高頻和超高頻RFID技術(shù)在圖書館的應(yīng)用研究

引 言

上世紀(jì) 20 年代在 Westinghouse 實驗室， 發(fā)明家 John Kermode“異想天開”地想對郵政單據(jù)實現(xiàn)自動分檢，最后， 一個當(dāng)時令所有人感到新奇的條形碼識別技術(shù)誕生了，并在之后的半個世紀(jì)在全球掀起了一場技術(shù)革命。時至今日，條碼技術(shù)無處不在，幾乎所有商品都有條形碼的烙印。進(jìn)入 21 世紀(jì)， 工業(yè)化、自動化快速發(fā)展，條形碼已經(jīng)不再滿足諸多情況中的實際需求，于是人們開始思考一項更加自動化、智能化的新型技術(shù)——RFID 非接觸射頻識別技術(shù)。這又是一場新的技術(shù)革命，并用其驚人的速度席卷全球。目前RFID 技術(shù)以其震撼功能，在物流、安保、資產(chǎn)追蹤、電子支付、環(huán)境檢測、交通運輸、設(shè)備管理等多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

1 RFID技術(shù)在圖書館的應(yīng)用現(xiàn)狀

2002 年新加坡國家圖書館率先將RFID 技術(shù)應(yīng)用于圖書館后，美國、日本、澳大利亞等多國圖書館也開始嘗試，使得RFID 技術(shù)在圖書館的應(yīng)用迅速走向成熟。2006 年我國廈門集美大學(xué)誠毅學(xué)院圖書館率先應(yīng)用RFID 技術(shù)，拉開了國內(nèi)智能圖書館建設(shè)的序幕 ；2008 年國家圖書館二期正式引入RFID 技術(shù)，此舉成為智能圖書館在國內(nèi)迅速蔓延的拐點。天津理工大學(xué)陳志輝等人在研究報告中提到，截止 2014 年，我國應(yīng)用RFID 技術(shù)的圖書館至少有 367 家，其中公共圖書館占60%，高校圖書館占 40%[1]。

RFID 技術(shù)使得圖書館的工作效率得到成倍增長，館員的工作強(qiáng)度大幅減少，讀者滿意度也得到了極大的提高。但具體實施 RFID 項目是個復(fù)雜的工程，制約因素頗多，其中最重要的一項便是項目經(jīng)費問題。2012 年深圳圖書館在RFID 建設(shè)項目上的經(jīng)費高達(dá) 1 124.8 萬元，這對一般圖書館來說是難以接受的。2006 年時，美國市場最低的電子標(biāo)簽價格是 20 美分/ 個，標(biāo)簽和設(shè)備昂貴的價格使許多圖書館望而卻步。但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，國內(nèi)出現(xiàn)了一批 RFID 圖書館設(shè)備供應(yīng)商如深圳遠(yuǎn)望谷、上海阿法迪、寧波博一格、常州科晶、沈陽慧博升等。電子標(biāo)簽和設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)使得國內(nèi)市場的價格不斷下降。目前市場上UHF 標(biāo)簽的市場價格已經(jīng)降到1元 / 個，HF 的價格為 1.4 元 / 個，這樣的價格讓更多的圖書館對引入RFID 技術(shù)躍躍欲試。

2 高頻和超高頻 RFID技術(shù)比較

2.1 HF和UHF工作原理比較

目前國內(nèi)圖書館應(yīng)用RFID 技術(shù)有HF 和UHF 兩大類別。高頻（HF）范圍為 3 ～30 MHz， 典型的工作頻率為 13.56MHz，該頻率的波長約為 22 m。ISO/IEC 15693 規(guī)定了疏耦合IC 卡，最大的讀取距離為 1 m，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場獲取能量，該頻率的波長可以穿過大多數(shù)材料， 能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。它具有防碰撞特性，可以同時讀取多個電子標(biāo)簽，并將數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。

