多智能體系統協同控制的智慧圖書館解決方案*
——以天津商業大學圖書館出入一體化改造為例

趙霞琦，王 艷，張 倩

（天津商業大學圖書館，天津 300134）

1 引言

高校圖書館在新技術、新理念、新的發展目標、人文智慧和讀者需求的基礎上，不斷呈現出新的功能形態，不斷實現人性化便捷性和智慧化［1］。根據圖書館學五定律之“圖書館是不斷發展的有機體”，其資源及空間服務等隨著智慧化需求和管理不斷發展進步。近年來，疫情防控的需求及后公共危機時代對高校圖書館治理能力和治理體系的要求必然推動高校圖書館的變革發展和服務創新［2］。“加快數字化發展，建設數字中國，建設智慧圖書館”等要求已經寫入國家《第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》［3］。高校圖書館以用戶為中心，不斷融合技術、資源、空間，為用戶提供便捷無感知的智慧有機體勢在必行。

基于多智能體系統（multi-agent system，MAS）的協同控制理論，天津商業大學圖書館通過對閘機、通道及座位管理等系統的聯動改造，實現多智能體系統的協同控制，形成智慧互聯，有效應用于疫情防控，保障資產安全，實現讀者一體化服務［4］。這種聯動改造可以根據圖書館使用情況合理配置座位資源，適當調整開放區域時間，實時調節館內計算機、空調、燈源等耗能設備的使用時長，以達到節能減排的目標，提升圖書館智慧化服務水平［5］。

目前，天津商業大學圖書館已完成項目改造并投入使用，實踐案例可為各高校圖書館基于多智能體系的協同控制改造、提升智慧化服務能力的建設提供參考。

2 基于MAS協同控制的智慧圖書館建設文獻回溯

自2009年IBM公司首次提出智慧地球理念后，智慧城市、智慧圖書館等智慧服務隨之興起并不斷發展。筆者檢索知網發現，早期智慧圖書館研究是在物聯網的發展基礎之上［6］，結合圖書館智能設備及云計算等現代技術發展并逐步成熟。其中對于智慧圖書館解決方案集中在RFID技術的應用上，實現圖書館服務的智能化無人值守（以自助借還為典型），結合圖書館統一檢索平臺，建設智能化一體化的智慧服務平臺［7］。文獻回溯發現，近五年來智慧圖書館研究更是高速增長，2021年文獻總量超過700余篇。學界對于智慧圖書館的研究主要集中在基本理論研究、新技術在智慧圖書館中的使用及實踐案例、圖書館的智慧化服務以及智慧圖書館員的培養［8］，包括近期對于智慧圖書館服務平臺建設討論等［9］。對于本文提出的基于智慧互聯，實現多智能體系的一體化建設，對閘機、通道及座位管理等協同控制，實現讀者一體化服務研究尚未在相關文獻中發現。因此，有必要開展基于協同控制及智慧互聯的智慧圖書館建設的實踐研究。

多智能體系統（MAS）,是在某個環境或場景中的多個智能體系的合集，是能夠在環境中通過交互實現信息處理的組合體，通過協同工作可以降低能耗提高工作效率等［10］。而協同控制就是在一定的環境和網絡中,通過相應的控制算法，達到各職能體系的一致性控制［11-12］。筆者檢索知網發現，基于多智能體系統的協同控制多應用于工業控制中，將其技術應用于圖書館建設的實踐中，只有朱李瑾、劉子忠等在2006年提出了基于多智能體的圖書館聯盟建構方案［13］。因此，天津商業大學圖書館將出入管理、借還書系統管理以及預警管理、座位優化管理等多智能體系進行一體化改造，達到協同控制，提升圖書館的智慧化服務效能，具有一定的理論創新和應用價值。

3 MAS協同控制在智慧圖書館中的實施意義

在實現多智能系統協同控制前，圖書館各個系統彼此獨立。目前，高校圖書館基本建設了便捷的出入口閘機和通道（防盜儀），實現一門禁式出入口一體化管理模式，通過RFID技術達到圖書資料的自助借還和資源流通，通過座位預約系統實現座位與空間的管理。但是，讀者進入圖書館還需要完成刷卡、選座、借還等一系列操作，且每種應用都需要登錄各自獨立的系統，使用單獨賬號密碼。座位管理系統不能與閘機聯動，特別在疫情防控等方面，很難實現讀者的有效管理。在智慧化系統平臺方面，由于每個系統都使用不同操作系統，管理員需要登錄不同后臺管理系統，進行用戶行為統計分析、安全管理等操作。

