基于2.5維GIS的圖書館空間管理系統研究與應用*

張琳娜胡淵梁偉

基于2.5維GIS的圖書館空間管理系統研究與應用*

張琳娜胡淵梁偉

為了滿足館藏資源位置服務的實際需要，提高文獻獲取效率，在對現有GIS技術優缺點及其在圖書館中的應用進行分析的基礎上，論文提出了一種基于2.5維GIS的圖書館空間管理系統解決方案，給出了系統架構設計、主要功能說明以及2.5維空間地圖的制作方法，闡述了系統空間數據模型及空間和屬性數據的集成方案，最后簡要介紹了該系統在陜西師范大學圖書館的實施及使用效果。

地理信息系統2.5維GIS 圖書館X-Server

隨著計算機技術與通信技術的飛速發展，圖書館信息化經歷了從文本管理到信息管理的轉變。在這個過程中檢索效率得到提高，但由于空間服務的缺失，文獻獲取效率并未得到等速提升。地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是一種集空間信息和其他數據信息為一體的計算機系統，具有強大的空間實體定義和關系查詢能力，能把現實生活中的各種信息與反映地理位置的空間信息結合在一起,并圖文并茂地展示在用戶面前[1]。圖書館作為信息資源收藏的實體也具有空間地理形態，館內收藏的龐雜信息資源除擁有各自的屬性信息外，還具有與圖書館地理坐標相關的空間信息，因而在圖書館內形成了縱橫交錯的信息資源布局[2]。

1 GIS技術在圖書館中的應用

早在上世紀90年代初, 國外圖書館界就已經開始嘗試應用GIS[3]。當時的GIS還是依托平面地圖對現實空間信息進行映射的二維GIS技術，其在數據采集、空間數據分析等方面雖有很強大的功能，但是二維電子地圖本質上仍是一個基于抽象符號的系統，無法給人以自然界的直觀感受。因此，圖書館的應用只局限于對地圖、遙感影像等地理信息類數據的平面管理和專業性參考服務。

虛擬現實技術的盛行促進了GIS由二維向三維的可視化發展。三維GIS能以立體造型的方式向用戶展現地理空間現象。其不僅能夠表達空間對象的平面關系，還能表現它們之間的立體關系。因此，圖書館界也開始探索三維GIS對館區空間管理和讀者服務模式的變革與創新。然而，龐大的三維數據量、對計算處理能力的高要求以及平臺的高價格門檻，使這種探索多處于理論階段。國家圖書館的“3D虛擬現實館”是僅有實現對館區空間漫游的實踐性研究。該系統通過館內體驗區或是網絡傳播的方式，為讀者提供如同沉浸在真實場景中的館區虛擬漫游及對館藏數字資源的虛擬閱讀等功能[4]。純三維GIS使讀者有較真實的沉浸感，但也容易讓人產生迷失感，此外受計算機軟硬件性能的限制，其在館內空間分析、數據管理等方面仍顯不足。

融合二維GIS與三維GIS技術的優勢，采用二維為主、三維為輔的混合型GIS技術是當前背景下業界推崇的一種較為實際的解決方案[5]。論文提出并實現了一種基于2.5維GIS的圖書館空間管理系統解決方案。采用2.5維GIS對圖書館空間進行管理，既可以實現館區空間的展示與漫游，又可以發揮其在空間數據管理、檢索、分析等方面的特長，彌補圖書館空間服務實踐性研究的空白，提高讀者獲取文獻資源的效率。

2 系統設計與關鍵技術

2.1 系統架構設計

圖書館空間管理系統（Space Management System，簡稱SMS）集成多種技術，解決如何提高館藏資源獲取效率的應用問題。系統通過對館區空間的建模與渲染，生成并組建2.5維GIS平臺；通過對館區設施及館藏資源空間屬性的分類與整理，定義并建立空間數據庫；通過對已有管理系統相關屬性信息的集成與共享，進而實現對館藏資源的定位、導航及雙向查詢等功能。

