RFID應用於圖書館的尋書定位服務

全文

(1)國立成功大學工程科學系碩士論文 RFID 應用於圖書館的尋書定位服務. The Application of Radio Frequency Identification Technology to Library book Accessing Service. 研究生：張榮輝指導教授：王宗一. 中華民國九十七年七月.

(2)

(3) 摘要隨著科技日新月異，圖書館的服務也越多樣性，傳統的服務已不能滿足讀者的需求，網際網路及無線網路的使用已成為圖書館服務的一部份，如何讓讀者來到圖書館能輕易取得所需的館藏資料，並了解圖書館的環境及書庫的擺放方式和位置，提昇圖書館的服務功能，更是圖書館一直追求的目標。科技快速的進步，數位產品的使用也越來越普遍，出門旅遊只要使用行動裝置（GPS 及電子地圖）的導航系統就可輕易的到達目的地，如果讀者來到圖書館也可以使用行動裝置來尋找到所需的書，將是一個很好的服務。近年來無線射頻辨識系統（Raido Frequency IDentification，RFID）的使用已漸普及化，在圖書館的應用上更是有許多實例可循，若能依原有的設備再加以發展新的應用，以提供更好的服務品質，這是一舉兩得的事。本論文的研究目的在試圖結合行動裝置及 RFID 技術來發展圖書館的 GIS(地理資訊系統)室內導航，以方便圖書館讀者尋書導引服務。本研究所實作的尋書定位系統之主要的成果為: 一．提供新的圖書館尋書服務方式，不同於以往的依樓層平面位置圖及指示牌的尋書方式，本系統可直接以檢索到的索書號，在 PDA 上立即查到圖書置放的正確位置。二．應用 PDA 的可攜性結合地理資訊作為即時尋書定位系統，提供讀者快速了解圖書館的相關位置及自己所在位置並提供快速的路徑規劃，指引讀者快速的尋找到自己所要的圖書資料，提升圖書館對讀者的服務品質。關鍵字：無線射頻辨識系統、定位. I.

(4) Abstract Entering the computer age, traditional collections of information and services of libraries begin to fail satisfying the needs of readers. Many libraries start to provide public network facilities, such as internet access. However book searching among shelves is still the service nowadays in most of the libraries. How to guide library readers, once in a library, to easily get the materials they want, i.e. how to find out the location of the books, is one of the modern services that should be provided by a library in the information age. With rapid advances in GPS technology, navigation systems with electronic map can now guide people to their traveling destination easily. Can the same convenience be achieved also in a library in searching for books? While GPS technology cannot be used, the Radio Frequency IDentification, the RFID, technology seems a potential solution for navigation indoor. RFID has been used in libraries to provide but not for guiding people for finding their desired materials. The purpose of this research is thus to combine RFID tag based navigation system and GIS with electronic map for helping library readers to locate books they want easily. The contributions of this research are as follows: 1.. It provides a new book locating service in a library. Different from traditional guidance with numbered signs among book shelves, the new service allows a reader to type in index numbers into a PDA that will show a map with shortest routes to the correct locations of these books immediately on the PDA.. 2.. The use of GIS on PDA not only provides the best direction for helping the readers of a library to easily access the materials as they want, but also promotes the service quality of the library. II.

(5) 誌謝回顧三年的研究生涯，在求學的過程中，常有許多的壓力與挑戰，尤其是白天工作，晚上上課，要兼顧工作與課業是一件辛苦的事，能夠完成所有的課程學習，要感謝的人太多了，尤其是家人的支持與鼓勵以及同仁的協助。論文能夠順利的完成，首先要感謝指導教授王宗一教授的提攜，在論文寫作期間，給予學生不斷的啟發與教導，更在學生遇到瓶頸時指引了方向，對於老師的辛勞，我將銘記在心。感謝黃悅民老師、侯廷偉老師、王明習老師及鄧維光老師在口期間提供不同角度的見解與指導，使得本論文能更臻周延完善。感謝工作伙伴正偉、榆嘉、克豪的幫助與包容，感謝麗雲、慈蘭提供我許多圖書的資料與相關知識，謝謝你們的幫忙。最後要感謝我的家人，尤其是我的另一半這三年來的包容與支持，更在我論文寫作期間，不斷的幫忙校稿與鼓勵，讓我能順利的完成學業，在此謹將本文獻給我的家人，願與他們一同分享這份喜悅。. 榮輝于台南成大九十七年七月. III.

(6) 目錄摘要................................................................I Abstract...........................................................II 誌謝..............................................................III 目錄...............................................................IV 表目錄.............................................................VI 圖目錄............................................................VII 第一章緒論..........................................................1 1-1 研究背景 ......................................................1 1-2 研究動機及目的 ................................................1 1-3 研究貢獻 ......................................................2 1-4 研究方法和流程................................................3 1-5 論文架構......................................................3 第二章文獻探討......................................................5 2-1 地理資訊系統 ..................................................5 2-1-1 何謂地理資訊系統 ..........................................5 2-1-2 地理資訊系統的類型........................................7 2-1-3 地理資訊系統的應用 ........................................8 2-2 室內定位系統介紹..............................................9 2-3 RFID 相關格式介紹............................................12 2-3-1 何謂 RFID？ ..............................................12 2-3-2 RFID 的架構與原理 ........................................12 2-3-3 RFID 使用頻率 ............................................15 2-3-4 RFID 特點 ................................................17 2-3-5 應用於圖書館 .............................................18 第三章系統功能與方法...............................................19 3-1 系統設計目的.................................................19. IV.

(7) 3-2 系統設計需求與分析 ...........................................19 3-2-1 現行尋書流程 .............................................19 3-2-2 使用者需求 ...............................................20 3-2-3 圖書館樓層空間分析 .......................................22 3-3 系統功能 .....................................................23 3-4 系統設計 .....................................................24 3-4-1 空間物件的組成要素 .......................................24 3-4-2 空間資料的數位化 .........................................26 3-4-3 路線設計 .................................................27 3-4-4 圖書資料查詢 .............................................28 3-4-5 即時定位 .................................................30 3-4-6 最佳路徑規劃 .............................................32 第四章系統實作與說明...............................................34 4-1 實作環境 .....................................................34 4-2 系統架構 .....................................................35 4-2-1 空間及物件資料庫 .........................................36 4-2-2 地圖顯示模組 .............................................37 4-2-3 地圖的縮放模組 ...........................................39 4-2-4 書架查詢模組 .............................................42 4-2-5 即時定位模組 .............................................47 4-2-6 路線規劃模組 .............................................52 第五章結論與建議...................................................60 5-1 研究結論 .....................................................60 5-2 建議 .........................................................61 參考文獻...........................................................62. V.

(8) 表目錄表 2-1 RFID 頻譜比較分析表 ....................................................................................16 表 3-1 中國圖書分類法範例 ......................................................................................29 表 4-1 地圖資料表 ......................................................................................................37 表 4-2 地圖資料表內容 ..............................................................................................37 表 4-3 書架資料表 ......................................................................................................42 表 4-4 書架資料表內容 ..............................................................................................42 表 4-5 TAG 資料表 .....................................................................................................47 表 4-6 TAG 資料表內容 .............................................................................................47 表 4-7 路線圖資料表 ..................................................................................................52 表 4-8 路線圖資料表內容 ..........................................................................................52 表 4-9 書架定位點資料表 ..........................................................................................54 表 4-10 書架定位點資料表內容 ................................................................................54 表 4-11 相鄰交叉點資料表 ........................................................................................55 表 4-12 相鄰交叉點資料表內容 ................................................................................55. VI.

(9) 圖目錄圖 2-1 地理資訊系統架構圖 ........................................................................................7 圖 2-2 RIFD 系統架構圖 ............................................................................................12 圖 3-1 上網尋書結果 ..................................................................................................20 圖 3-2 PDA 上網尋書結果 .........................................................................................21 圖 3-3 圖書館樓層平面圖 ..........................................................................................22 圖 3-4 系統功能圖 ......................................................................................................23 圖 3-5 點在空間資料之表示方式 ..............................................................................24 圖 3-6 線在空間資料之表示方式 ..............................................................................24 圖 3-7 四邊形在空間資料之表示方式 ......................................................................25 圖 3-8 圖書館樓層平面圖 ..........................................................................................26 圖 3-9 圖書館樓層數位化的平面圖 ..........................................................................27 圖 3-10 道路及書架定位點 ........................................................................................28 圖 3-11 索書號範例 ....................................................................................................29 圖 3-12 書架查詢系統流程圖 ....................................................................................30 圖 3-13 即時定位系統流程圖 ....................................................................................30 圖 3-14 圖書館樓層 TAG 位置圖 ..............................................................................31 圖 3-15 路線規劃的系統流程圖 ................................................................................32 圖 3-16 圖書館樓層路線圖 ........................................................................................33 圖 3-17 樹狀結點圖 ....................................................................................................33 圖 4-1 HP2790B POCKET PC 及 AMIC A928B ......................................................34 圖 4-2 系統架構圖 ......................................................................................................35 VII.

