基于物联网关键技术的公共文化服务应用研究*

王宇鸽

（国家图书馆，北京10081）

1 引言

物联网（The Internet of Things）是通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，是在互联网的基础之上延伸和扩展的一种网络[1]。物联网是新一代信息技术的高度集成和综合应用，经过几年的发展，我国公共文化服务机构已经逐渐采用传感器、RFID等物联网相关技术，在监控管理和服务方面取得了比较好的成效，但目前物联网技术在公共文化服务行业中的应用范围相对比较窄，技术使用也比较单一。在应用上还存在建设和应用的高复杂性与高难度等诸多挑战。在物联网时代，在公共文化服务中物联网技术需要与云计算、大数据等相关技术相结合才能从真正意义上走向智慧应用，发挥物联网技术更大的价值，打造出真正无时不连接、无处不连接、无物不连接，真正改变人们的文化生活。

2 公共文化服务中的物联网技术应用分析

物联网技术可以将各种信息融入到公共文化服务机构，在人与人之间、人与机构（包括实体设备和虚拟空间）之间、人与资源之间、资源与资源之间、机构之间实现互通互联，人们在任何时间、任何地点，都能通过多种方式随心所欲地利用公共文化服务。未来公共文化机构借助物联网技术提供智慧化服务，要思考物联网技术在图书馆的应用，鉴于物联网涉及的关键技术较多，笔者只对以下物联网关键技术应用性进行分析。

2.1 射频识别RFID技术

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，它是一种使用射频信号来进行通信，以实现非接触式自动识别的技术[2]。该技术通过利用射频信号空间的电磁或电感耦合，来对目标对象进行识别跟踪。与广泛应用的条形码相比，它具有识别速度快、存储容量大、数据可更新、抗干扰能力强、读取距离远以及数据可加密等优点。国内外的高校和公共图书馆近年已经引入了RFID技术并投入了实际应用，取得了良好的经济和社会效益。但由于RFID标签的价格比较高昂并且技术要求也较高，国内公共文化服务机构并没有进行RFID标签的全面应用。未来随着RFID技术和5G技术、大数据、云计算技术的深入融合应用，大型图书馆、博物馆以及美术馆等机构可以通过RFID技术解决获取数据的困扰，利用RFID标签可以有效获取读者阅读书籍的内容数据以及游客在博物馆等地的浏览情况，以便公共文化服务机构对用户的服务体验做出相关分析和调整，通过RFID技术在为读者提供高效便捷的自助式服务同时，也可以对所有馆藏图书或藏品进行快速、准确的盘点，将在公共文化服务机构中的藏品管理、架位导航和自动分拣方面将发挥很大的作用。

2.2 5G技术

5G是第五代移动通信技术的简称，指超高传输率、低延迟、支持大规模高密度高速度设备连接并具有高可靠性的新一代蜂窝移动通信技术，即目前正普及的主流4G技术之后的下一代技术。它带来超越光纤的传输速度（Mobile BeyondGiga），超越工业总线的实时能力（Real-Time World）以及全空间的连接（All-Online Everywhere）。5G技术让智能的万物能够互联，实现了大规模机器间的相互通信，未来它将和大数据、云计算、人工智能等技术融合改变公共文化服务模式。同时借助5G与VR、AR、裸眼3D、多屏多点触控交互、语音互动技术、体感传感技术等新一代显示和交互技术的融合应用，将彻底颠覆公共文化服务人机交互模式[6]。

2.3 二维码技术

二维码技术在互联网行业以及其他服务行业的应用已经非常成熟，在公共文化服务领域开展的也是相对较早，而且到目前为止，普及度相对较高，已经广泛应用到公共文化很多方面，如公共图书馆、博物馆、展览馆等对自身的形象宣传、服务宣传和推广、文献信息资源推荐、讲座报告信息传递等，这样用户所获取的公共文化相关信息必然是有限的，并且要保证信息的时效性[7]。

