王彥明

河南中醫(yī)藥大學(xué)　河南鄭州　450046

圖書館建設(shè)

智慧圖書館研究與應(yīng)用規(guī)劃

王彥明

河南中醫(yī)藥大學(xué)河南鄭州450046

智慧圖書館綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將建筑、設(shè)備、文獻和用戶連接，使它們相互感知，通過數(shù)據(jù)分析處理從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有用信息進行推送。國內(nèi)外智慧圖書館研究側(cè)重概念、內(nèi)涵與特征、構(gòu)成要素與體系結(jié)構(gòu)。智慧圖書館研究與應(yīng)用主要包括三方面。館舍智慧化包括智慧環(huán)境控制、智慧節(jié)能減排、智慧空間布局；管理智慧化包括館藏組織與揭示、設(shè)備感知管理、視頻分析與人流管理、座位管理；服務(wù)智慧化包括智慧公共文化服務(wù)、智慧信息推送服務(wù)和智慧弱勢群體服務(wù)。

智慧圖書館；智慧館舍；智慧管理；智慧服務(wù)；研究；應(yīng)用規(guī)劃

傳統(tǒng)圖書館通過手工方式對館舍、藏書和館員進行組織，向用戶提供信息服務(wù)，典藏、流通部門工作量大，文獻量的增長帶來更多壓力，很多圖書館運轉(zhuǎn)困難。高峰期圖書不能及時上架影響借閱效率，員工長期機械工作導(dǎo)致積極性下降。被動服務(wù)缺少多元化、個性化和現(xiàn)代化特征，造成讀者到館率低。智慧圖書館綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將建筑、設(shè)備、文獻和用戶連接，使它們相互感知，通過數(shù)據(jù)分析處理從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有用信息，并向讀者推送。本文通過系統(tǒng)梳理國內(nèi)外研究成果，提出完整的智慧圖書館研究和應(yīng)用規(guī)劃，以期促進智慧圖書館建設(shè)和發(fā)展。

1　國內(nèi)外研究綜述

1.1智慧圖書館概念、內(nèi)涵與特征

國內(nèi)一些學(xué)者如嚴棟、烏恩、趙曉芳、韓麗、王世偉等人對智慧圖書館產(chǎn)生背景進行詳細論述，認為是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和“智慧地球”促使了智慧圖書館的產(chǎn)生。眾多研究者認為，智慧圖書館由計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全監(jiān)控設(shè)備、RFID設(shè)備、智能書車和手持設(shè)備等硬件、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫等軟件以及相關(guān)集成設(shè)備組成，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接或數(shù)據(jù)拷貝方式進行數(shù)據(jù)交換，以一種更智慧的方法，通過新一代信息技術(shù)提高與用戶信息交互的速度、明確性和靈活性，實現(xiàn)智慧館舍、智慧服務(wù)和智慧管理[1]。其特征表現(xiàn)為建筑智慧化、資源海量化、存儲無界化、結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)化、環(huán)境深度感知、泛在互聯(lián)互通以及更加人性和更加節(jié)約成本等。

1.2智慧圖書館構(gòu)成要素與體系結(jié)構(gòu)

要素與結(jié)構(gòu)是智慧圖書館研究和應(yīng)用的參考依據(jù)。國內(nèi)在這方面有較多探討。較簡單的方法是將智慧圖書館分為智能設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧服務(wù)，對應(yīng)裝備、技術(shù)、服務(wù)3個層次。上海交通大學(xué)圖書館提出資源、服務(wù)、技術(shù)、館員、讀者五要素，重慶大學(xué)提出“三庫四系統(tǒng)”，三庫指元數(shù)據(jù)庫、運行庫、數(shù)據(jù)倉庫，四系統(tǒng)指全面圖書館管理系統(tǒng)、讀者知識社區(qū)、文獻搜索以及數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。董曉霞將智慧圖書館體系劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，感知層采集識別資源、讀者、建筑、設(shè)備的信息，網(wǎng)絡(luò)層對這些信息傳遞處理，應(yīng)用層提供實際需要的各種應(yīng)用。姚軍等學(xué)者將智慧圖書館體系分為平臺層、接口層、應(yīng)用層和服務(wù)層。平臺層提供基本運行環(huán)境，接口層提供RFID、短信、數(shù)據(jù)庫和視頻采集等各種接口，為應(yīng)用層提供接口并與外部通信；應(yīng)用層是各種應(yīng)用的處理模塊，包含安防、圖書存放調(diào)度、環(huán)境監(jiān)測、電子巡更、無線燈光控制等模塊；服務(wù)層提供面向用戶的具體服務(wù)，適合多種終端接入，方便用戶和圖書館員使用[2]。

