樊慧麗 邵 波

（1.南京大學圖書館 南京 210023；2.南京大學信息管理學院 南京 210023）

1 引言

機器人技術的日益成熟和普及，為智慧圖書館的理論研究與實踐帶來了新的機遇。智能機器人技術越來越多地被應用于圖書館建筑、管理和服務，以實現(xiàn)圖書館的智能化、智慧化和精準化服務。如何高效且經(jīng)常進行圖書盤點，及時更新圖書位置信息，準確知道每一本書的位置，是我們需要討論和解決的問題。將智能機器人技術引入圖書盤點管理，能夠有效改善圖書盤點現(xiàn)狀，提高讀者找書成功率。

目前，國內(nèi)外都有學者開展了關于機器人在圖書盤點管理方面的理論、技術和應用研究探索，主要涉及兩種技術實現(xiàn)方案：機器人與條形碼的組合、機器人與RFID技術的結合。已有研究主要為技術方案的理論研究，技術實現(xiàn)的實驗和應用研究，鮮有從實證分析的角度，與傳統(tǒng)圖書盤點實踐相比較，對智能機器人在圖書盤點方面的應用實踐效果進行探討。

筆者以圖書典藏管理技術發(fā)展為主線系統(tǒng)回顧圖書盤點技術發(fā)展歷程，以南京大學圖書館圖書盤點的創(chuàng)新實踐為例，對智能機器人圖書盤點進行實證分析，以研究智能機器人在哪些方面，在多大程度上能夠改善目前的圖書盤點現(xiàn)狀，并且探討智能機器人圖書盤點實踐工作中的局限以及未來的發(fā)展思考。

2 圖書盤點技術發(fā)展回顧

通過分析圖書盤點相關研究文獻發(fā)現(xiàn)，圖書盤點技術的發(fā)展演變，與圖書典藏管理技術的更迭換代密切相關。以圖書典藏管理技術的發(fā)展歷程為線索，以卡片目錄、條形碼、RFID標簽和機器人技術為主要節(jié)點，梳理圖書盤點技術的發(fā)展脈絡。

2.1 傳統(tǒng)手工盤點

卡片目錄時代，圖書的盤點完全依賴手工進行。清點卡片目錄能夠掌握圖書館藏總體情況，但是無法分析和判斷圖書的館藏狀態(tài)。最典型的情況是，卡片目錄與實際館藏存在出入，比如有書無目或者無書有目。進一步比對卡片目錄和實體館藏，可以發(fā)現(xiàn)卡片目錄與實際館藏不符的問題并予以糾正。但是，傳統(tǒng)的手工盤點方式相當?shù)托夜δ苡邢蕖?/p>

2.2 條形碼圖書盤點

條形碼是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達一組信息的圖形標識符。20世紀90年代之后,國內(nèi)圖書館相繼引入了自動化管理系統(tǒng)，條形碼技術也逐漸開始應用于圖書典藏管理。

條形碼圖書盤點技術，是通過條形碼采集設備讀取條碼信息，并與館藏記錄進行比對實現(xiàn)圖書盤點。在以往的圖書盤點實踐中，圖書館主要通過兩種方式進行盤點：①離線采集圖書條形碼信息，然后批量將圖書條碼采集信息與館藏數(shù)據(jù)庫信息比對；②利用圖書館管理系統(tǒng)的圖書清點模塊在線進行動態(tài)盤點。

條形碼技術在一定程度上解決了數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)采集的瓶頸問題。但是，條形碼圖書盤點是通過條形碼采集設備的近距光學識別采集條形碼信息，采集之前需要將書翻到條碼所在頁面，一次只能采集一本圖書的信息。數(shù)據(jù)采集過程中，由于搬書、翻書等操作，很容易導致漏掃、重掃以及架位順序的混亂。條形碼圖書盤點能夠掌握圖書的總體館藏狀況，按照圖書狀態(tài)進行分類匯總分析，但是不能識別判斷采集的圖書是否在正確的架位。

2.3 RFID圖書盤點

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，又稱無線射頻識別，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，識別系統(tǒng)與特定目標之間無需建立機械或光學接觸。RFID技術是一種快速、遠距離、非接觸式的自動識別技術，作為構建物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術越來越受到人們的關注，目前已成功應用于物流管理、電子政務等多個領域。