SMS采用B/S架構模式（Browser/Server，即瀏覽器/服務器模式），將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，并通過Web瀏覽器向讀者提供服務，簡化了系統的開發、維護和使用。同時Web服務器實現與MIS（圖書館業務管理系統）的實時交互，保證相關數據的一致性和有效性（如圖1所示）。

SMS采用管理和瀏覽分層的組織模式。

管理界面為管理者所使用，實現數據集成設置和空間數據管理等功能。SMS的運行需要已有MIS的數據支持，數據集成設置主要實現對MIS相關集成規則以及訪問權限的定義和管理。空間數據是SMS的核心數據，按照空間實體的特性進行劃分，并按照其之間的依存關系進行關聯?？臻g數據管理一方面依據業務功能對空間對象的屬性信息進行管理，另一方面與空間地圖關聯，賦予空間對象具體的空間坐標信息。

瀏覽界面為讀者所使用，實現館區實景展示漫游、館藏資源定位導航、資源信息與空間信息雙向查詢等功能。讀者通過互聯網訪問SMS的瀏覽界面，在如同真實環境一樣的虛擬圖書館中漫步，了解圖書館內部建筑結構以及館藏資源的空間布局。SMS集成了MIS的屬性查詢功能，并對查詢結果提供空間位置的定位導航。同時，系統增加了空間檢索功能，讀者在獲取館藏資源具體空間位置的同時，還能了解到與之相關的同架層、架位、架排的其他資源信息，又或是在虛擬圖書館中對感興趣的空間區域進行點擊，獲取對應空間位置的館藏資源信息。

2.2 2.5維空間地圖

2.5 維地圖是將三維立體模型按照一定的投影規則映射到平面上以展示三維立體效果的二維圖形[6]。SMS采用三維建模軟件3D MAX對實驗館區進行實景建模，并在三維模型上按照一定的俯視角度渲染、生成該區域的2.5維空間地圖（如圖2所示）導入系統中。2.5維空間地圖在保證地理信息的宏觀性和整體性的同時，又能保留豐富的空間實體特征?；?.5維空間地圖的GIS，其一方面繼承了二維GIS在數據采集與輸入、輸出，空間數據分析與處理等方面的強大功能，另一方面又保留了三維GIS豐富、自然、真實的地貌表現能力，提升用戶對真實空間的直觀感受。

2.3 空間數據模型與集成

空間數據是指空間實體的位置、拓撲關系和幾何特征等[7]?？臻g要素按其自身特征可以分為體、面、線和點。如分館（體狀空間要素）、館區（面狀空間要素），架排（線狀空間要素），館藏資源的空間位置（點狀空間要素）等。長期以來，MIS只注重于館藏資源的屬性數據和宏觀類空間數據如分館、館區等信息的管理，而對于詳細的空間數據如架排、架位、架層等，受資源整合等常規業務操作的影響，往往無力維護。因此，圖書館對資源獲取過程、空間布局管理等仍然采用傳統的人工處理方式。

SMS就館藏資源的空間數據劃分為分館、館區、架排、架位、架層五類（如圖3所示），這五類數據是單向的包含關系，通過與上級對象的所屬屬性建立空間關聯。此外，架排、架位、架層又有其內在的關聯屬性，如前架排、左架位、上架層等，通過這些屬性建立各個對象內部的關聯，從而形成完整的空間關聯數據結構。

SMS與MIS（以Aleph系統為例）的空間數據集成包括館區和架位兩類信息（如圖3所示）。Aleph系統的分館和館區是館藏資源檢索的重要位置信息，館區信息考慮到中英文庫等屬性因素，通常會把一個實體空間館區劃分成多個虛擬且空間位置不連續的虛擬館區。SMS通過對館區信息設置匹配館藏屬性，將Aleph系統的館區信息按空間劃分進行整合映射，實現對館區的集成關聯。Aleph系統也包含架位信息，但是由于館藏資源位置的多變性，以及相關維護功能的缺乏，該信息通常未被有效使用。SMS為架層定義了起止索書號屬性，系統檢索時通過館藏資源索書號與架層索書號范圍的匹配來確定架層、架位、架排等信息，進而實現空間位置的定位。

