數智賦能的智慧公共文化服務設計研究

竇金花，李 暢，張桂剛

(1.北京科技大學機械工程學院，北京 100083；2.中國科學院自動化研究所，北京 100090）

精神文化需求與全民健康素養緊密相關，在全面推進健康中國戰略的背景下，關注人們的精神文化需求，深入發展公共文化服務體系，對于提高公眾身體和心理健康具有重要的意義。公共文化服務是多元主體共同參與形成的公共產品供給、交互服務行為與公共文化空間的總稱，以傳播社會主義核心價值觀、滿足社會公共文化需求[1-2]。數字信息技術改變文化生態，催生新興文化業態[3]。數字化、網絡化、智能化是公共文化服務高質量發展的新路徑、新特征[4-5]。隨著人工智能等信息技術和文化大數據的快速發展，驅動傳統公共文化服務的轉型和升級，海量文化數據和先進智能計算分析技術，為公共文化服務模式的創新與應用提供支撐，使公共文化服務呈現新的形態，文化大數據伴隨著物聯網、云計算、人工智能、VR/AR、數字孿生等信息技術的應用，促進公共文化服務的智慧化發展，對智慧公共文化服務模式及關鍵技術的探索具有重要意義。

1 智慧公共文化服務的理論基礎

圖書館、博物館、文化遺產等領域紛紛經歷了傳統實體形態到數字形態的發展階段，伴隨著智慧城市的發展，智慧公共文化服務設施、產品、服務紛紛出現。學者從探討智慧圖書館[6-8]、智慧博物館[9-10]、智慧文化遺產[11]逐漸發展為對智慧公共文化服務這一新型公共文化服務形態理念及特征的研究。徐望[12]提出智慧公共文化服務是通過文化服務方式和文化傳播手段的革新，實現文化資源數字化和文化服務智慧化。王淼和經淵[13]認為智慧公共文化服務是面向公眾用戶需求和公共文化服務均等化目標，基于智能化設備的使用、一切手段和資源的調動，完成系列智慧活動。韋景竹和王政[14]提出智慧公共文化服務是應用信息通信技術，自動感知用戶需求，整合公共文化設施、資源及開放數據、個性化的文化空間，對其進行智能管理和利用的公共文化設施、文化產品、文化活動及其相關服務。金瑩[15]提出公共文化服務智慧化供給模式依托互聯網和大數據，在公共文化服務供給主體和接受主體之間建立對接通道，通過交互多元的參與方式滿足公眾需求，提升供給效率，具有精準識別、科學決策、合理配置、多元互動四大特征。鄭建明和孫紅蕾[16]研究智慧公共文化服務的內涵主要包含幾個方面，智慧主體是服務供給者，智慧公共文化服務依托于智能技術，智慧公共文化服務依托于社會—技術情境。

縱觀學者所論述的智慧公共文化服務理念，依據權威公共文化服務定義，本文認為數智驅動的智慧公共文化服務可以從幾個層面進行闡述。首先，智慧公共文化服務是我國公共文化體系的重要組成部分，具有文化性、公益性、社會性。第二，智慧公共文化服務的主體具有多元化特征，其服務對象是廣大人民群眾，其根本目標是滿足人們群眾的基本文化需求。在本質特征、服務對象與服務目標上，智慧公共文化服務與現有公共文化服務具有一致性。第三，與傳統公共文化服務及公共數字文化服務不同的是，數智驅動的智慧公共文化服務顯著特征是對物聯網、大數據、云計算、人工智能、數字孿生、5G技術以及各類智能終端等的依托和應用，以實現公共文化服務設施、資源的有效整合，智慧化的管理和運營，創新型的公共文化產品和服務。

■圖1 數智驅動的智慧公共文化服務模式

2 數智驅動的智慧公共文化服務模式

2.1 智慧公共文化服務的利益相關者

數智驅動的智慧公共文化服務基于文化大數據與智能技術支撐，是與公共文化服務物理系統對應的賽博系統，是一系列能夠自主運行的智慧文化服務Agent。智慧公共文化服務由各方利益相關者共同參與，主要利益相關者來自于公共文化服務供需兩側的用戶。供給側用戶具有多元化特征，既有國家機構，也包含社會機構、內容提供商、志愿組織和個人，涵蓋公共文化服務資源的建設者、管理者、經營者。需求側用戶包含文化傳承人、文化研究機構、學者和具有公共文化服務需求的用戶。公共文化服務資源的建設者、管理者、經營者、內容提供商的核心需求是促進文化資源的管理、組織、運營、展示、傳播以及高質量的服務，提高公眾文化活動的認知度和參與度，提升公共文化資源保護、傳播、管理和服務的質量和效能。具有公共文化需求的群體用戶、家庭用戶或個人用戶，其核心目標是快速獲取所需要的文化知識，滿足其文化欣賞、體驗、學習等多層次的文化需求。對于文化傳承人、文化研究機構、學者等用戶來說，既是文化資源的建設者，也是文化資源的需求者，既有公共文化傳播的需求，也有公共文化知識交流及知識獲取的需求。

