基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧圖書館服務架構設計與實現(xiàn)

[摘 要] 隨著信息技術的發(fā)展，圖書館服務逐漸向智能化轉變，文章探討了在物聯(lián)網(wǎng)、云計算及關聯(lián)主義理論基礎上建立智慧圖書館的硬件、軟件組成要素和功能框架，提出了智慧圖書館服務模式、服務內(nèi)容的建設，探討了如何利用先進的信息技術優(yōu)勢整合圖書館業(yè)務，在未來與移動計算實現(xiàn)更好的結合和發(fā)展。

[關鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)； 關聯(lián)主義； 智慧圖書館； 虛擬化； 智能手機； TAGS

[中圖分類號] G434 [文獻標志碼] A

[作者簡介] 陳秀蘭（1971—），女，江蘇丹陽人。副教授，碩士，主要從事數(shù)據(jù)挖掘和移動開發(fā)方面研究。E-mail：chenxl@gsrtvu.cn。

一、 引 言

數(shù)字圖書館是圖書館自動化發(fā)展的高級階段，然而隨著數(shù)字圖書館技術和信息技術的高速發(fā)展， 網(wǎng)絡信息服務應用進程越來越多，使得數(shù)字圖書館的建設存在一些問題。（1）數(shù)字圖書館應用系統(tǒng)和數(shù)字資源的建設內(nèi)容逐漸增多，造成各種應用占用服務器硬件資源不均衡。（2）在很多高校通常一臺服務器上安裝了多個應用，各種應用系統(tǒng)使用了不同開發(fā)環(huán)境、不同數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，無法有效將平臺整合。（3）目前的信息都是圖書館員或者數(shù)據(jù)庫廠商進行發(fā)布，沒有與讀者協(xié)同、交互及反饋，很多信息也不會獲得用戶的關注，因此創(chuàng)造信息并有效提供給用戶已成為圖書館亟待解決的一個關鍵問題。（4）數(shù)字圖書館信息資源是為滿足各類型的用戶而搜集整理的，因而是全面的、綜合的，但對某一個特定讀者來說，缺少智能搜索、社會化搜索及個性化服務與管理的功能。

因此，圖書館作為一個能夠給讀者提供各種信息服務的知識中心，依托新的信息和通信技術構建新一代信息系統(tǒng)是十分必要的。未來的圖書館服務必然是一個集成現(xiàn)有數(shù)字圖書館系統(tǒng)功能，通過協(xié)同、交互促進集體智慧（Collective Intelligence）聚合的知識學習系統(tǒng)，并能夠培養(yǎng)讀者自主學習、創(chuàng)新性和邏輯思維能力的智慧化的圖書館。本文將基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能終端技術，結合關聯(lián)主義學習理論、學習元資源建設理論，對智慧圖書館服務架構設計和實踐進行論述。

二、智慧圖書館的模式特征

1. 智慧圖書館服務模式

數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化是智慧圖書館的信息技術基礎，人與物的相聯(lián)互通是智慧圖書館的核心要素，[1]智慧圖書館的服務模式在互聯(lián)、智能技術驅(qū)動下，通過感知的智能環(huán)境設施，依托專業(yè)館員的服務，基于信息資源的深度知識挖掘以及具有用戶需求分析功能的專家式系統(tǒng)服務，為讀者提供一種有品質(zhì)、有價值、有內(nèi)容的高層次服務。

2. 智慧圖書館主要特征

智慧圖書館與數(shù)字圖書館相比較具有三個特征：更透徹的全方位感知、更廣泛的互聯(lián)互通、智能化的管理和服務。結合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線網(wǎng)絡技術優(yōu)勢，如動態(tài)化、自動化、虛擬化、移動性等計算模式的特點，可以豐富圖書館的數(shù)字功能，跨越時空，以讀者為中心，提供資源、服務的無縫連接，這些是推動智慧圖書館發(fā)展的重要手段和智能化信息服務的支撐技術。圖書館的本質(zhì)是信息和資源的發(fā)布中心，基于這一點，智慧圖書館應實現(xiàn)技術和資源融合，并提供泛在的信息檢索、感知及獲取的渠道，對知識進行有效組織管理，并在海量信息中結合數(shù)據(jù)挖掘技術，以智能化的、靈活主動的方式按需提供給用戶的系統(tǒng)。