超高頻（UHF）范圍為 300 MHz ～3 GHz，3 GHz 以上為微波范圍。圖書館采用的典型工作頻率為 860 MHz ～ 960MHz，頻率波長約為 30 cm。通過電磁耦合方式同閱讀器通信，識別速度可以達(dá)到 1 ～100 m/s。通信距離一般大于 1 m，典型情況為 4 ～ 6 m，最大可超過 10 m。超高頻頻段的電波不能通過許多材料，特別是水、灰塵、霧等懸浮顆粒物質(zhì)。超高頻閱讀器有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在很短的時間內(nèi)可以讀取大量的電子標(biāo)簽。

2.2 HF和UHF電子標(biāo)簽的特點

標(biāo)簽（Tag）是由耦合元件、IC芯片及微型天線組成的超微型小標(biāo)簽。每個標(biāo)簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼，用來表示目標(biāo)對象。標(biāo)簽可根據(jù)是否有內(nèi)置電源分為有源及無源標(biāo)簽， 圖書館應(yīng)用的RFID標(biāo)簽以無源為主。RFID標(biāo)簽具有很多突出的優(yōu)點，如不需要人工干預(yù)，不需要直接接觸、不需要光學(xué)可視即可完成信息輸入和處理，可在各種惡劣環(huán)境中工作，同時識別多個電子標(biāo)簽，具有免接觸操作、應(yīng)用便捷、使用壽命長等特點[2]。因此高頻和超高頻段的無源 RFID 標(biāo)簽在國內(nèi)圖書館領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

在圖書館實際應(yīng)用中RFID 標(biāo)簽附著在待識別的圖書或書架表面，標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，存儲在芯片中的數(shù)據(jù)可以由閱讀器以無線電波的形式非接觸讀取，并通過閱讀器處理器進(jìn)行信息解讀和管理。由于高頻和超高頻工作原理不同，故標(biāo)簽的存在形狀不同。HF 圖書標(biāo)簽主要是正方形、圓形，一般面積較大，其外觀如圖 1 所示。UHF 圖書標(biāo)簽形狀可以做成類似于圖書磁條樣的細(xì)長條狀，其外觀如圖 2 所示。

3 HF和 UHF技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用比較

3.1 實現(xiàn)自助借還

目前高頻和超高頻都能滿足圖書館自助借還的基本功能， 但兩種方式在實現(xiàn)時稍有區(qū)別。高頻標(biāo)簽在實現(xiàn)自助借還時， 受到讀取距離的限制，一次借書冊數(shù)不能太多，按圖書累加的高度，一般高頻控制在 25 cm 以內(nèi)，看圖書厚薄，常規(guī)圖書館會設(shè)定一次允許外借冊數(shù)，只要不是超厚圖書，一次性能成功讀取 6 冊左右圖書。

UHF 根據(jù)功率大小，讀取距離可大于HF，但考慮到對于讀者、館員的輻射安全，將其控制在 9 600 MHz 以內(nèi)，常規(guī)可以讀取 10 本以內(nèi)。但若讀取距離遠(yuǎn)，往往會把機(jī)器周圍其他讀者攜帶的圖書誤讀到正在操作的讀者賬號上。如果調(diào)節(jié)讀取距離，也就減少了它的優(yōu)勢。但現(xiàn)在的圖書館不會允許讀者一次外借許多本。所以目前高頻和超高頻在允許外借冊數(shù)的情況下都能滿足實際需求。

3.2 圖書加工及回溯

標(biāo)簽的形狀、大小決定了 RFID 標(biāo)簽附著在圖書上的位置。目前在圖書館中應(yīng)用的RFID 標(biāo)簽主要有正方形、長方形、圓形、細(xì)長條形?？紤]到安全性、隱秘性等諸多因素， 圖書加工時，高頻標(biāo)簽通常粘貼在圖書的封皮或封底，因此在流通過程中容易出現(xiàn)污損、折壓等現(xiàn)象，造成標(biāo)簽損壞、遺失。超高頻標(biāo)簽可以做成磁條狀，這種形狀的標(biāo)簽適合粘貼在圖書背脊、兩頁紙接縫處，用于圖書查詢、防盜、隱秘性好， 更適合圖書流通的實際操作。