■圖2 基于深度學習的公共文化用戶畫像建立方法

■圖3 智慧書法文化資源服務模式

■圖4 中科智能書法臺外觀設計

■圖5 中科智能書法臺人機交互（縮放）

2.2 智慧公共文化服務模式

根據智慧公共文化服務利益相關者的需求，設計構建數智驅動的智慧公共文化服務模式，包含智慧公共文化資源聚合、資源管理和資源服務應用三個重要的組成部分。服務模式模型如圖1所示。

公共數字文化資源聚合：公共數字文化資源體量龐大、種類繁多，既包括文本，也包括靜態圖像、動畫、視頻、音頻、音樂等，既有結構化數據，也包含非結構化數據。智慧公共文化資源聚合支持多個社會主體進行公共數字文化資源的共建共享，實現國家資源和社會資源的共享聚合。提供公共數字文化資源的社會主體是智慧公共文化服務的利益相關者，既包括國家機構和社會機構，也包括內容提供商、志愿組織及個人，如國家公共文化服務中心，各地區、各級別的文化館、博物館、圖書館、美術館等。文化大數據分散在不同的數據中心，通過智慧公共文化資源聚合可實現來自于不同社會主體、不同數據存儲中心的文化大數據資源的匯聚。

智慧公共文化服務資源管理：智慧公共文化服務資源管理可實現公共數字文化資源的智慧集成、網絡分發和業務管理功能，能夠基于已經建成的市（地、州）、縣級區域的公共文化服務平臺，實現公共數字文化資源的有效集成和整合，并匯集到以國家中心、省級分中心為基礎的公共文化共享服務平臺。智慧公共文化服務資源管理系統具有智慧管理公共文化資源庫、用戶行為日志庫等各類公共數字文化資源，具有用戶登錄、資源獲取權限等功能，可實時根據用戶需求進行公共數字文化資源的集成、調度和分發。

智慧公共文化資源服務應用：可實現為公共文化資源需求側的用戶提供公共文化產品與服務內容。公共文化資源需求側的用戶包括個人用戶、家庭用戶和群體用戶等，涵蓋不同年齡段與個體特征，既有普通用戶群體，也有特殊用戶群體。智慧公共文化資源服務應用基于各種智能產品載體或媒介（例如大屏展示終端、PC、手機、iPad、智能電視、公共文化智慧體驗設備），為用戶提供公共文化資源互動體驗、智慧文化搜索、智慧閱讀、影視視頻/音頻資源欣賞、公共文化輔導、網絡社區文化交流等多種文化服務內容，滿足用戶多樣化的文化需求。

3 數智驅動的智慧公共文化服務模式關鍵技術

3.1 公共文化數字資源庫建設

文化大數據是文化生產者、文化經營者、文化消費者在文化實踐過程中所產生的，與文化產品或文化服務的創作生產、推廣傳播、市場運營、最終消費過程相關的各種類型數據的總稱[2,17]。公共文化數據類型包括文本數據、圖像數據、視頻、音頻數據，來自于各級別、各地區的公共文化資源數據庫，官方歷史統計數據，以及來自于互聯網社區、論壇、新聞、微博等渠道的公共文化相關網絡數據。公共文化數據蘊含了大量的公共文化知識，例如在非物質文化遺產數據中，描述非遺項目屬性的文本數據，包括項目名稱、項目類型、相關人員、組織、地點、時間、技能、手工藝品、文化空間和其他文化知識等，描述非遺傳承人屬性的文本數據，包括傳承人的名稱、年齡、申報區域、性別、傳承項目名稱和傳承項目類型等。

公共文化數字資源庫的建設技術包括對文化數據資源進行梳理、聚合、編目和分類歸檔，制定公共數字文化資源采集、加工、匯聚、傳輸、應用的通用技術標準規范，同時根據用戶需求和使用場景制作適用于不同互動體驗應用終端的互動資源，實現公共數字文化共享服務資源的聚合、組織和制作，建立公共文化數字資源庫，形成公共文化資源的統一云目錄。