(10) 圖 4-3 資料庫關連圖 ..................................................................................................36 圖 4-4 地圖顯示輸出設計 .........................................................................................39 圖 4-5 地圖放大及縮小流程圖 ..................................................................................40 圖 4-6 原始比例圖 ......................................................................................................41 圖 4-7 縮小比例圖 ......................................................................................................41 圖 4-8 索書號輸入畫面 ..............................................................................................43 圖 4-9 尋找圖書架位的流程圖 ..................................................................................45 圖 4-10 圖書資料查詢畫面 ........................................................................................46 圖 4-11 索書號查詢結果 ............................................................................................46 圖 4-12 RFID 啟動模組開啟畫面 ..............................................................................48 圖 4-13 定位查詢流程圖 ............................................................................................49 圖 4-14 RFID 定位顯示圖 ..........................................................................................50 圖 4-15 即時定位的記錄顯示圖 ................................................................................51 圖 4-16 書架定位點及道路交叉點 ...........................................................................53 圖 4-17 路徑搜尋流程圖 ............................................................................................57 圖 4-18 尋書路線規劃圖 ............................................................................................58 圖 4-19 尋書路線書架定位點比較圖 ........................................................................59. VIII.

(11) 第一章緒論 1-1 研究背景圖書館主要功能是典藏書籍、傳播知識、學術研究、資詢服務、傳承文化、教育大眾並且提供休閒活動的多功能場所，為提供各式不同的知識，滿足多數人的知識需求，圖書館都期望能擁有豐富的館藏數量，而且每年不斷的成長，對於具有一定規模的圖書館，其館藏量是相當可觀的。一般圖書館會在入口及明顯的地方放置平面位置圖，讓入館的人可以了解相關位置，但是對於初次來到圖書館的人，要在不熟悉的圖書館環境，找到自己所要的實體館藏資料，可能是一件困擾的事，雖然有地圖及指標的導引，但是並不能隨時知道自己身處何處，甚至走錯方向，花費許多時間才找到自己所需的資料。隨著科技日新月異，圖書館的服務也越多樣性，傳統的平面資料已不能滿足讀者的需求，網際網路及無線網路的使用更是已成為圖書館服務的一部份，如何讓讀者來到圖書館輕易取得所需的館藏資料，並了解圖書館的環境及書庫的擺放方式和位置，提昇圖書館的服務功能，更是圖書館一直追求的目標。. 1-2 研究動機及目的科技快速的進步，數位產品的使用也越來越普遍，出門旅遊只要使用行動裝置（GPS 及電子地圖）[41]的導航系統就可輕易的到達目的地，如果來到圖書館也可以使用行動裝置來尋找到想要的書，那真是一件很方便的事。但是圖書館內部無法接收全球衛星系統發射的信號，所以必須使用其他的方式去定位，以便能在室內使用。初次來到圖書館的人，要找到自己所需的館藏資料，通常需花費一些時間去了解，何況是一間館藏一佰萬本以上實體圖書的圖書館，更可能是一件困擾的事，雖然. 1.

(12) 一般圖書館會在入口及明顯的地方放置平面位置圖，讓入館的人可以了解相關位置，但當你走入書架當中留連忘返時，你可能已分不清自己身在何處，如果館內能設置 PDA 室內導航的輔助工具，提供讀者一種方便的尋書及導引方式，讓讀者能很快了解圖書館的環境及書庫的擺放方式和位置，及在短時間內找到自己要的資料，便能節省尋書的時間，對時間作更有效的規定及應用。近年來無線射頻辨識（Raido Frequency Identification，RFID）的使用已漸普及化，在圖書館的應用上更是有許多實例可循，若能依原有的設備再加以發展新的應用，以提供更好的服務品質，這是一舉兩得的事。地理資訊系統（Geographic Information System,GIS）的概念是結合電腦整合技術，針對空間及其屬性資訊建立資料庫，並以輸入、處理、分析及輸出四大部分功能，來作為決策及管理支援。本研究試圖結合PDA、RFID以發展圖書館的GIS(地理資訊系統)室內導航，方便圖書館讀者尋書及導覽服務，這是提出本論文的研究目的。. 1-3 研究貢獻本研究所提出的尋書定位系統可提供以下的貢獻: 一．提供新的圖書館尋書服務方式，不同於以往的依樓層平面位置圖及指示牌的尋書方式，可直接以檢索到的索書號，在 PDA 上立即查到圖書置放的正確位置。二．應用 PDA 的可攜性結合地理資訊作為即時地圖資訊，提供讀者快速了解圖書館的相關位置，結合 RFID 的室內定位功能，讓讀者能即時了解自己所在位置。三．提供快速的路徑規劃，指引讀者快速的尋找到自己所要的圖書資料，減少讀者尋書時間，提升圖書館對讀者的服務品質。. 2.

(13) 1-4 研究方法和流程本研究考慮以隨身導航為主，以行動裝置的隨身可攜性為實作工具，將圖書館的樓層書架的平面資料，以數位化的方法表現在行動裝置上[20]，以行動裝置的作業系統 Microsoft Windows Mobile 5.0，配合開發軟體 Microsoft VB.NET2005[22、23]及 Microsoft SQL Server Mobile Edition的資料庫所開發之應用程式來作為圖書館室內導航，在地圖的表現方面考慮以書架為主要的目標物，所以將書架視為一個物件的地圖方式，顯示目標物的相位置，透過RFID READER讀取TAG來作為目前位置定位的服務，以了解自己目前所在位置資訊並能快速尋找到所要的書籍。本研究以成大圖書館四樓書架空間為例，實作一圖書館室內導航系統其主要流程如下： 1.搜集相關之 GIS 研究，分析本研究所需資料及系統開發策略。 2.相關空間資料取得及資料庫分析設計。 3.選擇實作之 PDA 作業系統及系統開發工具軟體。 4.系統分析及設計。 5.相關空間及屬性資料之數位化研究。 6.定位及導航系統研究。 7.以實際資料進行測試並進行成果分析。. 1-5 論文架構本研究論文的架構共分為五章，各章內容分述如下：第一章緒論本章說明本論文之研究背景、動機、目的及貢獻，研究方法及流程。第二章文獻探討本章說明地理資訊系統的發展及應用， RFID 的技術及相關的標準及應用以及現. 3.

(14) 有室內定位技術。. 第三章系統架構及方法本章說明系統的需求及架構，並說明設計的方法。第四章系統實作本章將以實際之圖書館四樓書庫平面圖於實作系統上測試與分析，於測試過程找出實際應用上會發生的問題及困難並尋求解決的方法及過程。第五章結論與建議. 4.

(15) 第二章文獻探討 2-1 地理資訊系統 2-1-1 何謂地理資訊系統 1965 年美國首度將統計量化資料用電腦自動繪圖方式以地圖的形式來呈現，它能快速有效地呈現資料特色，並連結不同參數做簡單分析，讓 GIS 日後在都市區域規劃及資源管理運用，奠下了發展基礎。而加拿大在 1966 年開始建立加拿大地理資訊系統，這套系統堪稱世界上最早建立的全國性地理資訊系統，目前已歸併於加拿大國土資料系統中。而台灣正式推動 GIS，是在學術界與內政部資訊中心推動下，由經建會於 1987 年進行國土資訊系統的可行性分析，並於 1990 年成立國土資訊系統推動小組，以內政部資訊中心為核心幕僚，推動單位則包括經濟部、環保署、農委會、營建署、地政司、主計處、交通部及各地方政府的推動委員會。如果 GIS 只具有簡單的電子地圖查詢功能，而無法整合各種空間資料並加以分析，並不是一個真正的 GIS 系統 [2、5] 。地理資訊系統（Geographic Information System，GIS）的意義是整合點、線、面的空間資料(Spatial Data)與敍述性資料(Descriptive Data)，以方便使用者可做地理資訊的建檔，更新及搜尋[13]。空間資料(Spatial data)主要有三種型態：點狀圖例(Point feature)、線狀圖例(Line feature)及面狀圖例(Area or polygon feature)。而屬性資料(Attribute data)描述了空間資料的內涵。道路是我們常見的地理實體；在地理資訊系統的空間資料中，記錄這條道路它的座標、位置及空間的形狀，而屬性資料便記錄它的路名、車道寬度、車道數等資訊[19] 。地理資訊系統應用電腦資訊設備，提供地理資料的蒐集、處理、查詢、分析及記錄的數值化資訊系統，使用者可以利用電腦軟硬體設備將蒐集的地理資料轉換成一序. 5.