三、智慧圖書館平臺建設理論依據(jù)

1. 關聯(lián)主義學習理論

“關聯(lián)主義學習理論”由喬治·西蒙斯于 2004 年提出，關聯(lián)主義表述了一種適應當前社會結構變化的學習模式，指出學習的起點是個人，個人的知識組成了一個網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡被編入各種組織與機構，反過來各組織與機構又被回饋給個人網(wǎng)絡，促進個人的繼續(xù)學習和科研。這種知識發(fā)展的循環(huán)（個人對網(wǎng)絡對組織）使得學習者通過協(xié)作相互促進，將專業(yè)知識系列地連接起來，這種連接能夠使學習者學到比現(xiàn)有的知識體系更多、更重要的東西。學習不再是內(nèi)化的個人活動，存在于數(shù)據(jù)庫中的知識需要與合適的領域中合適的人連接在一起，從而形成學習分類。關聯(lián)主義提供了一些學習者在數(shù)字時代成功學習所需的學習技能與學習任務的見解。[2]

關聯(lián)主義學習理論為智慧圖書館的服務模式提供了理論依據(jù)。（1） 實現(xiàn)人人關聯(lián)。為讀者構建一個動態(tài)的知識網(wǎng)絡環(huán)境和一個情景化的環(huán)境，這一環(huán)境稱為“個人圖書館”，為讀者的個人活動、社交活動和學習活動提供支撐。（2）實現(xiàn)人物、物物關聯(lián)。通過數(shù)字資源的關聯(lián)，建立學習知識體系，為讀者提供更有效快捷的學習環(huán)境。（3） 實現(xiàn)館館相聯(lián)。建立資源共享、活動參與等機制，增強各數(shù)據(jù)庫商、各地圖書館、讀者之間的關聯(lián)，促進資源共建共享，通過人性化服務，激勵讀者建立和保持連接，實現(xiàn)館館相聯(lián)，為讀者與圖書館信息服務的拓展提供前所未有的新服務。

2. 學習元的資源建設理念

未來圖書館紙質(zhì)資源的增長速度會減小，而多種媒體形式將逐漸成為主要的知識載體。英國國家圖書館公布了該館與Google 達成的歷史文獻數(shù)字化協(xié)議，協(xié)議內(nèi)容包括將 25 萬冊最早可以追溯到 18 世紀的歷史文獻在數(shù)年內(nèi)全面數(shù)字化。隨著信息技術的變革，智慧圖書館的信息服務不應該僅僅只具有被動提供和積累簡單的知識資源的功能，而是應該提供活躍的知識創(chuàng)造和集體智慧積累的功能。

學習元的理念為智慧圖書館提供了數(shù)字資源生成和積累的依據(jù)。（1）提供個性化的資源服務。學習元符合泛在學習環(huán)境下資源設計生成性、進化發(fā)展、智能性、微型化、適應性、多格式的基本原則，對學習元進行建設和管理并建立知識網(wǎng)絡，這不僅有利于為用戶提供個性化的資源服務，也有利于數(shù)字資源的共享、再用，避免低水平重復建設，可以有效滿足讀者按需學習的要求。學習元的開放性允許用戶更新、發(fā)布自己的學習元，讓自己的學習也能影響到他人，提升讀者的學習動機和成就感。[3]這樣可以讓用戶在泛在的環(huán)境下輕松自如學習。圖書館泛在化服務的實質(zhì)和內(nèi)涵將物理的圖書館和虛擬的服務植入用戶科研與學習過程之中，為讀者提供隨身、隨時、隨地的服務。（2）集體智慧的沉淀。集體智慧是智慧圖書館信息服務的重要特征。用戶通過學習元可以實現(xiàn)隨時、隨地基于任意設備、關于任意主題的學習，并能夠訂閱來自各處的學習元，形成個性化的知識網(wǎng)絡，還可以通過學習元知識網(wǎng)絡找到興趣相仿的學習伙伴，共享社會人際網(wǎng)絡與認知網(wǎng)絡。通過學習過程的協(xié)同和交互，產(chǎn)生的集體智慧也得以沉淀，在提高了學習者的學習效率的同時也降低了一個人或者很少幾個人做出錯誤決策的概率和成本。

