基于CiteSpace的數字孿生圖書館研究熱點與趨勢分析

劉曉葉

摘? 要：數字孿生圖書館是數字孿生技術應用于智慧圖書館建設的一種新形態，在New IT等多元信息技術的綜合作用之下，形成虛實相融、協同交互、開放共享的圖書館智慧化信息服務平臺。文章以中國知網數據庫（CNKI）關于數字孿生圖書館的研究文獻為樣本數據，使用CiteSpace軟件進行可視化分析。結果表明，數字孿生圖書館文獻發文量總體呈上升趨勢，研究主題集中在以數字孿生為核心技術驅動的元宇宙圖書館概念和內涵分析、虛實共生的智慧化服務生態體系構建和具體應用場景設計方面。

關鍵詞：數字孿生圖書館；智慧服務；CiteSpace；可視化分析

中圖分類號：TP391.1；G250.7? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2023）15-0141-06

Research Hotspots and Trend Analysis of Digital Twin Library Based on CiteSpace

LIU Xiaoye

（Library of Zhengzhou University， Zhengzhou? 450001， China）

Abstract： Digital twin library is a new form in which digital twin technology is applied to the construction of smart library. Under the comprehensive effect of multiple information technologies such as New IT， an intelligent information service platform of library is formed， which is the fusion of virtual and real， collaborative interaction and open sharing. Based on the research literature about digital twin libraries in CNKI of China， this paper uses CiteSpace software for visual analysis. The results show that the number of documents published in the digital twin library is generally on the rise， and the research topics focus on the concept and connotation analysis of the meta-cosmic library driven by digital twin technology， the construction of the intelligent service ecosystem of virtual and real symbiosis and the design of specific application scenarios.

Keywords： digital twin library; smart service; CiteSpace; visual analysis

0? 引? 言

數字孿生（Digital Twin， DT）：通過構建與物理實體世界高保真的數字化虛擬模型，在數據和模型雙驅動下進行仿真、預測、優化、遠程監控和執行，面向產品全生命周期過程，在連接物理實體世界和虛擬信息世界上發揮橋梁和紐帶作用，從而實現兩者之間的虛實映射與雙向交互，進而達到“數據感知—實時分析—智能決策—精準執行”實時高效的智能閉環工作模式[1]。數字孿生是繼虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和混合現實（MR）之后，在New IT（包括5G、人工智能、大數據、云計算和物聯網、AR/VR等）技術發展下催生的又一關鍵技術，也必將與New IT技術進行更加深入的融合發展，在科學研究、智能制造、農業科技、醫藥衛生、教育文化、社會管理等各行各業發揮更大的作用，推進整個社會智慧化發展進程。我國學者陶飛[2]、劉大同[3]、蘭國帥[4]等關于數字孿生關鍵技術研究和創新應用設計自2017以來，進行了廣泛深入的研究探索。

隨著New IT技術集群的發展，數字孿生在各行業呈現出爆發式增長。數字孿生圖書館的研究和應用也已經在全球范圍內得到快速發展。本文將借助CiteSpace軟件對數字孿生圖書館相關文獻進行可視化分析。通過研究分析和歸納闡述，旨在發現數字孿生圖書館的研究熱點，探究其發展趨勢，為數字孿生圖書館的進一步研究設計和創新應用提供理論和實踐參考。

1? 數據來源與數據分析

1.1? 數據來源

筆者以中國知網數據庫（CNKI）為數據來源，在數據庫中設置“TS（主題）=（數字孿生AND圖書館）OR孿生圖書館”，時間范圍不限，期刊來源類型選擇全部期刊，檢索日期2023年3月6日，共得到74條有效數據。為了更清晰的呈現已有研究情況，將近年來關于數字孿生圖書館研究的國內文獻進行篩選與整理，并利用CiteSpace軟件對相關研究文獻進行可視化分析并生成知識圖譜。

