圖書采分編智能作業系統的研究與應用

王惠君，吳昊，潘詠怡，錢海鋼，陳潤好

0 引言

圖書的采購驗收、分類編目、典藏管理(以下簡稱“采分編”)一直以來都是圖書館的基礎業務，而且作為圖書館的核心業務之一，采分編業務也是圖書館眾多業務中最早實現標準化、規范化和網絡化的。比如，《文獻著錄總則》[1]《中國文獻編目規則》[2]等標準的發布，實現了采分編業務的標準化、規范化；《中國機讀目錄格式》的普及應用和聯機編目的實用化[3]也讓各館在網絡環境下實現數據資源共享成為現實。得益于圖書采分編的標準化和規范化，相關業務外包逐漸盛行，帶來了文獻編目加工周期縮短、效率提高的便利，而由此造成的編目數據質量下降[4]、編目館員需耗費大量時間進行數據校對和修正[5]等問題較為突出。可以看到，盡管這些標準規范和技術手段在一定程度上提升了圖書采分編效率，但客觀上圖書館仍需投入大量的人力和時間。僅以廣東省立中山圖書館(以下簡稱“廣東省館”)為例，作為廣東省文獻編目中心，該館采編部每年新增編目數據便有10余萬條，還需向廣東省內成員館提供分編圖書、回溯建庫等服務，任務繁重[6]。以2019年為例，廣東省館新書采購量約10萬種30萬冊，采分編流程包含拆包驗收、系統收單、館藏分配等10多道工序，僅就圖書搬運一項來計算，完成30萬冊圖書的所有采分編工作至少需要搬運300萬冊次，其工作量之繁重可見一斑。如何進一步降低編目員的工作壓力、提高圖書采分編工作效率這一實際問題擺在眼前，亟待解決。

近年隨著信息技術高速發展，圖書館業務管理、資源建設和讀者服務等相關環節均已充分應用新技術手段進行革新，實現了圖書館服務的網絡化、智能化。伴隨著物聯網技術(RFID、NFC、紅外感應器、激光掃描器)、物流技術、工業機器人、人工智能[7]等相關技術日漸成熟，其在圖書館領域的應用探索方興未艾，這些探索集中在讀者服務的前端應用，如自助借還[8-10]、送書上門[11]、智能圖書盤點機器人[12]、圖書自動存儲系統[13]。而在圖書館業務管理的后端，盡管已有學者對自動標引展開討論[14-15]，但鮮見相關理論探討的落地和實用化案例，更未見到將新技術手段整合運用到圖書館采分編業務流程的實踐案例。事實上，此前已有的圖書采分編工作標準化、規范化、網絡化基礎，理論上已經為進一步利用物聯網、工業機器人等新技術實現智能采分編作業奠定了良好的基礎條件，對相關技術的整合研發和系統探索時機已然成熟。

本文以廣東省館研發中的圖書采分編智能作業系統為例，對如何構建一種應用于圖書館圖書采分編基礎業務全流程的自動化作業系統進行研究和說明。該系統能夠利用自動機械化操作替代重復的人工操作，通過精準的圖書識別實現自動采購驗收、智能化分類編目等信息化數據處理，以極大地減輕人員勞動強度，提高圖書采分編效率。

1 研發內容和系統構建

圖書采分編智能作業系統擬通過綜合采用物聯網技術、圖像識別、工業自動化處理、自動分揀等技術，研究和設計圖書館圖書采分編穩定高效的全流程智能化作業，以極大地提高圖書館，尤其是大中型圖書館圖書采分編效率，減少重復的人力勞動，打造“智能化編目”新業態，為未來圖書館業務優化提供創新方案。

1.1 傳統作業與智能作業的匹配

為實現圖書館采分編的全流程自動化作業，一方面需要對整體的傳統業務流程進行拆分和邏輯歸類，確認各個作業環節的可行性，并根據拆分出來的各環節業務特點匹配相關的自動化方案；另一方面需要重點對現有圖書采分編加工流程進行再造，從能否實現原有加工要求、能否滿足效率以及能否適應各類型圖書的通用性等方面進行調整，以適應未來全智能化作業的模式。

