人－信息－物理系統（HCPS）在圖書館中的應用

摘要：圖書館由人、信息系統和物理系統（HCPS）組成。研究HCPS的內涵及各組成部分的關系，可為圖書館的發展指明方向。通過對早期圖書館、現代圖書館和智慧圖書館的特征分析，將HCPS理論引入圖書館中，并基于HCPS視角探討了圖書館的演變過程，分析了不同階段圖書館HCPS的特點與作用，提出了智慧圖書館HCPS的研究框架和重點研究內容，剖析了推動圖書館發展的賦能技術，進行了智慧圖書館HCPS的實踐應用與討論。信息系統的引入及發展助力了圖書館的演變，建立智慧圖書館HCPS的重點是開展信息系統模型的建立與仿真方法研究。初次探索HCPS在圖書館中的應用，提出的概念和研究框架仍處于探索階段，后續需要廣泛地跨學科合作與交流，不斷充實和細化圖書館HCPS的研究內容、方法和技術。

關鍵詞：圖書館；信息系統；人－信息－物理系統

1 "引言

人－信息－物理系統（human-cyber-physical systems，HCPS）是以人為中心，由人－物理系統（human-physical systems，HPS）進化而來，即一種由人、信息系統和物理系統組成，以優化的方式實現特定目標的復合智能系統[1-2]。國內關于HCPS的研究相對較少，王柏村等基于HCPS系統的組成和內涵，探討了智能制造的演進過程和新一代智能制造的主要特征[3]。周濟等基于HCPS視角回顧了智能制造的發展歷程，剖析了面向新一代智能制造的HCPS的內涵、特征、技術框架和關鍵技術[4]。自此，一些學者探索了HCPS在智能制造領域的應用[5-7]。何琦琦探索了HCPS在智慧健康辦公方面的應用[8]；安冬冬探索了HCPS在無人駕駛方面的應用[9]。HCPS強調的是以人為中心，而圖書館的宗旨就是以用戶為中心，更好地為用戶提供服務。為此，作者嘗試將HCPS的理論應用到圖書館中，通過分析不同階段圖書館的特征，并基于HCPS的視角探討圖書館的演變過程，分析助力圖書館發展的賦能技術以及圖書館HCPS優化的關鍵核心技術。

2 "圖書館HCPS的內涵

2.1 "圖書館HCPS的組成

圖書館HCPS由人、信息系統和物理系統組成，其中人（human，H）是最重要的組成部分，是一切活動的主宰者，這里的人主要包括圖書館員與用戶；物理系統（physical system，P）是執行體或服務保障體，包括實體建筑、空間資源、知識資源、設備設施等，這些資源共同構成了圖書館的物質基礎，通過與信息系統和人之間的交互完成工作任務；信息系統（cyber system，C）由計算機硬件和軟件以及各種自動化設備組成，其主要作用是對由各種傳感設備采集的信息進行計算分析，例如用戶行為、借閱記錄、館內活動等等，并代替操作者去控制物理系統完成工作任務，實現自動化和智能化的管理。

圍繞圖書館的業務工作過程，系統構成由早期的圖書館到智慧圖書館的發展，經歷了從人－物理系統（HPS）到人－信息－物理系統（HCPS）的過程，如圖1所示。HCPS系統中各組成部分的演變過程如表1所示。

圖1 "HCPS視角下早期圖書館到智慧圖書館的演變

Fig. 1 "Evolution from early library to smart library from the perspective of HCPS

2.2 "早期圖書館HPS

從系統構成看，早期圖書館是由人－物理系統（HPS）組成。其中的“物理系統”主要包括館體建筑、書庫、閱覽室、目錄室、書架、書車、書梯以及紙質資源等。圖書館的業務主要包括采訪、編目、典藏、流通和咨詢等服務，無論是采訪、編目，還是辦理借還書、圖書上架等工作，都是由館員通過手工完成的，勞動強度大，工作效率低。

