基于Wi-Fi信號感知技術的圖書館特殊群體服務研究

摘要：特殊群體是圖書館用戶的重要組成部分，采用數字技術幫助特殊群體享受均等化的公共文化服務，是無障礙圖書館建設的重要部分。文章在介紹面向人機物融合的Wi-Fi信號感知技術的基礎上，梳理了其在圖書館特殊群體服務中的具體應用場景。Wi-Fi信號感知技術在圖書館特殊群體服務中具有很好的應用價值，但也存在一些弊端和問題需要進一步優化和解決，在多種技術的加持下突破服務壁壘，提高服務質量。

關鍵詞：Wi-Fi信號；感知；圖書館；特殊群體；服務

中圖分類號：G252" 文獻標志碼：A

基金項目：2023年度蘇州市圖書館學會研究項目；項目名稱：基于 Wi-Fi 信號感知技術的圖書館特殊群體服務研究；項目編號：23-B-06。2023年度蘇州大學工會理論研究課題項目；項目名稱：新媒體背景下智慧圖書館對工會信息化建設的啟迪與思考。

作者簡介：瞿冬霞（1986— ），女，館員，碩士；研究方向：智慧圖書館。

0" 引言

目前，國內圖書館特殊群體服務研究主要集中在4個方面：一是圖書館特殊群體宏觀理論研究［1-4］，主要從理論層面分析圖書館特殊群體服務，包括其重要性與必要性、存在的問題與面臨的困境、解決措施與方案，但大多數研究仍缺乏深層次的理論依據和科學技術方法的支撐；二是國外圖書館特殊群體服務研究綜述、實踐分析，介紹了國外圖書館弱勢群體服務的政策法規和基本舉措［5-8］，具有一定的參考與借鑒價值；三是圖書館對某一特定特殊群體類型開展服務的研究，包括農民工、老年人、兒童、殘疾人［9-12］；四是地方公共圖書館特殊群體服務的措施探討，包括南京圖書館、濟南市圖書館、重慶圖書館、吉林省圖書館、黑龍江省圖書館等多個省市級圖書館的服務實踐［13-17］。

由此可見，國內圖書館特殊群體服務的相關研究內容主要集中在對國外圖書館服務模式和國內圖書館服務實踐的介紹，尚未針對創新型服務展開深入研究。圖書館作為全體社會成員公平獲取文化權益的重要場所，在無障礙服務方面有著義不容辭的義務和責任，如何在現代信息技術的推動下實現圖書館的無障礙服務，是圖書館值得研究的課題。

近年來，隨著物聯網和人工智能等信息技術的不斷發展，人機物融合已是人工智能發展的主要方向。與此同時，持續增加的各種移動和邊緣設備加速了移動與普適計算領域的發展，人機物融合的場景應用中感知功能不斷深入，基于Wi-Fi信號的物聯網智能感知模式應運而生，可以實現人體行為的精準感知，在智慧城市、智慧終端、智慧家居、智慧醫療等領域有著廣泛應用。因此，本文提出了利用面向人機物融合的Wi-Fi信號感知技術，針對圖書館特殊群體服務需求，探索無障礙圖書館中Wi-Fi信號感知應用的價值和策略。