傳統的圖書采分編加工流程繁多，以廣東省館為例，通常包括拆包驗收、系統收單、館藏分配、圖書封邊、蓋館藏印章及貼條形碼、編目及校驗、索書號分配、書標打印、出書登記、貼書標、覆保護膜、加裝RFID標簽、RFID標簽數據寫入、圖書分揀及配送等。為此，系統根據現有工業自動化技術、機器視覺技術、數據處理技術等的特點和功能，在保證滿足現有圖書采分編工作規范的情況下，設計了整個智能作業流程的總體框架(見圖1)，有重點、分階段地實現圖書采分編全流程智能化作業的目標。

圖1 圖書采分編智能作業系統流程

圖書采分編智能作業系統總體上分為圖書驗收及編目前加工模塊、圖書分類編目模塊、圖書典藏加工及分揀模塊3個部分。其中，圖書驗收及編目前加工模塊重點實現圖書編目前的采購驗收和規范化的物理加工；圖書分類編目模塊初期的重點是以人機協同的方式實現線上“無紙化編目”，后期將逐步采用人工智能技術探索實現文獻自動標引；圖書典藏加工及分揀模塊負責處理圖書編目后圖書的典藏標識加工、入庫分揀等操作。上述3個模塊將搭建在同一流水線工序上，擬實現圖書的一次流轉便完成圖書采分編的全流程作業。

1.2 圖書驗收和加工

到館圖書在進入編目環節之前，需要完成驗收、蓋章、貼標加工等繁瑣工序，系統利用工業機器人自動控制技術對圖書進行規范化的物理加工，替代人工操作，同時完成進館圖書信息數據的核驗校對和補充修正，以提高圖書加工的效率和準確率。這一環節又可拆分為3個主要部分。

(1)圖書自動分離，這是后續圖書加工的關鍵步驟。當前系統將圖書自動分離設計為圖書堆疊和分離兩個環節。首先是圖書堆疊部分，該步驟采用工作人員批處理的方式，將書商運輸到館圖書按批次疊放到供件臺的圖書提升機處，作為待處理圖書等待進入工作流程。其次是圖書分離部分，該部分采用提升機加負壓機械手抓取方式，負壓機械手的抓取位置為圖書的書脊位置，保證被抓取圖書不會損壞。圖書提升機的頂端與負壓機械手交接的部分設置有光電感應系統，可以自動檢測當前圖書堆的高度，確保每次圖書被抓取后，下一本圖書可以被提升至準確的高度以備再次抓取導入。通過依次將待處理圖書單本分離并投入后續的自動化流程，保證分離后的圖書無重疊、無堆積，實現系統可以進行后續處理的單本分離狀態。此外，在圖書自動分離系統預設人機交互設備，實現基礎數據的實時顯示，便于館員了解和回溯系統歷史處理效率、處理量等信息，同時，系統預留軟件接口，供調取各種統計數據做大數據分析使用。

(2)圖書自動驗收，該環節用于新購圖書的核驗處理。在圖書館以往采購的新書驗收過程中，無論是手工驗收還是計算機驗收，或是兩者結合的方式，通常都需要館員用條碼機掃描每本書信息，再一一與書單的字段進行匹配，不僅耗費大量館員精力，還可能因為手工驗收而出現驗收疏漏。而在智能作業系統中，系統會對流轉過來的已分離單本圖書進行自動采樣識別，通過對封面、書脊等位置的圖像掃描，獲取識別包括題名、作者、出版社等基本信息，并將其與書商提供的送貨單進行一一比對，完成圖書的自動驗收工作，并將其流轉到下一步驟。在研發后期，還擬加入了人工智能識別圖書一環，通過對圖書封面、書脊等位置圖像信息的掃描和識別，推進機器學習和訓練，保證對圖書的自動識別和處理，完成部分圖書數據的校驗，補充完整圖書信息。