3. 物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵技術的應用

物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化等三個重要特征。物聯(lián)網(wǎng)催生了智慧圖書館的發(fā)展，智慧圖書館服務架構系統(tǒng)分四層（如圖1所示）：感知層、基礎設施層、系統(tǒng)平臺層、應用層，圍繞用戶按需提供相應的服務。（1） 感知技術。感知層的感知技術是指通過多種傳感器、RFID、二維碼、定位、地理識別系統(tǒng)、多媒體信息等數(shù)據(jù)采集技術，實現(xiàn)外部世界信息的感知和識別。（2）傳輸技術。基礎設施的傳輸技術是指能夠匯聚感知數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，它包括互聯(lián)網(wǎng)技術、地面無線傳輸技術以及衛(wèi)星通信技術等。（3）支撐技術。系統(tǒng)平臺層在高性能計算技術的支撐下，將網(wǎng)絡內(nèi)大量或海量的信息資源通過計算整合成一個可以互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡，為上層服務管理和大規(guī)模行業(yè)應用建立起一個高效、可靠和可信的支撐技術平臺。（4）應用技術。應用層使用直接支持物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)運行的技術，它包括物聯(lián)網(wǎng)信息共享交互平臺技術、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲技術以及各種行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)，如構建智慧圖書館信息服務系統(tǒng)。

四、智慧圖書館服務平臺功能關鍵技術

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下， 智慧圖書館服務平臺將注重實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實環(huán)境連接， 通過虛擬環(huán)境的信息交互來促進物理世界信息服務的優(yōu)化，同時也重視將讀者吸引、融入到虛擬圖書館信息建設中，作為圖書館可持續(xù)發(fā)展的動力和要素。

（一）普適計算為智慧圖書館帶來泛在、智慧的感知技術

普適計算技術和移動智能設備使智慧圖書館具備了情境感知（Context Sensitivity）能力，通過移動智能設備集成的傳感器、定位儀、采集器等感知設備，捕獲真實世界中的地理位置、設施等各種信息，采集到移動智能設備中進行分析和處理，使信息進入到數(shù)字化的虛擬世界，成為智慧圖書館對讀者行為判斷、決策的參考信息，在一定程度上連通虛擬世界和現(xiàn)實世界，[4]通過虛擬世界的知識學習來增強智慧圖書館對讀者的個性化服務能力及對現(xiàn)實世界的駕馭能力。

因此，智慧圖書館借助RFID裝置、紅外感應器、GPS、激光掃描器等得以充分物聯(lián)，隨時、隨處感知，館藏文獻自動定位、自動順架、自動盤點以及無人值守的安防管理，并實現(xiàn)自主型的借閱等服務。廈門大學圖書館在2011 年11月引進了座位管理系統(tǒng)，使讀者與圖書館設施聯(lián)系起來，對圖書館有限的資源進行合理配置。美國芝加哥大學的曼索托圖書館2011年建立了機器人堆疊書庫管理系統(tǒng)，對所收藏 350 萬冊書籍進行了全面感知和管理。臺北市立圖書館于2010年采用無線射頻識別（RFID） 技術建設了一個無人值守的智慧圖書館。截至2012 年6月底，24 小時自助圖書館也已在我國的38個城市得到了應用。因此在智能感知技術的支持下圖書館被賦予了新的內(nèi)容和生命。