2.4 屬性數據集成

MIS在圖書館信息化進程中已經是一個成熟全面的管理系統。通過集成的方式實現對館藏資源屬性信息的共享，可以有效地保證信息的實時統一。Aleph系統提供一種安全、穩定、可靠的數據交互中間件X-Server接口，它是一個基于XML、Web Services形式的Open API，為第三方應用的開發提供有力支持[8]。X-Server通過HTTP 協議進行通訊，用戶通過Web瀏覽器輸入一定規則的URL表達式，X-Server接收處理后返回用戶所需的XML文件。

SMS與Aleph系統的屬性數據集成需求包括兩類。一類是實現屬性數據檢索功能，即通過書名、作者、索書號等分類查詢書目信息；另一類是實現空間書目檢索功能，即通過一個索書號起止范圍查詢書目信息。雖然兩類集成需求的出發點不同，但是都涉及三個相同的X-Server接口：find（檢索）、present（顯示書目記錄）、item－data（顯示單冊信息）。

find服務可以通過多種檢索條件和輸入參數對書目數據進行檢索，然后返回一個結果集的號碼。檢索參數如：關鍵字=wrd、題名=wti、ISBN=isb、作者=wau、出版者=wpu、索書號=cal。例如檢索關鍵字為“oracle”的書目信息，其URL為http：//IP:PORT/X? op=find&code=wrd&request=oracle；又例如檢索索書號在H319.1/1與H319.1/9之間的書目信息，其URL為http：//IP:PORT/X?op=find&code=cal&request=H319. 1/1-＞H319.1/9。

present服務是根據find服務結果集的號碼，顯示結果中n-m條書目記錄。每條書目信息包括書名、ISBN、作者、出版社、價格等。例如顯示結果集號碼為000107的1-10條記錄，其URL為http：//IP:PORT/X? op=present&set_number =000107&set_entry=1-10。

item-data服務是根據present服務的結果，顯示某個書目號下面的所有單冊信息。每條單冊信息包含條碼號、狀態、館藏、索書號等。例如顯示書目記錄號為000538506的單冊信息，其URL為http://IP: PORT/X?op=item_data&doc_number=000538506。

3 應用成果

陜西師范大學圖書館作為教育部直屬院校的教學科研文獻信息保障中心，其內部環境舒適優美、軟硬件設施齊備先進、藏書種類豐富全面。圖書館實現全方位計算機管理，檢索系統功能強大，館內除了兩個多媒體電子閱覽室之外，同時在多處設有檢索機和信息點，讀者可以通過校園網、手機等終端檢索、瀏覽館藏信息。信息化程度雖達到較高水平, 但由于空間服務的缺失，文獻獲取效率仍然是讀者服務工作需要提升的重點。

以論文研究成果為基礎設計開發的陜西師范大學圖書館空間管理系統（如圖4所示），以長安分館一層為試點，通過對館區建筑結構和地物進行實地測量，運用3DMAX制作完成等比的館區三維場景模型，并渲染生成2.5維實景平面圖；通過采集相關館藏設施的屬性及空間信息，組建生成系統空間數據庫；通過調用Aleph系統的X-Server，實現對館藏資源信息的集成。

系統通過圖書館官網和館區觸摸屏的方式為讀者提供服務。系統使讀者足不出戶即可對圖書館空間結構有全方位的了解。通過放大、縮小、平移等操作，讀者可以對感興趣的區域進行虛擬三維漫游或360度實景體驗。在漫游的過程中，讀者可以快速獲取各館區館藏范圍的概括介紹。在具體館區內，讀者可以選擇按架排或按架位的方式瀏覽查閱。通過在2.5維實景平面圖上的平移操作，被選中的架排或架位三維圖形會高亮突顯并伴有該區域所含資源分類號范圍的相關介紹。讀者對高亮圖形進行點擊，即可獲得對應區域所含所有館藏資源的書目概括信息，進一步操作還可以獲得關聯位置如前后架排、左右架位的館藏資源信息。此外，系統集成了傳統的檢索功能，讀者通過檢索關鍵詞在獲得館藏資源書目概括信息的同時，還能獲得所關注資源的空間位置和最短路徑指引，提高了資源獲取效率。進一步操作還可獲得相鄰空間位置的其它館藏資源信息，使讀者有如真實環境中一般的空間查閱體驗。