1" 面向人機物融合的Wi-Fi信號感知

物聯網環境中廣泛存在Wi-Fi信號，這些信號除了完成自身的“本職”工作外，還可以用來實現人機物融合下的感知功能。Wi-Fi信號感知是利用檢測目標對Wi-Fi信號產生的影響，通過分析Wi-Fi信號發生的變化得到感知目標情況。Wi-Fi信號密度非常高、覆蓋面又大，為實現無處不在的感知提供堅實的基礎。理論上Wi-Fi信號是沿直線傳播的，但是，實際上發射端發出Wi-Fi信號后，電磁波除了跟光一樣通過直線傳播，還會受到周圍環境與障礙物的影響發生反射、衍射、折射、散射等多種方式傳播，最終接收端接收的信號為多條路徑到達信號疊加形成的復合信號，這種現象被稱之為多徑傳播。這個過程中，感知目標的不同運動或環境的不同改變導致Wi-Fi信號的傳播路徑發生一定變化，這些變化會使得接收端復合信號的2大指標（接收信號強度（Received Signal Strength，RSS）和信道狀態信息（Channel State Information，CSI））產生不同的變化模式。在分析RSS和CSI變化模式的基礎上完成對人體行為的智能感知。RSS反映的是信號多徑傳播疊加后的信號強度，獲取較為簡單，因而只能提供單值信號描述，無法區別多徑信號，是一種粗粒度且受環境噪聲影響的信號指標。與RSS不同，CSI可以同時反映不同頻率下每條傳播路徑上信號的幅值和相位，可以區別多徑信號，也不容易受到環境噪聲的影響，是一種細粒度的信號指標。近年來，基于Wi-Fi信號的人體行為感知技術受到了學者的廣泛關注。早期基于Wi-Fi信號的感知技術主要集中于使用RSS信息，2000年Bahl等［18］提出了一個基于RSS信息進行室內定位的系統——Radar，這是第一次通過Wi-Fi信號對人體行為進行感知。隨著2011年提取CSI的CSI tool 工具的發布［19］，基于CSI信息的Wi-Fi感知成為無線感知的研究熱點。基于Wi-Fi信號的感知技術如雨后春筍般迅速發展，分別在睡眠檢測、呼吸檢測、摔倒檢測、手勢識別、Wi-Fi跳舞毯等方面得到應用。與基于光學、聲學、紅外等其他感知技術相比，Wi-Fi信號感知技術擁有不可匹及的優點。

（1）Wi-Fi信號感知是通過分析受到感知目標影響的Wi-Fi信號特征來實現感知目標情況，屬于被動感知范疇，不依賴于任何已知的信息。

（2）目前，Wi-Fi信號的工作頻段為2.4 GHz和5 GHz，擁有較強的信號繞射和穿墻能力，能夠沿非視距路徑傳播。

（3）Wi-Fi信號是電磁波信號的一種，在傳播過程中不受光線、溫度、濕度等外界因素的影響。

（4）隨著物聯網技術的快速發展，Wi-Fi信號的通信帶寬不斷擴大，而且天線數量也不斷增多，為擴大感知范圍和提高感知精度提供了可能。

（5）Wi-Fi信號不需要專門部署額外的設備，僅需借助普遍存在的物聯網設備（如信號收發、處理設備）即可完成感知功能。

（6）人機物融合場景下的泛在信號感知的重要要求之一就是盡量減少對人體的影響，Wi-Fi信號不需要調制光源，也不需要發出聲音，對人體不會產生影響。

2" Wi-Fi信號感知在圖書館特殊群體服務中的應用

特殊群體亦稱弱勢群體，主要是以老年人、殘疾人、未成年人及農民工等無法像正常群體獲取圖書館服務的人群。這類群體文化程度相對較低，存在一定的溝通障礙，且心理較為敏感和脆弱，在獲取信息服務的時候很容易遇到問題，但又羞于求助或難以表達，館員可能無法在第一時間發現特殊群體遇到的困難，并幫助其解決問題。而基于Wi-Fi信號的感知為解決這類問題提出了另一種思路。

