新基建背景下Eddystone智慧圖書館位置服務研究

周 杰

0 引言

自“新型基礎設施建設（以下簡稱“新基建”）”在2018年12月中央經濟工作會議上被首次提出以來，關于新基建的解讀文件及政策不斷涌現。2020年4月，國家發改委明確新基建的建設內容，即信息基礎設施建設、融合基礎設施建設及創新基礎設施建設，2021年《政府工作報告》 指出，“堅持創新驅動發展，統籌推進傳統基礎設施和新型基礎設施建設”,充分說明新基建發展的重要性[1]。圖書館界為引導和推動中國圖書館學會實現“十四五”時期的高質量發展，2021年9月6日學會印發《中國圖書館學會“十四五”發展規劃綱要（2021—2025年）》，提出要促進智慧圖書館體系建設，需要加強基礎保障能力，尤其是以新一代信息技術為主導的信息基礎設施建設[2]。2021年7月，教育部等六部門聯合發布《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》[3]，旨在加快教育新基建的建設步伐，構建高質量教育支撐體系，提出“六新”目標，新網絡、新平臺、新安全、新資源、新校園、新應用。由此可見，以5G、人工智能等新技術為基礎，依托各類智能設備及網絡，積極開展智慧圖書館創新研究和示范，推動新技術支持下圖書館智慧服務的模式變革和生態重構是未來的發展趨勢。為此，文章以新一代無線技術為網絡支撐，基于位置服務分析室內定位技術在圖書館中的應用現狀、應用必要性，并選取新一代低功耗藍牙技術Eddystone分析其在智慧圖書館建設中的優勢及應用領域。

1 室內定位技術在圖書館中的應用現狀

隨著全國智慧圖書館建設聯席會議第一次會議在北京的成功召開，以及新一代信息技術的不斷發展，智慧化轉型逐漸成為驅動圖書館高質量發展的主要動力[4]，標志著數字圖書館向智慧圖書館建設具有不可規避性。室內定位技術作為信息通信技術的一種，其在圖書館智慧化建設中也將扮演重要角色。在數字圖書館向智慧圖書館轉型之初，針對多種室內定位技術的應用主要集中于RFID技術及與其他技術的結合、WLAN技術、二維碼技術、iBeacon技術及與其他技術的結合、WIFI技術。利用基于信號強度的RFID ( Radio Frequency Identification，射頻識別)及閱讀器，可以實現對所需書籍的定位[5]，但因其定位對象單一、定位需求不明顯，之后有學者利用LBS （Location-based Services，基于位置的服務）與RFID的結合解決館藏資源的定位及位置導引問題[6]，但因架位信息更新不及時、隱私安全無法保障，未能得到廣泛關注。WLAN作為移動互聯網發展的產物，將其應用于圖書館室內定位中，并結合虛擬現實技術可以為讀者實時提供所處位置與書籍導航[7]，但受圖書館空間結構的變化、空間轉型的影響，WLAN在精確度方面尚有不足。此外，學者提出利用基于微信公眾平臺接口的二維碼技術實現位置定位，微信使用率高，但卻易產生二維碼兼容性問題, 且對讀者的終端操作能力有一定要求[8]。WIFI因技術具有一定高傳輸數據的能力，且安裝簡單等優勢被應用于室內定位中，但因空間復雜度的增高，WIFI的信號衰減較為嚴重，即使定位精度高，誤差最大也可達8米，同時未經授權的位置連接隨意性，使得安全系數不高。為提高室內定位精度及終端適用性，以藍牙為基礎的Beacon（蘋果的iBeacon與谷歌的Eddystone）技術應運而生，具備定位精度高、信息推送優勢，有學者利用微信的搖周邊與iBeacon的技術優勢實現室內定位及推送功能[9]，但iBeacon廣播信息單一，只發送單一UID，與目前的智能終端設備適配性有待提高，且隨著微信搖周邊功能暴露出的位置安全問題，在iBeacon信源設備監管、安全隱私數據保護方面尚有缺陷。為此，利用Eddystone的技術優勢實現智慧圖書館位置服務是本研究的主要內容。

