基于物聯網技術的智慧圖書館智能控制系統設計

作者簡介：李亞蘭（2002—），女，本科；研究方向：電子信息與物聯網技術，人工智能技術。

摘要：第四次工業革命給人類的工作與生活帶來前所未有的變革，物聯網技術成為這個時代最為突出的標志。為推動智慧圖書館的開發，文章在智慧圖書館內涵與特征分析的基礎上，比較了超高頻RFID標簽的技術特征，闡述了GLS-ODT-C-1000型雙技術占用感應設備的性能，分析了DALI接口協議的應用優勢，這些設備與技術為智慧圖書館的設計提供了技術支撐。在此基礎上，文章從圖書館RFID控制系統設計、圖書館空間場景智能化設計2個方面，完成了智慧圖書館智能控制系統方案的設計，為我國智慧圖書館的規劃與實現提供了技術參考。

關鍵詞：物聯網技術；智慧圖書館；RFID標簽；智能控制

中圖分類號：TN9295；G2507文獻標志碼：A

0引言

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中率先提出了物物相聯的雛形。1999年，物聯網的概念被正式提出并迅速波及全球。而以物物相聯的智能技術為基礎的第四次工業革命給人類帶來前所未有的變革，智能控制與人工智能成為這個時代最為突出的標志。在此背景下，智慧城市、智慧交通、智慧醫療、智慧校園等被相繼提出，作為智慧城市或智慧校園的重要組成，智慧圖書館規劃與建設一度被眾多學者關注并成為當前學術討論的熱點。為此，筆者根據智慧圖書館建設的進程和發展趨勢，在對智慧圖書館關鍵技術梳理總結的基礎上，完成了智慧圖書館智能控制系統的設計分析。

1智慧圖書館的內涵與特征

11智慧圖書館的內涵

智慧圖書館以物聯網技術、RFID射頻技術、云計算技術等為支撐，運用智能設備，實現“書與書、書與人、人與人”的動態連接，讓用戶體驗全新的圖書館智慧化服務［1］。與傳統圖書館相比，智慧圖書館突破了實體圖書館的組織邊界和管理模式，實現了圖書館業務和服務工作模式的歷史性變革。智慧圖書館設計與實現過程中，具有豐富的技術內涵：（1）智慧圖書館的基礎是智能感知設備的使用，它是植入智慧圖書館的智慧基因，物聯網、云計算等技術是傳統圖書館向智慧圖書館變革的關鍵支撐。（2）智慧圖書館運行的本質是匯聚了人的智慧，賦予了物的智能。（3）智慧圖書館的核心是運用現代信息技術，實現圖書館物-物、人-人、人-物的無障礙聯通與互動，這也是智慧圖書館運作的本源。

12智慧圖書館的特征

智慧圖書館最大的特征在于基于物聯網技術體系的融入，具體而言，智慧圖書館的特征體現在以下3個方面：（1）管理的智慧化。借助大數據分析，挖掘圖書館用戶的隱性需要，利用新型信息技術對資源進行分析和處理，有效地實現知識增值，讓用戶享受到圖書館資源的一站式智能化服務。（2）系統的智慧化。圖書館系統可以借助AI等智能化服務技術，實現讀者個性化服務需求的智慧化服務。（3）服務的智慧化。借助RFID技術、GPS技術、紅外感應和實時監控等偵測防護技術手段實現服務的智能化。

2智慧圖書館智能控制系統設計面臨的問題

與傳統圖書館相比較，智慧圖書館不再是單一文獻信息資源的提供者，它的服務模式融合了大數據、人工智能、物聯網、云計算與智能控制等多種技術。這些新興技術如何應用于智慧圖書館系統的開發，是當前業內討論的熱點。從當前智慧圖書館系統廠商已經開發的智慧圖書館平臺來看，智慧圖書館智能控制系統依然缺乏比較統一的標準，尤其在關鍵控制技術和控制元件的選擇上，缺乏規范的技術指導，導致智慧圖書館的建設依然處于探索發展階段。為此，有必要對智慧圖書館智能控制系統的設計進行系統的分析，以推動智慧圖書館的建設進程。

