物联网环境下的智能图书馆构建与应用

梅成安

（珠海市斗门区图书馆，广东 珠海 519100）

物联网环境下的智能图书馆构建与应用

梅成安

（珠海市斗门区图书馆，广东 珠海 519100）

介绍了物联网的起源和特点，阐述了基于物联网环境下的智能图书馆概念及特征，并对系统架构及具体应用，如建筑管理、资源建设、智能服务与安全防护等进行初步的探索研究。同时对现阶段面临的问题和挑战做了相应的分析，为打造物联网环境下的智能图书馆提供一定的理论和实践借鉴。

物联网 智能图书馆 系统构架 具体应用 问题挑战

21世纪是智能革命的时代，随着现代通信技术的不断革新，我国图书馆正逐步向信息化、自动化和智能化方向发展。但作为信息资源的重要枢纽和集散地，仍有不少问题困扰着图书馆。信息查询获取日益便捷，而图书采购分类、借还、盘点和整架等传统工作仍停留在原始状态，人工效率低下，还有图书和建筑设备等资产的后续管理，难以安全监控和节能减排等。当前物联网成为继计算机和互联网之后的第三次浪潮。以物理层编码、射频识别及近距无线通信等技术，实现各种末端联网设施的直接管理控制，形成一个泛在网络下的统一系统[1]。其在图书馆中的应用可有效降低监管风险，节约人力资源，进一步推动图书馆的智能化发展。

1 物联网概述

物联网（The Internet of Things），即“物物相连的互联网”。源起于1995年比尔·盖茨在《未来之路》中的构想。而作为一个概念正式提出，则是国际电信联盟（ITU）2005年11月的突尼斯峰会。把物品及物品的相关信息连接并传递到互联网，从建筑到花木，从牙刷到纸巾，实现互联网信息的交换与管理。2009年IBM纽约理事会更推出“智慧地球”设想。目前比较公认的定义是，通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议，把任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理[2]。

物联网特点，①全面感知。用RFID和传感器等设备，即时感知，并采集信息。②可靠传递。通过无线通信与互联网络准确传递信息。③智能处理。以云计算及模糊识别类技术，对收集的庞大数据进行系统分析处理及智能化管控。

2 智能图书馆概念和特点

智能图书馆，简而言之，即图书馆+物联网+云计算+智慧化设备。利用先进的计算机技术，通过物联网芯片、RFID传感器及控制技术、无线和有线网络、防火墙与相关软件平台系统等，及全立体、多层次拓扑结构，集成构建一个智能化管理服务系统。让图书馆的建筑环境、设备资产、文献资源以及读者等因素“说话”，实时感知，获取数据，分析和处理，实现图书馆的一体化监控管理。为读者和图书馆员提供一个无处不在的智能化服务与管理平台环境。

智能图书馆具有3个特征：①沟通智能化。既可在互联网提供相关服务，亦可于物联网进行信息资源的互通与共享。②建筑智能化。馆内建筑、环境及附属机器设备等应用智能程序优化管控。如消防与安保、机房和阅览室的环境监测等。③服务智能化。具有管理和决策功能，可独立处理事务。

2006年7月，深圳图书馆新馆成为国内第一家采用RFID设备的图书馆。从文献采访、分编，到加工流通、典藏和读者证卡等流程中，RFID标签和阅读器取代原条码、磁条等传统设备[3]。其后国家图书馆、湖北图书馆和武汉大学图书馆等也相继使用。当然这种应用仅属初始阶段，离真正的智能图书馆尚有差距。

3 系统架构及应用解析

3.1 系统架构

智能图书馆的系统架构具有“感、联、知、控”特点（见图1），分3个层次。

感知层。仿佛智能图书馆的皮肤和五官，全方位感知度量。通过数据采集端，如RFID、智能手机和电脑、GPS、红外或激光扫描器等，给图书馆增加一层有“感觉”的皮肤。如温湿度传感器用于机房监控、RFID用于感知图书资源等，实现对物体对象的感知。

网络层。即智能图书馆的神经中枢和大脑，广泛互联互通。由互联网、公共无线或有线通信、各种私有网络、云计算及管理系统平台等组成。将采集的外部动态信息转化为数据，传到图书馆的数据处理中心，提供相应服务。

应用层。智能图书馆的实际应用，包括服务和管理。是网络层与用户（人、组织或其他系统）的接口。通过信息分析处理，实现人与人、人与物、物与物的对话，为读者和馆员构建一个智能化的服务管理平台。如馆藏文献的智能定位、地图导航、基于位置的信息推送、图书自助借阅、自动顺架和盘点、无人值守的安防及温湿度预警等。