（二）智慧圖書館服務平臺支撐技術

目前信息資源呈幾何級數(shù)增長，正朝海量數(shù)據(jù)發(fā)展，F(xiàn)acebook有2.5PB用戶數(shù)據(jù)，每天增加15TB；百度數(shù)據(jù)存儲量達到100～1000PB，每天需要處理10～100PB的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的“煙囪式”IT建設模式已經(jīng)限制了數(shù)字圖書館的發(fā)展，智慧圖書館服務平臺則是一個能夠解決大數(shù)據(jù)處理問題并對分散異構數(shù)字資源進行有效整合的云計算技術平臺。云計算技術是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過軟硬件的協(xié)同設計，形成虛擬的計算資源池、存儲資源池和統(tǒng)一的管理平臺，共享的軟硬件資源和信息按需提供給計算機和其他設備。[5]智慧圖書館信息服務平臺及海量的數(shù)字資源將依托云服務架構，分布式地存儲在各數(shù)據(jù)中心節(jié)點中， 并且數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)保持同步更新和時效性，通過有線和無線網(wǎng)絡的傳輸技術提供給讀者進行泛在式的數(shù)字圖書訪問，進而實現(xiàn)館館相聯(lián)、庫庫相聯(lián)、網(wǎng)網(wǎng)相聯(lián)。2011年，上海圖書館同城 “一卡通”的總分館數(shù)達到245家，實現(xiàn)了同城三級圖書館網(wǎng)互聯(lián)互通，成為全球城市圖書館中最大的單一集群系統(tǒng)，使讀者可以跨時空地實時了解文獻存儲和流通的狀況。2007年，美國紐約時報租用Amazon云計算平臺，用于將1851—1922年紐約時報的1100萬篇報刊文章轉換為PDF文件，供讀者上網(wǎng)免費查閱。

（三）智慧圖書館服務平臺集體智慧聚合及個性化服務技術

在關聯(lián)主義和學習元資源建設理念推動下，數(shù)字圖書館向智慧圖書館轉變，形成由圖書館、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和智慧化設備、元件等組成的，不受時間和空間限制的、可被感知的、可移動的圖書館，不僅提供海量的數(shù)字資源服務，更實現(xiàn)通過人際網(wǎng)絡交互聚集讀者的集體智慧的功能，為用戶提供更高的服務管理質(zhì)量、更具魅力的公共文化環(huán)境和更大的信息共享空間，因此，智慧圖書館需要具備信息匯集、協(xié)同感知和泛在聚合的建設特點。

隨著Web2.0技術的興起，很多圖書館開始嘗試使用Wiki，RSS技術匯集集體智慧，[6]為讀者提供社會性服務。國外不少圖書館都在Youtube（視頻SNS網(wǎng)站）、Facebook和Myspace等三大SNS站點擁有自己的主頁，進行圖書館推廣活動，用簡單易懂的方式介紹圖書館的理念與服務，有效增強了讀者和圖書館的粘黏度，國內(nèi)外專家也有相關有效性論證。[7]國內(nèi)，中國國家圖書館、上海圖書館均在豆瓣網(wǎng)上建立了自己的網(wǎng)站，發(fā)布講座及書目信息，應用Web2.0的服務理念和技術實現(xiàn)人和知識的融合，網(wǎng)站的創(chuàng)立者也更加重視對用戶的基礎數(shù)據(jù)的收集和分析，從而滿足用戶在信息資源、服務資源方面的需求，實現(xiàn)資源共享共建，達到圖書館的價值最大化。

1. 創(chuàng)建智慧圖書館社會性網(wǎng)絡，增強與讀者的溝通和交流

Web2.0 理念和實踐的發(fā)展都表明， 充分利用和聚合普通用戶的群體智慧比單一信息來源和單向信息傳輸?shù)哪Ｊ礁呋盍统掷m(xù)的生命力。因此，未來的學習資源應當具備相應的結構來支持普通用戶對學習內(nèi)容的協(xié)同編輯和創(chuàng)作， 并使得這些協(xié)同創(chuàng)作和持續(xù)改進的歷史信息能夠得到保存并在不同平臺間共享，因此學習資源體現(xiàn)了時效性的同時，更能反映相關領域的最新變化和相關群體的最新需求。