筆者所在圖書館在項目改造前，出入口一體化管理水平相對欠缺，在讀者入館方式及在館人員信息掌控方面，圖書館大門口僅安裝有一組四通道單向閘機，讀者刷校園卡進入圖書館，未實現手機掃碼入館等。后臺管理系統只能對讀者進館情況進行記錄和統計，不能反映讀者出館情況，管理人員不能掌握讀者在館信息。

在保障圖書資產安全方面，圖書館已經完成RFID的改造，實現自助借還，但只安裝了單通道書刊防盜儀，僅有聲光報警功能，出現異常時不能顯示報警的具體情況。

在座位管理方面，實現了座位的預約、簽到及選座等功能。但由于建設時期較早，系統沒有與學校信息門戶對接，未實現統一認證，讀者在預約座位時需使用單獨的賬戶與密碼；不能實現分時段預約，仍會出現占座現象，增加了人工管理的難度；未能實現與閘機聯動，讀者入館后需二次簽到，因選座機有限，仍存在排隊現象；系統不能與閘機聯動，在特殊時期對入館讀者無法控制。

在應用系統管理方面，各系統數據獨立運行，沒有統一標準，部分應用系統沒有與校級統一接口服務集成，同時缺乏大數據平臺統一管理，無法對各業務系統數據協同管理及大數據的挖掘分析，無法為上層業務應用提供數據支撐。

因此，無論是從順應現代智慧圖書館管理模式，還是從提升管理手段的角度出發，圖書館均需將門禁控制組網、座位管理組網以及圖書管理組網協同控制起來，構建一套基于多智能體系統協同控制的集閘機、通道與座位系統聯動，保障資產安全，實現讀者一站式服務的智慧圖書館管理平臺。

4 多智能體系統協同控制的建設實踐

4.1 建設總體方案

對多智能體系的協同控制，可實現讀者出入館、空間使用、日常業務處理及異常行為示警等集中統一管理，具備系統聯動、手機掃碼入館、圖書館信息展示等功能，優化資源配置，提高空間管理效能，提升個性化服務水平，進一步發揮智慧圖書館的潛在效用和功能［14］。以天津商業大學圖書館出入口一體化多智能體系協同控制改造為例，其總體結構如圖1所示。

圖1 出入一體化多智能體系協同控制總體框架圖

（1）協同控制管理平臺。該管理平臺包括以出入一體化為主的圖書館智慧空間使用平臺，前端配備帶有一卡通讀卡器和二維碼識別系統的雙向通道閘機，基于RFID標簽識別技術的防盜儀及座位管理機；后端管理采用協同控制，將出入一體化管理系統、座位管理、書刊防盜設備、大數據顯示屏相結合，建立統一管理平臺，可對出入館讀者進行身份識別，出入管理、座位使用管理，同時具有數據采集、數據分析以及數據展示功能，并配置大數據智能顯示屏。同時，整合電子閱覽室管理平臺，將天津商業大學圖書館現有機房整體歸納到集群管理平臺中，采用統一身份識別技術，使用高效自動化的機房管理軟件，配備上網行為檢測系統，實時查看電子閱覽室每臺客戶端計算機的狀態情況，記錄每位使用者的上網信息，且能夠進行遠程管理等。

（2）閘機及門禁系統建設。配置雙向六通道閘機一套(含門禁管理系統)，通過與校園信息門戶對接，實現讀者一卡通或手機二維碼等多種出入館方式，提高讀者自助屬性；智慧收集讀者進出館數據，實時掌握讀者在館情況。實現閘機與座位管理系統聯動，開放數據接口，可以通過多樣化參數設置，實現在特殊時期讀者預約入館，控制入館人數、節省人力資源；可通過多樣統計報表功能，實現數據的充分利用、分析與展示［15］。

（3）書刊防盜儀及報警系統建設。配置六通道書刊防盜儀一套（含報警系統軟件，與天津商業大學圖書館自助借還系統對接（開放數據接口、管理機一臺、抓拍攝像頭若干）。將現有完善的RFID技術應用于煩瑣的進出館人員管理，有異常行為讀者在通過安全門時，實現聲光報警的同時啟動攝像頭進行抓拍，并通過屏幕顯示報警信息，包括書刊信息、通道信息及抓拍的圖片等，為管理人員提供相應處理依據，避免了讀者與管理人員不必要的糾紛出現，提升讀者服務體驗。

