智慧圖書館研究與應用規劃

王彥明

河南中醫藥大學　河南鄭州　450046

圖書館建設

智慧圖書館研究與應用規劃

王彥明

河南中醫藥大學河南鄭州450046

智慧圖書館綜合運用物聯網、云計算、數據挖掘技術將建筑、設備、文獻和用戶連接，使它們相互感知，通過數據分析處理從大量數據中發現有用信息進行推送。國內外智慧圖書館研究側重概念、內涵與特征、構成要素與體系結構。智慧圖書館研究與應用主要包括三方面。館舍智慧化包括智慧環境控制、智慧節能減排、智慧空間布局；管理智慧化包括館藏組織與揭示、設備感知管理、視頻分析與人流管理、座位管理；服務智慧化包括智慧公共文化服務、智慧信息推送服務和智慧弱勢群體服務。

智慧圖書館；智慧館舍；智慧管理；智慧服務；研究；應用規劃

傳統圖書館通過手工方式對館舍、藏書和館員進行組織，向用戶提供信息服務，典藏、流通部門工作量大，文獻量的增長帶來更多壓力，很多圖書館運轉困難。高峰期圖書不能及時上架影響借閱效率，員工長期機械工作導致積極性下降。被動服務缺少多元化、個性化和現代化特征，造成讀者到館率低。智慧圖書館綜合運用物聯網、云計算、數據挖掘技術將建筑、設備、文獻和用戶連接，使它們相互感知，通過數據分析處理從大量數據中發現有用信息，并向讀者推送。本文通過系統梳理國內外研究成果，提出完整的智慧圖書館研究和應用規劃，以期促進智慧圖書館建設和發展。

1　國內外研究綜述

1.1智慧圖書館概念、內涵與特征

國內一些學者如嚴棟、烏恩、趙曉芳、韓麗、王世偉等人對智慧圖書館產生背景進行詳細論述，認為是物聯網技術和“智慧地球”促使了智慧圖書館的產生。眾多研究者認為，智慧圖書館由計算機網絡設備、安全監控設備、RFID設備、智能書車和手持設備等硬件、系統數據庫和應用數據庫等軟件以及相關集成設備組成，通過無線網絡連接或數據拷貝方式進行數據交換，以一種更智慧的方法，通過新一代信息技術提高與用戶信息交互的速度、明確性和靈活性，實現智慧館舍、智慧服務和智慧管理[1]。其特征表現為建筑智慧化、資源海量化、存儲無界化、結構聯結化、環境深度感知、泛在互聯互通以及更加人性和更加節約成本等。

1.2智慧圖書館構成要素與體系結構

要素與結構是智慧圖書館研究和應用的參考依據。國內在這方面有較多探討。較簡單的方法是將智慧圖書館分為智能設施、物聯網技術與智慧服務，對應裝備、技術、服務3個層次。上海交通大學圖書館提出資源、服務、技術、館員、讀者五要素，重慶大學提出“三庫四系統”，三庫指元數據庫、運行庫、數據倉庫，四系統指全面圖書館管理系統、讀者知識社區、文獻搜索以及數據挖掘系統。董曉霞將智慧圖書館體系劃分為感知層、網絡層和應用層，感知層采集識別資源、讀者、建筑、設備的信息，網絡層對這些信息傳遞處理，應用層提供實際需要的各種應用。姚軍等學者將智慧圖書館體系分為平臺層、接口層、應用層和服務層。平臺層提供基本運行環境，接口層提供RFID、短信、數據庫和視頻采集等各種接口，為應用層提供接口并與外部通信；應用層是各種應用的處理模塊，包含安防、圖書存放調度、環境監測、電子巡更、無線燈光控制等模塊；服務層提供面向用戶的具體服務，適合多種終端接入，方便用戶和圖書館員使用[2]。

2　館舍智慧化

2.1智慧環境控制

2011年上海交通大學與美國國家儀器公司合作設計國內首個圖書館室內環境監測與節能系統?；谖锫摼W的圖書館室內環境綜合檢測與控制系統重點監測溫度、濕度、氣壓、音響、噪聲、自然光照明、人工照明、空氣質量、用電、安防等有利于提升圖書館服務質量的感應與控制系統。通過硬件、軟件系統設計與集成實現動態控制。系統軟硬件設計與實現注重對原有設備的改造，保護先期投資。近期臺灣聚眾聯合科技有限公司與廣東星美燦照明科技有限公司聯合進行新產品的研發、生產與銷售。聚眾聯合公司擁有全球領先的無線網絡型藍牙智慧控制技術，方便地將連線、定位、資訊傳遞與監測植入智慧照明，其控制距離可達100米。通過室內外傳感器采集溫度、濕度、光照、風速、風向、雨量信號，轉換成計算機和操作人員可以識別的量，由計算機進行處理，然后通過側窗、風機、空調裝置對圖書館環境進行調節。針對溫濕度監控需求，將多傳感器融合技術引入到智能監控系統中，建立基于支持向量機的多因子監控系統，并設計基于ZigBee協議的無線監控節點，為無線監控和智能控制提供技術支持[3]。

