智慧图书馆研究与应用规划

王彦明

河南中医药大学　河南郑州　450046

图书馆建设

智慧图书馆研究与应用规划

王彦明

河南中医药大学河南郑州450046

智慧图书馆综合运用物联网、云计算、数据挖掘技术将建筑、设备、文献和用户连接，使它们相互感知，通过数据分析处理从大量数据中发现有用信息进行推送。国内外智慧图书馆研究侧重概念、内涵与特征、构成要素与体系结构。智慧图书馆研究与应用主要包括三方面。馆舍智慧化包括智慧环境控制、智慧节能减排、智慧空间布局；管理智慧化包括馆藏组织与揭示、设备感知管理、视频分析与人流管理、座位管理；服务智慧化包括智慧公共文化服务、智慧信息推送服务和智慧弱势群体服务。

智慧图书馆；智慧馆舍；智慧管理；智慧服务；研究；应用规划

传统图书馆通过手工方式对馆舍、藏书和馆员进行组织，向用户提供信息服务，典藏、流通部门工作量大，文献量的增长带来更多压力，很多图书馆运转困难。高峰期图书不能及时上架影响借阅效率，员工长期机械工作导致积极性下降。被动服务缺少多元化、个性化和现代化特征，造成读者到馆率低。智慧图书馆综合运用物联网、云计算、数据挖掘技术将建筑、设备、文献和用户连接，使它们相互感知，通过数据分析处理从大量数据中发现有用信息，并向读者推送。本文通过系统梳理国内外研究成果，提出完整的智慧图书馆研究和应用规划，以期促进智慧图书馆建设和发展。

1　国内外研究综述

1.1智慧图书馆概念、内涵与特征

国内一些学者如严栋、乌恩、赵晓芳、韩丽、王世伟等人对智慧图书馆产生背景进行详细论述，认为是物联网技术和“智慧地球”促使了智慧图书馆的产生。众多研究者认为，智慧图书馆由计算机网络设备、安全监控设备、RFID设备、智能书车和手持设备等硬件、系统数据库和应用数据库等软件以及相关集成设备组成，通过无线网络连接或数据拷贝方式进行数据交换，以一种更智慧的方法，通过新一代信息技术提高与用户信息交互的速度、明确性和灵活性，实现智慧馆舍、智慧服务和智慧管理[1]。其特征表现为建筑智慧化、资源海量化、存储无界化、结构联结化、环境深度感知、泛在互联互通以及更加人性和更加节约成本等。

1.2智慧图书馆构成要素与体系结构

要素与结构是智慧图书馆研究和应用的参考依据。国内在这方面有较多探讨。较简单的方法是将智慧图书馆分为智能设施、物联网技术与智慧服务，对应装备、技术、服务3个层次。上海交通大学图书馆提出资源、服务、技术、馆员、读者五要素，重庆大学提出“三库四系统”，三库指元数据库、运行库、数据仓库，四系统指全面图书馆管理系统、读者知识社区、文献搜索以及数据挖掘系统。董晓霞将智慧图书馆体系划分为感知层、网络层和应用层，感知层采集识别资源、读者、建筑、设备的信息，网络层对这些信息传递处理，应用层提供实际需要的各种应用。姚军等学者将智慧图书馆体系分为平台层、接口层、应用层和服务层。平台层提供基本运行环境，接口层提供RFID、短信、数据库和视频采集等各种接口，为应用层提供接口并与外部通信；应用层是各种应用的处理模块，包含安防、图书存放调度、环境监测、电子巡更、无线灯光控制等模块；服务层提供面向用户的具体服务，适合多种终端接入，方便用户和图书馆员使用[2]。

2　馆舍智慧化

2.1智慧环境控制

2011年上海交通大学与美国国家仪器公司合作设计国内首个图书馆室内环境监测与节能系统。基于物联网的图书馆室内环境综合检测与控制系统重点监测温度、湿度、气压、音响、噪声、自然光照明、人工照明、空气质量、用电、安防等有利于提升图书馆服务质量的感应与控制系统。通过硬件、软件系统设计与集成实现动态控制。系统软硬件设计与实现注重对原有设备的改造，保护先期投资。近期台湾聚众联合科技有限公司与广东星美灿照明科技有限公司联合进行新产品的研发、生产与销售。聚众联合公司拥有全球领先的无线网络型蓝牙智慧控制技术，方便地将连线、定位、资讯传递与监测植入智慧照明，其控制距离可达100米。通过室内外传感器采集温度、湿度、光照、风速、风向、雨量信号，转换成计算机和操作人员可以识别的量，由计算机进行处理，然后通过侧窗、风机、空调装置对图书馆环境进行调节。针对温湿度监控需求，将多传感器融合技术引入到智能监控系统中，建立基于支持向量机的多因子监控系统，并设计基于ZigBee协议的无线监控节点，为无线监控和智能控制提供技术支持[3]。