3智慧圖書館實現的關鍵技術與設備

31RFID系統智能感知技術

智能感知技術是物聯網實現的重要技術。目前，智慧圖書館建設中應用最為廣泛的感知技術包括RFID、ZigBee、iBeacon等，而這些感知技術以超高頻RFID技術最具有代表性。RFID系統由射頻電子標簽、讀寫器以及天線3部分構成，其工作原理是利用無線電波對一種標記媒體進行讀寫、識別，非接觸性是它明顯特征［2］。對于用戶而言，RFID技術整合了物理空間和虛擬空間，實現了用戶與圖書館的主動互聯；對于圖書館而言，RFID技術提升了圖書館的自動化水平，為實現圖書館智能化控制提供了技術支撐。

32多模無線傳感技術

無線傳感技術與建筑物相結合，為智慧圖書館構建智慧館體提供了技術支撐。智慧圖書館建設中，GLS-ODT-C-1000型雙技術占用感應設備是實現空間智能控制的關鍵設備，該設備集成了紅外及超聲波檢測技術，內置環境光線識別，可以360°覆蓋2000平方英尺的空間范圍。譬如，國家圖書館采用的區域感應自動控制技術，可以對館內照明進行智能化控制，對館體采光強度實施智能化調節。

33物聯網智能控制技術

物聯網智能技術是圖書館智慧化服務的技術支撐，它是以機器學習為基礎，通過海量數據的訓練，以實現對人的意識、思維等信息過程的模擬。在圖書館，智能技術的應用可有效解決標準化程度高、業務量重、重復性強的工作。目前，智能技術在圖書館的應用主要借助AI機器人來完成和實現，這些機器人基于圖書館場景，整合了迎賓、講解、指引、導航等功能。如國家圖書館的多功能機器人“小圖”、上海圖書館的參考咨詢機器人“圖小靈”等，都是人工智能在智慧圖書館實際應用的范例。

34數字可編址的調光接口協議

數字可編址的調光接口簡稱“DALI接口協議”。DALI接口協議旨在建立一個結構清晰的簡單系統，主要用于室內照明的智能化控制。DALI接口標準確定了電子鎮流器和控制單元之間的數字通信的規范，該協議支持開放式系統，可以與樓宇管理系統接口集成。

4智慧圖書館智能控制系統設計

41RFID圖書館系統設計

411系統運作原理

RFID圖書館是智慧圖書館建設的關鍵模塊，通過圖書條碼與電子標簽的融合，實現對圖書的關聯管理；通過RFID系統來識別、追蹤和保護圖書館的所有資料，實現圖書借還的無人化，順架、查找、館藏盤點智能化［3］。讀者通過自動借還書機實現自主借還，管理員用盤點機定期對圖書館的書籍盤點，實現批量查找順架等工作。同時，RFID圖書裝有高頻讀寫器的安全門，可實現對進出圖書數據采集，防止圖書丟失。

412借還與盤點功能模塊設計

RFID自助借還系統包括標簽轉換系統、自助借還書系統、OPAC查詢系統、移動盤點系統、館員工作站和圖書安全檢測系統，各個子系統相互獨立卻又緊密相連。移動盤點系統采用RFID移動盤點車對圖書進行快速掃描盤點，可以非接觸式地快速識別書籍上的RFID標簽和層架標，完成智能排架、查找、統計流通資料等功能，有效降低工作人員勞動強度，提高圖書館數據采集速度［4］。

413館員工作站模塊設計

圖書館館員工作站系統采用模塊化設計的理念，集成RFID讀寫裝置及各類型證卡識別模塊，館員工作站具備標簽編寫、識別及流通狀態處理，可用于借還、辦證、扣繳、讀者疑難問題處理、銷戶等功能，對圖書館日常流通業務的整合處理，能夠通過掃描圖書條碼對RFID標簽進行編寫，進行標簽加工工作。

414圖書安全檢測系統設計

安全門系統設備可對RFID標簽的流通資料進行掃描、安全識別，用于流通部門對流通資料進行安全控制［5］。該設備系統通過對貼身攜帶以及裝入背包的文獻狀態（是否辦理借閱手續）進行判別，以達到防盜和監控的目的。安全門禁系統需要支持EAS、AFI檢測模式，可多天線并列使用，具有流量統計功能。

415系統集群管理軟件設計

智慧圖書館軟件系統可選型Elib圖書館集群管理系統軟件，軟件采用基于企業級應用的JAVAEE技術規范和SOA技術架構，支持云平臺部署，可實現跨平臺終端的應用。系統采用UTF-8，真正解決多語種（小語種）編目問題。系統采取動態MARC定義，滿足多MARC格式在同一軟件并存。

