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        數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景研究

        2023-05-30 10:48:04郭玲
        河北科技圖苑 2023年1期
        關(guān)鍵詞:數(shù)字孿生圖書館

        摘要:數(shù)字孿生技術(shù)能夠提升圖書館智慧服務(wù)的精準(zhǔn)性、實效性和科學(xué)性。文章在分析數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)勢及圖書館智慧服務(wù)場景特征的基礎(chǔ)上,根據(jù)數(shù)字孿生賦能圖書館智慧服務(wù)場景的特征與基本要求,設(shè)計了數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景模型,最后結(jié)合實例從個性化資源應(yīng)用、交互式精準(zhǔn)推薦、情境交融的人文服務(wù)三個方面對數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景進行描述。

        關(guān)鍵詞:數(shù)字孿生;圖書館;智慧服務(wù)場景

        中圖分類號:G217.5?? 文獻標(biāo)識碼:A

        DOI:10.13897/j.cnki.hbkjty.2023.0010

        數(shù)字孿生(Digital Twins)最早由美國五角大樓提出,是對物理空間、現(xiàn)實世界和實體系統(tǒng)數(shù)字化的過程[1]。其在綜合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字傳感器和數(shù)字模擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上,能夠在數(shù)字世界映射出與現(xiàn)實空間或物理實體對應(yīng)的虛擬空間,能對現(xiàn)實世界和物理實體的變化情況在“虛擬世界”清晰反映出來[2]。當(dāng)前,數(shù)字孿生技術(shù)中包含的傳感器、數(shù)字仿真、數(shù)字模擬、實時定位、大數(shù)據(jù)分析、移動通信、人工智能在內(nèi)的技術(shù)機制被應(yīng)用于圖書館智慧服務(wù)中。與傳統(tǒng)的服務(wù)模式相比,圖書館“數(shù)字孿生體”更能精準(zhǔn)感知用戶的個性化需求,根據(jù)用戶的行為動態(tài)和閱讀偏好精準(zhǔn)匹配智慧服務(wù)場景,使用戶沉浸式閱讀、交互式學(xué)習(xí),帶給用戶更高效的智慧服務(wù)體驗。

        1 數(shù)字孿生技術(shù)與智慧服務(wù)場景概述

        1.1 數(shù)字孿生技術(shù)概述

        美國麻省理工大學(xué)智能研究院J.Peter認(rèn)為數(shù)字孿生技術(shù)是超越現(xiàn)實世界的技術(shù),借助多種復(fù)雜的數(shù)字仿真技術(shù)、數(shù)字模擬技術(shù)可以在虛擬空間完成實體空間映射,從而反映物理實體全生命周期活動[3]。龍玉江等(2022)認(rèn)為,數(shù)字孿生技術(shù)是融合了傳感、通信、數(shù)字仿真、數(shù)字控制等多領(lǐng)域技術(shù)成果的系統(tǒng)性工程,其目標(biāo)是基于數(shù)字智能和數(shù)據(jù)的虛擬仿真實現(xiàn)物理實體的多元化建模和全景鏡像[4]。宋學(xué)官等(2022)提出,數(shù)字孿生技術(shù)是基于物理模型、傳感器及運行歷史數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多領(lǐng)域、多物理量、多要素的數(shù)字仿真過程,將物理實體在數(shù)字虛擬空間映射,從而將對應(yīng)物理實體全生命周期動態(tài)化展現(xiàn)的過程[5]。毛子駿等(2021)在研究數(shù)字城市構(gòu)建過程提出,數(shù)字孿生技術(shù)是超越現(xiàn)實的過程,可以看作是單獨物理實體或多個密切聯(lián)系物理系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)[6]。向玉瓊(2021)認(rèn)為,數(shù)字孿生技術(shù)是一種數(shù)字化技術(shù)手段,以物理模型和數(shù)據(jù)模型的高度集成和融合為核心,通過在數(shù)字虛擬空間實時構(gòu)建“數(shù)字孿生體”進行數(shù)據(jù)整合,分析、模擬、預(yù)測、驗證物理實體全生命周期的技術(shù)機制,推進物理實體形成智能決策的優(yōu)化閉環(huán)[7]。徐子冰(2022)認(rèn)為,數(shù)字孿生是物理實體數(shù)據(jù)實時反饋與數(shù)字空間仿真建模交互的過程,需要應(yīng)用傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、無線射頻技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、實時定位技術(shù) 、移動通訊技術(shù)、數(shù)字仿真技術(shù)和數(shù)字模擬技術(shù)[8]。張新長等(2021)研究城市“數(shù)字孿生體”構(gòu)建過程中提出,傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)給數(shù)字孿生提供了數(shù)據(jù)支持,人工智能系統(tǒng)實現(xiàn)了“數(shù)字孿生體”與物理實體的實時交互,數(shù)字仿真和數(shù)字模擬技術(shù)構(gòu)建了物理實體的數(shù)字鏡像,無限射頻技術(shù)和實時定位技術(shù)使物理實體的位置變化數(shù)據(jù)實時更新,移動通訊技術(shù)讓多源數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián),實時共享,更精準(zhǔn)反饋出物理實體的全生命周期變化特征