1.2? 數據分析

通過對樣本文獻進行可視化分析，繪制發文量分布圖、發文作者和機構共現圖譜，分別如圖1和圖2所示。從發文量看自2017年開始，伴隨著數字孿生技術在自然科學領域的研究，圖書館領域首先由桂林理工大學的張興旺老師開始進行探索性的研究。經過兩年在自然科學領域的研究積累，從2020年開始圖書館領域的研究發文量明顯增加，2022年年度發文量快速上升至42篇。目前，在數字中國建設背景下，隨著新一代信息技術的迭代快速發展，數字孿生圖書館的研究將會進一步深入，發文量也會進一步提升。但是，目前的研究還比較分散和獨立，如圖2所示。排名前三的機構分別為桂林理工大學、湘潭大學和上海圖書館，發文量在3篇以上；整體來看各研究機構的力量還相對薄弱，機構間未形成較強的科研合作關系。

2? 研究熱點與趨勢分析

2.1? 研究熱點

2.1.1? 關鍵詞共現分析

關鍵詞體現了某一研究領域的主題，因此對關鍵詞的統計分析能夠有效揭示該領域的研究熱點。通過CiteSpace軟件對相關文獻的關鍵詞進行統計分析，得到關鍵詞共現知識圖譜，如圖3所示。圖中關鍵詞所屬節點和字體的大小代表該關鍵詞出現頻次的高低，中心性的大小用來衡量關鍵詞的重要性，頻次高且中心性大的關鍵詞可以作為研究熱點詞。由圖3來看，圖書情報領域學者圍繞“數字孿生”“圖書館”“元宇宙”“智慧服務”“體系架構”的構建，從關鍵支撐技術包括“虛擬現實”“增強現實”“人工智能”和“區塊鏈”等到圖書館“智慧空間”的打造和“服務場景”的應用分析展開多維度的研究和討論。

2021年，“元宇宙”作為一個網絡熱詞火遍全網。它代表了一種社會發展形態，也代表了一定時期的學術潮流，是在新一代信息技術（New IT）高速發展下催生出的一種新型社交網絡空間。它不是憑空出世，是社會科技進步的結果，也將隨著科技的進步不斷的發展和完善。“數字孿生”技術通過“模擬仿真”實現對“物理實體”高保真數字化虛擬模型的構建。隨著無線移動通信技術5G商用和6G的進一步研究，“虛擬現實技術”更煥發出新的生機和蓬勃發展之勢，智慧圖書館建設也將進一步發展；隨著新一代“智慧平臺”打造和運營，人工智能、大數據、云計算和物聯網等New IT技術深層開發和應用，未來圖書館物理實體與數字虛擬模型之間實現“虛實融合”“以虛控實”，在圖書館相關“政策”指引下促使各種“技術融合”，從而實現圖書館“空間”“重構”和“空間融合”，形成更加優良穩健的“運行機制”，最終實現圖書館以人為本、以用戶為中心全力打造更加優質高效的“智慧服務”。

2.1.2? 關鍵詞聚類分析

為進一步分析數字孿生圖書館研究領域的主題分布，運用CiteSpace軟件將關鍵詞進行聚類處理，共得到包含6個聚類的數字孿生圖書館研究聚類知識圖譜，如圖4所示，并繪制關鍵詞聚類結果統計表，如表1所示。

對各聚類進行對比分析可以將數字孿生圖書館的研究領域大致分為概念和內涵的分析、智慧平臺的構建、政策指引和關鍵技術支撐、應用場景分析四個大類：

1）概念和內涵的分析：#0元宇宙。元宇宙的概念起源于美國科幻作家尼爾·斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》。隨著5G無線移動通信技術、虛擬技術VR/AR、人工智能的廣泛應用，以及數字孿生技術的深入研究和實踐探索，2021年元宇宙的概念再次火遍全網。元宇宙[5]是一個時間和空間的概念，在元宇宙中可以創造出一種可以虛實交互的數字空間；元宇宙又是一個技術人類學概念，依托于數字孿生、人工智能、大數據、擴展現實和物聯網等新一代信息技術，實現元宇宙中人、物、信息、思想四種形態主體的超時空自由流動。元宇宙是一種處于快速成長和進化的生態體系，需要物理實體世界和數字虛擬世界的共同作用、協調發展，是社會信息化和虛擬化的必然趨勢。在元宇宙各要素中，“沉浸感”和“虛實相生”成為元宇宙最為關鍵的特征。