2　館舍智慧化

2.1智慧環(huán)境控制

2011年上海交通大學(xué)與美國國家儀器公司合作設(shè)計國內(nèi)首個圖書館室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與節(jié)能系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)的圖書館室內(nèi)環(huán)境綜合檢測與控制系統(tǒng)重點監(jiān)測溫度、濕度、氣壓、音響、噪聲、自然光照明、人工照明、空氣質(zhì)量、用電、安防等有利于提升圖書館服務(wù)質(zhì)量的感應(yīng)與控制系統(tǒng)。通過硬件、軟件系統(tǒng)設(shè)計與集成實現(xiàn)動態(tài)控制。系統(tǒng)軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)注重對原有設(shè)備的改造，保護先期投資。近期臺灣聚眾聯(lián)合科技有限公司與廣東星美燦照明科技有限公司聯(lián)合進行新產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。聚眾聯(lián)合公司擁有全球領(lǐng)先的無線網(wǎng)絡(luò)型藍牙智慧控制技術(shù)，方便地將連線、定位、資訊傳遞與監(jiān)測植入智慧照明，其控制距離可達100米。通過室內(nèi)外傳感器采集溫度、濕度、光照、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量信號，轉(zhuǎn)換成計算機和操作人員可以識別的量，由計算機進行處理，然后通過側(cè)窗、風(fēng)機、空調(diào)裝置對圖書館環(huán)境進行調(diào)節(jié)。針對溫濕度監(jiān)控需求，將多傳感器融合技術(shù)引入到智能監(jiān)控系統(tǒng)中，建立基于支持向量機的多因子監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)計基于ZigBee協(xié)議的無線監(jiān)控節(jié)點，為無線監(jiān)控和智能控制提供技術(shù)支持[3]。

2.2智慧節(jié)能減排

住建部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，每年國內(nèi)新增建筑20億平方米，99%屬于高能耗建筑，單位面積能耗是發(fā)達國家的3倍。據(jù)統(tǒng)計全球21%溫室氣體來自樓宇。建筑能源管理系統(tǒng)(BEMS)通過收集、分析建筑能耗數(shù)據(jù)，提升、優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備的運行控制策略，最終減少能源消費，整體降低建筑能耗[4]。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑傳感網(wǎng)根據(jù)設(shè)備特性對其進行分類，采用多目標(biāo)、多策略用電與聯(lián)合、全局節(jié)能控制技術(shù)[5]。建筑信息模型(BIM)以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成建筑工程項目中相關(guān)信息工程數(shù)據(jù)，包括地理、幾何、空間關(guān)系以及建筑構(gòu)件的材料、數(shù)量、面積、價格等，提供關(guān)于建筑的完整數(shù)據(jù)庫，加快施工進度，用于綠色建筑全生命周期管理[6]。基于微處理器的樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)采用紅外傳感器統(tǒng)計人員數(shù)量，使用光控模塊采集光照度，通過微處理器實時采集人數(shù)和光照強度信號，然后進行數(shù)據(jù)處理和算法分析，實現(xiàn)樓宇照明燈具自動控制；同時采集電器狀態(tài)信息，若狀態(tài)為長時間待機，則自動切斷電源，這種方法已經(jīng)通過實驗證明可以提高電能利用率[7]。基于ZigBee的智能樓宇節(jié)能控制方案以無線射頻芯片和低功耗單片機作為系統(tǒng)傳感器終端節(jié)點和路由器節(jié)點主控制芯片，通過無線傳感網(wǎng)實時監(jiān)測樓宇溫濕度、光強以及人體紅外等環(huán)境參數(shù)，以此優(yōu)化樓宇空調(diào)和照明系統(tǒng)，實現(xiàn)低碳節(jié)能控制[8]。