图1 智能图书馆的系统结构

软件平台环境包括Java EE或.NET平台。系统模块分布于应用服务器、Web服务器和视频服务器。应用服务器的软件模块是系统核心，与RFID阅读器、服务平台、数据库等进行通信。Web服务器的软件模块提供用户具体服务，如Web提供PC访问、WAP提供手机访问。视频服务器主要是视频采集处理、存储播放、流媒体服务等。各服务器之间通过不同接口协同完成。

根据现有图书馆的业务流程，参考国内外类似系统的结构，基于物联网智能图书馆的应用管理应设计以下8个子系统：标签转换系统、自主借还系统、快速查询系统、智能盘点系统、智能分拣系统、安全门禁系统、楼宇环境监测系统和全天候自动还书系统等（见图2）。通过物联网高度融合，构建智能图书馆的应用管理及服务体系。

图2 智能图书馆应用管理子系统

3.2 具体应用解析

归纳体现在建筑管理、资源建设、智能服务及安全防护4个方面。

3.2.1 建筑管理

通过物联网的无线传感器，使传感网络与移动通信网络结合，对馆内楼宇建筑及各种机器设备实时远程监控，实现智能化管理。一是消防安全，工作人员看不到的安全隐患，通过RFID射频技术采集反馈信息，及时发现解决。二是环境监测，传感器与近距通讯相结合，监测空气中的有害物含量，如甲醛和CO2浓度等，自动通风消毒。调节温、湿、亮度及背景噪音，保障阅读环境的健康和舒适。三是馆内附属机器设备等，依智能优化程序运行保养和维护，节能减排。四是灯光控制。图书馆照明可以说是展示自身形象的名片，由系统控制中心通过GPRS发出信号，子网控制器接收，转为Zig-Bee信号传至每盏灯。这样可以进行整体或单灯控制，如定时、调光、亮灭及故障报警等操作。

3.2.2 资源建设

文献资源：随着物联网技术的发展，图书、报刊及光碟等出版时加贴RFID标签，记录书名、作者、出版社和价格信息。智能图书馆通过标签转换系统，将RFID标签转成数据文件，转入本馆数据库，加上馆藏地点，即可流通。通过读写器扫描区，修改标签馆藏信息，便能入库上架。

架位管理：一体化RFID标识有6大功能：架位采集、整理、图书装车、上架、统计、架位库管理。标签自动读写、识别、记录，配备图书分拣机和上架机，实现机械化装车上架，流通图书精准统计，并及时更新架位信息。同时避免错置，提高馆员工作效率。

馆藏盘点：使用传统条形码阅读机需近距且无物阻挡。盘点要闭馆，将书刊取下逐本扫描，耗时费力。而RFID盘点的优势在于远距非接触、快速多标签。只需手持阅读器，将书架文献资源横扫一遍，即可轻松读取。无需闭馆，时间灵活，准确无误。还可回传盘点记录，建立日志。

3.2.3 智能服务

图书定位导航：传统的文献定位只能精确到某个阅览室、专题文献库或类目。文献RFID标签与读者移动终端的GPS芯片和指南针相连，则可引寻馆藏精确到某个书架的某一层，并确定图书位置信息，测算距离和路线。如同车载GPS一样，将读者实时引领到书架前。

表1 RFID标签与条形码比较

位置推送服务：感知读者手机的所在位置，推送其感兴趣的信息。如在图书馆附近，能接收图书馆近期新书通报、馆内活动等服务信息。当走到某一书架范围时，会收到该架上的新书信息等。

快速自助借还：目前馆藏文献除光学条形码，还加贴安全磁条。RFID标签非接触自动识别，读者可自助借还，免去消磁和充磁麻烦。只需将借阅证和图书放在设备感应区，便可自动扫描识别读者和文献信息，确认完成，打印借阅清单，解除电子标签的安全侦测位元，图书即顺利通过检测门。读者还书亦然，系统会自动更新馆藏信息。实现人性化操作，一次可借还多本图书，不必排队，快捷方便。

深圳图书馆新馆自采用物联网RFID技术后，服务从“柜台”式转为“超市”式，实行24小时自助一站式全天候服务。读者到馆人数年均增加8倍，外借数量增加6倍。读者年均流量约360万人次，日均借还量1万本左右。

图书分类查找：将图书放在分类站，其类别、架位及馆藏地点等信息在系统中即可显示，效率大为提高。且可对特殊状况的图书区别标记，如已被预定等。不影响正常业务的情况下，还能轻易找到架上的图书，包括放置错误的文献。