從純技術的角度看，元宇宙是由數字孿生、AR/VR、人工智能、物聯網和云計算等New IT技術支持的一個更加自由和順暢的虛擬網絡世界。元宇宙圖書館的實現需要底層關鍵技術的支撐[6]，數字孿生是構成元宇宙生態的重要關鍵技術之一。在數字孿生技術的催生之下，圖書館經歷數字鏡像路線的數字時代，正走向具有“心電感應”的數字孿生時代[7]。數字孿生圖書館是數字孿生技術應用于智慧圖書館建設的一種表現形式，具有虛實協同共生、“模型—數據”雙驅動、多模態人機交互、全域智能監測管控四大典型特征[8]。

2）智慧平臺的構建：#1圖書館。“圖書館是一個不斷生長著的有機體”，數字中國背景下的智慧圖書館，也是一個多元信息技術交織并不斷進化發展的信息生態系統，朱莉[9]討論構建數字中國背景下的智慧圖書館生態框架。石婷婷[10]等從圖書館空間角度分析和探討如何實現虛擬和現實的融合互動、同步互聯，進而提出數字孿生圖書館的應用場景、體系架構建設和建設策略。田麗梅[11]等提出在虛擬與現實深度融合的元宇宙視域下，智慧圖書館應抓住機遇，打造沉浸式體驗創新發展新形態。張興旺等[12]提出一種面向元宇宙的圖書館信息物理融合模型，為實現圖書館元宇宙“人—機—物—環境”四要素的協同交互與虛實融合提供重要支撐。數字孿生技術將圖書館物理空間與虛擬空間有機銜接、全面感知、實時交互，建立智能舒適的閱讀和學習環境[13]。以數字孿生技術為依托構建起來的元宇宙圖書館，打破空間限制，實現虛實共生、開放互聯的智慧化感知服務體驗，更利于消除信息鴻溝，促進數字包容。在新一代信息技術的迭代發展下，為用戶營造虛實交融、沉浸體驗、協同交互、開放共享的知識獲取與交流環境。

3）政策指引和關鍵技術支撐：#2虛擬現實、#3虛實共生、#5數字化。2023年2月，中共中央、國務院相繼印發《數字中國建設整體布局規劃》[14]和《質量強國建設綱要》[15]，前者指出，“要夯實數字中國建設基礎。打通數字基礎設施大動脈，加強傳統基礎設施數字化、智能化改造”；后者提出“大力推動圖書館、博物館等公共文化場館數字化發展，加快線上線下服務融合”。智慧圖書館建設是數字中國戰略的一部分，積極發展智慧圖書館也將進一步加快數字社會建設步伐。智慧圖書館和數字中國在實現知識傳播、促進文化交流、提升社會生產力等方面都具有重要意義。數字中國的實施推進了智慧圖書館的現代化建設，而智慧圖書館的發展也有助于數字中國建設的順利推進。

數字孿生技術的發展加速數字中國建設的數字化進程，融合各種虛擬技術，連通現實物理世界和數字虛擬世界，達到同頻共振、虛實共生的數字生態系統。由數字孿生等New IT技術構建起來的元宇宙圖書館更容易跨越數字鴻溝，打破物理場館等基礎設施建設周期長、費用高的羈絆，隨著5G/6G等無線移動通信技術的部署和進一步研究，更易構建高速泛在安全可靠的新型圖書館數字基礎設施，使數據、信息和文獻等突破時空限制實現智慧流通，使處在不同地域和時空中的用戶，方便快捷的享用到圖書館豐富的智慧服務項目。

從技術層面來講，數字化是一切工作的基礎，是將物理實體世界中的萬物轉化為計算機可識別和處理的數據對象，虛擬現實是人們通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新方式，廣泛應用于圖書館建筑的虛擬化展示，服務場景的虛擬化呈現，文獻資源的虛擬展示等。虛實共生是指通過數字孿生、物聯網和人工智能、云計算等New IT技術將真實物理世界和數字孿生世界相互連接和交互，實現虛擬與實際環境的融合。在數字孿生圖書館建設中，通過各種傳感器、RFID等技術對圖書館內各項數據進行實時采集和監測管理；通過圖書館系統的信息化、智能化管理，提供更加高效、精準、科學的智慧化服務。