2.1" 身份識別消除特殊群體入館壁壘

身份識別是指識別執行某個動作的人的身份，是行為識別的前提，可以實現用戶與動作的關聯或為用戶提供個體化的服務。目前，傳統的身份識別方式是基于密碼或者口令的方式，需要用戶記住設置好的文本，依賴于記憶，且容易發生密碼或口令被盜的情形。基于人臉、指紋、虹膜等生理生物特征的新型身份識別技術逐漸被用于實現更有效的身份識別。但是，這些方法都需要額外的設備，易受光照條件及障礙物等外界環境的影響，且容易侵犯用戶個人隱私，引起用戶心理或者生理的不適。綜上所述，這些身份識別方法對于特殊群體這類用戶來說實際使用情況并不友好。隨著廣大研究者對Wi-Fi信號感知技術的不斷探索，基于Wi-Fi信號的身份識別技術日趨成熟，為圖書館特殊群體的身份識別提供了新的技術手段。利用Wi-Fi信號識別人體行為時，不同用戶執行同一動作對Wi-Fi信號產生的影響也不盡相同，原因在于，每個用戶執行動作時，身體發生的變化不同且對信號產生的反射也不同，這種不同就可以用來識別特殊群體用戶的身份。例如，行走是人類最容易發生的行為之一，而且采集每個人的步態特征相對簡單，因此基于步態生理特征的身份識別是較為常見的識別手段。2021年提出的步態識別算法——TransferSense算法將Wi-Fi信號的幅度和相位信息相結合［20］，以獲得更多的特征信息，當識別人數為44個時，TransferSense的準確率超過了97%，其在大規模群體中具有較好的單目標識別能力及泛化能力。

2.2" 日常行為分析提高特殊群體用戶黏性

讀者日常行為活動是指讀者在圖書館經常發生的一些行為活動，如走路、借閱、看書等。讀者日常行為活動一般是指一些大幅度和粗粒度的活動。目前，無論是高校圖書館還是公共圖書館，館內部署的Wi-Fi熱點數量不斷增多，通過Wi-Fi感知技術能夠獲取圖書館內大量的數據和信息，基于這些數據和信息又可獲得讀者在圖書館的日常行為，并從中發現規律，從而提高圖書館讀者體驗的質量。

近年來，我國智慧圖書館的建設已見成效，從國家級圖書館、省級圖書館到市級圖書館，在智慧發展方式上都有著各自的特色。2019年正式開放的蘇州第二圖書館打造了多個智慧服務功能區，包括數字體驗館、音樂體驗館、蘇州文學館、設計圖書館、少年兒童圖書館等，其中數字體驗館有著十多個高科技體驗項目，如虛擬解說員、智能投影互動墻、3D立體書體驗、VR自由體驗區、瀑布流電子借閱屏等［21］。特殊群體如何在擁有眾多智慧功能的高科技圖書館中享受更好的服務體驗是現代化圖書館需要思考的一個問題，而Wi-Fi感知技術為這一問題提供了解決方法。利用Wi-Fi感知技術，收集特殊群體讀者的位置信息，獲取特殊群體讀者運動狀態，實時顯示不同區域的讀者密度分布，分析圖書館內不同樓層的讀者流量變化，通過讀者的行為軌跡來預測讀者的行為模式。同時，在分析特殊群體讀者的行為特征時，讀者在某一區域停留時間的長短，與其對該區域的興趣成正比。也就是說，讀者在某一區域停留的時間越長，其對這類區域的興趣就越大。特殊群體讀者的日常行為可以反映該類讀者對圖書館資源的利用情況以及圖書館的管理方式是否合理，對其進行深入研究能夠發現圖書館在特殊群體服務中存在的問題，進而提出相應的解決方案，提高特殊群體用戶黏性。研究特殊群體讀者行為不僅可以判斷圖書館的資源配置規劃是否科學合理，也可以幫助圖書館的管理人員更高效更合理的開展工作。了解特殊群體讀者的行為還有助于尋找圖書館的熱點、改善圖書館的安全和優化圖書館的服務。