此階段的知識資源主要是紙質資源，針對用戶的服務只是文獻服務。館員角色為圖書管理員，由于設備設施技術含量低，功能單一，且缺乏傳感部分，館員只能依靠自身感知變化，運用大腦進行相關知識和信息的分析和決策。在HPS系統中，這一階段的人（主要是館員）起主導作用，物理系統只是部分替代了人的體力勞動，工作效率和服務質量比較落后。

2.3 "現代圖書館HCPS

計算機技術、數字技術、網絡技術和多媒體技術在圖書館中的應用，使得圖書館的設備設施得到顯著改善，管理和服務方式發生了重大變革，數字圖書館應運而生，其基本特征表現為圖書管理自動化、知識資源數字化、圖書借還、上架智能化以及用戶服務信息化、知識化。

與早期圖書館相比，現代圖書館發生了本質變化，即在人和物理系統之間增加了一個信息系統，使得圖書館系統同時增加了“人－信息系統”（human-cyber system，HCS）和“信息－物理系統”（cyber-physical system，CPS）。如圖1所示，現代圖書館HCPS與圖1中的智慧圖書館HCPS結構相同，不同之處在于其信息系統中沒有“認知學習”部分。同時，由于信息系統具有傳感裝置，可以對圖書館中的物理設備數據進行感知和傳輸，圖書館系統也從原來的HPS進化成了HCPS，人的部分感知、分析、決策和控制功能轉移給信息系統，信息系統可以代替人完成部分腦力勞動。圖書館工作人員可以借助這些系統去完成各項操作任務，比如：管理員利用圖書館自動化集成系統進行圖書的采訪、編目、查詢、用戶辦證、用戶借閱及各種數據統計等工作。

信息系統的增加為圖書館帶來的變化是：圖書館管理系統的自動化程度、工作效率、服務質量等各方面均得以顯著提升；替代館員完成大量簡單而重復的體力勞動，有效提高了工作效率和質量；用戶可以輕松、高效率地得到所需要的圖書或信息，并且服務的范圍及服務模式得到很大地拓展，知識的傳播利用以及傳承效率都得以有效提高。

雖然現階段的信息系統在一定程度上取代了人（館員）的分析計算與控制工作，但設備本身還沒有自主學習、認知的能力。而人依然起著主宰的作用，因為信息物理系統是由技術人員創造的，系統中融入了技術人員的經驗與知識，并且使用的效果也在很大程度上取決于館員的知識和經驗。

2.4 "智慧圖書館HCPS

智慧圖書館是指能夠提供智慧服務的圖書館。其利用大數據、云計算、人工智能等最新信息技術，使其賦能各種類型的傳統圖書館、數字圖書館或復合圖書館，以實現“知識作為一種服務”，并將圖書館的服務水平提升到智慧層次[10]。

智慧圖書館的顯著變化主要體現在起主導作用的信息系統，該系統綜合了5G、云計算、智能傳感、人工智能、機器人、大數據分析、數字孿生等現代科學技術，使其具備更強大的感知、決策與控制能力，甚至具有學習認知、產生知識的能力。比如，西南大學圖書館的機器人“西小圖”不僅具有前臺接待、問路引領、場館介紹等功能，還具有圖書檢索、智能導覽、智能互動、知識庫問答等功能。在這里，人將部分認知和學習的腦力勞動轉移給了信息系統，由它代替人員做出決策。

信息系統中的“知識庫”是由人和信息系統自身的學習認知系統共同建立的，它不僅包含了技術人員和智慧館員輸入的各種知識，而且還包含信息系統自主學習得來的知識，尤其是那些人類難以精確描述與處理的知識，該知識庫可以在使用過程中通過不斷學習而積累、完善與優化。