與條形碼相比，RFID標簽在標簽識別方面具有更加明顯的優(yōu)勢。20世紀90年代后期，新加坡國立圖書館開始RFID在圖書館的應用試驗，首開RFID技術在圖書館管理領域的應用先河。2006年，深圳圖書館、廈門集美大學等國內(nèi)圖書館開始研究部署RFID系統(tǒng)。利用RFID技術進行圖書盤點，一方面通過將圖書的架位信息錄入RFID系統(tǒng)，工作人員在日常巡架整架過程中就可以借助手持式閱讀器及時發(fā)現(xiàn)亂架的圖書，便于維持正常的書架秩序；另一方面可以實現(xiàn)館藏動態(tài)盤點，準確獲取圖書館藏狀態(tài)，在一定程度上簡化了圖書館的圖書盤點管理工作，使得盤點工作更為高效、簡單和方便[1-2]。

雖然RFID圖書盤點具有非接觸，同時掃描多本，識別圖書架位，簡便等優(yōu)勢，但是在圖書盤點過程中，依然需要工作人員手持RFID閱讀器逐排掃描書架。

2.4 智能機器人圖書盤點

智能機器人，能夠通過移動平臺和傳感器設備實現(xiàn)自主導航、定位和路徑規(guī)劃，且對周圍環(huán)境具有一定的感知能力。從現(xiàn)有的研究來看，利用機器人技術實現(xiàn)智能化圖書盤點的方式主要有兩種：①機器人攜帶條形碼閱讀器采集圖書信息，但需要條形碼貼在圖書外面，且在機器人可視范圍內(nèi)；②機器人攜帶RFID（或高頻RFID，超高頻RFID）閱讀器采集圖書信息。

2.4.1 機器人+條形碼

條形碼識別技術和機器人的結合為智能圖書盤點提供了一種可能。Thirumurugan J等論證了線跟蹤機器人在圖書館盤點系統(tǒng)中的應用，該機器人主要用于查找錯架的圖書，并且收集書架上所有圖書的信息[3]。

機器人通過采集條形碼信息來進行圖書盤點，需要所有圖書垂直擺放，所有圖書的條形碼是可見的，面向條碼閱讀器而且在同一個高度。但是，對于大多數(shù)圖書館，尤其是國內(nèi)圖書館而言，條形碼都貼在圖書里面，機器人無法直接讀取條形碼信息。因此，對于國內(nèi)圖書館來說，通過機器人技術與條形碼的結合進行圖書盤點基本上不具備可行性。

2.4.2 機器人+RFID技術

相比條形碼技術，RFID技術與機器人的結合是實現(xiàn)智能圖書盤點的更優(yōu)技術方案。一方面，RFID技術具有快速、遠距離、非接觸的特性，簡化了圖書信息的讀取；另一方面，RFID技術在精準定位方面具有一定的優(yōu)勢。

Ehrenberg I等進行了一個書架的小規(guī)模實驗，通過高頻RFID技術和移動機器人的結合進行圖書盤點管理，不僅能發(fā)現(xiàn)錯放的圖書，而且能識別圖書的架位順序[4]。但是，該實驗研究只是在可控的理想書架環(huán)境下進行，沒有進入真實的圖書館場景。

新加坡A*STAR資訊通信研究院的研究人員設計出了一款AuRoSS（Autonomous Robotic Shelf Scanning System）機器人，利用激光和超聲波自主導航，利用超聲波傳感器讓機器人自己檢測書架表面，并用它作為參考來規(guī)劃路徑，通過讀取RFID標簽來報告丟失或錯架圖書，圖書館工作人員可根據(jù)報告單整理相應的圖書區(qū)域[5]。但是，隨著超高頻RFID在圖書館領域的廣泛應用，將超高頻RFID技術和智能機器人進行結合已是大勢所趨，實時盤點數(shù)據(jù)基礎之上的創(chuàng)新服務也需要考慮。

國內(nèi)也有學者從理論研究的角度，探討RFID技術與圖書盤點機器人結合的可能性，并且從技術方案的角度，提出RFID圖書盤點智能機器人的結構設計以及關鍵技術[6]。但是，此項研究未涉及盤點機器人的技術實現(xiàn)和實踐應用。

利用機器人進行圖書盤點，具有無人值守，非接觸、高效等優(yōu)勢，可以突破傳統(tǒng)圖書盤點方式的瓶頸問題，比如人力、注意力、耐心、時間、設備、成本等，能夠使圖書盤點工作得到根本性的改善，也讓常規(guī)化的圖書盤點成為可能。已有的關于圖書盤點機器人的研究，主要是通過機器人與條形碼、RFID或高頻RFID的結合來實現(xiàn)圖書的智能盤點。就目前圖書館管理技術的發(fā)展來看，超高頻RFID與智能機器人的組合是進行圖書盤點更加可取的技術解決方案。因此，利用超高頻RFID技術和智能機器人進行圖書盤點創(chuàng)新實踐具有重要的理論研究和應用價值。