2 室內定位技術應用于智慧圖書館的必要性

2.1 館藏電子文獻資源的增加

近日，教育部高等學校圖工委發布 “2020年高校圖書館基本統計數據排行榜（2021年6月提取）”，其中一項為“圖書館電子資源購置費”，2019年此項購置費325.4萬元，2020年購置費為342萬元，另外電子資源在文獻資源購置費中占比接近50%，這說明電子資源在各高校圖書館館藏文獻資源中占據重要位置。紙質資源雖較上一年度略有下降，但均值也達205.9萬元[10]。館藏文獻資源的增加，尤其是電子資源的逐年攀升，正是數字圖書館轉型升級的重要寫照。但館藏紙質資源數字化后，如何確保文獻資源的合理利用，滿足個性需求，是圖書館全面智慧發展的重要任務。從相關會議及文獻研究中發現，利用技術或直接或間接實現對電子資源的展現、提取，是增加電子資源利用率的重要工具。室內定位利用其緯度計算特點，展現位置的技術優勢，是館藏資源得以平臺化展現的又一舉措，可利用其將紙電資源互為揭示、紙電資源與虛擬空間的完美嵌入，亦是館藏零資源數據被發現的載體。

2.2 新型空間多樣性

圖書館除了書架空間，還有更多的空間服務區域，讀者可通過互聯網在線瀏覽的方式，對圖書館的規章制度、近期宣傳活動、實景空間進行“線上到館”體驗。在第三方數據開放的情況下，可以支持接入圖書館多平臺數據服務，可適用于新書入館教育、專題講座、宣傳展覽等場景。中國圖書館學會于2021年7月22日在山西大學成功召開“面向智慧時代的圖書館空間服務創新學術研討會”，會議主題為面向智慧時代的圖書館空間服務創新，會議的召開說明智慧時代圖書館空間轉型升級已是圖書館全面智慧化的另一重要內容。若新型空間的功能多樣性、定位多樣性、創新多樣性、內容多樣性未能給讀者有效的訪問方式，將會影響讀者的整體體驗和圖書館想要帶給的智慧服務。如何在提供最佳的空間服務的同時，滿足讀者獲取所需資源的需求更為重要。正如會議的主題是面向智能時代的空間服務，那么面向手持各類型智能終端的讀者建立最佳的空間服務方式，基于位置服務的室內定位在空間服務方式上就具有重要的實踐意義。

2.3 館員高效業務的需要

圖書館雖逐漸邁向智慧化，但紙質資源所占館藏文獻資源的比重卻不會消失，這是圖書館歷史所決定的，正如人工智能不能替代手工一樣。在圖書館中，盡管邁向智慧化，但讀者的碎片化閱讀也會間接增加館員工作的“三度”（重復度、冗余度、繁雜度）。碎片化閱讀可表現為讀者未必按照既定需求去尋找某一本書，或按照既定需求去找尋某一本書，但因臨時起意或是未達個人滿意度而放棄此本圖書，這一過程往往會導致圖書還架位置錯誤的可能，更有直接未還架亂放的可能，這無疑是給館員徒增歸類、上書和排架的無用之功，當然因為某些原因，這種現象也是難以避免的，但可利用某些手段減少業務的“三度”。在部署5G邊緣計算的網絡環境下，基于定位技術與借助圖書館的虛擬化能夠為流通部門的內部業務需求增添助力。

2.4 傳統基建的有效升級

圖書館新型基礎設施是以數字化轉型為引領，面向高質量創新智慧服務需求，聚焦新技術、數字資源、協同共享、創新服務等方面的新型基礎設施體系。在5G高速率、高容量的網絡下，基于低延遲、可擴展的邊緣計算中心支撐下，Eddystone室內定位技術優勢下，將是圖書館新基建的有效升級，是智慧圖書館在新信息、新融合、新應用的重要體現，也是圖書館實現資源、服務、空間、設施、管理等領域實現協同、融合、創新的基石與保障。圖書館傳統基建的有效升級將助力智庫、知識產權中心、科研學術中心、產教研協同中心的建立與發展。