智慧圖書館HCPS進一步突出人的中心地位，其中，服務是主體，智能是主導，人是主宰。一方面，圖書館的發展目標是更好地為人類服務；另一方面，這種面向智慧圖書館的HCPS通過新一代人工智能技術賦予信息系統強大的“智能”，需要大腦思考和判斷的工作（智力活動）的自動化將使館員從大量體力和腦力勞動中解放出來，可以去從事更有價值的創造性工作。

3 "智慧圖書館HCPS研究框架

根據對智慧圖書館HCPS的基本內涵和特征的分析，在HCPS視角下，提出一個智慧圖書館研究框架，有助于系統分析智慧圖書館的相關研究發展方向。該框架包括人、物理系統和信息系統三個基本維度。

3.1 "人

HCPS強調的是“以人為本”，這里的人包括圖書館的決策層、館員和用戶。

3.1.1 "決策層

在智慧圖書館中，決策層的作用至關重要。他們負責制定長期戰略規劃，確保圖書館適應數字化轉型并滿足用戶需求。決策層需整合人力、資金和技術資源，實現高效利用。同時，他們制定并執行政策，規范員工行為，保障用戶權益，維護圖書館秩序。面對風險和挑戰，決策層需及時制定應對策略，確保圖書館穩定運行。此外，他們積極尋求合作機會，拓展服務領域和影響力。決策層的決策和行動影響圖書館當前運營和未來發展。他們需具備戰略眼光、資源整合能力、科學決策智慧和應對挑戰的勇氣，引領圖書館在數字化轉型道路上前行。

3.1.2 "館員

館員包括圖書管理員、參考咨詢館員、知識咨詢館員和智慧館員。智慧圖書館中，大量的自動化設備和機器人被應用于圖書管理、迎賓與導航、智能咨詢，智能借還、圖書歸架等，圖書管理員和參考咨詢館員的任務已經逐漸由這些自動化設備或機器人來完成，館員的角色主要是知識咨詢館員和智慧館員，為用戶提供個性化、專業化和精準化服務。比如專業的文獻檢索、專題講座、研究咨詢等對資源的深度挖掘和揭示。

由于知識咨詢館員的角色也正在由機器人取代，這里只討論智慧館員。對智慧館員的素質和能力要求是什么？許多學者對此進行了研究，他們分別從不同的角度探討了對智慧館員能力與素養的要求。比如，高蘊梅從知識和技術技能、社會技能、品質道德、素養思維4個維度提出了智慧館員勝任力指標[11]；張棟從信息管理能力、用戶畫像能力、技術開發能力和人文感知能力4個方面對智慧館員提出了能力要求[12]；蔣季探討了高校智慧館員在AI2.0時代應當具備的素養和能力，包括信息素養與數據素養、高尚的職業素養、自主發展素養和信息安全意識[13]。盡管這方面的研究較多，但至今還沒有一個統一的標準，所以有待于研究制定智慧館員的職業標準，對智慧館員的工作進行定義、指導和評價，同時，研究制定保障智慧館員隊伍持續發展的智能化和人性化的配套管理政策，考核、激勵和約束機制等。

3.1.3 "用戶

圖書館的宗旨是為用戶服務，因此了解用戶的需求是做好服務的前提。大數據時代背景下，通過對用戶信息收集、篩選、分析和整合，可以得到用戶畫像，以此了解用戶的需求。通過精準定位，并以群體特征為基礎，采用大數據網絡收集、分析和整合，建立精準的用戶畫像模型，以此實現個性化推薦，為用戶提供精準的信息服務。但是，用戶畫像模型的構建需要依賴大量的用戶數據，如何科學地收集、分析、整理這些數據，并發揮數據的最大價值來構建用戶精準畫

像模型，是今后研究的重點內容。

3.2 "物理系統

物理系統包括實體建筑、空間資源、知識資源、設備設施等，這些資源共同構成了圖書館的物質基礎。

智慧圖書館的實體建筑實際上就是智能樓宇，它將實體建筑與通信技術、計算機技術和控制技術等先進科技相互融合，實現室內環境條件的智能化調節與安全防護。

空間資源指的是圖書館為不同類型的用戶開辟的閱讀空間以及能夠拓展圖書館功能的其他空間結構，如少兒多媒體閱讀區、視障閱讀室、視聽播放室、地方文獻室、自習室、創客空間等。

