基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统.pdf

计算机与通信技术Computer and Communication Technology自动化技术与应用2024 年第 43 卷第 3 期Techniques ofAutomation&Applications基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统郑晓渊1,姜 黎3,贾中芝2,张 锋1,陈 强1,史 倩2（1.常州市第二人民医院信息科，江苏 常州 213000；2.常州市第二人民医院科教科，江苏 常州 213000;3.常州市第一人民医院图书馆，江苏 常州 213000）摘要:当前图书馆书籍自动定位系统存在误差大，实时性差等不足，为了获得更加理想的图书馆书籍自动定位结果，设计基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统。首先无线射频识别技术读取书籍位置信息，再传送到物联网汇聚节点进行信息融合和处理，然后通过物联网将信息发送到控制中心，用户通过控制中心可以查询书籍位置信息，从而实现图书馆书籍的智能定位，最后对系统性能进行仿真测试，结果表明，所提系统提升了图书馆书籍信息定位的精度，加快了图书馆书籍信息定位速度，具有较好的智能化程度，实际应用价值更高。关键词:物联网技术；图书馆；书籍定位；系统性能测试中图分类号：TP391文献标识码:A文章编号:1003-7241(2024)03-0132-04Library Book Automatic Positioning SystemBased on Internet of Things TechnologyZHENG Xiao-yuan1,JIANG Li3,JIA Zhong-zhi2,ZHANG Feng1,CHEN Qiang1,SHI Qian2(1.Department of Information,Changzhou Second Peoples Hospital,Changzhou 213000 China;2.Department of Science and Education,Changzhou Second Peoples Hospital,Changzhou 213000 China;3.Library of the First Peoples Hospital of Changzhou,Changzhou 213000 China)Abstract:At present,the library book automatic positioning system has some shortcomings,such as large error and poor real-time perfor-mance.In order to obtain more ideal library book automatic positioning results,a library book automatic positioning systembased on internet of things technology is designed.Firstly,RFID technology reads the book location information and transmitsthe book location information to the convergence node of the internet of things for information fusion and processing.Then,theinformation is sent to the control center through the internet of things.Users can query the book location information through thecontrol center,so as to realize the intelligent positioning of library books.Finally,the system performance is simulated and tested.The results show that this system not only improves the accuracy of library book information positioning,but also speeds up thespeed of library book information positioning.It has a better degree of intelligence and higher practical application value.Keywords:internet of things technology;library;book positioning;system performance test收稿日期:2022-03-17DOI:10.20033/j.1003-7241.