(16) 列的三次元數值化座標，以方便查詢、修正、分析、統計。地理資訊系統是一套整合型系統，通常包含軟硬體設備，圖形與屬性資料的結合(graphics and attributes data link)、資料庫管理(data base management)、拓蹼資料結構(topological data structures)、自動製圖技術(automated mapping technology)及空間分析(spatial analysis)等部份[4、 9]。資料是地理資訊系統核心，其眾多分析處理功能不外乎就是對資料加以收集、處理、分析、展示以輔助決策。一套完整的 GIS 運作系統，將龐大的空間資訊儲存，不僅能呈現電子地圖，且具有詳細屬性資料以備查詢，並能讓人們在電腦螢幕上操作、分析、疊合、重組、抽離各種空間資訊，容易的看到生活環境與周遭世界。而地理資訊系統的資料型態，包括了與地理實體有關的空間資料以及描述這些地理實體的屬性資料。GIS 是一門新技術，所牽涉的學術基礎涵蓋地圖學、電腦資訊科學、地理學、測量學、遙感探測、數學、統計及商業資料處理 [13、19]。圖 2-1 是地理資訊系統的架構圖，一般會有幾種方式將地圖資料輸入到系統中，包括現有地圖檔案、現場調查或遙感探測，等到資料輸入到管理系統會進行資料操作與分析，再將成果輸出或展示。. 6.

(17) 地圖檔案. 現場調查. 遙感探測. 資料輸入與處理. 資料管理系統（地理資料）. 成果輸出與展示. 資料操作與分析. 圖 2-1 地理資訊系統架構圖. 2-1-2 地理資訊系統的類型 1.主題式地理資訊系統（Thematic GIS）是具有專業特點及特定目標的地理資訊系統，為特定的目的服務，例如成功大學 3D 校園導覽系統[17、33]。. 2.區域資訊系統(Regional GIS))主要以區域綜合研究和全面資訊服務為目標，有幾種不同的規模，如國家級、地區、省級、市級、縣級等各不同級別行政服務的區域資訊系統。區域資訊系統如台中市空間地圖查詢系統等[3]。. 7.

(18) 3.GIS工具（GIS Tool）是一組具有圖形數位化能儲存管理、查詢檢索、分析運算與多種輸出等GIS基本功能的套裝軟體。它們可能是專業設計研製的，或者是在完成了實用的GIS後粹取掉具體區域或主體式旳地理系空間資料後得到的，具有對電腦硬體適應性強、資料管理與操作效率高，是具有普遍性實用資訊，亦可作為GIS教學軟體[13]。. 2-1-3 地理資訊系統的應用在應用方面，大致可分為五類型[2]： 1.地點(Location)查詢：在某個特定的位置有什麼內容？首先必須定義物體或地區資訊之具體位置，常用的定義方法有：透過各種互動式方式直接輸入座標或鎖定位置，其次指定目標或區域位置後，可獲得相關之特性，例如該土地的擁有者、土地利用現況、地址、面積、人口、價格。. 2.狀況(Condition)查詢：什麼地方有滿足某些條件的東西？指定查詢條件，可以獲得滿足指定條件的所有物件的列表，如在銀幕上以不同顏色顯示滿足條件之空間物件如「台南市目前共有幾家統一超商？」. 3.趨勢(Trend)探討：該類問題需要綜合現有資料，以識別已經發生了或正在發生變化的地理現象。例如透過 GIS，可以識別該.趨勢的特性；有多少農地轉作他用，現在作為何用？. 8.

(19) 4.模式分析(Pattern)：該類問題是分析已經發生或正在發生事件有關的因素，找出事件間之相關性。例如機動車輛常常於何處發生車禍？發生地點與時間有關嗎？是不是位在某種特定的交叉口？或「垃圾掩埋場最適地點的選擇評估，或野生動物棲地活動範圍與道路間的關係。」. 5.預測性的虛擬模型(Modeling)：特定問題之解決需要建立新的資料關係，以產生解決方案。首先，建立模型，如選擇標準，檢定方法等。如興建統一發商之選址，交通限制，附近居住的人口數，周圍潛在競爭的情況。. 2-2 室內定位系統介紹目前室內定位技術約可分為三角測量法(Triangulation)、背景分析(Scene Analysis)、鄰近(Proximity)三種，每一種可細分成幾種較細的技術，以下是常見的室內定位技術 [47] 。一．超音波在室內環境中，因距離不遠，因此可利用傳播速度較慢之超音波來進行測距，在室內已知的參考點位置放置超音波發射器，當接收端收到來至參考點所傳送之超音波訊號時，即可利用超音速的發射與接收的時間差來得知參考點和待定位點間之距離，再利用三點定位方式[45]，即利用在室內空間中已知的三個參考點到定位點間的距離，利用三角與幾何的關係即可求解出待定位點在室內空間中的相對位置。因使用超音波進行測距需要知道發送端開始發送訊號與接收端收到訊號此段時間差，故通常使用超音波進行定位時會搭配無線電的起始訊號來使用[46]，但亦有單獨使用超音波而不搭配無線電訊號來進行定位之方式[48]，使用超音波進行定位其精. 9.

(20) 度可達三十公分以內，但因超音波訊號無法穿透障礙物，故當室內環境較為複雜時，則需設較多的參考點與超音波發射器才可進行定位服務，如此需要花費較多的建置時間與成本。. 二．紅外線(Infrared ) 紅外線是屬於電磁波的一種，在光譜上，它的波長大於可見光，是一種具有強熱作用的放射線，是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，又稱為紅外熱輻射（Infrared radiation）。使用紅外線來做定位時，一般有兩種定位方式，第一種是利用紅外線的發送及反射，經由開始發送訊號至接收到反射訊號這段時間來預估出發送端和目標物間之距離，再經由三角與幾何的關係即可求解出目標物在室內空間中的相對位置。第二種方式為將紅外線當作感測器來使用，即在定位空間中放置許多紅外線感測器，經由判斷這些感測器是否有感測到目標物之訊息來得知目標物所在之位置為何，但是紅外線定位的方式有方向性的限制，使用者必須在紅外線發射的小範圍內才能進行定位。因為紅外線的發射與接收易受到物體干擾，使得定位無法非常精準，而且容易被房間內的燈光或者螢光燈干擾，在精確定位上有其局限性且由於紅外線發射器的涵蓋範圍很小，故需要大量的擺設而使得定位成本提高，此外紅外線發射器僅是單向發射，因此於室內定位應用之發展性較為不佳 [14] 。三 Wi-Fi Wi-Fi 是Wireless Fidelity 的縮寫，是 IEEE 802.11b 的別稱，兩個設備之間的通信可以自由直接(ad hoc)的方式進行，也可以在基站(Base Station，BS)或者訪問點（Access Point, AP）的協調下進行[25]。Wi-Fi 網路傳輸速度快，但距離短，故目前多半設在機場或咖啡店等室內環境中，提供使用者穩定平順的無線上網通訊，利用 Wi-Fi 可利用收訊時間(Time of Arrival, TOA)、收訊時間差(Time Difference of Arrival, TDOA)、收訊角度法(Angle of Arrival, AOA)、RSS 等[35]定位方法來提供定位服務，但目前此類型無線網路的定位系統，大都還是利用「收訊強弱指數」 (Received. 10.

(21) Signal Strength Indication,. RSSI) 來做為比較的基準[1、50]。當無線電波訊號在空氣. 中傳遞時，因為傳播介質的影響，隨著接收距離的近遠，產生了相對的強弱信號，因此就可利用這個指數來估計訊號的範圍，但是並無法判斷訊號的方向源，故發展出許多基於量測RSS 值來做定位之定位方法。. 四.超寬頻超寬頻（Ultra-WideBand， UWB）為美國軍方使用多年的作戰技術，由於超寬頻訊號具較佳之穿透特性，故可深入地表或障礙物，以偵測是否有生命跡象等，亦可運用於穿牆影像偵測等特種任務[52]。FCC 規定，UWB 通訊與量測系統所使用之頻段為3.1~10.6GHz，發射功率限制在-41.25dBm/MHz，以避免此一訊號對其它通信或無線電系統形成干擾，超寬頻脈衝的延續時間很短，因此橫跨好幾GHz 的連續頻帶內運作，因此其寬頻訊號頻寬甚寬，具有高傳輸資料率之能力，適合於資料通信。超寬頻技術不採用載波訊號，而是發射一系列斷斷續續的脈衝，藉由修改脈衝的振幅、時間、極性和其他特性，便可將資訊編碼成數據流，超寬頻的傳輸模式有好幾種不同的稱呼，像是無載波、脈衝應用、基頻等。由於超寬頻具有精準的脈衝，因此也可用來測定室內發射器的位置，其系統運作起來類似全球定位系統（GPS），利用放置在附近的多個接收器，可使用TOA、TDOA、 AOA 等方式再配合三角測量來提供定位服務，同時由於超寬頻系統採用跳時或跳頻之展頻方式，使其具有分享的功能，即多個傳送器與接收器可共同使用而彼此不互相干擾，應用在室內定位時即可同時提供多個使用者所需的定位服務。. 11.