知識資源包括圖書資料、期刊、數據庫資源、多媒體資源和網絡資源等多個方面，在形式上以數字資源、虛擬資源、3D資源和智能化資訊體現的資源所占的比重越來越大，這些資源相互補充，為用戶提供全面、深入的知識服務。

設備設施指的是圖書館為提供智慧服務、提升用戶閱讀體驗或方便圖書館管理所采用的技術或設備，包括計算機、無線網絡設備、虛擬化云計算平臺、智能書架、無人自主借閱設備、圖書自動分揀設備、門禁設備、各種用途機器人等。

在這里，實體建筑為人提供了一個健康、舒適、愉悅、安全的工作和學習環境，設備設施一方面減輕了館員的勞動強度，另一方面為用戶提供了高效獲取知識資源的途徑。最重要的是空間資源和知識資源，它們為用戶提供了獲取知識的環境和源泉。為使用戶便捷、高效地獲取知識，需要打造智能化的空間和智慧化的資源，并將空間資源和知識資源有機地融合在一起，使得智慧的資源存在智能的空間里。未來，如何打造智能空間和建造智慧知識資源，并將兩者有機地融合在一起，使得空間資源化、資源服務化，是研究的重點內容。

3.3 "信息系統

由以上分析可知，從早期圖書館HPS到智慧圖書館HCPS，最重要的變化是信息系統。信息系統的引入及發展變化助力了圖書館的演變。因此，研究應用于智慧圖書館中的賦能技術是智慧圖書館HCPS的重要研究內容之一。

應用于智慧圖書館中的賦能技術包括互聯網、物聯網、5G、大數據、云計算、區塊鏈、人工智能、虛擬現實、數字孿生技術等，它們相互融合，助力圖書館的發展，但每項技術在圖書館發展中的地位與作用有所不同。

3.3.1 "5G通訊技術

5G通訊技術具有高速率、低延時、低功耗、大容

量的特性。在圖書館中的應用，解決了4G通訊技術數據傳輸速度低、網絡延遲嚴重的問題，使得各種通訊都能得到實時響應，各種服務機器人響應更快，動作更敏捷；解決了超清視頻的傳輸問題，使得圖書館可以實現實時互動直播，利用它展示圖書館舉辦的各類活動、會議；助力了無感借閱、室內定位導航、智慧場館、智慧閱讀空間、云課堂、精準推送、智能安防、區域聯盟服務協同等的發展。

3.3.2 "云計算技術

云計算利用分布式計算和虛擬資源管理等技術，通過網絡將分散的ICT資源（包括計算與存儲、應用運行平臺、軟件等）集中起來，形成共享的資源池，并以動態、按需和可度量的方式向用戶提供服務。云計算可以滿足圖書館對海量數據的存儲、快速訪問與計算的需求；由于不必購置高性能的計算機、大容量的存儲設備等，降低了實際工作需要支付的成本；圖書館通過云計算技術可以建立起更加高效優質的服務共享平臺，通過共建共享，建立起惠及各方的數據庫使用系統，形成一個龐大的“云”存儲中心。

3.3.3 "人工智能技術

人工智能技術的應用領域包括模式識別、自然語言處理、機器學習與數據挖掘、人工神經網絡與深度學習、計算機視覺、專家系統、智能控制與機器人等。在圖書館中的應用包括：在互聯網上搜集素材，經整理加工，形成數字資源；海量圖片編目、元數據管理、古籍手稿智能整理等；實現智慧化管理，如迎賓與導航、智能咨詢，智能借還、圖書盤點與整理、圖書分揀與運輸等；提供智慧化服務，如文獻資料的智能檢索、閱讀推廣等；利用生成式人工智能技術（AIGC）能夠自動生成文本、圖像、視頻、音頻、3D、文本與圖像、視頻之間的跨模態[14]等；對圖書館內的設備設施進行智能控制，智能安防等。