4）數字孿生圖書館應用場景分析：#4應用場

景。基于數字孿生技術的智慧圖書館面向用戶、館員和圖書館連通各個業務子系統實現各個環節的一體化智能運作。孿生圖書館場景是一個利用實時數據進行虛擬服務的人性化場景，孿生圖書館具有深度學習和自主學習并具備自我調節和優化能力，樊孟松[16]從理論引導、數據和技術驅動三個維度對數字孿生圖書館的場景模型構建進行了全面的剖析。

在具體的應用場景方面，董同強等[17]針對“數智”融合驅動下面向全生命周期管理的圖書館智慧服務生態體系架構進行了設計構建，為圖書館智慧服務應用場景實例的設計提供對策指引。張艷豐等[18]給出數字孿生圖書館應用場景中孿生館員服務、孿生智庫支持、孿生休閑園地和孿生記憶空間的描述。李瑞[19]給出了元宇宙視域下圖書館數字閱讀推廣的數字孿生場景。呂豐華等[20]介紹了數字孿生技術在圖書館借閱服務中的應用場景和技術優勢，并設計了數字孿生文獻資源庫構建過程。孔繁超分析了數字孿生技術在圖書館設施健康管理、在線學習支持服務再現圖書館文化遺產等領域的應用[21]。任萍萍提到利用數字孿生技術對古籍和歷史遺跡實現歷史文化場景的虛擬呈現和空間鏡像映射，提高用戶的全感官沉浸式體驗[22]。白蘇紅等提出利用數字孿生技術協助解決用戶使用圖書館資源過程中遇到的信息迷航等問題，使圖書館用戶跨越時空限制實現學習利用過程的連續性和系統性[23]。

2.2? 研究趨勢

利用CiteSpace軟件對相關文獻的高頻關鍵詞進行時區分布分析，繪制關鍵詞時間線聚類圖譜，如圖5所示，直觀反映特定時間范圍內與數字孿生圖書館研究主題相關的關鍵詞之間的共現關系、該領域的發展脈絡和研究趨勢。其中圓圈所在位置為關鍵詞首次出現的時間，圓圈的大小表示關鍵詞出現的頻度即熱度。由圖5看出數字孿生圖書館研究大致經歷了技術研究萌芽期（2017年）、沉默生長期（2018—2019年）、應用研究爆發期（2020—2023年）三個階段。

2017年出現頻次較高的關鍵詞是數字孿生和虛擬現實，伴隨著數字孿生在智能制造領域的研究，圖書館領域學者也將數字孿生技術作為一項戰略技術在數字人文領域開始應用研究；然后經歷了2018年到2019年的沉默增長和智能制造業更廣范圍的研究積累，自2019年隨著無線移動通信5G的商用，人工智能、AR/VR虛擬技術、物聯網、大數據等信息技術煥發出蓬勃生機，并推動數字孿生在建模、仿真等關鍵技術領域快速發展；2020年以來數字孿生圖書館進入了應用研究爆發期，主要體現在虛實相融的智慧圖書館空間重構和智慧平臺的構建研究，結合應用場景從體系架構和關鍵技術等方面更加深入地進行建設模式的策略和路徑研究。2021年元宇宙的概念一度成為網絡熱詞，也被稱為元宇宙元年。元宇宙給智慧圖書館的建設注入了新的活力，在New IT的推動下，打造一個虛實融合共生的知識生態體系和服務體系。

3? 結? 論

本文使用CiteSpace軟件對中國知網數據庫（CNKI）收錄關于數字孿生圖書館的論文進行知識圖譜可視化分析。目前研究集中在以數字孿生為核心技術驅動的元宇宙圖書館概念和內涵分析、虛實共生的智慧化服務生態體系和智慧平臺構建，以及數字孿生圖書館具體應用場景設計。通過研究，旨在發現數字孿生圖書館的研究熱點，并探究其發展趨勢，為數字孿生圖書館的進一步研究設計和創新應用提供參考。未來，隨著數字孿生基礎理論研究的逐步積累和技術方案的成熟，以及智能制造和其他工業化領域的成功應用，數字孿生圖書館的建設以用戶需求為目的、落地應用為切入點，根據圖書館實際業務特點，分部門分模塊以圖書館智慧管理平臺為依托，探索圖書館新興智能空間中的業務信息應用場景，從而為用戶營造虛實交融、沉浸體驗、協同交互、開放共享的知識獲取與交流環境。

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