2.2智慧節能減排

住建部統計數據顯示，每年國內新增建筑20億平方米，99%屬于高能耗建筑，單位面積能耗是發達國家的3倍。據統計全球21%溫室氣體來自樓宇。建筑能源管理系統(BEMS)通過收集、分析建筑能耗數據，提升、優化現有設備的運行控制策略，最終減少能源消費，整體降低建筑能耗[4]。基于物聯網技術的建筑傳感網根據設備特性對其進行分類，采用多目標、多策略用電與聯合、全局節能控制技術[5]。建筑信息模型(BIM)以三維數字技術為基礎，集成建筑工程項目中相關信息工程數據，包括地理、幾何、空間關系以及建筑構件的材料、數量、面積、價格等，提供關于建筑的完整數據庫，加快施工進度，用于綠色建筑全生命周期管理[6]?；谖⑻幚砥鞯臉怯罟澞芸刂葡到y采用紅外傳感器統計人員數量，使用光控模塊采集光照度，通過微處理器實時采集人數和光照強度信號，然后進行數據處理和算法分析，實現樓宇照明燈具自動控制；同時采集電器狀態信息，若狀態為長時間待機，則自動切斷電源，這種方法已經通過實驗證明可以提高電能利用率[7]?；赯igBee的智能樓宇節能控制方案以無線射頻芯片和低功耗單片機作為系統傳感器終端節點和路由器節點主控制芯片，通過無線傳感網實時監測樓宇溫濕度、光強以及人體紅外等環境參數，以此優化樓宇空調和照明系統，實現低碳節能控制[8]。

2.3智慧空間布局

以往圖書館對閱覽區的劃分基于4種方式，一是按照學科，二是按照普通、科技人員、少年兒童等讀者對象，三是按出版物如視聽資料、縮微資料、光盤、報刊等，四是按開架、半開架、閉架的管理方式[9]。信息時代隨著數字技術的廣泛應用和智能化終端的普及，傳統分類方法逐漸變得模糊，基于用戶到館目的和使用習慣的空間劃分成為發展趨勢。空間設計圍繞讀者休閑娛樂、社交與學習備考等具體活動。具體設計需要通過問卷調查、網絡調查和實地調查等方法了解本館讀者需求，對藏書空間、活動空間、休閑空間比例進行分析，根據需求確定布局。

3　管理智慧化

3.1館藏組織與揭示

近年來，國內外圖書館不斷探索智能化技術的應用。例如，芝加哥大學曼索托圖書館運用智能技術建立機器人堆疊書庫管理系統，以減少空間占用。西雅圖圖書館在多媒體文獻全面感知基礎上將圖書、DVD、CD等數據實時通過大屏幕分類顯示。加拿大一些圖書館、博物館和大學建立了智慧圖書館聯盟，利用統一搜索引擎為讀者提供一站式服務。澳大利亞新南威爾士大學運用“概念驗證”理念探討智能客戶端程序在電子期刊歸檔中的應用。西班牙阿拉卡拉大學結合RFID與SIGUEME技術開發智能系統，使用戶在眾多書庫與書架中以最短時間、最短路徑找到所需文獻。臺灣和春技術學院探討如何利用群體智能提高館藏結構的智能化與人性化。香港大學和臺灣中正大學等高校設計基于RFID的圖書館智能書架?！爸信d大學”采用人工神經網絡和數據挖掘技術將用戶根據背景劃分成多個集群并進行館藏利用實驗?！敖煌ù髮W”分析讀者檢索和借閱記錄，構建需求挖掘模型，提高利用館藏資源的效率。智慧圖書館館藏資源管理必須充分挖掘讀者文化科技需求，采用物聯網、云計算和虛擬現實技術進行資源組織與揭示，建設資源導航平臺，直觀、感性地展示館藏特色與優勢，提高館藏資源利用效率。

3.2設備感知管理

RFID具有成本低、傳輸速度快、識別距離適中、抗干擾能力強等特點，在圖書排架、身份識別、固定資產管理等領域具有較強應用優勢。但其識讀距離有限。Zigbee是一種低成本、低功耗、低速率、低復雜度以及自組網的雙向無線通訊技術。雖然單個節點通訊距離有限，但通過自組網和簡單靈活的節點部署可以將距離延伸到無限遠[10]。將節點連接到傳感與控制設備可承擔設備監測及控制任務。融合Zigbee和RFID的圖書館物聯網應用系統繼承了RFID簡單、快捷自動識別目標的特性，又融入了Zigbee主動感知與無線組網的功能，有利于構建精準、穩定的圖書館物聯網感知應用系統。對圖書館計算機、網絡設備、打印機和自助借還機等進行智慧化管理需要根據設備特點設計低功耗高性能的無線設備網絡系統。具體包括中央控制器、主控芯片、傳感器以及無線組網技術，從工作頻段、傳輸速率、功耗、傳輸方式、連接能力等角度進行對比，簡化設備安裝布線，提高系統移動性、便攜性、通用性、可擴展性以及遠程管理能力[11,12]。