（2024）03-0132-04.1引言随着信息技术、自动化技术以及人工智能技术的发展和融合，提升了图书馆的自动化程度，出现了许多图书馆信息管理系统1，尤其是一些高校，图书馆的智能程度相当高，可以进行书籍自动借阅、书籍自动查询等操作2-4，由于每年图书馆书籍在不断的增加，管理员的图书理架、图书盘点工作量越来越大，同时一些读者找到需要的书籍时间越来越长，还可能找不到所需要的书籍，因此在图书馆信息管理过程中书籍自动定位十分关键。定位精度的高低直接影响系统利用率，因此设计良好的图书馆书籍自动定位系统是当前一些大型图书馆面临的巨大挑战，是人们关注的焦点5-7。当前图书馆书籍通常采用分类法进行管理，读者根据分类号找到所放书籍的书架，但是在实际中，一些书籍的位置和顺序被读者无意或者有意改变，后面难以快速找到相应的书籍，这就是出现了读者最关心的书籍精准定位服务问题8，从而出现了基于Wifi的图书馆书籍自动定位系统，基于机器视觉技术的图书馆书籍自动定位系统，基于低功耗蓝牙的图书馆书籍自动定位系统9-11，在实际应用中，这些系统均存在图书馆书籍自动定位误差、抗干扰能力差等不足，图书馆书籍自动定位效果需亟待完善和改进12-13。132自动化技术与应用2024 年第 43 卷第 3 期计算机与通信技术Computer and Communication TechnologyTechniques ofAutomation&Applications无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种自动化非接触识别技术，利用射频信号实现对物体的识别并取得物体的相关信息；物联网是由大量价格低廉节点组成的无线通信系统，在数据采集、故障预警、安全监测等方面有广泛的应用，为了提升图书馆书籍自动定位效果，设计了基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统，采用无线射频识别技术实现图书馆书籍自动定位，然后通过物联网技术将图书馆书籍自动定位信息发送到控制中心，并通过具体仿真对比实验分析了系统的有效性和优越性。2基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统2.1图书馆书籍自动定位系统的总体结构基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统工作原理为：无线射频识别技术读取书籍位置信息，并把书籍位置信息传送到物联网汇聚节点进行信息融合和处理，然后通过物联网将信息发送到控制中心，用户通过书籍管理中心可以查询书籍位置信息，从而实现图书馆书籍的智能定位，其总体结构如图1所示。图1物联网技术的图书馆书籍自动定位系统结构2.2图书馆书籍自动定位系统的物联网设计图2图书馆书籍位置信息传输的物联网本文采用无线传感器节点构建物联网，物联网主要负责无线射频识别技术得到的图书馆书籍自动定位信息融合和传输，该网络由大量的同构传感器节点构成，整个网络包括多个簇，每一个簇又包含了不同数量的节点，普通节点主要负责对图书馆书籍位置信息进行采集，簇主要负责对簇内的传感器节点的信息进行融合和传输，并将簇信息传输到基站，该网络结构如图2所示。2.3无线传感器节点设计无线传感器节点的通用结构如图3所示，其主要包括5个功能单元，具体功能如下：(1)传感单元用于对传感器节点感知范围中的目标信息进行采集，并将采集数据转换为计算机能够识别和处理的格式；(2)存储单元用于对采集数据进行存储；(3)处理器单元用于控制、协调传感器节点的各个单元；(4)通信单元保证传感器节点间的通信、控制消息传输；(5)能量单元主要负责节点能量的管理，由于无线传感器的能量有限，通常情况下无法正常补充，因此需要对其能量进行高效利用，延长传感器节点的寿命。图3无线传感器节点的通用结构本文选择的无线传感器网络节点具有低功耗、体积小、高性能等优点，实物图如图4所示。图4无线传感器网络节点的实物图2.4无线传感器节点的工作流程图书馆书籍自动定位系统通电后，系统进行上电操作，并对无线传感器节点进行初始化操作，无线传感器节点进入工作状态，周期性进行无线射频识别书籍位置数据收集，将无线射频识别书籍位置数据发送至簇节点进行融合，流程如图5所示。