2.3" 摔倒檢測保護特殊群體人身安全

隨著中國步入老齡化社會，老年人群體的數量快速增加。大多數老年人屬于獨居老人，兒女因為工作的原因大多不在身邊，老年人的健康安全也得不到保障。摔倒是威脅老年人生命的一大殺手，老年人一旦摔倒，容易出現骨折、臥床以及其他各種疾病的連鎖反應，更為甚者造成死亡，第一時間發現摔倒且得到及時的救治能夠減輕摔倒帶來的一系列不良后果。根據世界衛生組織統計，摔倒是造成老年人意外死亡的重要誘因，比高血壓、糖尿病等疾病的風險更大。因此，無論是在家中還是在圖書館等公共環境中，實時監測老年人的日常情況是保障老年人人身安全的一種重要手段。可穿戴式設備是現有摔倒檢測的一個常用方案，然而，由于老年人不愿意佩戴，可穿戴式設備的使用效果并不是很好。基于Wi-Fi信號的摔倒檢測無需佩戴任何設備，老年人可以像往常一樣生活，只需利用家里、圖書館等公眾場所布置的Wi-Fi設備即可實現摔倒的實時檢測，一旦出現摔倒，能夠及時救護，縮短摔倒后的救援時間，很大程度提高老年人的生存率。例如，Wang等［22］率先建立了基于Wi-Fi信號的摔倒檢測機制，通過采集CSI信息的變化，檢測摔倒的發生并及時報警，準確度可達87%。

2.4" 手語識別逾越特殊群體溝通鴻溝

手語是一種通過手勢動作傳達相關信息的自然語言，是聾啞人之間溝通和交流的方法，也是聾啞人獲取信息的重要方式。但是大部分正常人并不會使用手語亦不懂手語，聾啞人和正常人之間的溝通交流依舊存在無法逾越的障礙鴻溝。這導致在圖書館等公共場所，聾啞人與工作人員的溝通會遇到很大不便，造成聾啞人無法獲取自己真正想要的信息和服務。基于Wi-Fi的手語識別技術解決了這一難題，手語識別通過某些設備感知具體的手勢動作，并將其翻譯成正常人能夠理解的文字或者語音，實現聾啞人與正常人的交流。然而，手語表達的特殊性導致進行相應的捕獲存在一定難度。而且不同的人比劃同一個手勢動作都會存在細微差別，一些手語詞匯還存在手勢動作相近的問題，這些問題都增加了手語識別的難度。現有的手語識別技術較為復雜，需要額外提供裝置，并不方便聾啞人使用。同時，在使用過程中還存在手勢動作混淆判斷的問題，導致手語識別不準確，嚴重影響聾啞人與正常人的溝通。基于Wi-Fi信號的手語識別是一種精確捕獲和識別手勢的方法。不同的手勢動作會產生不同的CSI信號，對采集到的數據進行處理，從而獲得手語的相關信息，最終完成手語識別，能夠提高手語識別的準確度。例如，基于深度學習的CSI手語識別系統——SignFi將獲取的CSI信號輸入卷積神經網絡［23］，可以識別高達200多種的美國手語。

2.5" 情緒識別改善特殊群體服務體驗

情緒是人類的一種很重要的特征，心理學家認為在人類的日常交流中情緒能夠傳遞某些隱含信息。情緒會受到人的各種感覺、思想以及行為的影響，進而產生一系列的心理反應與生理反應。因此，情緒與人的心理狀態、生理狀態是密切相關的。通過情緒識別，獲得“察言觀色”的本領，這樣的本領能夠促進人與人之間的溝通交流，比如交談時對方對某些信息感興趣，或者對某些問題存有疑惑，或者對某種現象感到不滿，這樣的情緒反饋能夠讓人及時調整表達方式和內容。

常見的情緒識別方法一般分為基于非生理信號的情緒識別和基于生理信號的情緒識別。通常來說，基于非生理信號的識別方法主要是通過人臉和聲音的識別，即通過人體臉部特征的變化（包括眼球和眼瞼的運動等）、語音語調（說話的態度與口氣等）的變化來進行判斷。這種信號識別方法雖然操作簡單，但是因為有些人會采用偽裝臉部和聲音特征的方法來隱瞞自己的情緒，正常人通常無法識別這種偽裝，可靠性不高，而且這種信號識別方法并不適用于視障、聾啞等殘疾人。

