智慧城市是城市可持续发展的多元化需求，是一种向市民提供“智慧民生”的服务。国内较多城市在大力推进智慧城市建设工作，将物联网、云计算等新一代信息技术应用于各种民生领域，为社会、环境、经济方面创造重要价值[1]。在智慧城市背景下，图书馆作为人文、知识汇聚的地方，如何创新发展以赋能智慧城市文化支撑，促进大众“转知成慧”和“万众创新”成为主要建设目标之一[2]。随着物联网技术的不断发展，以RFID技术构建的图书馆已经成为智慧化服务的首选技术。本文通过使用物联网RFID技术，对图书自动识别、图书自助借还、智能书架等功能进行探讨，以期减少图书管理人员的工作任务，为读者提供更方便快捷的服务[3]。1智慧城市背景下图书馆的发展1.1智慧城市2008年，智慧城市1.0被提出，核心理念为利用信息通信技术优化城市管理和服务，提升居民生活品质。2012年，智慧城市首次在国家政策中被提出，其中涉及大多数行业，主要包括物联网、云计算、大数据等相关高技术产业[3]。城市发展以城市信息化、智能人本化为核心，持续实现自我更新。智慧城市不是终极目标，而是实现美好城市建设的一种手段。1.2智慧城市与图书馆的关系随着智慧城市的不断发展，人们的物质需求得到满足，信息资源成为精神层面的基础性必备资源。智慧城市推进与图书馆的发展是一个整合体，并非孤立存在。智慧城市发展过程中会产生大量原始信息，图书馆作为高质量信息资源集合地，可以有效地对原始信息进行二次加工和整理，最大限度满足民众信息需求[4]。当前是一个数据共享的时代，数据共享已经成为一种常态，个性化服务是图书馆发展的一项核心要素。图书馆是社会文化体系的重要组成部分，传统图书馆服务方式缺乏创新性，导致民众对图书馆参与度低。为了满足智慧城市背景下的公众新需求，图书馆将以智慧共享为主要特色，提供更智慧便捷的文化服务，将会对智慧城市发展起到促进作用。1.3智慧图书馆自IBM提出“智慧城市”概念后，智慧图书馆进入了学界的视野，其可以实现书书相连、书人相连、人人相连的模式。智慧图书馆使用物联网技术和智能设施，具有智慧化、个性化、人性化服务和管理的特点[5]。智慧图书馆不受空间限制，由感知层、网络层、应用层三大部分构成。感知层负责信息的收集；网络层负责感知层获取数据的再加工；应用层负责人性化的服务和智慧化的管理，为用户提供高水平的知识服务。2RFID技术在图书馆建设中的应用RFID技术是物联网的支撑技术，实现了物与物的信息交流。随着物联网技术的不断成熟，以RFID技术为代表的智能系统已经在多领域广泛应用，尤其是在图书馆领域，RFID技术多以RFID标签出现，推进了图书馆自动化发展，在智慧图书馆建设中发挥着重要作用[6]。2.1RFID技术原理RFID是一种非接触式的自动识别技术，传递特别信息的网络信息系统，由标签、阅读器和天线等3个部分组成。RFID是图书馆智慧化的基础，在图书馆的应用流程中多以RFID标签出现。阅读器能够自动识别范围内的RFID标签，利用天线发射射频信号，RFID标签内部会产生感应电流，激活RFID标签电路工作，通过卡内置发送天线发送特定频率信号作为反馈，经天线调节器解调后传送到阅读器。阅读器对接收的信号进行解调解码后传送给计算机进行数据信息交换[7]。阅读器的频率决定射频识别系统的工作频段，常见的工作频率主要有125.00、134.20、135.60 kHz等，射频识别的距离受阅读器功率影响。RFID系统工作原理如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.023.F001图1RFID系统工作原理2.2RFID技术的应用RFID技术在图书馆中的应用极大地提升了图书馆的自动化水平，实现了用户与图书馆的主动连接，具有个性化的信息资源服务。目前，RFID技术主要用于自动识别、自助借还以及智能书架等方面，使图书馆自动化发展得到推进[8]。2.2.1自动识别条形码识别技术效率较低，逐渐被RFID标签替代。