（4）座位管理組網。配置座位管理系統一套，將讀者信息與學校信息門戶進行綁定與認證，并與門禁系統進行聯動，即預約座位的讀者進館通過閘機時，刷卡(或二維碼)可直接簽到確認；不同情況下，讀者暫時離館均無須手動簽離，通過閘機自動計時，未在規定時間內回館系統自動釋放座位，在提高座位利用率的同時避免占座。讀者可以多終端進行查詢、選座并簽到確認；選座機可根據圖書館實際座位分布及使用情況展示座位信息，界面可視化程度高，查詢方便，位置清晰。

座位管理系統的部署，可提高館內座位利用率，避免因座位被長期無效占用導致使用率低下。靈活設置座位數量，避免人員聚集，在特殊時期滿足疫情防控需要。通過與門禁系統進行聯動，控制入館人員數量，避免二次簽到，提高用戶體驗。同時，智慧座位管理可以實現館內的空間和能源控制，實現節能環保。智慧互聯下讀者出入館流程如圖2、圖3所示。

圖2 智慧互聯讀者入館流程示意圖

圖3 智慧互聯讀者出館流程示意圖

（5）信息展示平臺建設。配置大數據展示終端一套，包括顯示屏、視頻處理器、控制及配套設備等。利用圖書館現有業務系統大數據及智慧互聯出入一體化資源，展示圖書館資源使用、空間利用、讀者進出等各種基礎數據。

4.2 多智能體系協同控制的技術方案

4.2.1 閘機門禁系統技術方案

（1）身份認證及識別。門禁系統實現對條碼卡、IC卡以及二維碼等多種身份讀取與認證，與校園一卡通實現數據實時更新，同時可以將讀者信息與學校信息門戶實現單點登錄功能。讀者持證有效驗證后，閘機開放，顯示屏顯示有效通行信息；反之，則禁止通行伴隨聲光報警，閘機顯示屏顯示多種無效信息提醒讀者［16］。

（2）數據管理。門禁的數據庫采用SQLSERVER數據庫，結構開放，穩定易操作，維護方便。讀者表以及進館記錄表保存在數據庫中，并與學校一卡通等數據庫實現定時的同步更新。

門禁系統統計軟件以B/S結構Web方式運行，主程序安裝在門禁系統服務器上，用戶只需通過Web端，就可以根據各自的統計需求做各種統計報表。

（3）與書刊防盜儀信息交互。讀者出館時須先通過書刊防盜儀對圖書資源進行RFID信息識別，防盜儀未報警時，讀者刷卡或掃碼后閘機扇門才能打開，如防盜儀報警，讀者刷卡或掃碼，閘機扇門不會打開。

（4）與座位管理系統信息交互。讀者持有效通行信息通過閘機時，閘機系統將信息推送給座位管理系統，座位管理系統會根據進出館信息做出相應處理。如接收到的是進館信息，則顯示讀者為“已在館”狀態，同時判斷讀者是否預約座位或“暫離”。如讀者已預約座位或按時返回則自動簽到確認；如接收到的是出館信息，則將讀者狀態修改為“未在館”，同時判斷讀者是否為“履約中”；如讀者座位正在使用中，則將讀者的座位狀態修改為“暫離”，并開始計時；如讀者按時返回，則自動簽到確認，如讀者未能按時返回，則釋放座位。

4.2.2 書刊防盜儀及報警系統技術方案

書刊防盜儀即RFID防盜通道，通過對圖書資料的RFID標簽狀態的識別，確定報警或提示信息，可與閘機以及門禁系統實現信息互通，將異常行為信息傳送給閘機系統，使閘機扇門無法打開。

實施的技術參數包括：（1）無源超高頻標簽。工作頻率：920～925MHz（通用于全球UHF超高頻頻段），符合國際相關行業標準ISO18000-6C標準。（2）使用EAS報警模式，以非接觸式，能夠快速識別超高頻RFID標簽。（3）自帶一體式嵌入式7寸液晶顯示屏實時顯示進出館人數，自帶流量統計功能。（4）系統在人員經過時，自動開啟監測。在無人經過時，自動休眠。

4.2.3 座位管理系統技術方案

顧客感知視角的精益服務研究通過對顧客感知的調查和測量工具的開發識別顧客對“好服務”的評價標準，即“精益服務能為顧客帶來哪些感知價值”或“顧客體驗到的精益服務有哪些具體特征”，回應“什么是顧客認為的好服務”的問題（見表1）⑩ 邢博. 精益服務：理論構建與測量工具開發［M］. 天津：南開大學出版社，2017：185.。