SNS是一種以用戶為中心、通過一系列社會網(wǎng)絡軟件或工具、為用戶建立社會化的關系網(wǎng)絡群的互聯(lián)網(wǎng)應用服務。本文提出了一種具有Web3.0、Blog、Tags、圈子等技術混搭的SNS智慧圖書館架構（見圖2所示），通過建立圖書館社區(qū)將用戶、出版社、數(shù)據(jù)庫商、各個圖書館等用戶緊密地聯(lián)系在一起，以圖書館聯(lián)盟管理機制為運行保障，以目前圖書館資源和用戶數(shù)據(jù)作為元數(shù)據(jù)，建立信息標簽Tags、興趣群組、讀者個性化服務空間為一體的共建共享的社會化網(wǎng)絡系統(tǒng)，該網(wǎng)絡系統(tǒng)使用聚合理念發(fā)揮資源庫配送功能，制作個性化資源目錄，根據(jù)讀者實際需要，提供有針對性的信息或服務，如最新的信息資訊、新書到館通告、預約到書提醒、講座視頻服務等，并且提供這些內(nèi)容之間的鏈接關系和瀏覽路徑，建立極具個性的“個人圖書館”。

2. Web3.0技術的實施保障了智慧圖書館的可管、可控和有序的發(fā)展

Web3.0搭載著移動網(wǎng)絡，信息的發(fā)布會變得更加迅速，網(wǎng)頁瀏覽速度更流暢。Web3.0要解決的一個最重要的問題就是要使計算機能理解到人們能理解的內(nèi)容，使得用戶體驗更人性化，這有助于 SNS 滿足用戶不斷提出的新要求，并給 SNS 社交網(wǎng)絡服務發(fā)展帶來了良好的機遇。Web2.0模式下的SNS在智慧圖書館的應用中存在不能確保注冊信息的可靠性和有效性的問題，使用下去將會導致本身信息的外泄和零亂、不可靠信息的泛濫，應用Web3.0技術，可以通過對讀者的真實信息的核查與認證來保障智慧圖書館的可管、可控和有序的發(fā)展。同時 Web3.0 在對于UGC（User Generated Content用戶生成內(nèi)容）篩選性過濾的基礎上同時引入偏好信息處理與個性化引擎技術，對用戶的行為特征進行分析，并與聚合技術和挖掘技術相結合，將可信度高的信息推送給用戶，使用戶能夠準確、快速地搜索出自己的目標信息內(nèi)容。隨著Web3.0漸進式語義網(wǎng)的發(fā)展可將智慧圖書館構建成完備的內(nèi)容聚合與應用聚合的平臺。

3. Web3.0的模型促進了智能搜索技術的應用

Web3.0的模型是基于搜索+開放式Tags（關鍵詞標簽）+智能匹配的新門戶，通過語義來實現(xiàn)信息關聯(lián)，對元數(shù)據(jù)進行可控的管理，使得信息的發(fā)布與使用連接起來。如果讀者需要訪問書商或者圖書館，可以通過高可信度做為關鍵字的搜索，實現(xiàn)可信內(nèi)容與用戶訪問的對接。其中開放式的Tags還可以幫助讀者在站內(nèi)、站間搜索到和相同興趣的人或者圖書資源及視頻，實現(xiàn)人人、人物、館館的信息的聯(lián)通，從而得到更多的相關搜索結果。例如Google發(fā)布的“知識圖譜”搜索技術，為用戶提供有完整知識體系的搜索結果。由于“知識圖譜”會給出搜索結果的完整知識體系，所以用戶往往會發(fā)現(xiàn)很多不知道的知識。當用戶搜索一個即將去旅游的地方時，可能會發(fā)現(xiàn)一個以此命名的餐館，甚至還可能發(fā)現(xiàn)一本小說就叫這個名字，并且已經(jīng)改編成了同名電影。現(xiàn)在Google數(shù)據(jù)庫中包含超過5億個事物，不同事物之間的關聯(lián)超過35億條。