相较于条形码，RFID标签具有唯一标识的EPC/UID代码。利用阅读器查询时，一次读取可以识别大量RFID标签，提高识别速度。条形码识别技术与RFID技术对比如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.023.T001表1条形码识别技术与RFID标技术对比项目条形码RFID接触需要光接触不需要光接触采集单标签采集多标签采集防水性不防水防水安全性不防盗防盗阅读不能阅读移动目标可以阅读移动目标编写单次编写多次编写速度阅读速度慢阅读速度快范围阅读范围小阅读范围大2.2.2自助借还图书自助借还服务可以利用条形码或射频识别技术实现。对于条形码技术而言，虽然标签价格便宜、抗干扰能力强，但效率较低。自助借还服务采用RFID技术，无须找到图书的条形码，只需要将书放在借还机器上就可以完成还书，自助借还机还可以实现批量借还。自助借还服务系统包括电脑终端、读卡设备、扫描设备和书籍监控器等，使用RFID技术的自助借还服务，能够大幅提升工作效率。图书自主借还服务流程如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.023.F002图2图书自助借还服务流程2.2.3智能书架智能书架能够帮助读者和馆员准确发现图书的位置，起到了方便读者查找、解放馆员的劳动力作用。智能书架需要在书架区放置阅读器天线，每个书架和每一册藏书上都装有RFID码，根据RFID的空间定位功能，可以确定书架的位置和书本的位置。智能书架实现了图书定位的自动化，减少图书库藏和搜索工作量。智能书架系统包括数据采集、数据服务和用户服务3个功能模块。数据采集功能模块：每本书都附带书籍的基本信息和初始货架位置的RFID标签，每个书架装有多个阅读器天线，利用天线多路复用器控制阅读器天线和RFID标签的连接状态，使阅读器可以精确定位RFID标签。数据服务功能模块：利用数据传输系统，将阅读器读取的书籍信息和书架信息传输到数据库，对这些信息进行二次挖掘。用户服务功能模块：向阅读器发送控制指令，控制天线辐射区域。智能书架模块框架如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.09.023.F003图3智能书架模块框架智能书架为提升图书馆的书籍利用率起到了重要作用，但在实际定位过程中，存在图书馆环境标签数量大、阅读器接收端的热噪声、不同RFID标签的相位偏转和动态背景环境干扰因素等问题。为解决上述问题，多种定位方法相继被提出并应用。通常采用相位差方法进行定位，能够满足图书寻找的大部分需求。通过多个天线收集相位值数据，再对数据构建差分增强全息图，实现精确定位标签。如果对定位要求更精确，需要调节阅读器的功率，通过电磁反向散射耦合过程，最终获取能量和传输信息，完成精准距离的标签读取工作。标签最大可读距离R由弗林斯传输方程计算：R=λ4πPtGtGrPr （1）式中：R——标签最大可读距离；λ——信号波长；Pt—阅读器天线发射功率；Gt——阅读器发送天线增益；Gr——标签接收天线增益；Pr——标签的最低开启功率。标签的最低开启功率Pr、标签接收天线增益Gr和阅读器发送天线增益Gt无法改变时，应调节阅读器天线发射功率Pt，实现RFID标签读取距离的精准调节。目前，Novanta公司的ThingMagic RFID具有独立的读取和写入功率控制功能，可以实现0.5 dB的步进调节，为图书馆智能书架提供精确定位。3结语随着云计算和物联网技术应用的不断深化，智慧城市建设已经成为国家城市建设工程的新形态。图书馆作为支持社会科研和资源开发的重要基础，在智慧城市建设的大背景下，图书馆需要提供新的视野和方向，引领公众对文化的认同感。物联网RFID技术摆脱了传统图书馆的局限性，在开放的信息环境下，充分体现了智能化图书馆的服务水平，为读者提供全新的阅读体验。通过将RFID应用在图书馆智慧化建设中，可以为图书馆的智慧化发展提供技术支持。