基于生理信號的識別方法即從生理信號中提取出生理指標來識別情緒，人的生理指標包括呼吸、心跳等。這種方法不受人體的主觀因素影響，情緒識別的準確率較高，且基于Wi-Fi信號的情緒識別無需攜帶任何設備。圖書館服務于特殊群體時，如果特殊群體因為自卑等原因不愿意表達自己或者因為疾病等原因無法表達自己的需求時，工作人員可以根據特殊群體的情緒狀態，了解特殊群體的喜好，從而更好地開展服務，提高特殊群體的體驗感。例如，美國麻省理工學院研發的EQ-Radio利用Wi-Fi信號檢測人體的呼吸和心跳信息［24］，并通過深度學習方法識別出喜怒哀樂等多種情緒。

3" Wi-Fi信號感知應用存在的問題及對策

3.1" 強化數據安全進而保護用戶隱私

Wi-Fi信號感知技術的研究建立在人體特征提取的基礎上，會采集用戶的個人數據，而數據安全與隱私是當今社會面臨的重要問題，尤其在數字化時代，個人的數據面臨著更多的風險和威脅，可能存在以下幾個問題。

（1）數據泄露：個人的敏感信息可能會因為技術漏洞、內部失誤或者惡意攻擊而泄露，導致隱私權受到侵犯。

（2）數據濫用：一些組織或個人可能會濫用收集到的數據，違反用戶的隱私權，甚至用于不當用途，比如廣告定位、個人畫像分析等。

（3）第三方數據收集：很多網站和應用程序會收集用戶的個人數據，但用戶對于這些數據被如何使用并不清楚，這可能導致個人隱私權受到侵犯。

為了解決這些問題，高校圖書館可以采取以下措施。一是加強數據加密，對于存儲和傳輸的個人信息，采用加密技術，確保數據在傳輸和存儲過程中不易被竊取；二是建立嚴格的數據安全管理制度，包括數據訪問權限控制、數據備份與恢復、數據加密等；三是提高館員的數據安全意識和數據保護能力，可以聯合高校其他部門進行系列培訓講座，如邀請法學院老師開展相關法律法規的培訓以及計算機學院老師進行數據處理的指導，并加強對館員的監管和審計等工作。

3.2" 多源感知打破Wi-Fi感知的受限

盡管目前基于Wi-Fi信號的感知技術已有不少研究成果，但是Wi-Fi信號本身并不是為了實現無線感知而特地設計的，在具體應用過程中，真實世界的應用場景復雜程度較高且限制較多，Wi-Fi信號由于復雜的室內環境導致其傳播的多徑效應非常明顯，進而限制了感知技術的精度，無法完全滿足實際的應用需求。隨著感知技術的不斷發展，未來在不同的應用場景下可以采用多種不同類型的感知技術協作完成任務，通過多源數據的協同感知挖掘更深層次的信息，提高感知技術的識別率，彌補單源感知技術在普適性方面的不足。

未來元宇宙的愿景就是運用數字技術讓用戶在虛擬世界中實現現實世界的體驗，為了實現這種沉浸式的交互體驗，需要強大的感知能力，多源感知技術能夠獲取環境、用戶以及設備等多方面的數據，通過多模態感知網絡，解決感知數據的孤島問題，提高感知技術的范圍和精度，讓用戶體驗到更加智能、更加自然、更加高效的人機交互。

4" 結語

隨著Wi-Fi信號感知技術在圖書館的不斷應用與日臻完善，圖書館可以據此為特殊群體提供無差別的服務，使得特殊群體在社會主義事業發展的大局中實現平等、參與和共享，提升幸福感、獲得感和安全感，圖書館事業也將進入高質量發展階段，為國家的高質量發展貢獻一份力量。

參考文獻

［1］董娜.新常態下公共圖書館為弱勢群體服務的思考［J］.圖書館理論與實踐，2015（8）：72-74.

［2］馬風燕.免費開放形勢下圖書館對弱勢群體服務的再思考［J］.圖書館理論與實踐，2012（12）：125-127.

［3］徐秋.公共圖書館為弱勢群體服務的思考［J］.圖書館工作與研究，2011（9）：115-116.

［4］劉軍.公共圖書館應服務弱勢群體［J］.圖書館，2009（5）：125，127.

［5］李傳穎.英國圖書館特殊群體服務及其對我國的啟示［J］.情報理論與實踐，2016（10）：140-144，139.