座位管理系統采用開源Linux MySQL技術方案，并且配合Docker部署模式，實現7X24穩定運行。用戶可以使用觸屏機、手機APP、微信、網頁等多種方式完成座位查詢、預約、簽到等功能。為保證系統訪問的安全性，系統可提供基于HTTPS方式的IOS客戶端通信認證用戶和服務器。

4.2.4 協同控制機制技術方案

（1）統一接口服務。智慧圖書館所有的應用系統都應提供與校級信息門戶相統一的接口服務，實現各個平臺獨立運行、統一管理的模式，通過對微服務應用的統一接口集成，利用館內的各種環境和空間感知設備以及各基礎數據的采集，實現應用系統和服務系統的一體化管理。

（2）標準數據服務。將圖書館各項數據存儲業務統一歸入校園網，由學校網信部門統一管理，通過云服務構建基礎數據支撐，并提供標準化數據管理和分析，同時需要具備可擴展性和持續迭代性。

（3）可接入的系統集成平臺。各個應用系統采用校內統一集成標準，通過統一的API接口服務，實現應用集成、消息集成與數據集成，同時可實現跨空間、跨地域、跨云的遠程管理模式。

（4）智能設備互聯互動統一管理。通過對圖書館的各智能體與空間、座位、人員等的智慧互聯，以RFID、動態二維碼識別、智能監控等感知手段，依托協同控制對資源、環境、人員等實現全面感知，實現圖書館的人性化、智慧化服務。

5 解決方案的創新及應用價值

5.1 設計原則與建設標準

（1）安全穩定可兼容。在設計和選擇網絡架構、硬件設施和應用程序時，堅持安全性和穩定性原則，針對關鍵點充分考慮設備的冗余備份和故障預案。RFID防盜安全門可實現與圖書館現有的圖書館管理軟件進行無縫連接。

（2）界面友好易維護。用戶界面采用中文圖形用戶界面（GUI），系統的前端產品和系統軟件堅持人性化設計，通過菜單、提示提醒、行業規范術語等，具有良好的易學習性和可操作性。系統內已設置自檢模式，參數發生改變時設備會自動進行維護操作。

（3）開放性易擴展。系統利用目前先進的三層架構，通過開放設計和通用的標準協議，支持不同的系統、數據和不同網絡的互聯。支持多種工作模式，具有較好的操作靈活性，各應用通過微服務架構，方便整合到圖書館集成管理系統中，具有易擴展性。

（4）可分析易管理。系統采取B/S架構，前端使用Web瀏覽器，只顯示事務性邏輯且無須安裝軟件，實現不同用戶訪問不同界面即可完成和后臺的交互。主邏輯層和數據層架構在云端服務器，實現“云技術+云平臺+云管理+云監測”，提供多維度大數據分析功能。

5.2 項目實施的應用價值

根據實際情況，系統建設充分利用圖書館已有設備和技術，充分考慮現有管理模式，利用定制化開發，在現有的軟硬件基礎上，進行軟硬件和系統的更新和改造。同時，充分考慮用戶需求和技術發展方向，滿足系統將來的擴容。

項目實施構建具有互聯、高效、便利的智慧圖書館，從前端應用、支撐平臺以及基礎設施等多方面進行變革，做到智能設備互聯互通，保障圖書館智慧化建設的先進性和可持續性。

在充分利用圖書館現有資源與智能技術基礎上，結合業務需求，進一步完善圖書館智慧空間基礎建設、網絡安全體系化建設、信息數據標準化建設，提升圖書館軟硬件配置水平，更好地服務教學科研，以服務信息化促進學校教育智慧化發展。

6 結語

在項目實施中，天津商業大學圖書館設置專門的組織機構，明確項目中各級主要負責人及其工作職責，配備專業技術人員全程跟進，制訂完整的實施方案。項目實施前對備料、供料以及物流情況嚴格控制，項目實施過程中保證電力供應、空間協調、物資準備等協調工作。建設過程中不影響圖書館正常讀者服務，能夠保障讀者數據不丟失、圖書館固定資產不流失，且噪聲污染符合我國《聲環境質量標準》，做到節能減耗、減少資源浪費，各項設備使用達到國家規定碳排放標準。

多智能體系統協同控制，實現系統間智慧互聯，實現讀者出入、空間使用、日常業務處理、座位預約簽到確認、異常行為示警等集中統一管理。手機掃碼入館、信息展示等功能，提升圖書館個性化服務水平。以數據分析指導讀者服務工作，合理配置座位與空間資源，適當調整圖書館開放區域以及開閉館時間。同時，調整館內計算機、空調、室內燈等耗能設備的使用時長等，提升圖書館智慧化服務。