(3)圖書自動貼標，這一環節的實現能夠極大減少圖書采分編環節中的重復繁瑣工作。傳統圖書采分編工作流程中包含大量的機械式勞動操作，如圖書ISBN 號碼掃描及信息識別(包含書名、價格、出版社、作者等信息)、圖書標簽的打印粘貼、RFID電子標簽的粘貼、圖書翻頁及蓋章、圖書RFID標簽數據讀寫、圖書分揀。系統研發的重點是利用機器視覺和工業機器人技術對圖書的特征碼、特征標識進行精準的識別。系統通過對圖書進行位置調整，使每一冊書達到符合系統處理標準的狀態，然后采用圖像識別技術，通過算法濾波，實現圖像檢測，根據“采樣-識別-判斷-再采樣”的模式，輔以機械手進行圖書翻頁，按照圖書物理加工規范，精準定位圖書的封面、題名頁、特定內頁、封底頁等位置，進行條碼打印、粘貼、蓋館藏章、貼RFID標簽、覆保護膜等一系列全自動化操作。

1.3 智能化分類編目

圖書分類編目是圖書采分編流程中復雜度最高的一個環節，其本質是要針對每一種文獻信息進行客觀著錄和內容主題分類標引，生成書目數據，以實現文獻信息化的檢索利用。初創智能化圖書分類編目新模式，實現圖書館圖書采分編全流程作業自動化和智能化是本系統的最終目的。前期，系統設計研發專門的機械裝置和軟件，通過對每一種圖書進行特征碼識別、圖書關鍵內容掃描存檔、文本OCR識別等一系列的圖像處理，并與圖書館業務自動化系統(Library Automatic System，LAS)對接，實現“無紙化編目”，一是對已有聯機編目數據的圖書實現編目數據自動下載、自動添加館藏信息、分配索書號等編目操作；二是對無聯機編目數據圖書進行無紙化線上編目，通過對圖書的題名頁、版權頁等信息進行OCR識別，由軟件自動完成文獻客觀信息的著錄，然后將已掃描的圖書關鍵內容頁文檔在線推送至編目員前端，由編目員完成主題標引著錄等數據操作。在自動套用數據或智能識別圖書內容完成圖書編目后，分配索書號，進而完成打印貼書標等工序。后期，系統擬采用人工智能技術探索實現文獻自動標引，以真正達到全智能化編目的目的。

1.4 圖書典藏與分揀

圖書典藏加工及分揀用于處理圖書編目后圖書的典藏標識加工、入庫分揀等操作。作為智能作業流程的最后步驟，系統需要完成書標打印、書標粘貼、覆保護膜、RFID標簽數據寫入、出書登記、圖書入庫分揀及配送等系列工作。其中，書標打印、書標粘貼、覆保護膜、RFID標簽數據寫入、出書登記等環節在技術實現上，與圖書驗收和加工模塊比較相近，而圖書入庫分揀及配送部分，系統擬采用AGV分揀和自動搬運方式完成，目前此類工業自動化技術在物流行業已經比較成熟并廣泛應用。另外，為進一步提高整套設備的使用效率，系統擬增加分揀分時復用策略，一方面可以在采分編作業完成后對圖書進行入庫分揀處理；另一方面也可以在系統無采分編加工任務的“閑時”，復用系統分揀模塊，對所有讀者歸還的圖書進行分揀操作，以方便工作人員進行圖書分類上架。

2 技術路線和關鍵問題

本系統將采用機器視覺、工業機器人等技術，輔以人工智能圖像識別及相應定制軟件的開發實現，涉及到工業自動化、大數據、人工智能、圖像識別、云計算、物聯網等前沿科技的整合集成及應用。現結合系統實際需求對各個技術節點的實現方式進行探討和考察，進一步確認各技術節點落地可行性并進行風險評估，其中的技術路線和關鍵問題包括：

(1)基于機器視覺的圖書外部特征識別。系統中對圖書外部物理特征的識別是機器視覺技術基于人工智能圖像識別在細分行業的開發應用，以便讓智能作業系統“看到”圖書，包括圖書的大小、位置、方向、正反面等都是后續一系列自動化操作的先決條件，幾乎是直接影響圖書采分編智能作業的全流程。

(2)基于工業機器人自動控制的圖書姿態整位。系統采用直角坐標型數控工業機器人技術來完成作業過程中圖書的姿態整位，即讓智能作業系統“拿起和翻動”圖書，包括單本圖書分離、調整圖書的左右和前后位置、翻轉圖書的前后方向、翻轉圖書的正反面、圖書翻頁等多種姿態處理動作，需根據圖書的不同類型及各個動作的復雜程度采用不同形態的機械手設計和非標開發。對圖書姿態的標準化調整，是自動貼標加工等步驟的關鍵過程之一。