        [9]。對于圖書館而言,數(shù)字孿生技術(shù)能促進圖書館構(gòu)建“數(shù)字孿生體”,在虛擬空間針對圖書館各物理實體要素形成數(shù)字化映射,針對不同的用戶群體智能匹配智慧服務(wù)場景,催生新的服務(wù)范式,提升圖書館智慧服務(wù)效能提升。

        1.2 數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景概述

        圖書館應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可針對不同用戶群體的需求匹配不同的智慧服務(wù)場景,一方面,通過對目標(biāo)用戶群體興趣習(xí)慣、行為偏好、社交網(wǎng)絡(luò)情況的動態(tài)分析,以標(biāo)簽集合的形式精準(zhǔn)、有效、科學(xué)地對目標(biāo)用戶群體的興趣特征描述、分析、記錄和存儲,依靠對用戶動態(tài)變化特征的精準(zhǔn)捕捉,實現(xiàn)對用戶服務(wù)需求的精準(zhǔn)定位,為不同用戶匹配智慧服務(wù)場景[10];另一方面,需要在虛擬空間實現(xiàn)對圖書館物理空間及運作流程的有效映射,借助數(shù)字鏡像實時分析與探查圖書館的動態(tài),以實現(xiàn)對各類數(shù)字資源、知識資源、館藏資源的精準(zhǔn)識別與標(biāo)記,為面向不同用戶匹配的智慧服務(wù)場景提供資源支持。值得注意的是,圖書館資源具有多樣化特征,受到資源數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的影響,圖書館資源識別與標(biāo)記的覆蓋范圍與精準(zhǔn)程度會存在較大差異。為保障面向用戶的智慧服務(wù)場景有足夠的資源支持,需要對圖書館資源的變動態(tài)勢和使用情況進行實時的數(shù)字映射,通過在虛擬空間建立與實體圖書館對應(yīng)的“數(shù)字孿生體”,使圖書館資源的變化態(tài)勢和使用情況實時反饋到虛擬空間,使智慧服務(wù)場景具有更豐富的內(nèi)容,滿足機構(gòu)的多元化需求。目前,包括高維仿生、模擬仿真、3D模擬在內(nèi)的數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)對圖書館物理實體空間的數(shù)字化映射和仿真模擬,可以將圖書館管理架構(gòu)、運轉(zhuǎn)流程、組織體系、功能部門及資源變化趨勢映射到“數(shù)字孿生體”上,給智慧服務(wù)場景提供了有效的資源支持,使數(shù)字孿生技術(shù)得到了更有效的應(yīng)用[11]。

        2 數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景設(shè)計

        面對用戶越來越多元化的學(xué)術(shù)服務(wù)和科研服務(wù)需求,圖書館需要結(jié)合用戶服務(wù)需求在數(shù)字虛擬空間構(gòu)建反映用戶行為動態(tài)和興趣偏好的數(shù)字鏡像模型,匹配更多元的智慧服務(wù)場景,提供更精準(zhǔn)、更智能、更多樣的學(xué)術(shù)科研服務(wù)。從當(dāng)前數(shù)字智能技術(shù)的應(yīng)用趨勢來看,數(shù)字孿生技術(shù)能增強圖書館的智慧服務(wù)功能,為機構(gòu)提供全景映射、全息模擬、虛實交互、智慧共享、泛在感知的“數(shù)字孿生空間”,構(gòu)建多種服務(wù)場景深度融合的智慧服務(wù)模式,滿足機構(gòu)快速變化的學(xué)術(shù)科研服務(wù)需求。