3.3.4 "大數據技術

大數據技術為圖書館提供了數據挖掘和分析服務的手段：根據用戶的借閱記錄、瀏覽痕跡、借閱習慣等，挖掘出他們的閱讀需求，一方面圖書館可以制訂文獻資源的采購策略；另一方面可以分析出用戶需求及偏好，進行圖書推薦、閱讀指導和咨詢服務等；通過對圖書館中各種類型的數據進行深度分析與挖掘，探索隱藏在數據背后的規律，既可為圖書館管理與服務提供數據支持與決策參考，也可通過它們建立相應服務的數學模型，進行深入研究和分析。

3.3.5 "物聯網技術

物聯網技術在圖書館發展中的作用就是萬物互聯。應用物聯網技術，可以實現全國圖書館館藏知識內容、各類終端設備、智慧服務空間、線上線下智慧活動的開放共享和智慧互聯，建立起集成全國各級圖書館及其他文獻服務機構藏書、社會捐贈文獻的線上虛擬書庫管理系統，實現館館相聯、書書相聯、人書相聯，支持用戶便捷發現、獲取身邊的圖書館資源及服務[15]。

物聯網與智能傳感和人工智能技術相結合，可以實現圖書館建筑智慧化、管理智慧化，前文已表述，在此不再贅述。

3.3.6 "區塊鏈技術

區塊鏈技術作為一項集“去中心化、信息公開透明、安全可靠、追根溯源、開放共識”五大特點于一體的全新技術[16]。在圖書館中發揮了重要的作用：實現版權確權、授權、交易和維權，促使版權合法流通[17]。比如，文獻溯源、知識內容生成證明等；利用區塊鏈分布式結構可以實現機構與機構間點對點的數據流通，使得文獻資源、用戶信息、管理信息的數據在統一控制下實現共建和共享，既提高了數據的安全性和管理效率，又由于實現了去中心化，節約了管理和流通成本。

3.3.7 "虛擬現實技術

虛擬現實技術具有可視化、沉浸性、感知性、交互性、想象性等特點。其應用包括：將圖書館的稀缺資源（如古籍、善本、手稿、膠片等特殊類型文獻）轉化為3D，進行資源重建[18]；建立虛擬圖書館場景，可以實現定位和導航；整合信息資源，開發出各種主題的虛擬學習平臺，比如搭建沉浸式VR課堂，實現實驗模擬可視化等；利用5G+VR的遠程服務系統，使用戶利用移動客戶端就能參觀數字圖書館，遠程享受公共圖書館的各種服務。

3.3.8 "數字孿生技術

數字孿生是綜合運用感知、計算、建模等信息技術，通過軟件定義，對物理空間進行描述、診斷、預測、決策，進而實現物理空間與賽博空間的交互映射。它在圖書館中的應用包括：構建圖書館場館物理實體的數字孿生體，通過模擬仿真，實時監測圖書館基礎設施，確保圖書館正常運營；創建圖書館空間的3D數字模型，既可以用于優化空間布局，也可結合AR/VR/MR等設備為用戶進行導航定位；構建讀者孿生體，通過模擬仿真，挖掘讀者在不同場景下的各種需求，做到預見性、針對性地服務；創建虛擬參考咨詢臺，建設參考咨詢知識庫，用戶可以通過虛擬參考咨詢臺與“虛擬館員”聯系，獲得虛擬咨詢服務等。

3.4 "系統交互

3.4.1 "信息－物理系統（CPS）

CPS是信息技術與物理系統深度融合的產物，不同領域的CPS具有不同的內涵，圖書館中的CPS就是信息技術與物理系統結合在一起實現圖書館各種功能的系統，它們有效推動了圖書館的發展。