3 南京大學智能機器人圖書盤點創(chuàng)新實踐

南京大學圖書館歷史上曾進行過多次圖書盤點，或因為大規(guī)模的圖書搬遷，或因為小范圍的館藏地變更，或因為政策性的圖書資產(chǎn)清查。2016年，財政部發(fā)布《關于開展工2016年全國行政事業(yè)單位國有資產(chǎn)清查工作的通知》，南京大學圖書館根據(jù)學校固定資產(chǎn)清查工作的統(tǒng)一部署，在暑假期間進行了鼓樓和仙林兩個校區(qū)開放閱覽區(qū)域圖書的盤點工作。

現(xiàn)有的條件下，通過傳統(tǒng)方式進行大規(guī)模的圖書盤點還只能依賴人海戰(zhàn)術。2016年的圖書盤點采用閉館的方式，動員全館100多名館員在5天之內(nèi)對90多萬冊開架閱覽圖書進行盤點，條例碼數(shù)據(jù)采集設備包括條碼采集器和條碼掃描槍。

覽于傳統(tǒng)圖書盤點方式費時、耗力、低效、難以常態(tài)化等不足，以及圖書館管理服務中常見的用戶抱怨——“找不到書”，南京大學通過館系合作的方式自主研發(fā)了基于超高頻RFID技術的智能圖書盤點機器人系統(tǒng)[7]，實現(xiàn)圖書盤點工作的智能化和常態(tài)化。

3.1 基于超高頻RFID技術的智能機器人圖書盤點

3.1.1 超高頻RFID的環(huán)境部署

在超高頻RFID技術發(fā)展的初始階段，學術界曾對高頻RFID和超高頻RFID孰優(yōu)孰劣的問題進行過熱烈的討論。然而，隨著技術的日益成熟，相比高頻RFID而言，超高頻RFID具有更明顯的優(yōu)勢。香港城市大學的研究表明，超高頻RFID在標簽讀取速率、多標簽檢測、標簽檢測方向、自助借還機器的讀取范圍、防沖突等方面都優(yōu)于高頻RFID[8]。

對于智能圖書盤點而言，超高頻RFID技術與智能機器人的結合是一個更加可取的技術方案。南京大學自主研發(fā)了超高頻RFID技術，可實現(xiàn)圖書典藏粒度到每一本書，可以獲取每一層圖書的排列順序。在圖書館真實環(huán)境部署超高頻RFID，對杜廈圖書館外文閱覽室的圖書進行超高頻RFID標簽轉換，將RFID標簽嵌入圖書中，便于盤點機器人對圖書信息的準確讀取和圖書的準確定位。

3.1.2 智能圖書盤點機器人的工作模式[9-10]

2.開展系列活動。高職院校應通過開展系列活動，如在師德和業(yè)績上開展評優(yōu)評先活動，發(fā)揮優(yōu)秀教師的先鋒模范作用，使高職教師樹立正確的價值觀、教育觀、職業(yè)觀，將行業(yè)和企業(yè)的團結合作精神帶入學校，培養(yǎng)教師忠于職守［6］、愛校愛崗和無私奉獻的精神。同時，還可以讓教師組織各類創(chuàng)客空間，引導學生不斷創(chuàng)新，提高自身的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，滿足“雙創(chuàng)”時代的需求，促進科研成果的轉化。

在導航定位方面，智能圖書盤點機器人利用激光導航傳感器實現(xiàn)更加精確的定位導航，不需要改變現(xiàn)有的圖書館環(huán)境。激光導航傳感器通過發(fā)射和接受激光脈沖信號進行測距與定位，確定機器人的具體位置。智能圖書盤點機器人借助激光導航傳感器進行定位并自動規(guī)劃最優(yōu)路徑，從當前位置出發(fā)遍歷需要進行圖書盤點的書架，在行進過程中完成圖書盤點任務。

在圖書盤點方面，智能圖書盤點機器人通過可升降超高頻RFID讀寫天線逐排逐層讀取書架上的圖書RFID標簽信息，包括圖書RFID標簽的EPC號，RSSI值，讀取時間t。當機器人經(jīng)過一個書架時，通過可控式升降裝置和安裝在該裝置兩端的RFID天線同時盤點兩層圖書，作業(yè)完成后升降裝置將自動升高（或降低）一個單位距離繼續(xù)下一個盤點作業(yè)，循環(huán)往復直到完成所有盤點任務。

在圖書定位方面，對圖書盤點讀取到的數(shù)據(jù)進行清洗，建立訓練模型，根據(jù)模型識別每個圖書RFID標簽的位置順序，以此對圖書進行排序定位。利用RFID標簽信號的RSSI值能夠?qū)D書盤點的精度精確到每本書在一層書架中的順序，方便圖書館館員和讀者查找圖書。