2.4 NFC技术

目前NFC技术在公共文化领域开展得比较晚，而且应用普及性比较差，但是NFC技术在公共文化领域拥有广泛的应用前景。如获取公共文化服务信息方面，在图书馆、文化馆等公共场所的活动海报上加入NFC标签，用户用自己的手机轻触海报就可以读取并记录海报上的信息，并获取讲座活动的相关信息；在博物馆，游客可以通过手机轻触文物的NFC标签获取该文物的详细介绍；在图书馆的阅览室，读者靠近图书的NFC标签，便可以获取图书的相关介绍、作者简介以及资源的推荐。除了信息的推送，NFC技术还可以用于身份识别、通过触碰连接WIFI网络以及自助借还书和自助付费，为用户带来极大的便利。NFC技术不但可以提高图书和藏品的利用率，还可以在读者身份识别和支付、智能导航、馆藏编目和流通中发挥它自身的优势。随着NFC手机的普及、部署以及技术的成熟，NFC技术一定会使公共文化服务更加便捷、高效、智能。目前这项技术在我国的公共文化服务领域应用的还比较少，其主要原因在于智能手机NFC模块的统一以及NFC设备使用标准的统一[8]。

2.5 虚拟现实

在公共文化服务领域，虚拟现实技术应用的还比较少，可以应用的领域主要涉及到阅读和展览方面，如在数字阅读方面，可以让阅读增加更多乐趣。例如图书馆可以选一些热门而且受读者欢迎的图书（尤其是少儿图书），将书里有趣的图片等资源制作成3D集成在图书馆的APP（手机客户端）中，当读者阅读到这一页会有提示，当他使用手机或者PAD的摄像头扫描图片，这些图片丰富的3D模型或者动态视频就可以展示在手持设备的屏幕中，这样便极大地丰富了阅读的趣味性。另一方面还可以应用在公共文化服务的展览展示方面，让展示的古籍、古董的资料呈现在手机里。虚拟现实技术的最大优势就是把平面或者无法看到的资源（图像、文物等）还原为更真实的效果，“让收藏在禁宫里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都活起来”。

2.6 可穿戴技术

可穿戴技术作为具有强烈“人类感知”能力的新技术，是用户可以直观使用和体会到的物联网技术，目前在公共文化领域还没有得到应用。但是该技术作为物联网重要技术之一，一旦在公共文化服务领域得到应用，将大幅度提高用户的体验效果，提升公共文化服务的个性化服务和知识化服务。目前常见的可穿戴设备有智能眼镜、智能手表、智能笔记本（笔）等，类似的设备在文化领域首先可以为使用者提供更多的资源、信息、知识服务，如佩戴智能眼镜的用户或读者在文化服务场馆或图书馆可以获取到他视线里相应文物、图书等相关的资料信息以及知识化服务；而智能笔记本（笔）则可以协助来阅览室看书的读者记录读书笔记，并将笔记内容上传到手机，这样既提高了读者使用图书馆的效率，又避免了图书馆图书的损耗[9]。

2.7 大数据技术

关于大数据在公共文化领域的应用研究已经非常丰富，尤其是在图书馆行业，应用模式以及相关技术的使用方式也已经比较成熟，但是由于投入比较大，在国内公共文化服务领域的应用还比较少，目前地方图书馆有一些实验性项目，国家图书馆的“文津搜索系统”以及实验性项目数据管理与分析系统也使用了大数据的相关技术。在公共文化物联网的数据应用层，大数据技术需要结合物联网感知层RFID、NFC等芯片的采集能力获取大量数据，如图书馆读者阅读行为数据与资源（图书）数据相结合；文化馆、展览馆使用行为数据等，当这些数据汇聚、关联在一起，通过使用大数据技术得到的分析结果，则可以对公共文化服务进行资源优化配置，对业务产生帮助。

3 公共图书馆中物联网的应用体系

公共图书馆是公共文化服务的重要阵地，目前我国物联网技术在图书馆中应用已经不少，但是形成整体的智慧型图书馆尚在探索阶段，笔者以全国公共图书馆为立足点，研究物联网技术在公共图书馆服务中的应用体系，以期实现物联传感网络与数据通信网络的结合，推进公共图书馆向智慧图书馆发展。

3.1 物联网在图书馆应用体系架构

图1 物联网在图书馆的应用体系架构

围绕着物联网中最核心的“物”和“人”的关系，以及感知、传输、保存、应用管理等各环节的物理和逻辑属性，在架构上设计为4个层级，分别为感知层、网络层、数据层和应用层。在这个体系架构中，标准规范、网络安全、通信协议、融合技术是整个体系的支撑，它们贯穿整个体系架构各个层。

感知层是物联网的感觉器官，以传感器为基础，负责信息的收集。主要功能是把“物”标识成为“智能物”，以便于系统对物体的信息进行采集。采集的信息可以是文献资料、数据资源等信息，也可以是图书馆运行状态或用户需求等。这一层需要利用传感器融合技术对这些多源异构的感知数据进行融合。