圖書館以前的館藏資料都是條碼加磁條，書中的磁條對于高頻標(biāo)簽影響不大，但卻對超高頻的標(biāo)簽影響很大，因此必須取出原來圖書中的磁條。這樣回溯的工作難度會增加很多， 對于擁有豐富館藏資源的大館來講這是不敢想向的工程。

3.3 實現(xiàn)圖書上架、倒架、清點

理論上講，無論是高頻還是超高頻 RFID 標(biāo)簽，館員手持閱讀器逐層逐架掃描一遍就能輕松完成圖書清點，不僅可對書庫館藏進(jìn)行統(tǒng)計，找出需要倒架、剔舊的圖書，還能及時發(fā)現(xiàn)亂架、錯架問題，館員真正從繁雜的、耗力又耗時的重復(fù)勞動中解放出來，工作效率得到幾何級數(shù)增加。但實際操作中，并非這樣圓滿。

無論是HF 還是UHF 都不能做到完全準(zhǔn)確無誤的盤點。高頻標(biāo)簽是近距離識別，雖然讀寫準(zhǔn)確率高，但是要經(jīng)過反復(fù)幾次才能讀寫準(zhǔn)確，如果館員只是手持閱讀器，簡單順著書架走一遍，那么完全有可能漏讀緊鄰的標(biāo)簽和書架后的圖書。超高頻讀取距離遠(yuǎn)，范圍比較大，這往往會造成重復(fù)讀取相鄰架上的圖書或漏讀緊鄰圖書的現(xiàn)象。

3.4 RFID安全系統(tǒng)

RFID 監(jiān)測儀通過修改電子標(biāo)簽中的EPC 編碼實現(xiàn)防盜監(jiān)測的目的。EPC 編碼的不同值表示圖書的不同借還狀態(tài)。聯(lián)網(wǎng)時，防盜系統(tǒng)對圖書進(jìn)行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)未正常辦理借閱手續(xù)的圖書經(jīng)過通道時，防盜儀會及時報警，并且后臺系統(tǒng)能提供完整的監(jiān)控日志。在脫機(jī)狀態(tài)下，圖書如果是在館狀態(tài)， 即使被攜帶過監(jiān)測儀并通過監(jiān)測EPC 編碼，圖書過通道時防盜儀也會發(fā)出報警信號，實現(xiàn)離線報警。

理論上講，RFID 防盜儀比原來磁條門禁系統(tǒng)更加安全， 但在考察實際應(yīng)用了 RFID 技術(shù)的圖書館中發(fā)現(xiàn)，無論是HF 還是UHF 安全防盜儀都存在死角，并不能實現(xiàn) 100% 的防盜功能。當(dāng)HF 標(biāo)簽的圖書、手機(jī)、電子手表貼在一起過安全通道時，系統(tǒng)就有可能無法識別，不報警；UHF 標(biāo)簽具有親水性，水對RFID 信號吸收較大，人體含有大量水分，當(dāng)電子標(biāo)簽被人體完全覆蓋時，感應(yīng)器就無法識別電子標(biāo)簽，也就是說只要把書夾在腋下或抱在胸前都會大大降低防盜系統(tǒng)的靈敏度， 甚至不會發(fā)出報警信號。因此有些圖書館采用 RFID 標(biāo)簽加磁條的方法來解決這一問題。

4 結(jié) 語

HF和 UHF都能實現(xiàn)智慧圖書館的基本要求，是圖書館實現(xiàn)智能化管理的又一次技術(shù)革命。不僅各有優(yōu)缺點，其在實際使用中還存在諸多問題 ：如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，HF、UHF的不兼容性制約了區(qū)域間的通借通還、資源共享；超高頻輻射大,