在盤點時間方面，智能圖書盤點機器人不僅能夠在白天進行圖書盤點，夜間也可工作。智能機器人續(xù)航時間長達9小時，盤點過程中當電量不足時能夠自主充電，突破了傳統(tǒng)圖書盤點在時間方面的局限。

3.1.3 智能機器人的圖書盤點實踐效果

智能圖書盤點機器人歷經(jīng)數(shù)次迭代升級，在系統(tǒng)功能、結構設計、運行性能、外觀設計等方面都日臻完善，特別是在圖書的定位精度和讀取率方面。目前，在定位精度達到97%，漏讀率不超過1%的情況下，按照每次掃描兩層書架的工作模式，1臺智能盤點機器人每小時可以讀取1萬冊圖書的信息。智能圖書盤點機器人可以實時更新圖書位置信息，便于讀者通過查詢系統(tǒng)準確知道所需書籍的架位，提高找書成功率，而且在數(shù)據(jù)分析之后會生成丟失或錯架圖書的報告清單，方便管理人員后期進行圖書整理。利用智能機器人和超高頻RFID技術不僅實現(xiàn)了無人值守的高精度圖書盤點，而且在一定程度上顛覆了原有的嚴格按照索書號順序?qū)哪Ｊ健?/p>

3.2 智能機器人盤點圖書的優(yōu)勢

南京大學圖書館的智能圖書盤點實踐表明：與傳統(tǒng)圖書盤點方式相比較，智能機器人圖書盤點在盤點成本、盤點效率和準確率、盤點工作的常態(tài)化、創(chuàng)新服務等方面都具有一定的優(yōu)勢。

成本。雖然智能圖書盤點機器人需要初始的部署成本投入，但在成本效益方面比傳統(tǒng)圖書盤點方式更具有優(yōu)勢。2016年10月，北京中醫(yī)藥大學圖書資產(chǎn)清查項目的招標成交金額為18.9萬元，清查項目為13萬冊左右期刊，95萬冊左右圖書[11]。2016年暑假，南京大學圖書館對90多萬冊圖書進行了盤點，若計算人工費用，盤點成本也是相當可觀。最關鍵的是，傳統(tǒng)圖書盤點的成本支出都是一次性的，每執(zhí)行一次盤點都需要投入相應的成本。智能圖書盤點機器人的部署成本投入不是一次性，而是會持續(xù)發(fā)揮效益。從長遠來看，智能機器人圖書盤點在成本方面更具優(yōu)勢。

盤點效率與準確率。以南京大學圖書館圖書盤點為例，100多名館員參與，5天時間完成90多萬冊圖書盤點。由于盤點工作強度大，工作人員連續(xù)工作時間不能很長。新西蘭大學圖書館為了保證盤點的準確率，要求參與圖書盤點的都是熟練的工作人員，而且每次盤點最多持續(xù)1小時，以保持正常的注意力和專注度[12]。但是，智能圖書盤點機器人平均每小時盤點1萬冊，除了充電以外不需要休息，1臺機器人在相同的時間幾乎可以完成同等的工作量。在圖書盤點過程中，不管是圖書館館員，還是外包公司人員，都容易受到體力、耐心和注意力的影響，從而導致盤點準確率和效率的下降。而機器人不會受這些因素干擾，會不知疲倦且高效地進行圖書盤點。

盤點工作的常態(tài)化。傳統(tǒng)盤點模式下，圖書館圖書盤點工作的常態(tài)化很難實現(xiàn),鮮有圖書館定期進行常規(guī)性的圖書盤點，通常都是需要在閉館條件下進行。不像傳統(tǒng)的人工盤點那樣需要人海戰(zhàn)術，智能機器人可以自主導航，自主充電，圖書盤點過程不需要人工干預，不會影響正常的讀者服務。智能機器人圖書盤點，可以實現(xiàn)圖書盤點的常態(tài)化，且不影響圖書館的正常開放。

創(chuàng)新服務。通過智能機器人進行圖書盤點，能夠準確知道每一本書的位置。利用實時盤點數(shù)據(jù)，智能圖書盤點機器人可以為讀者提供智能尋書服務，通過超高頻RFID定位能夠規(guī)劃最優(yōu)路徑，引導讀者或館員找書。相關的手機APP、微信公眾平臺投入使用之后，也會幫助讀者規(guī)劃最短的找書路徑。