(22) 2-3 RFID 相關格式介紹 2-3-1 何謂 RFID？ RFID 的中文名稱為「無線辨識系統（Radio Frequency Identification）」，是一種內建無線電技術的晶片，晶片中可儲放資料，如產品別、位置。其體積可做到極小，可隨附於所要辨證的實體上，且可以無接觸的方式，快速、且大量的讀寫其內容資料。 RFID 系統包含標籤(Tag) 、讀取器(Reader) 也就是所謂的應答器(Transponder)、天線及後端系統平台，Tag 主要負責儲存被識別物的相關資料，如規格、價格等等，標籤上裝有電路，不需要電池。由於讀取機從一段距離外間歇發射能量給標籤時，標籤上的電路即可通電，與讀取機交換訊息。標籤基本上是在一塊矽晶片上加裝簡單的天線，然後以玻璃或塑膠組件封裝而成，所以進行識別工作時不需人工介入，可以在油漬、高塵量的惡劣環境中運用 [24] 。. 2-3-2 RFID 的架構與原理 RFID 的系統架構如圖 2-2 可分為讀卡機、標籤與系統應用三大部分，分述如下：. TAG. Reader. Control. Application. API. 圖 2-2 RIFD 系統架構圖. 12.

(23) 一．讀取器(Reader)：主要是由類比控制(Analog Control)、數位控制(Digital Control)、中央處理單元(單晶片或單板電腦)以及讀取天線組所組成，讀取器可以利用相關搜尋技術或協定，達到每秒辨識數百個不同的電子標籤的辨識能力。其操作原理描述如下：Reader 透過其天線(Antenna)廣播出射頻（RF）無線電波，在電波的可偵測範圍內，如果有RFID 電子標籤出現時，電子標籤便會將內部的資料透過其內建之射頻（RF）機制傳送給 Reader；Reader在接收到電子標籤（Tag）的資料之後，再以有線的方式（透過RS232、 RS485、RS422 等介面）或無線的方式（透過藍芽、GPS 等介面）將資料傳送給應用程式來進行物件辨識工作或作為其他的應用處理。. 二．電子標籤(Tag)：標籤內含微細的晶片(如 Philips 的 I-CODE)及天線(Antenna)，分為被動式和主動式兩種，標籤如果透過電池(Battery)作動，一般稱之為 Active(主動式)Tag，主動式 Tag 可儲存較大的記憶體及較遠的讀取距離，但唯一的缺點為價格較昂貴而且每隔 7~10 年需更換電池；被動式 Tag 是接收讀取器所傳送的能量，轉換成電子標籤內部電路操作電能，不需外加電池如果靠內感電耦動作，被動式 Tag 的記憶體較小，但好處是價格便宜、壽命長以及數位資料可攜性等優點 [27] 。在2004 年6 月EPCglobal正式公佈了全球第一的RFID 標準，製訂五種不同等級（Class）的Tag [11]為： 1、Class0：僅提供唯讀(Read Only)功能，在出廠時便將一組EPC（Electronic Product Code）碼寫入標籤中，屬於簡單被動式電子標籤。 2、Class1：具備可寫入一次(Write Once)的功能，標籤在出廠時並未寫入任何資料，購買的廠商可利用RFID Reader 將物品的資料寫入標籤中，屬於簡單被動式電子標籤。例如Wal-Mart 要求供應商使用在貨物上的即是此類RFID 標籤。. 13.

(24) 3、Class2：具備可重覆讀寫(Read/Write)功能，可將物品的生產與流通的資料逐一寫入標籤中，此類電子標籤適合用於物品流向的追蹤管制，屬於被動式電子標籤。 4、Class3：具有重覆讀寫功能且內含額外感應器的標籤，可偵測溫度、濕度、動向等的變化，並將變化的資料記錄在RFID 標籤，內建電池以增加讀取距離，屬於半被動式電子標籤。 5、Class4：具備可發出訊號主動與其他標籤溝通，內含電池不須經由Reader。. 三．中介軟體(Middleware)：中介軟體主要是透過有線或無線的方式經由讀取器擷取或接收電子標籤之內部數位資訊，並利用這些資訊配合不同的應用需求做進一步的加值處理，也可以結合網路功能應用於生產、物流、倉儲、保全…等 [15] 。在面對RFID 的各種應用，首先應該考慮的是現有的應用系統，該如何透過有線或是無線的方式，來與RFID Reader 相結合，使得應用系統可以正確而有效的讀取RFID 電子標籤內部的數位資訊，而中介軟體正是扮演這個連接現有系統與RFID 的重要角色，可視為是RFID 運作的中樞神經[37]。 RFID Middleware 是一種以訊息為導向的中介軟體（Message-OrientedMiddleware； MOM），負責處理應用系統與各種RFID Reader 之間介接的問題，而資料的透通性則是一個關鍵點，它關係著是否可以正確的讀取RFID電子標籤的資料、確保讀取資料內容的可靠度，並能有效地將資料傳送到給應用系統[34]。 RFID 中介軟體（RFID Middleware）依據Forrester Research 對它的定義是扮演 RFID 電子標籤與應用系統之間的中介角色，並且應該具備下列四功能[31]： 1、協調讀卡機（Reader Coordination）：使用者能夠透過RFID 中介軟體介面直接對 Reader 進行的裝配、監控、部署與發送命令的工作。 2、資料過濾與聚集（Data filtering and aggregation）：當Reader 由多個RFID電子標. 14.

(25) 籤中讀取過多或錯誤的資料進來時，中介軟體須利用演算法來修正、處理之後，將正確的資料傳送給應用系統。 3、資料路線整合與發送（Data routing and integration）：機構內可能擁有SCM、ERP、 CRM 等系統同時運作中，中介軟體須能夠發揮提供資料路線發送與整合的能力，並使得原有系統更有效率的運作。 4、程序管理（Process Management）：中介軟體須提供對應用系統的監視與23管控的能力，並且適時的回報訊息給工作人員做適當的處理。. 圖2-5 中介程式運作架構（資料來源：Forrester Research，2005 年）. 2-3-3 RFID 使用頻率為避免各國無線電頻率使用標準不一，造成使用上的混亂與困擾，國際上大多遵守國際電信聯合會（ITU）的規範[13]。目前 RFID 使用的頻率有 6 種，分別為 135KHz 以下、13.56MHz、433.92MHz、860M~930MHz（即 UHF）、2.45GHz 以及 5.8GHz，其各有特色和缺陷。表 2-1 是 RFID 在各頻譜上的比較表。. 15.

(26) 135KHz 以下傳輸距離短約 10 公分左右，通訊速度慢。此頻段在絕大多數的國家屬於開放，不涉及法規開放和執照申請的問題，主要使用在門禁管制和防盜追蹤。 13.56MHz 的最佳傳輸距離為 1 公尺以下，代表性應用為識別證、飛機機票和建築物出入管理。通訊距離 10 公分左右的近距離非接觸式 IC 卡發展快速。UHF 頻段的 RFID 標籤最遠可達近 5 公尺的傳輸距離，可大幅提升現階段的應用層次，通訊品質佳。. 表 2-1 RFID 頻譜比較分析表頻率. 優點. 缺點. 應用範圍. 低頻. 1.此頻段在絕大多數的. 讀取範圍受限制. 1.畜牧或寵物的管理。. (9-135Khz). 國家屬於開放. (在 1.5 公尺內). 2. 門禁管理、防盜系統。. 1.在金屬物品附近 1. 圖書館管理. 1.高接受度的頻段高頻. 無法正常運作 2.在絕大多數的環境都. 2.大樓識別證 2.讀取範圍在 1.5 公. (13.56Mhz) 能正常運行. 尺左右 1.頻率太相近時會超高頻. 1.讀取範圍超過 1.5 公尺產生同頻干擾 .工廠的物料清點系統. (300-1200Mhz) 2.不易受天候影響. 2.在陰濕的環境下會影響系統運作 1.在先今環境不被. 微波廣泛使用 (2.45 或. 超過 1.5 公尺的取範圍. 高速公路收費系統 2.複雜的系統開發. 5.8Gzh) 流程資料來源：Forrester Research， Inc.[13]. 16.

(27) 2-3-4 RFID 特點 1.數據的讀寫（Read Write）機能：只要通過 RFID Reader 即可不需接觸，直接讀取訊息至數據庫內，且可一次處理多個標籤，並可以將物流處理的狀態寫入標籤，供下一階段物流處理的讀取判斷之用[29、30]。 2.容易多樣化和小型化的形狀： RFID 在讀取上並不受尺寸大小與形狀之限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID TAG 更可往小型化與多樣型態發展，以應用在不同產品。 3.耐環境性： RFID 可在黑暗或髒污的環境之中，也可以讀取數據。而紙張一受到髒污就會看不到，但 RFID 對水、油和藥品等物質卻有強力的抗污性。 4.可重複使用：由於 RFID 為電子數據，可以反覆被覆寫，因此可以回收標籤重複使用。如被動式 RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養的需要。 5.穿透性： RFID 若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話，也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話，就無法進行通訊。 6.數據的記憶容量大：數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對書卷標籤所能擴充容量的需求也增加，對此 RFID 不會受到限制 [11]。. 17.