3 Eddystone在智慧圖書館的應用優勢

Eddystone 藍牙信標可以廣播四種信標數據包類型。這些也被稱為Eddystone 協議規范中的“幀”：Eddystone-UID（唯 一ID）、Eddystone-TLM（遙測）、Eddystone-URL（統一資源定位器）、Eddystone-EID（臨時標識符）[11]。在圖書館智慧服務建設中，數據包將在位置標識、隱私保護、數據編織、資源標識發揮重要作用，為圖書館智能向智慧轉變建構應用橋梁。

3.1 智慧圖書館+Eddystone-UID將強化位置標識，優化環境服務

Eddystone-UID 幀包含一個字段，以允許校準信標用于廣播的信號強度，標識一組信標。應用于智慧圖書館中，能夠憑借其標識優勢，用于觸發圖書館在前臺或后臺運行的移動應用程序中的操作。在5G通信網絡下，圖書館得以應用5G+實現智慧化革新。而伴隨空間智慧化的發展，圖書館空間結構變得更加靈活復雜，UID在唯一標識方面給予圖書館各區域位置標識與定位的強力支撐，為圖書館改善各區域環境服務提供具體方案。一方面有利于圖書館各樓層、各區域、各學科的位置標識及精確定位所帶去的優質資源推送（以語音、文字、視頻等彈窗信息）。另一方面，在5G及邊緣計算平臺的支持下，借助UID標識獲取所處環境狀況，為提升優質環境服務及未來基于5G技術的環境計算服務添磚加瓦。

3.2 智慧圖書館+Eddystone-EID將增強隱私保護，提升服務信任

在網絡信息環境下，圖書館處在以文獻為中心到智慧圖書館以人為中心的服務理念轉變上，圖書館需要注重對用戶隱私數據的保護。Eddystone下的EID模式對網絡數據將給予更多隱私安全保護考慮。Eddystone室內定位是基于位置的新型服務方式，其在定位基礎上對用戶行為數據的獲取上擁有獨特優勢。對于讀者而言，授權是讀者使用館內位置服務的信任之鎖。根據調研發現，其他的室內定位技術諸如WIFI、iBeacon等并不具有對數據保護的功能，Google從隱私安全考慮（Google 會定期更改 MAC 地址和臨時幀的 ID 11 以只能由授權實體解密的方式，以便未經授權的第三方無法進行破解），給予了Eddystone充分的考慮。而在數據被獲取方面，Eddystone基于用戶授權意愿情況下，獲取數據以便為用戶提供精準化、個性化、環境化的服務，為提升用戶對圖書館服務信任奠定基礎。

3.3 智慧圖書館+Eddystone-TLM可讀取編織數據，服務決策管理

Eddystone-TLM（遙測）為信標提供了一種標準化的方式（基于信號強度TX power）來管理電池電量、溫度、自開機或重啟以來的時間、以及讀者授權后的數據獲取（信標設備借助URL發送授權須知）。TLM遙測管理是Eddystone的一大特色，借助廠商配套的管理平臺與TLM優勢，在實體圖書館虛擬化建設的空間規劃、館藏布局、資源分布等方面將發揮優勢。空間規劃方面，基于信標管理的圖書館區域測定、地圖描述、矢量繪制等方面給予效率提升及管理的網格化。館藏布局方面，借助TLM獲取數據，如區域位置停留數據、URL訪問數據、調研數據、素養教育認知量等，為以用戶需求為主的周期性館藏調整及資源均衡調配提供可能。Eddystone-TLM是智慧圖書館利用室內定位實現服務全面升級的重要基礎，科學化助力圖書館資源重組、數據編織等業務能力提升，更好服務決策管理智慧化。