(3)實現圖書無紙化自動編目。該過程需要利用人工智能圖像采集和識別技術完成對圖書的精準識別、主要內容的文本掃描、OCR識別等，并與圖書館聯機編目系統、業務自動化系統做全面整合以實現智能化編目，此為本系統復雜度最高的部分。通過圖像采集和識別所形成的數據資料庫，一方面可以作為系統自動學習和更新的原料庫；另一方面也是匹配現有編目系統和集成管理系統的重要匹配庫。

(4)圖書館開放式環境下圖書的分揀和搬運。系統需解決在圖書館開放式環境中，館員甚至讀者與自動分揀搬運設備的運行空間交互問題，系統擬采用激光SLAM智能避障導航技術及3D地圖自學習技術，實現圖書自動分揀，并規避障礙物轉運到對應書庫。

(5)全流程智能作業系統框架設計和調試。作為全新的行業應用，該流程構想涉及技術種類多、設備裝置多，需保證軟硬件結合，要充分考慮系統運行復雜度、運行效率、系統拓展等因素。

3 預期效益和風險評估

在實踐應用方面，廣東省館圖書采分編智能作業系統的圖書驗收和加工模塊目前已經完成一期設備的安裝并進入調試運行階段，系統實施的最初目的就是解決圖書館編目工作人員的勞動力釋放問題，提高圖書采分編工作效率。系統的落地和實施將在很大程度上改變圖書館采編運轉方式和行業鏈生態。對大中型圖書館而言，傳統圖書采分編過程中存在大量的重復勞動，但通過圖書采分編全智能作業，基本上是實現了圖書采分編“一條龍作業”，理論上每冊圖書只需在作業系統上流轉一次，便可完成所有采分編加工工序。因此，無論是從減少簡單的重復搬運和人工操作，還是從提升圖書采分編綜合工作效率而言，圖書采分編全智能作業對圖書館而言都有著良好的經濟效益和社會效益，其將解放大量的館員的勞動力，極大地減輕人員勞動強度，降低圖書編目成本，同時也能提高圖書采分編工作的效率和準確率。對行業鏈條中的其他參與角色，如書商或館配商而言，其編目的流程將大大優化，未來館配商或可依托圖書采分編智能作業系統建設區域性的采分編系統中心，理論上各圖書館可將圖書“投喂”到該作業系統，經智能作業系統分編后，再進館上架流通，由此保證了編目質量，又提高了工作效率。與此同時，該系統的實踐落地也引領了工業機器人、機器視覺等技術在圖書館行業的應用，將智慧圖書館的建設從注重前端服務改革，引申到聚焦后端業務的重構，首創實現圖書館圖書采分編作業的自動化和智能化，推動智慧圖書館理念的縱深發展。

在理論價值方面，盡管系統著眼于圖書采分編全流程系統的設計和實現，但其中的關鍵和核心目的是希望從圖書采分編智能作業的研發，推進自動標引的理論和可行性探索，智能化分類編目無疑是系統設計最為關注的環節。在當前智慧圖書館建設的背景下，讀者前端服務的智慧化已經逐步成熟，而后端管理的智慧化仍在探索階段，自動標引無疑是圖書館智慧化的最佳體現之一。如前文所述，圍繞圖書自動標引的相關研究已有不少積累，關于《中國圖書館分類法》等工具書的自動標引探討也不在少數，其相關改造和網絡版工具的提供，也為系統設計的智能作業充分預留了整合接口。圖書采分編智能作業系統的設計和研發正是基于前期的理論積累，系統的實施落地也將反哺自動標引等相關理論探索的進一步深化。

與此同時，本系統各項功能的實現涉及物聯網技術、圖像識別、工業自動化處理、自動分揀等多種技術的綜合應用，多重技術的組合本身便有可能增加系統整體實施的難點和風險點。在此之中，除RFID技術、自動分揀技術的圖書館應用相對成熟外，其他相關技術在圖書館行業中應用的可借鑒案例和經驗并不多，因此該系統設計在實現上具有相當的復雜度，在實際實施上可能會有一定不確定性，這都是應當考慮在內的。