2.5无线射频识别技术的图书馆书籍自动定位在传统图书馆书籍管理中，常采用条形码进行图书馆书籍自动识别和定位，具有低成本的优势，但存在许多缺陷，如工作效率低、安全性差等，相对于条形码技术，无线射频识别技术读取信息的距离更远，写入数据速度更133计算机与通信技术Computer and Communication Technology自动化技术与应用2024 年第 43 卷第 3 期Techniques ofAutomation&Applications快，存储的信息量更大，安全性更高，为此引入到图书馆书籍自动定位系统中。无线射频识别系统包括射频标签、阅读器，功能如下：图5无线传感器节点的工作流程(1)书馆书籍信息的射频标签，也称之为智能标签，由耦合元件和芯片组成，有智能读写和加密通信的功能，附着图书馆书籍上，包含了图书馆书籍标识、馆藏地、位置信息等；(2)阅读器主要负责读写射频标签信息，由于通过物联网上传阅读器读写的图书馆书籍标签信息，在阅读器的芯片中加入了RS232接口，与无线传感器节点进行连接。无线射频识别技术的图书馆书籍自动定位思想为：将图书馆书架部署发射接收天线，书架上每个天线附有唯一的层架标号，书籍标签书目信息、书架标号信息通过阅读器传输到物联网，物联网将信息发送到图书管理平台上，以达到远程管理平台可以对图书馆书籍实现不间断定位监测。在无线射频识别技术的图书馆书籍自动定位系统中，有一个智能书架，其存放图书多功能器具，由天线、读写器、控制器组成，书架上设有多个读写天线，天线与书籍电子标签进行信息连接，以检测书籍当前位置，读写器完成对书架位置与图书书目的对应信息进行读取传递，这样智能书架读取书架上图书的标签信息，使其书目信息与层架标号相对应，传输到远程服务平台，通过读取信息可以检测到该书籍借阅以及存放位置。综合上述可知，无线射频识别技术的图书馆书籍自动定位原理如图6所示。图6无线射频识别技术的图书馆书籍定位原理2.6图书管理平台设计图书馆书籍自动定位系统包含一个图书管理中心，其可以图书馆书籍自动定位结果直接在电脑上显示，用户以图书馆书籍自动定位结果。采用面向对象程序设计方法实现该中心的功能，其主要功能模块如图7所示。图7图书管理中心结构图3图书馆书籍自动定位系统的性能测试与分析3.1测试平台为了分析基于物联网的图书馆书籍自动定位系统的性能，首先搭建系统测评环境，系统测试环境包括服务器和客户终端，设置具体如表1所示。表1图书馆书籍自动定位系统性能测试环境名称CPU类型工作频率内存硬盘系统服务器Intel6核 3.0 GHz64 GB2 TB SDDWin10客户终端AMD4核 2.95 GHz8 GB500 GB SDDLinux3.2图书馆书籍自动定位准确性分析表2图书馆书籍定位精度对比实验编号12345678910本文系统/%92.7492.8791.1492.2591.7291.6391.3792.8992.6992.14对比系统/%85.5286.6886.5886.9186.0586.3085.2686.9086.0285.60为了使本文图书馆书籍自动定位系统的测试结果具有可比性，选择ZigBq们的图书馆书籍定位精度，结果如表2所示。从表2可以发现，相对于对比系统，本文系统的图书馆书籍定位精度明显提升，有效减少了图书馆书籍定位误差，主要是因为通过物联网技术对图书馆书籍相关信息进行采集和分析，可以更加准确地识别图书馆书籍位置，获得十分理想的图书馆书籍定位结果。3.3图书馆书籍自动定位效率分析134自动化技术与应用2024 年第 43 卷第 3 期计算机与通信技术Computer and Communication TechnologyTechniques ofAutomation&Applications统计两种系统定位一本书籍的平均时间，结果如表3所示。从表3可以发现，相对于对比系统，本文系统的图书馆书籍定位时间大幅度减少，加快了图书馆书籍定位速度，改善了图书馆书籍定位效率。表3图书馆书籍定位次时间对比实验编号12345678910本文系统/s6.806.676.016.926.876.135.475.396.596.33对比系统/s10.3710.8211.0911.1010.8211.6810.5310.5210.3111.523.4图书馆书籍自动定位系统的响应速度对比对于一个图书馆书籍自动定位系统来说，由于许多人同时进行操作概率相当高，因此对系统响应速度进行测试，采用1 000人同时向系统申请定位，同样进行10次实验，结果如图8所示。从图8可以看出，相对于比系统，本文系统的响应时间短，可以满足图书馆书籍自动定位实时性要求，实际应用价值更高。图8两种图书馆书籍定位系统的响应时间对比4结束语针对当前图书馆书籍自动定位系统一些缺陷，以提高图书馆书籍定位效果，设计了基于物联网技术的图书馆书籍自动定位系统，仿真测试结果表明，本文系统的图书馆书籍信息定位精度，定位时间短，可以满足多人同时进行图书馆书籍定位要求，具有十分广泛的应用前景。参考文献:1 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