例如，RFID是利用無線射頻信號空間耦合的方式來實現無接觸的標簽信息自動傳輸與識別的技術。RFID標簽被粘貼在每本圖書的背面或其他位置，其內部儲存著與圖書相關的信息，通過利用讀寫器對其信息進行讀取，就能夠準確追蹤圖書的位置。這一技術與不同物理設備的融合構成了不同的CPS，實現不同的功能。比如，基于RFID的圖書自助借還機，其物理系統包括主機、觸摸屏、掃描器、打印機、存儲器、網絡通信設備等，信息系統包括計算機技術、RFID技術、圖像識別技術、通信技術等，它們有機融合在一起形成一個CPS系統，可以實現圖書借閱、歸還、自助續借、圖書查詢、用戶身份驗證、支付以及打印等功能。既方便了讀者，提高了借閱效率，又將館員從繁瑣的工作中解放出來。另外，將RFID技術與書架相結合，構成智能書架CPS，配合讀寫器可實現圖書定位、盤點等功能。

當今的圖書館距離真正的智慧圖書館還有相當大的差距，這就需要將信息技術與圖書館物理系統有效地融合，去解決圖書館中現存的一些問題。比如，機器人在開架書庫進行自動存取圖書時，會受到書架排列結構及圖書排架方式以及圖書尺寸等的影響，要使機器人順利開展工作，必須保證機器人機械手抓取圖書動作的便捷性，這就對書庫書架排架方式的穩定性和有序性提出了要求，機器人如何導航、定位圖書，如何進行圖書的抓取，書架應該如何排列等。這就是信息技術與物理系統的融合問題。只有解決好這些問題，才能實現機器人在開架書庫中自動存取圖書。現今圖書館中存在的很多問題，都可歸結為CPS問題而等待我們去深入研究，這也是HCPS研究的重中之重。

3.4.2 "人－信息系統（HCS）

HCS是人與信息系統間的互動與交流。科技進步使圖書館成為融合傳統與現代、紙質與電子的多元信息空間。圖書館員通過不斷學習和掌握新技術，如RFID、自動化管理系統等，與設備緊密交互，提升工作效率并為讀者提供便捷服務。讀者則通過電子閱讀器、自助查詢機等設備體驗全新感官，豐富閱讀和學習方式。

HCS同樣注重設備智能化和人性化。例如，利用ChatGPT構建圖書館智能咨詢系統，通過大量文本數據訓練提高其理解和生成語言的能力。圖書館員利用館內知識資源訓練ChatGPT，使其更準確地回答圖書館相關問題。同時，利用用戶反饋和使用數據來持續優化ChatGPT的性能，使其更加符合用戶的需求和習慣。

HCS未來的研究應聚焦于如何進一步融合人的認知與信息系統的智能化，探索更高效的人機交互方式，并關注用戶體驗的優化。同時，也要研究如何提升信息系統的自適應能力，以更好地滿足用戶的個性化需求，推動人與信息系統關系的和諧發展。

3.4.3 "人－物理系統（HPS）

HPS不僅僅關注物理系統的技術先進性，更強調設備與人的相互適應，確保人在使用設備時能夠感到舒適、自然。首先，設備應設計簡單、高效、省力。例如，現代化的圖書管理系統能夠通過感知RFID標簽，快速完成圖書的借還、查詢、盤點等操作，有效提高了館員的工作效率，減輕了工作負擔。其次，物理系統的設計要本著以人為本的理念，遵循人機工程學原則，適應人體需求。例如，圖書館的座椅需要可調高度、角度和坐墊軟硬，確保館員和讀者坐姿舒適。

HPS下一步應研究如何通過持續的技術創新和人機互動優化，進一步提升館員與讀者在使用物理系統時的體驗，這包括探索更智能的圖書管理系統與設備、更舒適的辦公設備和照明設計，以及更人性化的設備交互界面等，從而推動圖書館服務向更高效、更人性化的方向發展。