從系統的試用情況來看，與傳統查詢系統相比該系統較好地滿足了讀者對館藏資源位置服務的需要，進一步提升了讀者對館區空間的感知能力，增加了讀者對圖書館資源分布了解的興趣。系統在讀者獲取資源的效率以及基于空間的資源推薦等方面有較好的服務能力，受到讀者的好評，取得了良好的應用效果。

4 結語

本文以提高館藏資源獲取效率為考量，在分析 GIS技術在圖書館應用的基礎上，提出了一種基于2.5維GIS的圖書館空間管理系統解決方案，給出了系統的架構設計和關鍵技術說明，通過在陜西師范大學圖書館的實際應用，證明了該系統能較好地滿足讀者對文獻資源獲取的引導工作，提高圖書館的讀者服務能力。同時，研究也發現目前基于空間的館藏資源查詢方式仍存在誤差，需要進一步改進。此外，系統在圖書館其它設備資源（如座位、電子閱覽設備等）管理、館藏空間分析、業務決策支持等方面的功能仍有待進一步探索。

空間化、可視化是未來圖書館讀者服務與管理的一個重要的發展方向，基于2.5維GIS的圖書館空間服務研究就是在這方面的初步探索，它能改變圖書館傳統的信息服務方式，使信息服務由關系數據庫進入到空間數據庫領域。其既保留已有信息系統的優點，又可以將服務模擬到可視化的環境中，提高圖書館的信息服務與管理的功能和效率。因此，在GIS技術下研究圖書館空間服務有極好的科學價值和應用前景。

[1]史亞光.基于地理信息系統（GIS）的圖書館管理與應用[J].圖書情報論壇，2009（2）：35-37.

[2]杜慧敏，劉昌瑩.基于GIS的圖書館空間信息管理系統研究[J].圖書情報工作，2004，48（9）：77-79.

[3]沈健.大學圖書館開展地理信息系統（GIS）服務初探[J].圖書館論壇，2006，26（2）：194-196.

[4]李雪.虛擬現實技術在國家圖書館中的應用[J].科技情報開發與經濟，2009，30：27-28.

[5]萬幼，邊馥苓.二三維聯動的GIS系統體系結構構建技術[J].地理信息世界，2008（4）：48-52，69.

[6]宋珉，劉鵬超，趙維，等.2.5維地圖制作算法研究與實現[J].城市勘測，2010（5）：104-106.

[7]余傳明.基于GIS的數字圖書館：原理與應用[J].情報理論與實踐，2004（6）：651-653.

[8]張紅，王美英，只瑩瑩.ALEPH500系統X_server接口的研究與實踐[J].現代圖書情報技術，2011（10）：68-73.

張琳娜陜西師范大學圖書館館員。陜西西安，710119。

胡淵陜西師范大學圖書館副研究館員。陜西西安，710119。

梁偉陜西師范大學旅游與環境學院講師。陜西西安，710119。

Research and Application of the Library Space Management System Based on 2.5 dimensional GIS

Zhang Linna，Hu Yuan，Liang Wei

In order to satisfy the actual needs of the library resource location services,improve the efficiency of the document acquisition,based on the analysis of the strengths and weaknesses of the existing GIS technology and its application in the library,this paper presents a solution for library space management system basing on 2.5 dimensional GIS,gives the system architecture design,the main function description and the making method of 2.5 dimensional space map,elaborates the spatial data model and the integration scheme of the spatial and attribute data.Finally,it briefly introduces the implementation and application effect of this system in Shaanxi Normal University Library.

Geographic Information System.2.5 Dimension GIS.Library.X-Server.

G250.7

2014-02-04編校：劉明）

*本文系陜西省圖書館學會研究課題“基于2.5維GIS的圖書館空間服務研究”（項目編號：121016）研究成果之一。