3.3視頻分析與人流管理

傳統圖書館視頻監控作用是圖書館防盜、治安管理和規范讀者行為等。隨著攝像頭安裝數量增多，其管理價值不斷提升。人工的視頻監控逐漸被智能視頻監控技術應運而生。智能視頻監控需要更復雜的配套軟件，通過計算機算法分析圖像中用戶行為。例如，出入口畫面分析可以實現讀者流量統計。通過建立人體行為特征庫，采用時空分析方法、序列分析方法、層次化分析方法等識別、分析與理解讀者行為，關鍵技術有魯棒性背景建模、高效行為特征表達提取、三維人體姿態估計與重建等。而人臉識別系統采用人臉檢測、跟蹤、抓拍、評分實現目標跟蹤，流程包括人臉采集、分析、布控與再識別，借助高配置的服務器可以根據監控畫面中的人臉在上萬讀者信息庫中迅速找到對應的人員[13]。圖書館引入智能視頻監控有利于采集更加豐富的用戶信息，實現更加精準與個性化的信息推送服務[14,15]。

3.4座位管理

井井有條的座位秩序是發揮圖書館自主學習功能的基礎。隨著入館人數增多座位資源會變得緊張，有些高校館臨近考試占座現象嚴重。智能座位管理系統通過LED大屏、帶觸摸屏的計算機、一卡通讀卡器，借助紅外感應、視頻監控、室內無線追蹤等技術實現讀者和空域座位感知管理，落實圖書館座位管理制度，提高座位利用效率。在相應位置安裝傳感器收集和發送人員、座位狀態信息，匯聚到處理單元，在處理單元上設計安裝管理軟件，根據一定算法對座位和人員信息進行匹配管理，將結果在智能終端上顯示。圖書館根據讀者行為特征與習慣制定和調整座位管理規則，實現動態、高效和個性化的座位管理。

4　服務智慧化

4.1智慧公共文化服務

隨著智慧圖書館建設走向成熟，國內外圖書館發展逐漸從重視技術走向重視服務。特別是一些公共圖書館非常重視智慧服務方法、內容的探索和實踐，如“同城一卡通”、24小時自助圖書館、手機客戶端、聯合參考咨詢以及全媒體閱讀等。眾多公共圖書館將為市民提供智慧公共文化服務作為未來的發展戰略，積極應對，組建城市公共文化服務平臺，支持智慧社區服務、智慧經濟和智慧學習的建設和發展，為市民提供精確和智能的服務體驗[16]。

4.2智慧信息推送服務

個性化服務是智慧圖書館服務的首要目標。國外許多圖書館如挪威國家汽車圖書館通過信息互聯感知提供館內外人員互動、文獻借閱、音樂欣賞等多樣化服務。韓國建國大學探索語境感應技術，研發基于上下文感知的信息服務模型，有效識別用戶需求。信息技術條件下對讀者個體特征的感知是實現個性化服務的基礎。通過數據整合、過濾、匯總使原本孤立、瑣碎的讀者信息整合在一起，借助推送技術針對性的推送資源[17]。

4.3智慧弱勢群體服務

弱勢群體指在經濟社會中處于弱勢地位的人群，包括殘障人群、貧困人群、農村留守人群、孤寡無業者以及進城務工人員等。這些人群經濟能力差，生活質量低，在各種困難面前承受能力差。在創建和諧社會環境下是重點關注的對象，在圖書館服務中也是重點照顧的對象。智慧圖書館采用物聯網、傳感器和數據挖掘技術提升用戶獲取信息的體驗感和效率，無論空間環境規劃、功能區布局、館藏資源建設還是服務方法選擇都應該融入弱勢群體服務。新興技術的發展為圖書股弱勢群體服務帶來了機遇。

5　結論與展望

隨著國家和各級政府對文化與教育事業投入力度不斷加大，國家、省市地方財政投入大量資金，智慧圖書館科研項目的立項快速增加。圖書館利用物聯網、云計算以及數據挖掘等新興技術能夠改善讀者體驗，提高文獻利用率，改善服務質量。通過在館舍、管理、服務三方面加強智慧化建設，有望推動智慧圖書館建設全面開展，產生良好的社會效益。

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Research and Application Project of Smart Library

Wang Yanming
Henan Universicity of Chinese Medicine, Zhengzhou, 450046, China

The smart library integrated use the technology of Internet of things, cloud computing and data mining to connect the building, equipment, document and user, make them have mutual perception and use data analysis processing to fnd useful information from large amounts of data to push. The research of smart library at home and abroad has focusing on the concept, connotation and characteristics, constituent elements and the architecture. The research and application of smart library mainly include three aspects. The smart builting of library include smart environmental control, smart energy conservation and greenhouse gases emission reduction and smart space layout. The smart management include organizing and revealing of the collection, equipment perception management, video analysis, traffc management and the seat management. The smart service of library include smart public cultural services, smart information push service and smart service of the vulnerable groups.

smart library; smart building; smart management; smart service; research; application project

2016-04-08

王彥明，碩士，館員。

本文系河南中醫藥大學“科研苗圃工程”項目“智慧圖書館研究與應用示范”(編號：MP2015-43)研究成果。