4 "智慧圖書館HCPS實踐與討論

當前，智慧圖書館建設受技術及設備的限制，難以建立一個綜合的圖書館HCPS，但可以將其分解為多個HCPS來分步建立。進一步說，圖書館是一個HCPS，其中的一個場景也是一個HCPS，這個場景又可進一步分解為N個分場景，各個分場景也是一個HCPS，以此類推。

4.1 "圖書館智慧服務HCPS

圖書館的智慧服務內容涵蓋多個方面，如智慧化

借還、智能盤點、移動智慧借閱服務、智能咨詢與導航、個性化服務等。不管哪個方面，都是將先進的信息技術與對應的物理系統有機融合構成一個CPS，去實現其功能。CPS的智能程度決定了HCPS的智能化水平。圖書館發展的不同階段，同一種服務的CPS具有不同的內容。隨著科技的進步，新的信息技術的融入，CPS在不斷更新其內容，HCPS的智能化水平也在不斷提高。

澳門科技大學圖書館將移動通信技術與條形碼、圖書自動化管理系統等相結合，于2021年推出了其標志性應用程序“掃描借閱”。用戶可以在他們的移動設備上使用這個應用程序，通過掃描圖書的條形碼來借閱紙質圖書。這樣就不必在自助借書亭或流通服務處排隊等候了。這項服務自推出以來，得到了讀者的廣泛使用，目前大約70%的紙質書是通過掃描借閱應用程序進行借閱的。此外，該應用程序還包括續借和逾期費用提醒等功能。目前，圖書館正在開發一個創新的掃描轉移功能，以補充現有的掃描借閱應用程序。“掃描轉移”將使讀者能夠把他們已經讀完的書傳遞給另一個有興趣借閱的讀者，從而避免了兩個人都親自去圖書館還書和借閱，有效提高了借閱效率[19]。

臺灣國立公共資訊圖書館（NLPI）的兒童學習中心開發了一個使用可穿戴智能手表和RFID智能書架的混合現實兒童圖書館。我們將其視為一個HCPS，那么其物理系統包括可穿戴智能手表、RFID智能書架、觸摸屏、網絡通信設備等，信息系統包括人工智能技術、信標室內定位技術、混合現實技術、RFID技術、無線通信技術、人機交互技術以及圖書自動化管理系統等，它們有機融合在一起形成一個CPS系統，實現的功能包括：可穿戴智能手表能夠幫助孩子在物理環境中導航，找到想要的書；RFID智能書架包含流行書籍和信息的可視化界面，為兒童提供易于獲取的服務；觸摸屏書墻為不同的讀者群推薦不同的書籍；在混合現實走廊中的互動游戲為孩子們提供了一種沉浸式的體驗，在這種體驗中，他們被教導圖書分類數字的含義，并學會如何使用它們來找到想要的書[20]。

4.2 "圖書館智慧空間HCPS

圖書館智慧空間HCPS就是針對圖書館的空間資源建立的人－信息－物理系統，空間資源包括學習共享空間、創客空間、討論空間、文化展覽空間、休閑空間、5G體驗空間等。利用三維建模、虛擬現實、數字孿生等技術，建立與圖書館物理空間完全一致的虛擬圖書館仿真模型，同時，將實體圖書館中各個空間的設備設施，如智能書架、圖書、自助借還機、圖書分揀機、機器人等一并完成建模，都在此孿生空間中一比一呈現。利用該模型，圖書館既可以為實體圖書館的布局調整以及專題書展提供參考，又可以為圖書館的管理提供依據。

北京城市圖書館積極探索初代元宇宙圖書館的建設，利用數字孿生技術構建超越想象的虛擬與現實交融的閱讀世界。將實體場館復刻至云端，讀者可穿行線上的平行世界，亦可與數字人對話，為讀者提供了一個全新的閱讀體驗方式，讓讀者能夠盡情探索知識的無垠邊界[21]。