        2.1 數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景類型

        面向用戶的智慧服務(wù)場景可以劃分為三類:一是智慧空間服務(wù)場景。應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可以實現(xiàn)對圖書館物理空間的高維仿真,將圖書館物理空間映射到數(shù)字虛擬空間,建立圖書館的“數(shù)字孿生體”,實現(xiàn)圖書館物理空間的智慧管理。借助圖書館“數(shù)字孿生體”可以為用戶提供多類型和全學(xué)科領(lǐng)域的知識資源,能實現(xiàn)對用戶需求的精準(zhǔn)感知,嵌入到用戶學(xué)術(shù)科研的全過程,為用戶提供一站式智慧服務(wù)解決方案[12]。二是智慧學(xué)術(shù)和科研服務(wù)場景。數(shù)字孿生賦予了圖書館強大的數(shù)據(jù)采集與分析能力,能實現(xiàn)對用戶情境數(shù)據(jù)、動態(tài)信息、靜態(tài)數(shù)據(jù)的全面搜集,通過數(shù)字孿生系統(tǒng)中的智慧管理平臺,分析和預(yù)測用戶的學(xué)術(shù)和科研需求,從而實現(xiàn)學(xué)術(shù)資源和科研數(shù)據(jù)的個性化精準(zhǔn)推薦[13]。三是智慧導(dǎo)航服務(wù)場景?;跀?shù)字孿生技術(shù),圖書館可實現(xiàn)對其室內(nèi)空間的立體還原,通過建立數(shù)字三維模型,依靠可穿戴設(shè)備、移動終端、共享終端實現(xiàn)用戶習(xí)慣偏好的精準(zhǔn)識別與驗證,突破物理空間限制,建立虛實交融的智慧服務(wù)場景,實現(xiàn)用戶智慧服務(wù)與圖書館智能書架、智能座椅、門戶網(wǎng)站、館藏資源數(shù)據(jù)庫、門禁系統(tǒng)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的全景聯(lián)通,便于用戶借助移動客戶端的智慧導(dǎo)航系統(tǒng)在線瀏覽圖書館全景空間,便捷獲取數(shù)字資源[14]。

        2.2 數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景模型設(shè)計

        數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景的構(gòu)建與匹配,不僅需要大量算法工具的支持,更需要圖書館技術(shù)人員對用戶的個性化服務(wù)需求有充分的認(rèn)知,了解用戶的閱讀偏好和行為動態(tài),同時對智慧服務(wù)場景推薦的學(xué)術(shù)資源、科研數(shù)據(jù)和知識內(nèi)容也要有更專業(yè)的理解,這樣才能更加精準(zhǔn)、高效地針對用戶的需求精準(zhǔn)匹配智慧服務(wù)場景,從而提升圖書館智慧服務(wù)能力。筆者根據(jù)智慧服務(wù)場景的類型以及數(shù)字孿生技術(shù)的特點,構(gòu)建了數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景模型,如圖1所示。

        數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景模型可以劃分為物理實體層、數(shù)據(jù)驅(qū)動層、數(shù)字孿生仿真層、智慧場景應(yīng)用服務(wù)層四個部分。

        (1)物理實體層。該層是智慧服務(wù)場景模型的重要支持層,包括圖書館內(nèi)部實體空間的各類硬件設(shè)施、功能空間分布、實體館藏資源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、運行流程資源等。通過在圖書館內(nèi)部安裝各類傳感器設(shè)備建立包括用戶、館員、空間環(huán)境、資源全面交互的數(shù)字虛擬空間和資源服務(wù)實體[15]。物理實體層可依靠數(shù)字孿生系統(tǒng)對各類情境數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析,精準(zhǔn)感知圖書館內(nèi)部各要素變化態(tài)勢,為數(shù)字孿生體和智慧場景的構(gòu)建提供支持。

        (2)數(shù)據(jù)驅(qū)動層。這一層包括數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)分析兩個功能,是驅(qū)動智慧服務(wù)場景構(gòu)建與匹配的核心功能層。該層可通過各類傳感器設(shè)備、密集計算網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)協(xié)同的傳感計算技術(shù)和多元分布的移動云網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋機構(gòu)全場域和圖書館全空間的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)體系,針對機構(gòu)的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進行搜集、清洗、挖掘、治理,并建立圖書館“數(shù)字孿生體”進行全景虛擬映射,保障物理實體空間、智能設(shè)備、學(xué)科館員、智能終端實時交互映射、數(shù)字資源的動態(tài)分配和系統(tǒng)模塊自動化集成,實現(xiàn)雙向反饋。