2.2智慧节能减排

住建部统计数据显示，每年国内新增建筑20亿平方米，99%属于高能耗建筑，单位面积能耗是发达国家的3倍。据统计全球21%温室气体来自楼宇。建筑能源管理系统(BEMS)通过收集、分析建筑能耗数据，提升、优化现有设备的运行控制策略，最终减少能源消费，整体降低建筑能耗[4]。基于物联网技术的建筑传感网根据设备特性对其进行分类，采用多目标、多策略用电与联合、全局节能控制技术[5]。建筑信息模型(BIM)以三维数字技术为基础，集成建筑工程项目中相关信息工程数据，包括地理、几何、空间关系以及建筑构件的材料、数量、面积、价格等，提供关于建筑的完整数据库，加快施工进度，用于绿色建筑全生命周期管理[6]。基于微处理器的楼宇节能控制系统采用红外传感器统计人员数量，使用光控模块采集光照度，通过微处理器实时采集人数和光照强度信号，然后进行数据处理和算法分析，实现楼宇照明灯具自动控制；同时采集电器状态信息，若状态为长时间待机，则自动切断电源，这种方法已经通过实验证明可以提高电能利用率[7]。基于ZigBee的智能楼宇节能控制方案以无线射频芯片和低功耗单片机作为系统传感器终端节点和路由器节点主控制芯片，通过无线传感网实时监测楼宇温湿度、光强以及人体红外等环境参数，以此优化楼宇空调和照明系统，实现低碳节能控制[8]。

2.3智慧空间布局

以往图书馆对阅览区的划分基于4种方式，一是按照学科，二是按照普通、科技人员、少年儿童等读者对象，三是按出版物如视听资料、缩微资料、光盘、报刊等，四是按开架、半开架、闭架的管理方式[9]。信息时代随着数字技术的广泛应用和智能化终端的普及，传统分类方法逐渐变得模糊，基于用户到馆目的和使用习惯的空间划分成为发展趋势。空间设计围绕读者休闲娱乐、社交与学习备考等具体活动。具体设计需要通过问卷调查、网络调查和实地调查等方法了解本馆读者需求，对藏书空间、活动空间、休闲空间比例进行分析，根据需求确定布局。

3　管理智慧化

3.1馆藏组织与揭示

近年来，国内外图书馆不断探索智能化技术的应用。例如，芝加哥大学曼索托图书馆运用智能技术建立机器人堆叠书库管理系统，以减少空间占用。西雅图图书馆在多媒体文献全面感知基础上将图书、DVD、CD等数据实时通过大屏幕分类显示。加拿大一些图书馆、博物馆和大学建立了智慧图书馆联盟，利用统一搜索引擎为读者提供一站式服务。澳大利亚新南威尔士大学运用“概念验证”理念探讨智能客户端程序在电子期刊归档中的应用。西班牙阿拉卡拉大学结合RFID与SIGUEME技术开发智能系统，使用户在众多书库与书架中以最短时间、最短路径找到所需文献。台湾和春技术学院探讨如何利用群体智能提高馆藏结构的智能化与人性化。香港大学和台湾中正大学等高校设计基于RFID的图书馆智能书架。“中兴大学”采用人工神经网络和数据挖掘技术将用户根据背景划分成多个集群并进行馆藏利用实验。“交通大学”分析读者检索和借阅记录，构建需求挖掘模型，提高利用馆藏资源的效率。智慧图书馆馆藏资源管理必须充分挖掘读者文化科技需求，采用物联网、云计算和虚拟现实技术进行资源组织与揭示，建设资源导航平台，直观、感性地展示馆藏特色与优势，提高馆藏资源利用效率。

3.2设备感知管理

RFID具有成本低、传输速度快、识别距离适中、抗干扰能力强等特点，在图书排架、身份识别、固定资产管理等领域具有较强应用优势。但其识读距离有限。Zigbee是一种低成本、低功耗、低速率、低复杂度以及自组网的双向无线通讯技术。虽然单个节点通讯距离有限，但通过自组网和简单灵活的节点部署可以将距离延伸到无限远[10]。将节点连接到传感与控制设备可承担设备监测及控制任务。融合Zigbee和RFID的图书馆物联网应用系统继承了RFID简单、快捷自动识别目标的特性，又融入了Zigbee主动感知与无线组网的功能，有利于构建精准、稳定的图书馆物联网感知应用系统。对图书馆计算机、网络设备、打印机和自助借还机等进行智慧化管理需要根据设备特点设计低功耗高性能的无线设备网络系统。具体包括中央控制器、主控芯片、传感器以及无线组网技术，从工作频段、传输速率、功耗、传输方式、连接能力等角度进行对比，简化设备安装布线，提高系统移动性、便携性、通用性、可扩展性以及远程管理能力[11,12]。