网络层是神经中枢，将感知层获取到的信息，安全可靠地传输，实现人与物，物与物之间随时随地的通信。每种网络都有自己的特点和应用场景，互相组合才能发挥出最大的作用，在实际应用中采用三网融合、M2M通信等技术，将原来平行、独立的各种网络形式进行有机的融合。

数据层采用分布式存储的方式，在实际应用中，基于Hadoop的技术扩展和封装，用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，提高系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。

应用层就是物联网的大脑。它可以对数据层的数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现对物理世界的实时控制、精确管理、科学分析和辅助决策。应用层面向各种智能终端提供的服务，主要包括智慧监控、智慧服务、智慧管理和辅助决策4个部分。

在物联网的体系架构中，标准规范、通信协议、网络安全、融合技术在物联网应用中起到共性支撑作用。图书馆建设物联网需要遵从各种相关的标准规范，物联网标准包含体系架构、网络、应用等各个方面，涉及ITU、ISO/IEC、oneM2M、3GPP、IEEE及各行业标准化组织。在物联网领域，技术标准体系极其复杂，很多相关技术标准还未能达到标准的统一，建议物联网图书馆标准规范体系应依据物联网图书馆应用体系架构的逻辑层次为主线进行构建。目前物联网在通信中比较常见的通讯协议包括:HTTP、WEBSOKET、XMPP、COAP和MQTT。本设计架构倾向于采用MQTT协议。在公共图书馆的物联网应用中，建议采用需要适合的融合机制，将不同功能的物联网应用融合在一起，实现异构系统之间的信息交互[10]。

3.2 基于物联网的图书馆服务模式

基于3.1物联网的公共图书馆服务体系架构，利用RFID、生物识别、无线传输、云计算、大数据等物联网技术手段，将图书馆服务载体从传统文献扩展至计算机、手机、手持阅读器、电子触摸屏、可穿戴设备等多种服务终端；将资源传输通道从单一的到馆服务扩展到以互联网、移动网、广电网等多网融合的全方位立体化连接方式；采用融合技术对多种来源不同服务终端的物联网信息进行融合处理，最终将提供传统文献借阅服务扩展为涵盖远程资源访问、移动服务、自助借还、智能架位导航等的智能服务形式；将服务受众面拓展到除普通大众外的政府机关、老年人、残疾人、少年儿童等特殊人群。未来手机、电脑、可穿戴设备、PAD、RFID装置、红外感应器、定位系统、激光扫描器等设备都不再独立存在，而是将各种感知终端设备组成庞大的互通网络，实时对图书馆纸质资源、电子资源、图书馆运行状态以及用户需求等信息进行深度感知测量，并进行智能分析和服务融合，更好地服务读者。通过各种智能化、泛在化、均等化的服务系统形成了“服务高效、广泛互联、以人为本、无所不在”的服务体系，扩展了传统图书馆的功能，打破传统服务的局限性。从战略上推动图书馆从传统图书馆到智慧图书馆的转型，形成全新的基于物联网的图书馆服务模式。

3.3 基于物联网的图书馆管理模式

基于物联网的图书馆管理模式主要体现在图书馆业务流程高效化、馆舍管理智能化、安全管理智能化等方面。

业务流程高效化主要体现在:图书馆运用物联网技术，可以大大地提高图书馆内部管理的效率，如自动编目可节约大量的人工成本，减少人为误差，提高准确率。利用物联网技术的扫描装置，可以通过近距离读取贴有电子标签的图书的全部数据，瞬间完成信息交换和识别。图书馆运用这种技术进行统计流通册次、查询放置架位等工作，可以在文献上架、顺架和清点等工作中发挥作用。

馆舍管理的智能化主要体现在:采用物联网技术架构的图书馆馆舍，将是一个集故障分析、能耗管理、设备监控、物业管理的智能化平台，能实现对设备、环境、照明、安防等设施的智能化控制及统一管理。通过在图书馆内布置分布式温度、湿度、照明、烟雾等环境传感网络，对馆舍内全部区域进行环境数值的实时采集与监控，实现对馆舍环境的智能调节。

基于物联网的图书馆安全管理主要体现在文献管理、人员管理和安全监控方面。物联网配合图书馆的安检装置，对文献状态进行识别，当文献状态处于未办理借出手续或禁止借出时，系统自动采取语音、声光报警，并自动抓拍现场图像，杜绝失窃现象。物联网技术结合门禁管理系统，自动实现对图书馆进出人员的出入控制、数据采集、数据统计和信息查询；通过物联网监控管理，实时接收馆内人员信息和精确定位，能够实时地对馆内不同区域的人流量进行监控。