        (3)數(shù)字孿生仿真層。該層是圖書館基于數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)智慧服務(wù)場景構(gòu)建與匹配的核心部分,具有高維建模、模擬仿真、知識可視化呈現(xiàn)及智慧管理等功能。該層主要由空間功能規(guī)劃、數(shù)據(jù)映射、場景建模、場景匹配、資源分配、數(shù)據(jù)加密管理等技術(shù)模型組成,通過對各類知識資源元數(shù)據(jù)分解,各類數(shù)據(jù)的解構(gòu)分析及用戶數(shù)據(jù)的多源融合實現(xiàn)物理實體層與“數(shù)字孿生體”間的多維交互與反饋,實現(xiàn)圖書館面向用戶智慧服務(wù)的全生命周期的管理。

        (4)智慧服務(wù)場景應(yīng)用層。智慧服務(wù)場景應(yīng)用層借助數(shù)字孿生技術(shù)、智能設(shè)備對用戶服務(wù)需求精準(zhǔn)感知、管理、預(yù)測、決策和精準(zhǔn)匹配場景,精準(zhǔn)感知和智慧分析用戶學(xué)術(shù)和科研需求,并通過用戶的動態(tài)數(shù)據(jù)實時掌握用戶需求的變化趨勢,根據(jù)學(xué)術(shù)科研發(fā)展態(tài)勢及變化趨勢,對用戶的資源獲取、科研咨詢、科技查新、學(xué)術(shù)問答快速匹配場景提供支持,并將“用戶—實體—空間—場景—服務(wù)”的全過程映射與交互,實現(xiàn)用戶智慧服務(wù)“數(shù)據(jù)—場景”的雙驅(qū)動。

        3 數(shù)字孿生賦能的圖書館智慧服務(wù)場景描述

        3.1 個性化的資源應(yīng)用服務(wù)場景

        以往的圖書館智慧服務(wù)場景,往往是圖書館占據(jù)主導(dǎo)地位。基于數(shù)字孿生的圖書館智慧服務(wù)場景能精準(zhǔn)映射圖書館物理實體空間,本質(zhì)是圖書館知識資源與智慧服務(wù)的虛實交互的服務(wù)體系。個性化的資源應(yīng)用服務(wù)場景則是將服務(wù)主導(dǎo)權(quán)從圖書館過渡到用戶,是完全根據(jù)用戶需求動態(tài)變化及精準(zhǔn)預(yù)測形成的場景化服務(wù)模式[16]。圖書館基于數(shù)字孿生模型和智慧服務(wù)場景模型,滿足用戶遠程進入及沉浸式體驗式的服務(wù)要求,依托“數(shù)字孿生體”感知用戶使用圖書館的動態(tài)變化趨勢和發(fā)展規(guī)律,實時把握用戶的變化狀態(tài),向用戶個性化推薦學(xué)科資源與科學(xué)數(shù)據(jù)。在實踐層面,國內(nèi)外一些圖書館針對個性化資源應(yīng)用服務(wù),依靠3D虛擬場景技術(shù)、沉浸式交互技術(shù)、VR/AR面向用戶建立沉浸式的服務(wù)交互場景,通過構(gòu)建知識圖譜實現(xiàn)各類資源的深度關(guān)聯(lián),通過全息投影,針對用戶服務(wù)需求將資源融入到多元化的場景,建立個性化的資源應(yīng)用服務(wù)場景。當(dāng)前,大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)基于機構(gòu)畫像的多類數(shù)據(jù)聚合與分析,能精準(zhǔn)預(yù)測用戶需求,三維模擬、虛擬現(xiàn)實技術(shù)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用到虛擬圖書館建設(shè),通過多感官混合識別技術(shù)對用戶多維特征統(tǒng)一識別分析,實現(xiàn)個性化資源應(yīng)用服務(wù)場景的“量身定制”。

        3.2 交互式的精準(zhǔn)推薦服務(wù)場景

        當(dāng)前,應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館具備了開展智慧場景服務(wù)的基礎(chǔ),但目前服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)形式都較為單一,缺乏有效的交互式精準(zhǔn)推薦服務(wù)場景。交互式的精準(zhǔn)推薦服務(wù)場景是指圖書館基于智慧服務(wù)場景模型為機構(gòu)提供多層次、多頻次、多主體的交互式精準(zhǔn)推薦服務(wù),依靠多元化服務(wù)場景為用戶提供豐富的資源支持。