2.3智慧空間布局

以往圖書館對閱覽區(qū)的劃分基于4種方式，一是按照學(xué)科，二是按照普通、科技人員、少年兒童等讀者對象，三是按出版物如視聽資料、縮微資料、光盤、報刊等，四是按開架、半開架、閉架的管理方式[9]。信息時代隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用和智能化終端的普及，傳統(tǒng)分類方法逐漸變得模糊，基于用戶到館目的和使用習(xí)慣的空間劃分成為發(fā)展趨勢?？臻g設(shè)計圍繞讀者休閑娛樂、社交與學(xué)習(xí)備考等具體活動。具體設(shè)計需要通過問卷調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)調(diào)查和實地調(diào)查等方法了解本館讀者需求，對藏書空間、活動空間、休閑空間比例進行分析，根據(jù)需求確定布局。

3　管理智慧化

3.1館藏組織與揭示

近年來，國內(nèi)外圖書館不斷探索智能化技術(shù)的應(yīng)用。例如，芝加哥大學(xué)曼索托圖書館運用智能技術(shù)建立機器人堆疊書庫管理系統(tǒng)，以減少空間占用。西雅圖圖書館在多媒體文獻全面感知基礎(chǔ)上將圖書、DVD、CD等數(shù)據(jù)實時通過大屏幕分類顯示。加拿大一些圖書館、博物館和大學(xué)建立了智慧圖書館聯(lián)盟，利用統(tǒng)一搜索引擎為讀者提供一站式服務(wù)。澳大利亞新南威爾士大學(xué)運用“概念驗證”理念探討智能客戶端程序在電子期刊歸檔中的應(yīng)用。西班牙阿拉卡拉大學(xué)結(jié)合RFID與SIGUEME技術(shù)開發(fā)智能系統(tǒng)，使用戶在眾多書庫與書架中以最短時間、最短路徑找到所需文獻。臺灣和春技術(shù)學(xué)院探討如何利用群體智能提高館藏結(jié)構(gòu)的智能化與人性化。香港大學(xué)和臺灣中正大學(xué)等高校設(shè)計基于RFID的圖書館智能書架?！爸信d大學(xué)”采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將用戶根據(jù)背景劃分成多個集群并進行館藏利用實驗?！敖煌ù髮W(xué)”分析讀者檢索和借閱記錄，構(gòu)建需求挖掘模型，提高利用館藏資源的效率。智慧圖書館館藏資源管理必須充分挖掘讀者文化科技需求，采用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行資源組織與揭示，建設(shè)資源導(dǎo)航平臺，直觀、感性地展示館藏特色與優(yōu)勢，提高館藏資源利用效率。

3.2設(shè)備感知管理

RFID具有成本低、傳輸速度快、識別距離適中、抗干擾能力強等特點，在圖書排架、身份識別、固定資產(chǎn)管理等領(lǐng)域具有較強應(yīng)用優(yōu)勢。但其識讀距離有限。Zigbee是一種低成本、低功耗、低速率、低復(fù)雜度以及自組網(wǎng)的雙向無線通訊技術(shù)。雖然單個節(jié)點通訊距離有限，但通過自組網(wǎng)和簡單靈活的節(jié)點部署可以將距離延伸到無限遠[10]。將節(jié)點連接到傳感與控制設(shè)備可承擔(dān)設(shè)備監(jiān)測及控制任務(wù)。融合Zigbee和RFID的圖書館物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)繼承了RFID簡單、快捷自動識別目標(biāo)的特性，又融入了Zigbee主動感知與無線組網(wǎng)的功能，有利于構(gòu)建精準、穩(wěn)定的圖書館物聯(lián)網(wǎng)感知應(yīng)用系統(tǒng)。對圖書館計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機和自助借還機等進行智慧化管理需要根據(jù)設(shè)備特點設(shè)計低功耗高性能的無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具體包括中央控制器、主控芯片、傳感器以及無線組網(wǎng)技術(shù)，從工作頻段、傳輸速率、功耗、傳輸方式、連接能力等角度進行對比，簡化設(shè)備安裝布線，提高系統(tǒng)移動性、便攜性、通用性、可擴展性以及遠程管理能力[11,12]。