3.2 智慧公共文化知識圖譜構建技術

知識圖譜由谷歌公司提出，通過語義搜索功能從各種數據來源收集信息來增強其搜索引擎的搜索結果。采用知識圖譜技術能夠從大量文化大數據中挖掘實體和關系，建立公共文化數據庫，輔助公共文化知識的組織、管理和服務。建立公共文化知識圖譜首先需要構建、規范公共文化領域本體模式，基于領域本體和標準化公共文化元數據，構建公共文化知識體系。其關鍵技術包括深度學習、自然語言處理技術等，實現對公共文化知識的抽取，獲取公共文化實體、關系和屬性等知識，構建公共文化知識三元組。通過公共文化知識的融合、推理和校驗，構建公共文化知識圖譜數據庫，為智慧公共文化服務應用系統的運行奠定基礎。

■圖6 中科智能書法臺的使用情境

■圖7 研發過程中的測試情境

3.3 公共文化大數據分析技術

公共文化大數據分析的目標是挖掘用戶對公共文化資源的需求，對其進行個性化公共文化資源推薦，實現公共文化資源與用戶需求的精準匹配。例如挖掘分析基于地區的公共文化資源訪問類型、基于時間的公共文化資源訪問熱度，挖掘不同類型用戶群體對公共文化資源的關注熱點、興趣偏好以及潛在需求。

公共文化數據分析所采用的方法包括聚類/分類算法、關聯規則、深度學習算法等。如圖2展示了一種基于深度學習的公共文化用戶畫像建立方法。建立公共文化用戶畫像是進行公共文化資源智慧分析、精準推薦和個性化服務的基礎。該方法首先采用自動編碼器方法挖掘公共文化用戶數據的深層特征，用于描述樣本特征，例如公共文化用戶信息、公共文化用戶行為特征、公共文化服務訪問時間偏好等。然后利用帶有標簽的樣本訓練分類器，將公共文化用戶標簽進行類別設定（例如：低訪問頻率-低訪問時間停留、低訪問頻率-高訪問時間停留、高訪問頻率-高訪問時間停留、高訪問頻率-低訪問時間停留），采用反向傳播算法不斷優化各層參數，最終形成可用于公共文化用戶（包括個人用戶和機構用戶）預測的用戶畫像模型。

3.4 智慧公共文化服務的人機交互技術

由于公共文化服務面向公眾用戶需求，其用戶群體具有多樣性特征，智慧公共文化服務的人機交互界面需要具有較高的包容性，使得老年用戶和殘疾用戶等特殊用戶群體也能夠平等的獲取公共文化資源信息。自然人機交互技術例如情感計算、情境感知、語音交互、手勢交互、實體交互技術、AR/VR技術是智慧公共文化服務交互界面的典型關鍵支撐技術，以實現智慧公共文化服務更加自然、人性化的人機交互，基于文化大數據信息可視化、AR/VR技術的虛擬展示技術，可視化呈現公共數字文化資源，增強公眾認知。在具體的應用場景中，智慧公共文化服務支持圖形用戶界面與自然用戶界面混合的多模態用戶界面，為用戶提供多通道信息交互方式，實時感知用戶身體姿態、手勢、情感、語音、情境并給出適當的智慧交互反饋，提供給用戶更加直觀的信息表征方式，展現滿足用戶文化需求、具有良好互動體驗的服務內容。

4 實例研究—面向書法文化資源的智慧公共文化服務設計

中國書法是我國優秀的傳統文化遺產、民族文化的瑰寶，具有代表性的文化符號。中國書法采用筆、墨、紙、硯通過漢字書寫進行信息交流，蘊含了人們的思維方式、人格精神和情感內容，體現了中國書法獨特的文化精神和豐富的文化內涵。中國書法藝術蘊含廣博的書法文化知識，包括書法流派、書法家、書法作品，中國書法的藝術特征、書寫方法、書寫工具、書寫姿勢、執筆姿勢、筆畫、筆觸、間架結構、章法布局等，形成了豐富的漢字書法文化資源。隨著社會和科技的發展，中國書法文化的傳承及發展受到嚴峻挑戰，主要問題有幾點：（1）現代社會先進科技的發展使得信息輸入和傳播的方式發生深刻變化，人們已經不再依賴于傳統筆、墨、紙、硯的文字書寫方式進行信息傳達和交流，中國書法藝術賴以生存的生態環境受到沖擊。（2）對書法藝術作品保護需要人力、資金、場地等多方面支持，保護難度較大。（3）漢字書法的數字化保護是一種有效手段，前期通過調研發現目前已有的漢字書法數字文化資源分散，碎片化信息較多，缺少系統化的中國書法知識體系。漢字書法文化保護、傳播、教育是促進中華優秀傳統文化傳承、發展的必要途徑，而在書法學習推廣過程中，具有書法學習需求的用戶多樣化，既包括學生、年輕人，也包括老人和殘疾人。書法學習過程比較枯燥，需要長時間堅持學習才能很好地掌握這項技能。學習書法的主要方式包括線下課堂學習、自學和在線視頻學習等。線下課堂學習往往受到時間、地點限制，這對老年人、殘疾人等特殊群體來說非常不方便，自學和在線視頻學習便利，但由于缺乏教師在地指導，很難快速掌握學習方法。書法學習過程需要掌握執筆方法、漢字的筆畫順序、結構和布局，然而，許多書法初學者由于缺乏正確的指導和反饋養成了錯誤的書寫習慣[18]。