(28) 2-3-5 應用於圖書館 1.讀者自助借還書：圖書館提供自助借還書週邊設備，讓讀者可以自行辦理圖書的借還[26]。 2.簡化借還書作業：目前圖書館的借還書作業除了刷條碼外，且需做上磁及消磁的繁瑣工作，以 RFID 標籤取代條碼、磁條，不需一次只能掃描一本書的條碼，可以一次讀取多筆資料，同時減少讀者的等待時間及館員的例行業務，提昇了圖書館的服務品質及形象。 3.加速盤點工作[7]：目前圖書館盤點的方式一定要將書從書架上將每一本書取出，RFID Tag 以無線電波傳送資訊，可以一次讀取數個 RFID 標籤資料，簡化盤點工作。 4.容易查找錯架、亂架的圖書[10、28]：利用 RF 無線電波感應技術，讓放置錯架的圖書能很快被發現，提高圖書館館員整架的工作效率。 5.適合各種不同的環境：RFID 對油和藥品等物有強力的抗污性，且在黑暗及髒污的環境之中也可以讀取數據。 6.可重複使用及穿透性： RFID 標籤可以回收重複使用，並且若 RFID 被紙張、木材和塑膠等非金屬或非透明的材質包覆的話，也可以進行穿透性通訊。. 18.

(29) 第三章系統功能與方法 3-1 系統設計目的在一間有相當規模的圖書館，它的館藏數量是相當可觀的，當讀者初次來到陌生的環境時，有些人會去看該地區的平面圖研究如何找到要的資料，但有些人可能隨著現有的指標慢慢的接近目標，但往往浪費許多時間；雖然圖書館在每一層樓皆有平面圖可供讀者參考，但是一旦走入書架當中，可能已分不清身在何處，此時若要去尋找另一本書時，可能又要花相當的時間才能找到。本研究的主要目的是利用 RFID 的無線辨識能力，將體積小、壽命長、價格便宜及可儲存數位資料等特點，作為室內定位的技術，並配合可隨身攜帶的 PDA 搭配 RFID READER 讀取隱藏在環境中的 RFID TAG，將目標書架及目前的位置以地圖的方式顯示出來，並利用 A* 路徑演算法指引讀者快速正確的找到所要的資料，減少讀者適應環境的困擾或壓力，達到簡單而快速的服務。. 3-2 系統設計需求與分析 3-2-1 現行尋書流程讀者到圖書館尋找圖書時，會先上網查詢該書的目前現況，如果該圖書已被外借時，讀者可利用線上預約方式，將圖書預約，等到有人還書時，圖書館會以 email 通知預約書已到館並可借書；如果該書仍在館內時才會到藏書地點尋書，會先到指定的樓層後，再依索書號的類別到不同的區域，找到該區以後再依索書號找到存放的書架，取出所要的圖書。. 19.

(30) 3-2-2 使用者需求以下是此功能所需求的功能 1．查詢書架正確位置來到圖書館尋書時，一般會先上網或利用行動裝置連上無線網路查詢圖書館網站的館藏目錄，若該書是在館內才會前往館藏地點尋書；尋書時依索書號在行動裝置查詢所需的館藏書在那一個書架，並在地圖上顯示相關的位置，讓讀者快速了解所需的圖書相關位置。圖 3-1 利用電腦在館藏目錄尋找「企業與教育領導原理」一書，查得索書號為 CCL 526.4 8762 ，圖書狀況為”仍在館內”。圖 3-2a 、圖 3-2b 利用行動裝置上網尋書的結果，因畫面較小只能顯示部份畫面。一般到圖書館尋書會先將所要的圖書資料的索書號都先查詢並記錄後才到書庫尋書，所以需能將全部的索書號輸入行動裝置，不必一本書找完就上網一次，以方便尋書作業。. 圖 3-1 上網尋書結果. 20.

(31) （a）. （b）圖 3-2 PDA 上網尋書結果. 2．了解讀者目前所在位置來到圖書館書庫尋書時，有時因環境不熟悉而忘了所處的位置，或找完一本書後要去尋找另一本書時，無法馬上了解該往那一方向前進，利用行動裝置作為定位工具，達到即時定位功能，以了解自己目前所在位置，並在行動裝置地圖上顯示目前位置。. 3．引導讀者找到書架位置根據自己目前所在位置，配合所要尋找的書，在行動裝置上規劃一條最佳路線，顯示路線地圖，引導讀者至正確書架位置，並估計到達目的書架的距離，以快速尋找到所需的圖書。. 21.

(32) 4．清楚書庫的整體空間狀況圖書館空間廣大，所需的圖書跟目前位置有時距離較遠，因行動裝置的畫面通常不大，觀看地圖時需移動地圖才能了解整體的相關位置，所以需能在行動裝置上將地圖放大及縮小．才能更清楚書庫的整體空間狀況，方便讀者尋書。. 3-2-3 圖書館樓層空間分析雖然一棟建築物是在空間的表現上是一個整體，但對於建物的每一樓層皆有屬於自己的平面空間，要表現每一樓層空間特性，必須有不同的位置資料，無法以其中一層樓的空間資料表現其他樓層，所以必須按樓層各自設計平面地圖。圖 3-3 是圖書館一樓的平面圖，主要有出納台、參考諮商台及參考資料區跟其他樓層的格局不同。. 圖 3-3 圖書館樓層平面圖. 22.

(33) 3-3 系統功能圖 3-4 系統功能圖，是本系統的主要功能，包含尋書功能、定位功能、導航功能、放大及縮小功能。尋書功能提供讀者將查詢到的索書號，輸入到行動裝置上，由行動裝置上可以查詢到書架在地圖上的位置；定位功能讓讀者了解自己目前所在位置及周遭的地理位置；導航功能指引讀者由目前位置到目標書架的路線圖，讓讀者可以快速的找到所需要的書；放大及縮小功能讓讀者能依狀況調整電子地圖的大小，了解整體狀況。. 圖 3-4 系統功能圖. 23.

(34) 3-4 系統設計 3-4-1 空間物件的組成要素空間資料中所描述之平面圖，一般在數位化的圖元以點、線、四邊形等三種圖元來作為空間資料之表達。圖 3-5 表示點在空間資料的描述是以 x 座標及 y 座標表示，如（10,10）表示在 x 座標 10 及 y 座標 10 的位置有一個點。. 點（point）編號. 1. x 座標. 10. y 座標. 10. 圖 3-5 點在空間資料之表示方式. 圖 3-6 線在空間資料的描述是點與點連接成線，只要記錄線是由那些點所組成以及點的順序關係就可得知線的起點及終點，並可計算線的長度。線(line) 線編號. 1. x 座標起點. 50. y 座標起點. 50. x 座標終點. 100. y 座標終點. 50. 圖 3-6 線在空間資料之表示方式. 24.

(35) 四邊形在空間資料之表示方式以四邊形左上角的座標加上寬度、長度， 3-7 表示在 x 座標 100，y 座標 50 的位置有一個寬度 100，長度 50 的四邊形 (quadrangle) 四邊形(quadrangle) 物件編號. 1. x 座標. 100. y 座標. 50. 寬度. 100. 長度. 50. 備註. room. 圖 3-7 四邊形在空間資料之表示方式. 25. 圖.

(36) 3-4-2 空間資料的數位化圖 3-8 為圖書館樓層平面圖，內部主要的地上物為房間、書架、書桌為主，所以在數位化時將每一個房間、書架、書桌視為一個長方體物件，以符合實際地圖的表示，數位化的結果如圖 3-9，只有基本的四邊形來表示房間、書架、書桌。. 圖 3-8 圖書館樓層平面圖. 26.

(37) 圖 3-9 圖書館樓層數位化的平面圖. 3-4-3 路線設計設計路線時需考慮每一個書架皆能包含於所規劃的路線內，每個書架旁皆有一書架定位點以便能引導讀者到達目標書架，書架定位點就像道路的門牌號碼一樣，讓郵差能正確的找到地址，當書架的兩旁皆有走道通過時，書架定位點就必須有兩個，當尋找目標時都以最接近的定位點為目標，不管是在書架的那一面，就像一戶有前後店面的住家，不一定非要找到前門才算到達目的地，圖 3-10 的路線圖上有許多的定位點，只要找到定位點表示已找到書架，走道與走道之間是由交叉點將兩條路線連接一起，所以交叉的兩條路線各有一個相同座標的交叉點。. 27.

(38) 圖 3-10 道路及書架定位點. 3-4-4 圖書資料查詢圖書館開放式書庫的擺設以索書號來擺放，目前國內圖書館的分類法在中文方面是以中國圖書分類法（CCL）[38]，而西文書是以杜威十進位分類法（DDC）及美國醫學分類法（NLM），日文是以日本十進位分類法（NDC）來加以分類。以中國圖書分類法為例，「中國圖書分類法」以「杜威分類法」為基礎，擴增有關中國圖書的類目，以便適合我國需要的圖書分類法，頗受我國圖書館界的重視。表 3-1 為中國圖書分類法範例，主要將一般的圖書分為 9 大類，例如電腦相關的書籍是是屬於 300 自然科學類。. 28.