3.4 智慧圖書館+Eddystone-URL可分類標識資源，適配實物網建設

Eddystone-URL 信標可以使用配置服務進行配置，該服務允許修改信標 URL、調整廣播頻率。重啟電源或激活物理配置按鈕時，信標會進入配置模式。URL作為互聯網的統一資源定位符，根據其命名規則，其目的地可以為某個文件名、目錄名或者某臺計算機的名稱，這對于圖書館結構多樣的資源具有標識的作用，也讓讀者接收到的URL具有辨別資源類型的作用。UID的唯一性使得廣播的URL鏈接便于根據圖書館各區域資源、空間的不同加以事先規劃。Eddystone URL 為圖書館帶來了數字到物理的融合，通過配置好的特定URL經由瀏覽器便可訪問相關資源。同時在5G網絡環境驅動下，Eddystone-URL將是快速連接紙質資源與電子資源的橋梁，是某區域紙電資源互為匹配、互為補充、互為映射的關鍵，同時也為虛實空間融合建立了某種協議與推進劑。未來，伴隨5G的發展，物聯網終將會向著實物網方向發展，萬物互聯將得以實現，圖書館作為智能設備革新的典型場所，其實物網的建立更是一種趨勢，URL的協議特性必將從中扮演重要的角色。

4 Eddystone在智慧圖書館中的應用實踐

4.1 5G網絡覆蓋全域化，加快業務流通性

在新型信息基礎設施下，以新技術與算力信息基礎設施為代表的5G和邊緣計算，其二者的結合將彌補圖書館校園網信號衰減的缺陷及終端響應的延遲，兩者的技術優勢增強了圖書館的數據傳輸容量、服務靈活性和高效率的業務管理。5G通信具有高速率、高可靠的優勢，邊緣計算具有低時延、高拓展性的優勢，兩者結合互惠互利。5G邊緣計算下的Eddystone智慧圖書館整體數據傳輸方式如圖1所示。

圖1 智慧圖書館Eddystone整體數據傳輸方式架構圖

5G邊緣計算環境下，將在低延遲和始終在線連接方面滿足讀者更高的及時需求，邊緣計算助力5G低延時，同時5G也為邊緣計算強化了傳輸速率。而后，Eddystone將在5G邊緣計算強大的網絡計算環境支持下，充分發揮定位優勢，助力智慧圖書館在資源利用、閱讀推廣、空間應用、業務管理方面得以拓展應用。

4.2 館藏資源可視化，助力紙電資源精準匹配

傳統的瀏覽方式是通過中圖法分類，具有太專業，太枯燥，數據不細化等不足。在調研了讀者用戶最真實的線下場景，大部分讀者建議智能終端流行的當下，應將其對應線上使用。為滿足線下場景線上體驗的需求，應在虛擬圖書館建設的基礎上實現資源可視化及區域紙電資源的精準匹配，并配合Eddystone-TLM遙測技術實現讀者位置的確定（根據前期研究，采用Eddystone-TLM改進質心三邊定位算法，優化待測點外圍參考點無法確定而導致的誤差，經仿真實驗，改進后的定位方法精度較高，位置與實際場符合，達到精準定位的作用[12]），達到線上線下融合體驗的效果。虛擬圖書館館藏文獻資源可視化Eddystone-URL的支持下，與電子資源鏈接，紙質館藏數字化匹配；通過位置服務，讀者可發現周邊的好書。讀者利用終端通過點擊分類標簽鎖定命中書架，同時也可以按地標方位隨意瀏覽，一直細化到各書架的主題詞和熱搜詞，各類熱搜詞和主題詞會在云端按時按需運營并下發到邊緣計算中心（靠近邊緣端/終端，具有存儲、計算的能力，有效縮減數據延遲），傳輸到用戶。

4.3 閱讀數據個性化，優化閱讀推廣深度

伴隨智能終端的增多，圖書館碎片化閱讀占比逐年升高，學科區域碎片化閱讀亦是如此，但碎片化閱讀并不一定都是淺閱讀群體，在碎片化里也存在深度讀者或碎片重組需求讀者。當然在學科領域、科研合作領域，碎片重組需求需要靠某種技術手段或某一組織方能實現。按中圖分類法排架的圖書館，學科分類區域性明顯，深度讀者較其他學習機構個性需求也更為凸顯，而基于位置的深度讀者個性服務是智慧圖書館的新需求。基于位置能夠實現深度讀者的此種需求，以區域某一點為位置參考點構建社會網絡或科研合作網絡是其滿足深度讀者的有力手段。如以Eddystone室內定位為基礎，5G基站為通道，當讀者按需求進入某一區域，終端通過圖書館微信小程序或App到達所需區域內精準觸發，以語音、文字、視頻、URL等彈窗信息，直觀、生動的描述資源，閱讀完成寫下書評，返回至邊緣數據管理中心，經數據編織后，將書評整理、評選后同步至虛擬圖書館，留存讀者優秀書評，形成圖書館的優質用戶生成內容，并加以揭示，形成區域圖書書評交流域，當有用共同學科認知的讀者便可通過位置加入興趣團體，豐富了館藏數字化虛擬資源，為智慧圖書館的虛實結合奠定堅實基礎。