4. 移動智能終端提供集成式信息服務技術

隨著 3G 、4G時代的到來，移動設備除了具有前面提到的信息采集功能之外，智能手機、平板和智能電視將是未來最大的互聯(lián)網(wǎng)終端，因此，不受時間、空間等限制的隨時隨地的可達性將使智慧圖書館實現(xiàn)移動性和泛在性。手機的普及和便攜性，是智慧圖書館信息服務最理想的接入工具，這既是智能手機圖書館的主動服務，又是個性化服務。通過有機融入用戶物理空間或虛擬空間的方式將數(shù)字圖書館的資源和服務直接推送到用戶，結合智能手機呈現(xiàn)給用戶，這種個性化服務是一種能夠滿足用戶深層次需求的集成式信息服務。例如智能手機與二維碼的結合可以開展基于智能手機的圖書館各項創(chuàng)新服務，如簽到服務、圖書信息、館藏信息、信息識讀、資產(chǎn)管理、自動感知、手機支付、物流等。特別是建立移動“個人圖書館”，必須能方便地與各處的網(wǎng)絡應用交換數(shù)據(jù)甚至引用功能。只有這樣，才能增強個人體驗，使圖書館的服務融匯于無所不在的社會性網(wǎng)絡中，實現(xiàn)對讀者和圖書館員的隨時、隨地、隨處的服務。結合智能終端人人的交流，變成物對物、物對人，也形成了web3.0的一個主要特征。目前國內(nèi)有中國國家圖書館、上海圖書館、清華大學圖書館等已開通了移動圖書館服務，對智慧圖書館移動計算進行了初始探索。

五、總結與展望

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算及關聯(lián)主義理論、學習元資源建設理論的應用，在學習借鑒全球智慧圖書館建設成果的基礎上，有機整合基礎教育、職業(yè)教育、老年教育、農(nóng)村教育、農(nóng)民工教育、外來人員教育和社區(qū)教育等優(yōu)質(zhì)資源，形成全方位、多層次、多樣化的服務體系。圍繞集體智慧、多種元數(shù)據(jù)建立起來的圖書館社會網(wǎng)絡，在加強個人隱私、數(shù)據(jù)安全訪問管理的同時，為各類人群提供全方位、全新的閱讀和學習體驗，智慧圖書館將是圖書館工程的一項全新事業(yè)。

[參考文獻]

[1] 王世偉.未來圖書館的新模式——智慧圖書館[J]. 圖書館建設，2011，（12）：1～5.

[2] [美]西蒙斯.關聯(lián)主義：數(shù)字時代的一種學習理論[EB/OL]. [2011-12-12]http：//www.etc.edu.cn/ articledigest34/guanlianzhuyi.htm.

[3] 余勝泉.泛在學習環(huán)境中的學習資源設計與共享[J].開放教育研究，2009，（2）：47～52.

[4] 百度百科.學習元[EB/OL]. [2012-12-23]http：//baike.baidu.com/view/2427400.htm.

[5] WIKI百科.云計算 [EB/OL]. [2012-10-12]http：//zh.wikipedia.org/wiki/云計算.

[6] Byung-Won Min. Next-Generation Library Information Service-'Smart Library'[J]. International Journal of Software Engineering and Its Applications，2012，（6）：171～194.

[7] Dora Yu-Ting Chen. Samuel Kai-Wah Chu. Shu-Qin Xu.How Do Libraries Use Social Networking Sites to Interactwith Users[C]. ASIST 2012 Annual Meeting.US：Association for Information Science and Technology，2012：1～10.