(39) 表 3-1 中國圖書分類法範例 000. 總類. 100. 哲學. 200. 宗教. 300. 自然科學. 400. 應用科學. 500. 社會科學. 600-700. 史地. 800. 語文. 900. 藝術. 有了分類法就可將相同性質的書放在一起，不過讀者還是無法很快的找到所需的書，為了再清楚的區分彼此的不同，就在分類後加上作者號，以作者的姓名來編號，但同一作者也可能有很多本同性質的書，因此除了作者號又加了冊次號來加以分別，還可以視需要情形加上年代號、複本號等來以區別，最後就形成了索書號(call number) 如圖 3-11 索書號 CCL 494.081 6423 v.97 由以下所組成。. CALL NOÎ 中國圖書分類法(CCL)+分類號(494.081)+作者號(6423)＋冊次號(v.97). 圖 3-11 索書號範例. 29.

(40) 圖 3-12 是書架查詢系統流程圖當要查詢一本書的位置時，因為圖書的放置順序是以索書號為主，所以需輸入索書號查詢，當找到符合條件的書架後會在地圖上顯示出來。. 圖 3-12 書架查詢系統流程圖. 3-4-5 即時定位利用 RFID 作為定位的方法時，需在道路的適當地點放置 TAG 標籤，並記錄 TAG 在地圖中的正確位置，定位點的放置地點考量是放在轉彎處或道路的中間位置，當讀者利用行動裝置的 RFID READER 讀取 TAG 所儲存的資料時，便能即時了解自己所在的位置。. 圖 3-13 是即時定位的系統流程圖，RFID 經由 READER 將資料讀入，經由控制軟體處理後，交由定位查詢功能根據路線圖資料庫的內容得到正確位置，再將目前位置標示後，由行動裝置將地圖展示出來。. 圖 3-13 即時定位系統流程圖. 30.

(41) 圖 3-14 是 TAG 分佈在圖書館樓層的位置，當讀取到 TAG 資料時，能經由 TAG 資料查詢到位置點，了解目前所在位置。. TAG 3 定位點. 圖 3-14 圖書館樓層 TAG 位置圖. 31.

(42) 3-4-6 最佳路徑規劃圖 3-15 是路線規劃的系統流程圖，根據目前位置及書架位置來作為規劃路線依據，當找到由目前位置到達書架位置的路線時，將路線標示出來，由行動裝置將地圖展示出來。. 圖 3-15 路線規劃的系統流程圖路線規劃的演算法主要使用 A*的演算法 A*演算法 f(x)=g(x)+h(x) f(x) 預估可能節點到目標的最短距離 g(x)目前到下一可能節點間實際距離 h(x) 下一可能節點到目標點間的直線距離，會小於實際走的距離圖 3-16 當在位置 R 點時要尋找索書號為 L 點的書時，首先會先找到相鄰的交叉點 S 及 Q，並比較 f(S)及 f(U)以較短的距離決定該走那一條路。經計算 f(S)＝g(RS) + h(SL). ＞. f(Q)=g(RQ) + h(QL)所以決定走 Q 交叉點，當. 到達 Q 點先判斷是否已跟目標 L 在同一條路上，如果没有在同一條路上，表示需再繼續尋找下一交叉點，依相鄰交叉點判斷與 Q 相鄰的交叉點有 O、U、S ，比較得到 f(O)=g(QO)+h(OL)＜ f(U)= g(QU)+h(UL) ＜f(S)= g(QS)+h(SL)，所以決定走 O 點，當到達 O 點時先判斷是否已跟目標 L 在同一條路上，如果没有在同一條路上，則依相鄰交叉點判斷與 O 相鄰的交叉點有 J、M、Q，因為 Q 是走過的點，所以不予考慮只. 32.

(43) 比較 f(J)、 f(M)得到 f(M)= g(OM)+h(ML)＜ f(J) =g(OJ)+h(JL)所以決定走 M 點，當到 M 點時檢查相交叉的兩條路得知由 M 點可直達 L ，表示已到達目標點結束導航，並將走過的點連成導航路線，圖 3-17 是圖 3-16 所走過的過徑 RÆQÆOÆMÆL。. 圖 3-16 圖書館樓層路線圖. 圖 3-17 樹狀結點圖. 33.

(44) 第四章系統實作與說明 4-1 實作環境硬體設備 HP 2790B POCKET PC：520 MHz Intel PXA 270 處理器，256 MB 總記憶體 (192 MB 唯讀記憶體 (ROM) 和 64 MB 靜態隨機存取記憶體 (SDRAM)) RFID READER：AMIC A928B，操作頻率：13.56MHz，讀取距離：7～１4cm，通訊模式：ISO-14443B，通訊介面：CF TypeⅠ，Ⅱ，作業天線：內建，TAG ：ISO-14443B. 圖 4-1 HP2790B POCKET PC 及 AMIC A928B 軟體環境作業環境：Microsoft Windows Mobile 5.0 開發軟體：VB.NET2005 ， Microsoft. SQL. Server Mobile Edition，Microsoft. SQL Server 2005， Windows Mobile 5.0 Pocket PC SDK ， SqlMobile30DeviceSdkENU. Windows Mobile 5.0 Emulator Images for Pocket PC. 34.

(45) 4-2 系統架構圖 4-2 是系統的架構圖，地圖資料庫儲存地圖的資料包括空間位置圖及路線圖等，書架查詢模組提供讀者依索書號查詢書架位置，定位模組由 RFID 讀取目前位置資訊，路線規劃模組提供目前位置到目標書架的路線規劃，地圖顯示模組提供地圖的顯示及平移、放大、縮小，RFID 模組提供讀者設定 RFID 讀取器的偵測、啟動、讀取、停止。. 圖 4-2 系統架構圖. 35.

(46) 4-2-1 空間及物件資料庫圖 4-3 是資料庫的關連圖，由書架資料表找到書架的座標位置，並在 PDA 將正確位置顯示出來，書架定位點資料表及 TAG 資料表記錄書架的位置及 TAG 的位置，當要規劃路線時需依相鄰交叉點找到適合的交叉點及路線。. 圖 4-3 資料庫關連圖. 36.

(47) 4-2-2 地圖顯示模組要呈現完整的地圖，須記錄地圖中所有物件的大小及相關位置，空間資料數位化後只有基本的四邊形物件，表 4-1 為地圖數位化的資料結構，描述地圖中的房間、書架、書桌等物件的儲存格式及相關座標，表 4-2 地圖資料表內容表示書架位於 x 座標為 211，y 座標為 292，寛度 540 公分，長度為 60 公分。. 表 4-1 地圖資料表地圖資料表序號. 欄位名稱. 欄位說明. 資料型態. 長度. 1. SID. 物件編號. int. 4. 2. X1. x 軸的座標. int. 4. 3. Y1. y 軸的座標. int. 4. 4. WID. 物件寬度. int. 4. 5. LENG. 物件長度. int. 4. 6. ONAME. 物件名稱. nvarchar. 100. PK. 表 4-2 地圖資料表內容欄位名稱. SID. X1. Y1. WID. LENG. ONAME. 資料內容. 1. 211. 292. 54. 6. 書架. 37.

(48) PDA 的圖形展示通常包括平移、放大、縮小等功能，設計 PDA 的地圖顯示時考量 PDA 的螢幕只有 240 * 280 的大小，以及方便估算實際的路線距離，在實作時以每一 PIXEL 值代表一個 10 公分的距離，所以在 PDA 能顯示的地圖範圍有 24 公尺*28 公尺的面積。圖 4-4 是 PDA 地圖顯示輸出設計，本系統利用 VB.NET 2005 作為開發工具，地圖顯示功能利用 Graphics 物件，將所有的地圖資料庫的空間資料顯示出來，由於 PDA 螢幕的關係使用者只能看到 Form 範圍內的畫布，超出範圍的部份則無法看到。平移功能設計時參考滑鼠拖曳功能，利用 VB.NET 中的 MouseDown 及 MouseUp 計算平移向量，重新畫出地圖資料庫的物件，完成地圖的平移。系統執行尋書、即時定位、路線規劃時，地圖顯示模組將所找到的書架位置、目前定位標示點及所規劃的路線圖，顯示在 PDA 螢幕上，執行尋書功能時為讓讀者能清楚目標位置，需計算平移向量，將書架顯示在螢幕的中間位置，即時定位也需將定位標示點顯示在螢幕的中間位置，讓讀者能方便的使用；當執行路線規劃時依找到的路線點畫出路線的方向指標，並計算經過的路線點的距離，預估目標書架可能的距離。. 38.