4.3 "閱讀推廣活動HCPS

在數字孿生圖書館中，可以在虛擬環境中模擬真實場景。通過模擬活動流程、預測活動效果，圖書館可以更有效地策劃和實施閱讀推廣活動。建立閱讀推廣活動模型需要收集和分析相關數據。這包括但不限于：讀者的閱讀習慣、興趣偏好、參與歷史等。通過這些數據，可以構建出讀者的個性化模型，為閱讀推廣活動提供精準的目標群體。利用閱讀推廣活動模型，一方面，圖書館可以在虛擬環境中模擬不同的閱讀推廣活動方案，通過評估進行選優。另一方面，通過模擬仿真，圖書館可以預測閱讀推廣活動的參與度和效果。并且，利用讀者的個性化模型可以進行精準的個性化服務等。

國家圖書館利用大數據嘗試對資源數據、用戶數據、業務數據、管理數據的處理和分析，充分挖掘各類大數據中所含的信息價值。比如：讀者年齡分布、讀者性別比例、讀者登錄次數分布、圖書借閱情況、文津搜索檢索詞全國分布情況、文津搜索檢索結果記錄及排序、文津搜索資源庫訪問情況等，在提升決策的科學化水平的同時，實現閱讀的精準推送[22]。

5 "結語

面向圖書館的人－信息－物理系統（HCPS）是圖書館發展研究的一種方案，它將人與信息、物理系統有機地結合在一起，通過賦能技術推動圖書館的發展，提升圖書館的使用效率和用戶體驗。當前，諸如AIGC和元宇宙等新技術為智慧圖書館的建設帶來了巨大的機遇，但同時也帶來了前所未有的挑戰。一方面，這些技術需要圖書館不斷更新其技術設備和人員技能，以適應快速發展的科技環境。另一方面，隨著數字化和虛擬化的深入推進，圖書館需要平衡好實體與虛擬服務的關系，確保為用戶提供全面而優質的知識服務。此外，如何利用新技術保護知識產權、維護數據安全、保障用戶隱私等問題也亟待解決。展望未來，基于元宇宙的全智慧圖書館將是圖書館發展的方向。下一步將以HCPS的理論為基礎，融合新一代賦能技術，尤其是AIGC技術，重點開展信息系統模型的建立與仿真方法研究，通過對圖書館系統的規劃設計、虛實融合仿真，揭示圖書館的運行規律，為各種決策和服務提供支持，推動圖書館的智慧化轉型，實現對用戶的智慧化服務。

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CITATION： LIU XunFang， DING RuoHong. Research on the Application of Human-cyber-physical System （HCPS） in Library[J]. Journal of Agricultural Big Data， 2024，6（3）： 424-432. DOI： 10.19788/j.issn.2096-6369.000016.

The Application of Human-cyber-physical System （HCPS） in Library

LIU XunFang*， DING RuoHong

Hebei Library， Shijiazhuang 050011， China

Abstract： The library HCPS consists of human， cyber system and physical system. To study the connotation of HCPS and the relationship between each component is helpful to find out the direction for the development of library. Through the analysis of the characteristics of early libraries， modern libraries and smart libraries， the HCPS theory is introduced into libraries， the evolution process of libraries is discussed based on the HCPS perspective， the characteristics and functions of HCPS in different stages of libraries are analyzed， the research framework and key research contents of HCPS in smart libraries are proposed， the enabling technologies that promote the development of libraries are analyzed， and the practical application and discussion of HCPS in smart libraries are carried out. The introduction and development of cyber systems have helped the development of libraries， and the key to establish HCPS in smart libraries is to carry out the research on the establishment and simulation methods of cyber system models. The application of HCPS in library is explored for the first time， and the concept and research framework proposed are still in the exploratory stage. Extensive interdisciplinary cooperation and exchanges are needed to enrich and refine the research content， methods and techniques of HCPS in library.

Keyworks： Library; Cyber System; HCPS