42空間場景的智能化設計

“空間即服務”的理念映射了高強感知和強效記憶的空間循環體系，環境感知是從物理的層面加強智慧圖書館的感知環境。在空間智能服務上，圖書館可借助AI機器人，通過人機對話解決讀者常規服務問題；AI機器人也可以根據讀者需要，介紹圖書館館藏資源、樓棟結構布局，并給讀者提供導航服務。在空間環境的智能化控制上，借助智能傳感器實時更新館舍溫度、濕度，適當調節空間亮度，不斷改善用戶在智慧圖書館中的學習環境，提升用戶的體驗感。

421圖書館AI機器人的控制設計

當前，AI機器人類型眾多，應用領域廣泛，需具備環境探查、障礙躲避以及自行決定行動方向的智能化控制命令。在智慧圖書館建設中，越來越多的圖書館導入了AI機器人服務，協助圖書館館員完成讀者接待、咨詢、導航、尋書、活動展示等公共服務；同時，經過AI訓練的機器人也可以幫助館員完成書庫整理、書籍自動掃描、圖書盤點等工作。在圖書館AI機器人的設計時，通過搭載嵌入式計算機（樹莓派）為核心和主控板（STM32）為輔助構建AI機器人的輔助系統；使用UbuntuROS1804LTS操作系統，通過激光雷達的算法構建地圖，完成機器人導航和定位功能設計。AI機器人的智能語音交流則通過麥克風進行本地錄音，并調用百度API進行音頻分析得到文字，并把采集文字傳送給AI機器人，根據已設定的語言庫，機器人作出相應回答，通過pyttsx3庫語音播放和讀者進行短暫的交流及日常對話。AI機器人也可以借助導航定位幫助有需要的同學提供導航引領服務。圖書館AI機器人的出現，豐富了讀者服務的時空限制，提升了讀者服務的親切感。

422圖書館照明和溫濕的智能化控制設計

圖書館借助以下手段，實現圖書館空間環境的智能化控制。

（1）讀者空間動靜的感應控制。

采用紅外和超聲感應器，實現對借閱通道上方的燈具控制，當有人出現在借閱通道時，燈光自動打開；當選書完畢后，燈光延時1分鐘后自動進入最低亮度的節能模式。

（2）讀者經過模式的智能化控制。

當借閱人通過當前借閱通道，感應器識別借閱人動作，開啟經過模式，人離開后自動進入節能模式。

（3）亮度智能化管理。

借閱通道在平時無人時，只亮起最低的亮度，若有人通過或是持續存在選書時，燈光根據外界的光照度智能開啟并調整亮度。

（4）空調溫濕度控制。

根據不同的季節變化，設置不同的空調溫濕度和工作模式。

（5）遮陽控制。

通過控制遮陽簾的電機來控制簾布的升降，達到遮陽的目的。

（6）時序控制。

根據圖書館的作息制度，制定場景控制策略，在上下班的高峰期，全部開啟公共區域的燈光；在休息時間段內，部分開啟燈光或是將亮度調整到最小。

5結語

在第四次工業革命的背景下，智慧圖書館主要特征在于物聯網等一系列智能控制技術的融入，這是圖書館服務模式變革的根源。實現智慧圖書館的關鍵在于技術裝備和技術手段，這些技術是實現智慧圖書館的前提，但同時也帶來了一些問題，信息交換政策、技術標準問題一直困擾著智慧圖書館的建設，導致信息無法互聯互通，使彼此成為孤島，阻礙智慧圖書館的持續發展。資源檢索標準、存儲格式不統一，不能有效實現共享，因此智慧圖書館建設過程中需要圖書館界的權威機構針對相關技術服務制定業內標準，這樣才有助于圖書館事業智慧化進程的快速發展。

參考文獻

［1］薛謝輝，馬同霞.基于人工智能的圖書館書籍定位機器人自動化控制系統設計［J］.自動化與儀表，2023（11）：115-119.

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［3］何勇，郭政鑫，桂林卿，等.基于RSSI序列特性的RFID多標簽相對定位方法［J］.計算機科學，2023（11）：296-305.

［4］宋智翔，林璟豪.基于物聯網技術的智慧圖書館建設應用研究［J］.工業控制計算機，2023（1）：128-130，133.

［5］陳安子.物聯網技術支持下的智慧圖書館建設［J］.電子技術與軟件工程，2023（1）：31-36.

（編輯王雪芬）