(49) PDA 實際顯示的部份 240*280. 圖 4-4 地圖顯示輸出設計. 4-2-3 地圖的縮放模組當顯示的地圖因距離太大而無法瀏覽全部地圖時，利用縮小模組的功能以了解路線圖的整體概況及周邊的相關位置。當地圖太小無法看到局部狀況時，利用放大模組將地圖放大，以了解目前位置的詳細資料，顯示比例有原比例及縮小二倍、四倍。圖 4-5 是地圖放大及縮小流程圖，地圖縮放模組設計時設定比例參數 Z，當要縮小地圖的顯示比例時，將地圖資料庫的物件、平面空間的座標及平移向量除以參數 Z，放大地圖的顯示比例時，將地圖資料庫的物件、平面空間的座標及平移向量乘以參數 Z，參數 Z 的值為 1、2、4，參數 Z 的值等於 4 時，執行縮小功能時不會再縮小，. 39.

(50) 當參數 Z 的值等於 1 時，放大功能不會再放大，圖 4-6 的比例為參數 Z 等於 1 的原始比例圖，圖 4-7 為參數 Z 等於 2 的縮小二倍旳顯示結果。. 圖 4-5 地圖放大及縮小流程圖. 40.

(51) 圖 4-6 原始比例圖. 圖 4-7 縮小比例圖. 41.

(52) 4-2-4 書架查詢模組圖書館的圖書放置的方式是以索書號的順序擺放，所以要查詢書架的正確位置需根據索書號來查詢，表 4-3 是書架資料表的資料結構，描述書架上放置的索書號範圍，表 4-4 表示 4 號書架的索書號範圍是由 312.949v 0000 v.0~312.952 9999z v.0，只要是此範圍的索書號皆放於此處。. 表 4-3 書架資料表書架資料表序號. 欄位名稱. 欄位說明. 資料型態. 長度. 1. SID. 書架編號. int. 4. 2. Acc1. 開始分類號. nvarchar. 20. 3. Na1. 開始的作者號. nvarchar. 20. 4. V1. 開始的冊次號. nvarchar. 20. 5. Acc2. 結束分類號. nvarchar. 20. 6. Na2. 結束的作者號. nvarchar. 20. 7. V2. 結束的冊次號. nvarchar. 20. 8. meno. 備註欄. nvarchar. 20. PK. 表 4-4 書架資料表內容欄位名稱. SID. Acc1. 欄位內容. 4. 312.949v 0000. Na1. V1. Acc2. 0. 312.952 9999z. 42. Na2. V2 0. memo.

(53) 當要尋找書架位置時需輸入索書號，為方便讀者尋書，系統設計時考慮能編輯多個索書號，以另一個 Form 顯示索書號輸入畫面，實作方法以 VB.NET 的 ListBox 控制項來實作，將要尋找的索書號輸入到 ListBox，並比較索書號的大小進行由小到大的排序，當要尋書時選取 ListBox．Item 將資料交給書架查詢模組去尋找書架位置。當已找到書架後可將不需要的索書號刪除，以符合讀者在書庫中使用尋書的功能，不需找到一本書就上網搜尋一次索書號；如圖 4-8 開始尋書時，先輸入索書號後按 add 按鈕加入索書號，在 destination 的表框內會出現加入的索書號，依由小到大的方式排列，當所有索書號皆輸入完成，選擇一個索書號按 search 按鈕就能找到正確的書架位置，在 PDA 地圖上顯示出來。當已找到書時，可在 destination 的表框內按 delete 按鈕刪除該筆索書號。. 圖 4-8 索書號輸入畫面. 43.

(54) 圖 4-9 為尋找圖書架位的流程圖，尋書時會以索書號到書庫資料庫去檢索符合資料的書架，搜尋時找出符合分類號範圍的書架，如果符合的筆數大於 1，需再比較作者號，如果找到的筆數也還是大於 1，則需再比較冊次號，當找到正確的書架號時，再到地圖資料庫查詢書架正確的座標位置，將結果交由地圖顯示模組輸出到行動裝置，表示已找到該圖書的正確書架位置。. 44.

(55) 啟動程式. 輸入索書號. 依索書號以空格分成分類號、作者號、冊次號. 搜尋符合的分類號範圍書架資料表. 符合筆數>1. 否. 是搜尋符合的分類號及作者號範圍. 書架資料表. 否符合筆數>1. 是搜尋符合的分類號、作者號、冊次號. 書架資料表. 搜尋地圖資料表地圖資料表. 找到所要的書架位置，將書架變為藍色. 圖 4-9 尋找圖書架位的流程圖. 45.

(56) 圖 4-10 在圖書館網站尋找書名為“企業與教育領導原理/鄭照順著”時查詢的資料畫面，圖書狀況為“仍在館內“，表示該書尚未被借走，可能還在架上，圖 4-11 是書架查詢模組查詢索書號 526.4 8762，由書架庫料庫找到書架編號是 48，再由地圖資料庫中將 48 號書架標示為藍色，並在 PDA 顯示地圖。. 圖 4-10 圖書資料查詢畫面. 圖 4-11 索書號查詢結果. 46.

(57) 4-2-5 即時定位模組在實作時是以 HP 2790B POCKET PC 外接 AMIC A9280-B 作為讀取 RFID 的 READER，使用的 TAG 是被動式原件，需依 READER 發射的功率來決定接收距離，而在 PDA 上使用的 READER 因體積及功率關係，有效的接收距離約 7～14cm，所以在圖書館作地點標示時，TAG 的位置不能太高，否則會造成使用者不便，在讀取 TAG 時 READER 需與 TAG 成平行時效果最好，距離會比較長，如果是垂直距離會較短。. 表 4-5 是 TAG 的資料表，表示 TAG 放置在道路的位置點，只要讀取到該 TAG 的資料，表示目前在該位置上，表 4-6 TAG 資料表內容表示編號 4 的 TAG 放在路線點 9 的位置，只要讀到此 TAG 就表示目前人在路線點 9 的位置上。. 表 4-5 TAG 資料表 TAG 資料表序號. 欄位名稱. 欄位說明. 資料型態. 長度. 1. TAG. tag 編號. int. 4. 2. POINT. 路線點編號. nvarchar. 100. PK. 表 4-6 TAG 資料表內容欄位名稱. TAG. POINT. 欄位資料. 4. 9. 47.

(58) 使用 RFID 讀取 TAG 時需啟動 RFID 模組，RFID 模組會呼叫 A9280-B 的動態連結檔 Amic15693SDK.dll，檔案需放在 PDA 的我的裝置的目錄下，圖 4-8 系統使用者開啟主要選單表的 RFID 設定 OPEN 功能，當啟動成功會出現 “Init Device OK”的提示訊息。. 圖 4-12 RFID 啟動模組開啟畫面. 48.

(59) 圖 4-13 是定位查詢的流程圖，定位時需讀取附近的 TAG 資料，再搜尋 TAG 資料表，得到 TAG 的路線點，再查詢路線圖資料庫得到目前的座標置，將座標點以綠色標示，由地圖顯示模組展示地圖。. 圖 4-13 定位查詢流程圖. 49.

(60) RFID 讀取模組讀取附近的 TAG，由 TAG 資料庫查詢到路線點編號，再由路線圖資料庫中找到正確的座標，以綠色小正方形標示為目前位置，並由地圖顯示模組顯示出來，圖 4-14 當使用 PDA READER 讀取附近的 TAG 時，讀到 TAG 資料為編號 4，由 TAG 資料表得知路線點為編號 9，再由路線圖資料庫中得到目前位置座標（180,150），以綠色小正方形標示為目前位置，並在 PDA 顯示地圖。. 圖 4-14 RFID 定位顯示圖. 50.

(61) 系統實作時 RFID 只提供一個定位點，無法經由兩點來提供方向性，當讀者使用本系統時可能因環境不熟悉而走錯方向，實作時系統會將記錄前一個讀過的位置點並以較淡的顏色標示在地圖上，讓讀者可以知道前一次讀取時的位置，以判斷自己是否往正確方向前進，可即時修正尋書路線。圖 4-15 顯示目前及上次走過的定位點，由圖中得知目前位置比上次更接近目標書架，表示没有走錯路。. 圖 4-15 即時定位的記錄顯示圖. 51.

(62) 4-2-6 路線規劃模組在圖書館書庫中尋找圖書時，雖可在書架中任意通行，但要設計路線圖指引讀者尋書應以較寬敞的走道為原則，同時需考量所規劃的路線能到達每一個書架；實作時先在地圖上畫出可行的路線，將每一條路線加以編號，就像道路的名稱可以分辨彼此的不同；數位地圖上的路線由許多點所組成，這些點就像道路的地址一樣，可以指示正確位置；而路與路能相通表示有一個交叉路口，所以需在路線圖中標示交叉點，表示路線間有相連可以互相通行。表 4-7 是路線圖資料表的結構，內容有路線點的編號、座標、名稱及是否為交叉點的資料，表 4-8 是路線圖資料表的內容表示編號 27 的點，座標(428,110)是一個交叉點，位於路線名稱 13 的其中一點。. 表 4-7 路線圖資料表路線圖資料表序號. 欄位名稱. 欄位說明. 資料型態. 長度. 1. POINT. 路線點的編號. int. 4. 2. X2. x 軸的座標. int. 4. 3. Y2. y 軸的座標. int. 4. 4. CROSS. 是否為交叉點. int. 4. 5. RNAME. 路線名稱. int. 4. PK. 表 4-8 路線圖資料表內容欄位名稱. POINT. X2. Y2. CROSS. RNAME. 欄位內容. 27. 428. 110. 1. 13. 52.