3.3视频分析与人流管理

传统图书馆视频监控作用是图书馆防盗、治安管理和规范读者行为等。随着摄像头安装数量增多，其管理价值不断提升。人工的视频监控逐渐被智能视频监控技术应运而生。智能视频监控需要更复杂的配套软件，通过计算机算法分析图像中用户行为。例如，出入口画面分析可以实现读者流量统计。通过建立人体行为特征库，采用时空分析方法、序列分析方法、层次化分析方法等识别、分析与理解读者行为，关键技术有鲁棒性背景建模、高效行为特征表达提取、三维人体姿态估计与重建等。而人脸识别系统采用人脸检测、跟踪、抓拍、评分实现目标跟踪，流程包括人脸采集、分析、布控与再识别，借助高配置的服务器可以根据监控画面中的人脸在上万读者信息库中迅速找到对应的人员[13]。图书馆引入智能视频监控有利于采集更加丰富的用户信息，实现更加精准与个性化的信息推送服务[14,15]。

3.4座位管理

井井有条的座位秩序是发挥图书馆自主学习功能的基础。随着入馆人数增多座位资源会变得紧张，有些高校馆临近考试占座现象严重。智能座位管理系统通过LED大屏、带触摸屏的计算机、一卡通读卡器，借助红外感应、视频监控、室内无线追踪等技术实现读者和空域座位感知管理，落实图书馆座位管理制度，提高座位利用效率。在相应位置安装传感器收集和发送人员、座位状态信息，汇聚到处理单元，在处理单元上设计安装管理软件，根据一定算法对座位和人员信息进行匹配管理，将结果在智能终端上显示。图书馆根据读者行为特征与习惯制定和调整座位管理规则，实现动态、高效和个性化的座位管理。

4　服务智慧化

4.1智慧公共文化服务

随着智慧图书馆建设走向成熟，国内外图书馆发展逐渐从重视技术走向重视服务。特别是一些公共图书馆非常重视智慧服务方法、内容的探索和实践，如“同城一卡通”、24小时自助图书馆、手机客户端、联合参考咨询以及全媒体阅读等。众多公共图书馆将为市民提供智慧公共文化服务作为未来的发展战略，积极应对，组建城市公共文化服务平台，支持智慧社区服务、智慧经济和智慧学习的建设和发展，为市民提供精确和智能的服务体验[16]。

4.2智慧信息推送服务

个性化服务是智慧图书馆服务的首要目标。国外许多图书馆如挪威国家汽车图书馆通过信息互联感知提供馆内外人员互动、文献借阅、音乐欣赏等多样化服务。韩国建国大学探索语境感应技术，研发基于上下文感知的信息服务模型，有效识别用户需求。信息技术条件下对读者个体特征的感知是实现个性化服务的基础。通过数据整合、过滤、汇总使原本孤立、琐碎的读者信息整合在一起，借助推送技术针对性的推送资源[17]。

4.3智慧弱势群体服务

弱势群体指在经济社会中处于弱势地位的人群，包括残障人群、贫困人群、农村留守人群、孤寡无业者以及进城务工人员等。这些人群经济能力差，生活质量低，在各种困难面前承受能力差。在创建和谐社会环境下是重点关注的对象，在图书馆服务中也是重点照顾的对象。智慧图书馆采用物联网、传感器和数据挖掘技术提升用户获取信息的体验感和效率，无论空间环境规划、功能区布局、馆藏资源建设还是服务方法选择都应该融入弱势群体服务。新兴技术的发展为图书股弱势群体服务带来了机遇。

5　结论与展望

随着国家和各级政府对文化与教育事业投入力度不断加大，国家、省市地方财政投入大量资金，智慧图书馆科研项目的立项快速增加。图书馆利用物联网、云计算以及数据挖掘等新兴技术能够改善读者体验，提高文献利用率，改善服务质量。通过在馆舍、管理、服务三方面加强智慧化建设，有望推动智慧图书馆建设全面开展，产生良好的社会效益。

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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

王彦明，硕士，馆员。

本文系河南中医药大学“科研苗圃工程”项目“智慧图书馆研究与应用示范”(编号：MP2015-43)研究成果。