少。图书自动分拣系统这一新技术的应用，不仅提高了文献的利用率和办馆效益，同时也大大降低了员工的劳动强度，缩短了劳动时间，降低了劳动成本。2015年，广州图书馆共通过自动分拣系统分拣图书560多万册，2016年为540多万册，新的图书自动分拣系统已成为广州图书馆保证图书快速、准确、高效流转的核心力量。
4 基于RFID的图书自动分拣系统在应用中存在的问题及改进措施
4.1 投入段图书等待的问题
广州图书馆图书自动分拣系统原设计有5个读者投入口，后根据专家验收要求，已于2016年年底又增加了5个，现共有10个读者投入口。为了保证最终分拣的正确率，系统要求进入主线的图书要保证有不小于60CM～80CM（根据投入图书尺寸决定）的间隔。因为所有由投入口投入的图书均是通过同一条主线最后进入分拣机分拣，所以图书从投入口上到主线时就需要进行排队等待。系统在投入段设计了两个缓冲区来等待进入主线，但当同一时间所有的投入口均有读者还书时，部分投入段会出现一直等待无法上线的问题。对于读者来说，等待时间越长，用户体验就越差，而且根据这种结构可以看出，如果将来随着图书馆业务的不断发展，投入口的数量也会逐渐增加，届时这个问题会更加明显。这个问题可以通过硬件及软件两个方面进行改善：①硬件方面，增加多条主线汇聚后再进入最终的分拣线。单一的主线运载能力有限，如果想增加运载图书的数量就必须加快主线的传送速度，但是此时传动部分噪音必然会增大。这时可以改用多段主线的方式，将主线的汇聚点改在远离读者阅览的区域。在图书进入汇聚点的前段加快主线的传输速度，这样既解决了等待的问题也不会对阅览区域产生较大的噪声干扰。②软件方面，优化图书进入主线时的插入算法，在保证系统要求的图书间隔条件下，缩短图书之间的距离，充分利用传输主线。广州图书馆的分拣系统投入口是同时具有图书归还及向分拣系统投入图书的功能。根据现场测算，能熟练操作该系统的读者在进行还书及投入操作时，平均每本图书所耗时间为8～10秒；若是不熟悉该系统的读者，这个时间可能长达20～30秒。在这种情况下，主线上会有大量的空余位置可以插入图书。投入段控制系统软件优化得越好，就越可以充分利用这些空余的时间提高传输效率，缩短等待时间。
4.2 图书卡塞的问题
广州图书馆图书自动分拣系统的整个图书输送系统采用了多段式皮带机和链板螺旋输送机。皮带机与皮带机之间及链板螺旋输送机与皮带机之间在连接时留有缝隙，当图书经过时，如果图书较破旧，或已经出现了书页卷起的情况，就容易有部分书页卡在缝隙中，导致系统出现卡塞停机。图书若频繁卡塞会导致分拣效率大大降低，而且还需要工作人员人工干预处理，增加了不必要的工作任务。针对这个问题，目前有两种处理办法：①在所有容易出现卡塞的缝隙位置增加导向板，这样可以缩小缝隙的宽度，同时，在安装光电的位置開槽或者开孔，这样也不会遮挡光电。②沿着图书行进方向，在接缝处设置一个从高到低的落差。图书在从高处输送至低处时，由于有了落差，图书可以以抛物线的方式跨过接缝，减少书页与接缝的接触机会，也就减少了卡塞情况的发生。当然，落差高度不应设置过大，过大的落差会使图书在下落时受到损坏。
4.3 图书在分拣时损坏的问题
图书在从分拣机上通过分拣口掉落至书箱时，由于高度落差有50CM左右，会造成图书的跌落损坏。特别是部分设计类、工具书、文集等大部头的图书，由于这些图书本身很厚重，所以在分拣至空箱时容易砸坏书箱，自身也容易散开，同时，在分拣至有书的书箱时容易砸坏已有的书籍。这个问题若长期持续下去，图书的损坏率将会不断上升。针对这个问题，笔者认为可以采用无落差的分拣方式，或者延长分拣口的导向段以降低图书分拣至书箱时的落差。分拣口也可以安装一种带有缓冲弹性的装置，让分拣的图书可以整齐地一本本落在该装置内，当重量或高度达到一定限制条件时，一次性释放到下方的书箱内，减少图书的跌落概率。
4.4 图书分拣正确率不高的问题
现在的图书分拣系统大多用于借还书量都较大的公共图书馆，由于实际使用的需要，图书馆要求分拣图书的效率要足够高。高速移动中的图书在经过识别段识别时，总会有部分RFID标签出现因识别时间不足而无法识别的情况。虽然现在的直线式图书分拣机都能够达到90%以上的分拣准确率，但在实际使用中还是希望能够继续提高准确率。针对直线式分拣机图书只能经过一次识别段识别一次的问题，在场地允许的情况下，笔者建议可采用环形分拣机，即图书进入分拣机后，只要未能找到分拣出口，就可以不停地在分拣机上输送，也就可以不限次数地经过分拣识别段。这样，由于一些偶然的原因导致的RFID标签识别不到的情况就会因为多次识别而大大减少，分拣准确率也可以有所提高。同时，环形分拣机也可以增加图书分拣时的缓冲时间，为换箱系统提供更充分的换箱等待时间间隔。
5 基于RFID的图书自动分拣系统的发展展望
随着科技的发展，高自动化的分拣系统已经进入了部分图书馆，而且，将来一定会朝着智能化的方向发展。智能机器人也可以引入图书自动分拣系统中，通过机器人的智能识别，可以分担二次分拣及上架的工作。自动分拣系统发展到足够高的智能化水平后，就可以完全替代人来完成图书归还、分拣及再上架这样的简单重复工作，让图书馆员拥有更多的时间与精力为读者服务，充分发挥图书馆的社会效益。
参考文献：
[1]李斌善.快递行业自动分拣系统的应用研究[J].经济研究导刊，2013（31）：43-44.
[2]高风格.基于RFID自动分拣系统在图书馆中的应用实例：以厦门市图书馆为例[J].内蒙古科技与经济，2012（18）：37-39.
[3]周小娟，王科，张纪忠.RFID技术在图书馆中的应用及主要问题[J].科技资讯，2012（15）：254-256.
（编校：崔 萌）
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更新时间：2024/12/22 17:59:29