(63) 為方便找到書架位置，需在路線圖中加入書架的定位點，就像書架的地址一樣，只要到達定位點表示已到達目的地，圖 4-16 書架旁的小點是書架的定位點，兩條路線間的交叉點是交叉路口。. 交叉點定位點. 圖 4-16 書架定位點及道路交叉點. 53.

(64) 表 4-9 書架定位點資料表是表示書架在路線圖的位置，一個書架可能有一個或二個定位點，只要到達定位點代表已找到書架，在實作路線規劃時以最接近讀者的書架定位點為目楆點，表 4-10 為書架定位點資料表內容，表示要找到 1 號書架，不管是到達道路點編號 11 或道路點編號 151 都表示已經到達目標書架。. 表 4-9 書架定位點資料表書架定位點資料表序號. 欄位名稱. 欄位說明. 資料型態. 長度. 1. POINT. 路線點的編號. int. 4. 2. SID. 書架的定位點. int. 4. 表 4-10 書架定位點資料表內容欄位名稱. POINT. SID. 欄位內容. 11. 1. 欄位內容. 151. 1. 系統實作時路徑搜尋是使用 A*演算法，因為必須是道路的交叉點才可轉彎，需有一資料表記錄交叉點之間的相鄰關係，以便在作路徑搜尋時可知到該往那個方向去尋找，表 4-11 是相鄰交叉點資料表，記錄交叉點的相鄰關係，只有相鄰的交叉點才可路徑搜尋，因為交叉點表示可連接到其他路線；表 4-12 資料表內容表示跟編號 1 的交叉點相鄰的交叉點有 7、13，1 號交叉點只能由 7 號或 13 號交叉點到其他路線做搜尋。. 54.

(65) 表 4-11 相鄰交叉點資料表相鄰交叉點資料表序號. 欄位名稱. 欄位說明. 資料型態. 長度. 1. POINT. 路線點的編號. int. 4. 2. N1. 相鄰交叉點編號. int. 4. PK. 表 4-12 相鄰交叉點資料表內容欄位名稱. POINT. N1. 欄位內容. 1. 7. 欄位內容. 1. 13. 圖 4-17 是路徑規劃的流程圖，要規劃路線時必須有書架位置，及目前位置，根據目前位置找出可能的書架定位點，做為路線規劃的目標點，如果書架定位點有兩個，系統會先計算兩個定位點到目前位置點的距離，並以較接近的書架定位點，做為目標位置點。路線搜尋時先判斷目前位置是否跟目標書架在同一條路上，如果是在同一條路上時，引導讀者直接到達目標書架，如果不在同一條路時，需利用 A*演算法找尋最佳路線；首先找到同一條路上的交叉點作為可能的目標，因為必須要有交叉點才可以轉彎到另一條路上，利用 A*演算法找出距離目標物最短的交叉點，作為前進的目標點，將目前位置移至此點。如果目前位置跟目標點尚未在同一條路上時，則利用 A*演算. 55.

(66) 法計算所有相鄰的交叉點的 f(x)，找到最短的 f(x)後，以此點作為下一目標點，將目前位置移到此交叉點，記錄該座標，以避免重覆走相同的路造成死結，並作為可行的路線點；當移到新的交叉點時，需判斷此交叉點有那些道路經過，如果經過的道路跟目標書架是在同一條路上時，表示已接近目標，不必再尋找其他交叉點，可直接到達目標書架。如果經過的道路跟目標書架不在同一條路上，就繼續尋找此點相鄰的交叉點，找到最短的 f(x)後作為下一目標，直到到達目標書架為止。. A*演算法 f(x)=g(x)+h(x) f(x) 預估可能節點到目標的最短距離 g(x)目前到下一可能節點間實際距離 h(x) 下一可能節點到目標點間的直線距離. 56.

(67) 圖 4-17 路徑搜尋流程圖. 57.

(68) 圖 4-18 系統讀取 RFID 經由定位模組找到目前位置後，尋找索書號 CCL 526.4 8762，如圖 4-19 找到 48 號書架，書架兩邊皆有道路可到達 48 號書架，兩個書架定位點編號 39、56，執行路線規劃功能，路線規劃模組首先比較兩個書架定位點與目前位置之間距離，39 號定位點最接近讀者，所以設為目標位置，路線搜尋時依 A*演算法先找到同一路上離目標書架最近的交叉點，再以此點搜尋相鄰交叉點資料表，每找到符合的交叉時，記錄走過的座標，並需檢查是否到達目標書架的道路，如果已在同一路線時，就可直接到達目標書架，到達目標後將走過的路線點計算距離經由地圖顯示模組輸出到 PDA。. 圖 4-18 尋書路線規劃圖. 58.

(69) 書架定位點 39. 書架定位點 56. 圖 4-19 尋書路線書架定位點比較圖. 59.

(70) 第五章結論與建議 5-1 研究結論本研究所發展的以 RFID 做為圖書館在室內尋書定位服務，提供圖書館對讀者一種新的服務方式，主要的目的是幫助讀者能快速的找到所需的圖書，並能在最短時間內了解圖書館的環境，其結論有下列幾點：. 一．提供新的圖書館尋書服務方式不同於以往的依樓層平面位置圖及指示牌的尋書方式，可直接以檢索到的索書號，在 PDA 上立即查到圖書置放的正確位置，及目前的位置，提供不同於傳統的服務方式。. 二．減少讀者尋書的時間利用本系統可加快讀者的速度，減少讀者尋書的時間，讓讀者能很快的找到自己要的圖書，且幫助讀者很快的了解圖書館的環境。. 三．增加 RFID 在圖書館的附加價值目前 RFID 在圖書館的應用都在圖書的借還書、圖書的管理及門禁的安全維護上，利用 RFID 應用於圖書館的尋書定位服務是一種新的應用方式，不同於已往的應用。. 四．成本較低的室內定位方式目前 RFID READER 的價格約在 1 萬元以上,而 TAG 的價格約 20 -40 元之間, 利用 RFID TAG 做為室內定位的方式，可以降低室內定位成本，只要一個讀取器加. 60.

(71) 上價格便宜的 TAG 就可達到定位的功能；利用 TAG 作為定位點的識別，可適用於各種不同的室內環境，也可隨時調整定位點的資料庫，以達到不同的定需求，. 5-2 建議一．利用本系統可指引讀者快速的找到圖書的正確書架，如果要達到較好的使用效果, 建議須增加 TAG 的數量,讓使用者可以很方便的定位。. 二．當在尋書的時候，雖然 TAG 可提供目前的位置，但可能因使用者的方向感，可能會有跑錯方向的問題，建議在使用本系統時，可多利用定位及導航的功能，隨時讀取周圍的定位點，以增加準確性。. 61.

(72) 參考文獻 [1]丁榮鴻，”一個位置相關之主動式推播教學系統”，碩士論文，2005 [2]大地地理雜誌，158 期，90 年 5 月。 [3]台中市空間地圖查詢系統，http://gis2.tccg.gov.tw/address/ [4]地理科中學教師進修網站， http://www.education.ntu.edu.tw/school/geog/teachdata/teachdata-gis.htm [5]你不能忽視的地理資訊系統，http://library.cksh.tp.edu.tw/bulletin/910501.html [6]吳權威/梁仁楷，Visual Basic 2005 入門與應用，網奕，臺北市，2006 [7]呂佳陞，RFID 在圖書館的應用，碩士論文，2004 [8]李文堯/林心雅，”大地地理雜誌”，158 期，90 年 5 月，頁 82~107。 [9]周天穎，地理資訊系統理論與實務，儒林，臺北市，2007 [10]周正偉，”無線射頻技術應用於圖書館館藏作業即時處理”，碩士論文，2006 [11]林明賢，“RFID 發展現況與使用印刷技術生產RFID 介紹”，印藝，2005 年第6 期總第258 期 [12]林偉豐，Pocket PC 程式設計，文魁資訊公司，臺北市，2002 [13]林傑斌/劉明德，“地理資訊系統 GIS 理論與實務”，文魁資訊，2002 [14]林景頎，“室內定位品質分析之研究”，碩士論文，台南市，95 年 7 月 [15]帝商科技 RFID 簡介，http://www.regalscan.com.tw/ [16]胡啟明，Visual Basic 2005 初學入門，弘智文化發行，臺北市，民 95 [17]校園地理資訊系統，http://gis.ncku.edu.tw:8080/ncku/index.jsp [18]張正憲，”利用行動裝置進行地理資料庫之漸進式更新”，碩士論文，2006 [19]淺談地理資訊系統空間資料的結構， http://www.landscapeweb.com.tw/k-gis.htm [20]許清榮/買大誠，Pocket PC 裝置應用程式開發秘笈，臺北縣，博碩文化，2006. 62.