        圖書館基于“數(shù)字孿生體”和“智慧服務(wù)場景模型”可以拓展交互服務(wù)渠道,從單一的資源供給、學(xué)科資源、科學(xué)數(shù)據(jù)獲取拓展到學(xué)科館員的全流程嵌入、學(xué)術(shù)答疑、決策支持、科研輔助等方面,可以將語音、圖像、知識可視化、視覺識別等交互終端集成到數(shù)字孿生系統(tǒng),使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)、自然語言處理等智能技術(shù),精準(zhǔn)捕捉用戶需求,實現(xiàn)用戶學(xué)術(shù)問答與數(shù)字孿生系統(tǒng)無障礙交流,并使用智能感知設(shè)備在“數(shù)字空間”和“實體空間”精準(zhǔn)推薦場景,為用戶提供多元化的學(xué)術(shù)科研服務(wù)。英國利物浦大學(xué)圖書館建立了數(shù)字孿生系統(tǒng),通過對學(xué)科資源的深度整合搭建了機構(gòu)知識庫,根據(jù)個性化推薦算法為汽車工程學(xué)院、力學(xué)研究所的科研人員實時匹配科研場景,精準(zhǔn)推薦學(xué)科資源。

        3.3 情景交融的人文服務(wù)場景

        與其他智能技術(shù)相比,數(shù)字孿生技術(shù)具有更強的人文屬性,在圖書館數(shù)字孿生空間智能系統(tǒng)會給用戶更多的人文幫扶。圖書館“數(shù)字孿生體”給用戶提供全時段、全領(lǐng)域、全學(xué)科的學(xué)術(shù)交流與科研探討空間,能針對不同用戶的學(xué)術(shù)交流和科研討論需求提供資源支持,并匹配多種人文服務(wù)場景。圖書館數(shù)字孿生空間可以針對用戶的學(xué)科態(tài)勢、研究領(lǐng)域、學(xué)術(shù)潛力分析,對學(xué)科的構(gòu)成和科研項目分布態(tài)勢精準(zhǔn)洞察,應(yīng)用情境感知技術(shù)對用戶的情境數(shù)據(jù)實時分析,快速定位用戶在不同研究態(tài)勢中的學(xué)科需求,根據(jù)用戶的科研動態(tài)快速匹配可供同領(lǐng)域?qū)W者討論交流的人文場景,使專家學(xué)者們在虛擬空間實時交流、實時探討,推進科研成果創(chuàng)新。同濟大學(xué)圖書館針對本校超導(dǎo)材料研究問題使用數(shù)字孿生系統(tǒng)搭建了“虛擬研究室”,邀請全球各個高校及研究機構(gòu)的材料專家進行沉浸式全景討論,共同推進超導(dǎo)材料領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)突破。

        4 結(jié)語

        數(shù)字孿生技術(shù)為圖書館智慧服務(wù)場景構(gòu)建、匹配和應(yīng)用賦予了新的動力,不僅能提高圖書館用戶需求識別的精準(zhǔn)度和清晰度,保障數(shù)字空間用戶的數(shù)字鏡像能實時高效反映用戶的靜態(tài)特征、動態(tài)特征和需求變化趨勢,而且使智慧服務(wù)場景模型具有更強的適應(yīng)性,推動圖書館智慧服務(wù)模式變革與創(chuàng)新。本研究在針對數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用特點的基礎(chǔ)上,建立圖書館智慧服務(wù)場景模型,從資源應(yīng)用服務(wù)、精準(zhǔn)推薦服務(wù)、人文服務(wù)三個方面描述了智慧服務(wù)場景的實際應(yīng)用,為圖書館提高智慧服務(wù)的精準(zhǔn)性、實效性和科學(xué)性提供借鑒。

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        作者簡介:

        郭玲(1986-),女,碩士,肥城市圖書館館員。研究方向:基層圖書館、閱讀推廣、智慧圖書館等。

        (收稿日期:2022-11-03 責(zé)任編輯:馬玉娟)

        Research on the Intelligent Service Scenarios

        of Library Enabled by Digital Twin

        Guo Ling

        Abstract:

        Digital twin technology can improve the accuracy, effectiveness and scientificity of library intelligent service.Based on the analysis of the advantages of digital twin technology and the characteristics of librarys intelligent service scenarios, according to the basic requirements and the characteristics of the intelligent service scenarios of library enabled by digital twin, this paper constructs a scenario model of library intelligent service enabled by digital twin. Finally, it describes the intelligent service scenarios of library enabled by digital twin from three aspects: personalized resource application, interactive precise recommendation, and humanistic service with context blending.

        Keywords:Digital Twins; Library; Smart Service Scenario

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