［6］陳界.澳大利亞公共圖書館弱勢群體服務實踐研究［J］.圖書館學刊，2015（9）：140-142.

［7］王平，王春迎.美國公共圖書館弱勢群體服務實踐分析［J］.國家圖書館學刊，2014（4）：10-15.

［8］郝建南.國外圖書館弱勢群體服務制度略探［J］.圖書館，2011（4）：89-92.

［9］王申罡.弱勢群體社會融入視角下的公共文化服務：以公共圖書館農民工服務為例［J］.圖書館理論與實踐，2017（2）：1-4，19.

［10］劉巍，陳曉波.公共圖書館面向老年弱勢群體信息服務體系的構建［J］.情報科學，2012（7）：1003-1006.

［11］李梅.略論公共圖書館為少兒特殊群體的特殊服務［J］.圖書館理論與實踐，2012（4）：109-110.

［12］李紀英.公共圖書館弱勢群體特色服務的實踐與思索：以黔南州圖書館盲人特色服務為例［J］.國家圖書館學刊，2010（1）：80-81，92.

［13］徐鋒.公共圖書館加強弱勢群體服務探究：以南京圖書館為例［J］.河南圖書館學刊，2019（7）：19-20，33.

［14］王海，聶衛紅.公共圖書館為弱勢群體服務的思考：以濟南市圖書館為例［J］.山東圖書館學刊，2018（4）：71-74.

［15］曾婧，王祝康.公共圖書館在弱勢群體服務中引入志愿服務的思考：以重慶圖書館為例［J］.四川圖書館學報，2016（1）：42-45.

［16］龐璐.公共圖書館信息弱勢群體閱讀推廣服務探析：以吉林省圖書館為例［J］.河南圖書館學刊，2016（11）：13-14.

［17］林亞男.基于無障礙服務理念的公共圖書館弱勢群體服務實踐研究：以黑龍江省圖書館無障礙服務中心為例［J］.農業圖書情報學刊，2013（11）：157-159.

［18］BAHL P，PADMANABHAN V.RADAR：an in-building RF-based user location and tracking system［J］.IEEE INFOCOM，2000（2）：775-784.

［19］HALPERIN D，HU W，SHETH A，et al.Tool release［J］.ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2011（1）：53-53.

［20］BU Q R，MING X X，HU J Z，et al.TransferSense：towards environment independent and one-shot wifi sensing［J］.Personal and Ubiquitous Computing，2022（3）：555-573.

［21］中國江蘇網.蘇州第二圖書館10日開館 擁有大型智能化集成書庫.［EB/OL］.（2023-05-05）［2024-05-08］.https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1652042558425247435amp;wfr=spideramp;for=pc.

［22］WANG Y，WU K，NI L M.WiFall：device-free fall detection by wireless networks［J］.IEEE Transactions on Mobile Computing，2017（2）：581-594.

［23］MA Y S，ZHOU G，WANG S Q，et al.SignFi：sign language recognition using wifi［J］.Proceedings of the ACM on Interactive，Mobile，Wearable and Ubiquitous Technologies，2018（1）：1-21.

［24］ZHAO M M，ADIB F，KATABI D.Emotion recognition using wireless signals［J］.Communications of the ACM，2018（9）：91-100.

（編輯" "沈" 強）

Research on library special group service based on Wi-Fi signal sensing technology

QU" Dongxia， HU" Mengfan， XU" Xuguang

（Library， Soochow University， Suzhou 215006， China）

Abstract： Special groups are an important component of library users， and using digital technology to help these groups enjoy equal public cultural services is an important part of the construction of accessible libraries. On the basis of introducing Wi-Fi signal perception technology for human-machine object fusion， this article summarizes its specific application scenarios in library special group services. Wi-Fi signal sensing technology has great application value in library special group services， but there are also some drawbacks and problems that need to be further optimized and solved. With the support of various technologies， service barriers can be broken through to improve service quality.

Key words： Wi-Fi signal; sensing; library; special group; service