3.3 智能機器人盤點圖書的不足

盡管智能機器人圖書盤點具有無人值守、高效等優(yōu)勢，能夠?qū)崟r更新圖書位置信息，告知讀者所需圖書在書架的哪一層以及在該層的第幾本，甚至能提供智能尋書等創(chuàng)新服務，但是目前的智能機器人圖書盤點在以下兩個方面仍然存在一定的局限。

與館員互動協(xié)作尚存一定差距。以南京大學智能圖書盤點機器人為例，雖然目前的盤點模式能夠有效提高讀者找書成功率，但是從長遠來看，書架依然需要維持正常的秩序。因此，智能圖書盤點機器人除了提供數(shù)據(jù)分析報告外，還需要考慮工作過程中與館員的互動交流與協(xié)作。目前，一線館員比較難以掌握機器人的具體操作，與盤點機器人的互動協(xié)作需要依賴技術館員。

圖書館開放區(qū)域的機器人圖書盤點。目前，智能圖書盤點機器人雖然已經(jīng)應用于圖書館真實場景，但工作范圍還只是在固定的圖書館區(qū)域，在全館范圍內(nèi)甚至更加開放的區(qū)域投入應用，尚不能很好地適應沙發(fā)、桌椅等家具位置變動帶來的環(huán)境復雜性，同時在定位精度和漏讀率等方面還面臨一些挑戰(zhàn)，需要進一步改進機器人的機械裝置和系統(tǒng)性能。

4 總結與思考

南京大學智能圖書盤點機器人的實踐創(chuàng)新，是一個從理論研究到應用實踐探索，再到研究成果產(chǎn)品化的漸進成熟過程。通過館系合作的模式，能夠使機器人的研發(fā)更加貼近實際應用需求，有利于促進科研成果的轉化，推動機器人技術在圖書館管理與服務中的廣泛應用。智能圖書盤點機器人歷經(jīng)了最初的原型、1代、2代、直到2017年5月發(fā)布的第3代這樣一個迭代升級的過程，逐步完善機器人系統(tǒng)功能、運行性能、外觀設計、續(xù)航能力以及噪音控制等。

基于超高頻RFID技術的智能圖書盤點機器人是南京大學智慧圖書館二期的重要組成部分。一方面，智能圖書盤點機器人能夠高效、動態(tài)、實時盤點圖書，準確知道每一本書的準確位置，提高讀者找書成功率；另一方面，更加重要的是，利用實時盤點數(shù)據(jù)能夠為讀者提供精準的智能尋書服務。

筆者以南京大學圖書館的智能圖書盤點創(chuàng)新實踐為例，主要對智能機器人圖書盤點的實踐效果進行分析研究與思考，沒有深入涉及智能圖書盤點機器人管理系統(tǒng)的其他創(chuàng)新服務。智能機器人圖書盤點在成本、盤點效率和準確率、盤點工作常態(tài)化、創(chuàng)新服務等方面比傳統(tǒng)圖書盤點更具優(yōu)勢，但是在與館員的互動協(xié)作、圖書館復雜動態(tài)環(huán)境的適應方面依然面臨一些挑戰(zhàn)。

隨著智能機器人技術和超高頻RFID技術的成熟與應用，智能、動態(tài)、實時盤點將是圖書盤點的一個必然趨勢。在未來，智能機器人圖書盤點研究實踐需要思考以下三個方面：

圖書盤點機器人移動速度和盤點準確率的平衡。當機器人在更大區(qū)域范圍工作時，盤點速度和準確率必然會受到更大的挑戰(zhàn)。如何把握機器人移動速度和盤點準確率之間的最佳平衡點，如何更加高效且準確地進行圖書盤點，在技術層面和實踐層面都還需要進一步的探索和實踐。

人工智能與盤點機器人的結合。一方面，人與機器在同一工作環(huán)境中和諧相處，盤點機器人可以與館員和讀者進行社交互動；另一方面，讓機器人分身有術，夜間進行圖書盤點，白天變身服務機器人面向讀者提供智能咨詢、智能尋書等服務，甚至可以通過語音解析讀者請求幫助找書。

對圖書館原有典藏模式和尋書模式的顛覆。傳統(tǒng)的圖書管理模式下，管理和尋找圖書主要有兩種模式：索書號模式與流水號模式。這兩種模式都需要嚴格按照一定的順序來管理和尋找圖書，將智能機器人應用于圖書盤點，能夠?qū)崟r獲取圖書的準確架位信息，只要書在書架上就能夠找得到，而索書號或流水號對于查找圖書不再那么重要。從長遠來看，智能機器人圖書盤點在一定程度上可能會顛覆原有的圖書管理和尋書模式。

（來稿時間：2017年10月）