針對上述存在的問題，設計構建了智慧書法文化服務模式，如圖3所示，在大數據基礎設施的支持下，通過系列計算分析實驗相互作用，智慧書法文化服務模式可實現書法文化資源聚合，書法文化資源集成、調度和分發，書法文化資源的服務應用。書法文化云數據庫由多個社會主體通過書法文化資源共享整合，版權合作、交易的形式共同建設，社會主體包括開設書法專業的高等院校、各級別公共文化服務平臺，各地區、各級別的書法家協會和社會組織，書法文化服務公司、書法工具生產者，書法文化志愿組織以及書法文化愛好者等。書法數字文化資源聚合可實現多種類型的書法文化資源數據庫的聚合和存儲，實現書法文化數據元數據庫、書法作品資源數據庫、書法知識圖譜數據庫、書法文化歷史統計數據庫以及書法文化其它相關數據庫的有機融合。書法文化資源管理支持書法文化資源的集成、調度和分發。智慧書法文化資源服務結合智能產品載體，為用戶提供多種類型的書法文化服務應用，基于云計算、大數據采集與分析等技術建立書法文化資源用戶畫像，挖掘用戶需求，實時調整書法文化資源服務內容。服務應用具有包容性的多模態人機交互界面，支持老年人、殘疾人、學生等多樣化用戶使用鼠標、鍵盤、語音、觸摸手勢以及實體用戶界面進行信息輸入，進行書法文化欣賞、學習、體驗、交流和創作等活動。

智能書法臺實踐產品由中國科學院自動化研究所研制、中科君勝出品，筆者作為設計開發團隊成員參與了智能書法臺的創新設計過程。中科智能書法臺是典型的智慧書法文化服務產品，包括書法文化智慧云服務平臺和書法體驗終端，可應用于健康養老、教育等多個服務領域。智能書法臺基于海量漢字書法數據資源庫，采用大數據分析、云計算、人工智能、知識圖譜等技術，通過對文化大數據的采集、處理和智能計算分析，根據用戶需求提供個性化服務內容，智能書法臺在服務內容上包括自由書寫、經典臨摹、書法文化、書法字典、書法游戲、本館資源等幾個功能模塊，為用戶提供書法欣賞、書法學習、書法體驗、書法創作、書法知識搜索和書法作品交流等智慧化服務，如圖4至圖7所示。

中科智能書法臺的交互方式真實還原了中國漢字書法的書寫環境和書寫過程，用戶采用實體毛筆進行書寫，采用人工智能、圖像識別等技術、創新毛筆書寫算法，實現筆跡、筆畫的精準呈現，智能書法臺設計了電子硯臺，用戶書寫過程中當筆墨變淡時可以使用電子硯臺蘸筆，待書寫完畢后用戶可以對作品進行蓋章、保存、打印和線上分享交流。同時，智能書法臺也支持用戶采用觸摸手勢與系統進行交互，觸摸手勢交互設計基于用戶的先驗知識，用戶可以在觸摸屏上進行選擇、縮放、旋轉、翻頁等多種操作，自然的多通道人機交互界面使老年人、兒童、青少年、普通用戶都能很好地操作智能書法臺，具有良好的交互體驗。目前，該智能書法臺已經廣泛應用到博物館、圖書館、科技館、美術館、文化館、學校等場所。

5 結語

文化大數據與智能技術發展驅動公共文化服務智慧化發展，智慧公共文化服務是公共文化服務的新形態。數智驅動的智慧公共文化服務是對大數據、云計算、人工智能等信息技術以及各類智能終端等的依托和應用，以實現公共文化服務設施、資源的有效整合，智慧化的管理和運營。智慧公共文化服務的利益相關者，既包括國家機構和社會機構，也包括內容提供商、志愿組織及個人，構建面向多利益相關者的智慧公共文化服務模式，提出數智驅動的智慧公共文化服務模式關鍵技術，包括數字資源庫建設、公共文化知識圖譜構建技術、公共文化大數據分析技術、智慧公共文化服務的人機交互技術，通過智能書法臺實踐案例展現智慧公共文化服務系統呈現形式。所提出的理論、服務模式、研究的關鍵技術和設計實例，為建設人性化、高質量的公共文化服務提供參考。后續將持續進行數智驅動的智慧公共文化服務應用內容和交互界面的深入探索，并進行更多實踐產品的設計研發。