4.4 空間資源平臺化，鞏固拓展空間創新成果

圖書館所需要的智慧圖書館，將不僅僅停留在資源電子化、設備電子化，而是在這兩者的基礎上進一步加工信息和資源，利用空間將其資源平臺化，為讀者節約尋找資源所需要的時間，進而智慧感知讀者的需要，主動提供所需，甚至成為讀者科研道路上的智慧助手。智慧圖書館在空間部署、應用創新、綠色建筑等方面成果顯著，但如何去鞏固和拓展空間創新成果應是關鍵。空間平臺化是圖書館創新空間滿足讀者需求最有利的方法，而室內定位能夠放大空間平臺化的價值。以Eddystone為基礎，實現空間與資源、設備的有效銜接。如在定位服務的支撐下，讀者能夠根據模擬演示路徑找到圖書館的創新空間及空間內的設備使用說明，進而滿足讀者對于新型空間、智能設備、潛在資源的使用、理解及閱讀需求。如在基于位置服務的空間平臺下，融合虛擬技術，建立虛擬個人書享空間（在應用程序的基礎上，根據用戶設定的閱讀偏好類別，向用戶推送個性化的新書推薦及學科活動），以館內區域學科閱讀位置歸集偏好圖書、提高文獻資源使用效率，同時基于位置服務激活睡眠讀者，可提升讀者在館服務體驗及活躍度。Eddystone的精準位置服務能力結合5G+AR實景可視化，巧妙的將精準位置服務技術與AR技術融合在一起，應用在App和小程序端，可為讀者帶來沉浸式體驗互動，深入體驗空間。提供場景精準可視化服務，提升數據價值，為用戶提供更好的操作體驗，將是圖書館拓展空間利用的最佳方案。

4.5 業務管理數據化，支持服務決策數字化管理

基于Eddystone的位置服務，將為館員業務管理提供高效流通。借助邊緣數據中心平臺，逐步建立用戶群體畫像和個體畫像，輔助教學，輔助圖書館資源采選工作，優化館藏資源，以提供圖書館用戶個性化服務和精準服務為目標。運用計算分析、學習讀者的海量行為數據，如點擊、收藏、搜索等，測繪個體行為畫像和群體行為畫像，綜合考慮冷門資源、用戶基礎信息、專業背景等信息，進行權重排序，從而為用戶提供智慧推薦，不僅根據用戶設定的閱讀偏好類別，向用戶推送個性化熱門資源，也能智慧推薦冷門資源，從而實現用戶與資源的驚喜偶遇。在圖書館服務方面，可基于TLM、EID通過后臺直接對館內地圖以及現場設備進行管理，對地圖屬性進行自定義修改，對設備點位進行增加或刪減場景內熱力分布，可查看對應每一個區域熱力分布，實現對應智能調度與遇到突發應急熱力數據與對應數據結合，同時保證被授權讀者的隱私數據保護。也可以通過Eddystone數據感知硬件和邊緣數據分析平臺的結合，收集圖書館區域中決策者最關心的數據，為每個實體場景構建數據化資產用戶自定義時間段，隨時查看人員歷史軌跡，多維度搜索，快速鎖定人員軌跡。

5 結語

受益于科學技術的不斷進步，圖書館閱讀環境的基礎設施、文獻資源、信息化應用也實現了飛速發展。另國家對通信網絡基礎設施的加大投入與研發，使得以數字化為基礎的設施建設大規模普及，將致力于構建更加精細化、具有可靠性、實時性、融合性的數字世界。未來在新基建更多成熟案例的落地及發展基礎上，新一代網絡技術將為基于位置服務圖書館提供更多的創新服務的可能，將持續提升讀者對于基于位置的服務的體驗感、沉浸感、獲得感。