4 公共文化服务的物联网应用模式

公共图书馆的物联网服务体系是高效的、开放的体系。该体系具有很广泛的适用性，不仅适用于图书馆行业，还可应用于国内博物馆、美术馆、文化馆、非物质文化遗产保护、档案馆等其他公共文化行业服务机构。基于前面公共图书馆的物联网的服务体系研究，笔者认为物联网技术在公共文化服务中的应用有3种推广应用模式，分别为垂直应用模式、行业整合应用模式和应用联合模式。

3种公共文化模式既有独立性，又彼此关联。垂直应用模式是公共文化服务应用的最基本形态，行业整合应用模式是公共文化服务物联网应用的提升，联合模式是公共文化服务物联网应用的延伸和拓展，三者一同构成物联网环境下公共文化服务应用模式（如图2所示）[17]。

图2 公共文化服务的物联网应用模式

4.1 公共文化服务的垂直应用模式

公共文化服务的物联网垂直应用模式，是各个文化服务机构独立实践前面提出的物联网四层体系架构，通过物联网感知技术实现文化机构的文献感知、环境感知、人员感知，形成一个集服务和管理于一体的全方位、智能化的文化体验环境。从服务形式内容和服务形式上看，垂直应用模式包括物联网服务设施建设、公共文化服务的应用服务，如智能控制、智能管理、智能交互服务等各种应用。如图3所示。

图3 公共文化服务的物联网垂直应用

4.2 公共文化服务物联网的行业整合应用模式

公共文化服务物联网的行业整合应用模式可以通过推进公共文化服务的“云”方案，实现多媒体、跨平台、多终端的文化信息资源共享（如图4所示）。运用“公共文化服务文化云”，可以打破时空和地域限制，各个公共文化服务机构的物联网终端（RFID、传感器、摄像头或4G手机等）把各自的云数据/处理中心本地计算后，同步到公共服务服务云中心处理及存储，在分布式计算集群之上，利用大数据分析技术对Hadoop分布式存储集群中的数据进行分析、整理、数据挖掘，充分了解并掌握用户的生活习惯、阅读习惯、兴趣爱好、心理需要、身体需求，特别是用户在特殊的时间和特殊的场合对某种知识的急切需求，通过构建智能的统一公共文化服务平台，为用户提供智慧服务，使得用户可以随时随地通过电脑、电视、手机、社区大屏等终端，实现文化资源或服务的自选“主动”获取或者“被动”智能推荐。

图4 公共文化服务的行业整合应用

4.3 公共文化服务物联网的应用联合模式

公共文化服务物联网应用联合模式，是指联盟、外包、协议等方式，与非公共文化服务机构，或者利用其物联网平台和资源，实现公共文化服务与其他公共服务的融合。业务联合将公共文化、交通、农业等不同的行业感知设备采集的信息进行横向联合应用服务，不同行业间信息聚合的基础数据通过云存储和云计算进行信息发现和挖掘，为物联网的横向服务提供数据支撑，实现无缝连接服务，这种模式中需要重点考虑如何实现对学习场景、生活场景、工作场景、交通场景、旅游场景等不同场景的串联，将对数据价值起到几何数级的提升[17]。

图5 公共文化服务的物联网应用联合

5 结语

目前公共文化服务体系建设已经进入到高速发展的阶段，无论是对管理者、服务者，还是对公众用户来说，智能信息服务体验是必不可少的，但是在公共文化服务的信息服务逐步展开中，还存在文化信息传播的分散、被动、滞后，不同地域、不同专业的信息服务水平参差不齐，各地区的公共文化服务网络建设存在较大差距，缺乏满足群众需求的个性化、智能化服务体验等问题。物联网技术的日益成熟和智能终端设备的广泛普及为公共文化服务提供了新的文化信息传播渠道和文化信息服务方式，研究公共文化服务中的物联网应用具有重要意义。通过将物联网的感知层、传输层、应用层技术和公共文化服务机构业务融合，可以为公众提供不受地域和时间限制的个性化的智能管理和知识信息获取服务。要实践公共文化服务物联网的深层次整合应用，未来需要政府加强国家物联网产业公共文化服务体系顶层设计，在对各个公共文化服务机构的物联网建设进行统一规划和布局的基础上，进一步带动覆盖全国各类文化机构的物联网体系建设，促进各文化行业之间更好地实现智慧服务，提高文化机构数字资源整体的服务效率和水平。