3.3視頻分析與人流管理

傳統(tǒng)圖書館視頻監(jiān)控作用是圖書館防盜、治安管理和規(guī)范讀者行為等。隨著攝像頭安裝數(shù)量增多，其管理價值不斷提升。人工的視頻監(jiān)控逐漸被智能視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)運而生。智能視頻監(jiān)控需要更復(fù)雜的配套軟件，通過計算機算法分析圖像中用戶行為。例如，出入口畫面分析可以實現(xiàn)讀者流量統(tǒng)計。通過建立人體行為特征庫，采用時空分析方法、序列分析方法、層次化分析方法等識別、分析與理解讀者行為，關(guān)鍵技術(shù)有魯棒性背景建模、高效行為特征表達提取、三維人體姿態(tài)估計與重建等。而人臉識別系統(tǒng)采用人臉檢測、跟蹤、抓拍、評分實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤，流程包括人臉采集、分析、布控與再識別，借助高配置的服務(wù)器可以根據(jù)監(jiān)控畫面中的人臉在上萬讀者信息庫中迅速找到對應(yīng)的人員[13]。圖書館引入智能視頻監(jiān)控有利于采集更加豐富的用戶信息，實現(xiàn)更加精準與個性化的信息推送服務(wù)[14,15]。

3.4座位管理

井井有條的座位秩序是發(fā)揮圖書館自主學(xué)習(xí)功能的基礎(chǔ)。隨著入館人數(shù)增多座位資源會變得緊張，有些高校館臨近考試占座現(xiàn)象嚴重。智能座位管理系統(tǒng)通過LED大屏、帶觸摸屏的計算機、一卡通讀卡器，借助紅外感應(yīng)、視頻監(jiān)控、室內(nèi)無線追蹤等技術(shù)實現(xiàn)讀者和空域座位感知管理，落實圖書館座位管理制度，提高座位利用效率。在相應(yīng)位置安裝傳感器收集和發(fā)送人員、座位狀態(tài)信息，匯聚到處理單元，在處理單元上設(shè)計安裝管理軟件，根據(jù)一定算法對座位和人員信息進行匹配管理，將結(jié)果在智能終端上顯示。圖書館根據(jù)讀者行為特征與習(xí)慣制定和調(diào)整座位管理規(guī)則，實現(xiàn)動態(tài)、高效和個性化的座位管理。

4　服務(wù)智慧化

4.1智慧公共文化服務(wù)

隨著智慧圖書館建設(shè)走向成熟，國內(nèi)外圖書館發(fā)展逐漸從重視技術(shù)走向重視服務(wù)。特別是一些公共圖書館非常重視智慧服務(wù)方法、內(nèi)容的探索和實踐，如“同城一卡通”、24小時自助圖書館、手機客戶端、聯(lián)合參考咨詢以及全媒體閱讀等。眾多公共圖書館將為市民提供智慧公共文化服務(wù)作為未來的發(fā)展戰(zhàn)略，積極應(yīng)對，組建城市公共文化服務(wù)平臺，支持智慧社區(qū)服務(wù)、智慧經(jīng)濟和智慧學(xué)習(xí)的建設(shè)和發(fā)展，為市民提供精確和智能的服務(wù)體驗[16]。

4.2智慧信息推送服務(wù)

個性化服務(wù)是智慧圖書館服務(wù)的首要目標(biāo)。國外許多圖書館如挪威國家汽車圖書館通過信息互聯(lián)感知提供館內(nèi)外人員互動、文獻借閱、音樂欣賞等多樣化服務(wù)。韓國建國大學(xué)探索語境感應(yīng)技術(shù)，研發(fā)基于上下文感知的信息服務(wù)模型，有效識別用戶需求。信息技術(shù)條件下對讀者個體特征的感知是實現(xiàn)個性化服務(wù)的基礎(chǔ)。通過數(shù)據(jù)整合、過濾、匯總使原本孤立、瑣碎的讀者信息整合在一起，借助推送技術(shù)針對性的推送資源[17]。

4.3智慧弱勢群體服務(wù)

弱勢群體指在經(jīng)濟社會中處于弱勢地位的人群，包括殘障人群、貧困人群、農(nóng)村留守人群、孤寡無業(yè)者以及進城務(wù)工人員等。這些人群經(jīng)濟能力差，生活質(zhì)量低，在各種困難面前承受能力差。在創(chuàng)建和諧社會環(huán)境下是重點關(guān)注的對象，在圖書館服務(wù)中也是重點照顧的對象。智慧圖書館采用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提升用戶獲取信息的體驗感和效率，無論空間環(huán)境規(guī)劃、功能區(qū)布局、館藏資源建設(shè)還是服務(wù)方法選擇都應(yīng)該融入弱勢群體服務(wù)。新興技術(shù)的發(fā)展為圖書股弱勢群體服務(wù)帶來了機遇。