读者需求采集：利用RFID标签及无线技术能对图书进行准确查重，了解图书借阅频率，实时动态获取和处理馆藏信息。通过对读者借阅图书的种类、位置、分布、流通及流向等的管理，有助于图书馆了解读者的知识阶构、阅读习惯、行为心理及需求情况，及时调整，开展个性化、多元化的服务，为图书馆采编、信息咨询和学科服务提供有效的决策信息。3.2.4 安全防护

远距门禁检测。图书馆原磁条防盗，但准确性低，容易消磁。RFID安全检测门可对电子标签文献自动扫描识别，采用声、光提示报警，同时拍照和影像提取，避免纠纷，达到监控防盗的目的，借阅管理和安全防遗漏流程不再脱节。

应急安全系统。前端监控，通过以太网接入。配置现场紧急告警按钮、语音广播点和LED。告警信号传入监控室，管理平台间集成联动，提供警点定位、视频弹出、录像与检索等。通过语音广播、LED及读者手机终端实时发布最新安防信息。

电子巡更系统。大型图书馆通常都配备一定数量的安保人员，定期巡更排查。将巡检信息钮安装在巡逻点位置，安保人员日常巡更时，手持巡检器逐点采集信息，然后回传给管理系统，从而记录整个巡更流程，便于规范管理。

4 智能图书馆构建关键及前景展望

4.1 成本和人力资源

首先是成本问题，即使局部物联网，也需较大投入。目前RFID标签价格在0.6～0.8美元之间，对于动辄数十万甚至上百万馆藏的图书馆是一笔不小的数目。再加上组建庞大的网络系统及设备，如RFID智能馆藏系统、读者自助借阅及还书设备、馆藏点检设备、智能检测系统、外围相关应用软件及读写器等[4]，成本投入将十分巨大。对于经济欠发达地区的图书馆，将是现阶段面临的最大问题。

其次是人力资源方面。图书馆应用物联网技术之后，原业务内容和流程的革新，使一些部门将失去存在价值，新的部门将应运而生。服务内容和方式将更加丰富和多样化。图书馆员须转变观念，不断培训学习，提升自我综合技能。不仅对流通各项工作要更深入了解，还需具有良好的网络和计算机知识，如对数据的深度挖掘、读者需求分析及服务内容拓展等[5]。这些需要一个循序渐进的过程，方能适应发展要求。

4.2 标准与技术问题

当前的物联网尚无统一标准。异构系统间的信息交换成本与质量均难以尽如人意。作为物联网基础，RFID和Zig-Bee关键技术、中间件及应用方案等还需完善。目前国内RFID以低频为主，超高频方始起步。云计算的公共智能服务也存在一些问题。此外，物联网与现有图书馆自动集成系统之间，前者是RFID电子标签，后者则为条形码和磁条。二者需在通信协议、接口和数据格式等方面进一步协调整合。

4.3 安全及隐私困扰

物联网的射频识别系统使得任一标签的标识或识别码都能在远程被扫描，并且不加区别地回应指令，自动将信息回传。跟踪读者行动，势必涉及生活习惯及偏好等隐私问题。用户隐私保护与信任管理是一个发展悖论。物联网环境下，图书馆文献、读者、资产和建筑环境等对象互联互通，其安全隐患难以避免。加之RFID的无线传播，信号可拦截撷取，必须信息加密，方可确保安全。

另外，RFID射频信号易受干扰，读写器与门禁系统的灵敏度降低。其波段属高频范围，对读者健康是否有一定影响尚不可知。电子标签被破坏后，对于破损的图书，馆员若不在第一时间接触，则难以判定是谁所为，自助还书系统也无法检验。

在物联网环境下，引入先进的前端感知等技术，将实现图书馆的又一次新的飞跃，推动图书馆走向智能化时代。虽然现阶段面临一些问题和挑战，但随着4G网络的普用，物联网技术的不断革新，智能图书馆乃必然之发展趋势。

[1]姚军.基于物联网的智慧图书馆服务与管理[J].移动通信，2012（11）：48-51.

[2]韩丽.物联网环境下的智慧图书馆发展与前景[J].现代情报，2012（5）：47-50.

[3]严栋.基于物联网的智慧图书馆[J].图书馆学刊，2010（7）：8-10.

[4]杨颖.物联网环境下的图书馆研究[J].情报探索，2012（10）：106-109.

[5]董晓霞,龚向阳.基于物联网的智能图书馆设计与实现[J].图书馆杂志，2011（3）：65-68.

梅成安男，1977年生。本科学历，馆员。研究方向：图书馆管理、读者服务。

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2013-12-20；责编：张欣。）