5　結(jié)論與展望

隨著國家和各級政府對文化與教育事業(yè)投入力度不斷加大，國家、省市地方財政投入大量資金，智慧圖書館科研項目的立項快速增加。圖書館利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及數(shù)據(jù)挖掘等新興技術(shù)能夠改善讀者體驗，提高文獻利用率，改善服務(wù)質(zhì)量。通過在館舍、管理、服務(wù)三方面加強智慧化建設(shè)，有望推動智慧圖書館建設(shè)全面開展，產(chǎn)生良好的社會效益。

[1] 王黎娟.國內(nèi)智慧圖書館研究綜述[J].河南圖書館學(xué)刊,2014,34(7):90-93．

[2] 李顯志,邵波.國內(nèi)智慧圖書館理論研究現(xiàn)狀分析與對策[J].圖書館雜志,2013,32(8):12-17.

[3] 王東.基于多傳感器融合的溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2012.

[4] 李正強.霧霾催熱建筑節(jié)能減排[N].中國質(zhì)量報,2014-01-03.

[5] 康賢軍,陳企楚.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能樓宇節(jié)能控制技術(shù)研究[C].2012年云南電力技術(shù)論壇.昆明:云南電網(wǎng)公司、云南省電機工程學(xué)會,2012,91.

[6] 張國華,郭敏,霍婕.BIM技術(shù)在綠色建筑全生命周期的應(yīng)用:以北京市某醫(yī)院建筑為例[J].智能建筑與城市信息,2015(12):82-84.

[7] 周克良,張明麗,劉太鋼.基于STM32F的企業(yè)樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制,2016,24(1):115-118.

[8] 王永皎,劉榮輝.基于ZigBee技術(shù)的智能樓宇節(jié)能控制系統(tǒng)[J].青島科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2014,35(1):73-77,81.

[9] 張澤東.基于信息時代下公共圖書館建筑空間分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(9):2342.

[10] 秦格輝.Zigbee 與RFID整合應(yīng)用研究:智慧圖書館感知網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計[J].圖書館論壇,2014(5):86-91,144.

[11] 劉曉東,戴青云,王美林.基于RFID的工程訓(xùn)練無線設(shè)備管理系統(tǒng)[J].微計算機信息,2009,25(14):197-198,218.

[12] 石瑞敏,楊兆建.網(wǎng)絡(luò)化礦井提升設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J/ OL].煤炭科學(xué)技術(shù).http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2402. TD.20150331.1524.020.html．

[13] 周美莎.城市的“火眼金睛”：大華推出平安城市人臉識別解決方案[J].智能建筑與智慧城市,2016(2):42.

[14] 李彤.智能視頻監(jiān)控下的多目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究[D].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2013.

[15] 盧穎斌,符琳.圖像識別在重要地段客流量統(tǒng)計分析中的應(yīng)用[J].智能建筑與城市信息,2015(11):87-89.

[16] 龔婭君．智慧圖書館公共文化服務(wù)平臺建設(shè)研究[J].圖書館工作與研究,2015(12):4-8.

[17] 常紅,田野,沙淑欣.圖書館信息推送服務(wù)用戶接受研究[J].圖書館論壇,2014,34(11):106-111.

Research and Application Project of Smart Library

Wang Yanming
Henan Universicity of Chinese Medicine, Zhengzhou, 450046, China

The smart library integrated use the technology of Internet of things, cloud computing and data mining to connect the building, equipment, document and user, make them have mutual perception and use data analysis processing to fnd useful information from large amounts of data to push. The research of smart library at home and abroad has focusing on the concept, connotation and characteristics, constituent elements and the architecture. The research and application of smart library mainly include three aspects. The smart builting of library include smart environmental control, smart energy conservation and greenhouse gases emission reduction and smart space layout. The smart management include organizing and revealing of the collection, equipment perception management, video analysis, traffc management and the seat management. The smart service of library include smart public cultural services, smart information push service and smart service of the vulnerable groups.

smart library; smart building; smart management; smart service; research; application project

2016-04-08

王彥明，碩士，館員。

本文系河南中醫(yī)藥大學(xué)“科研苗圃工程”項目“智慧圖書館研究與應(yīng)用示范”(編號：MP2015-43)研究成果。