智慧图书馆分层模型构建研究

陈 炜

(南京大学金陵学院 图书馆，江苏 南京 210089)

图书馆历史最早可以追溯到公元前3000年巴比伦神庙，它是人类文明发展到一定阶段的产物，也是人类社会文明进步的标志。在漫长的历史发展过程中，各大图书馆积存下可观的纸质资料，包括文献资料和书籍等。在运营过程中，图书馆的工作人员通过努力，做了一系列整理、归纳、修整以及分类工作，使读者可以方便借阅和深度学习。

随着科技的不断进步，智慧图书馆的研究也逐步热门起来。智慧图书馆从其服务形式上可以理解为在大数据环境下，图书馆融合当前网络技术、信息技术、数字技术、移动通信技术等所构建的数字应用平台，能够对海量数字资源存储、管理，并能够通过二次加工拓展服务领域，是现代图书馆实现资源筛选入库、维护管理和提供服务的载体[1]。

1 智慧图书馆是未来的转型方向

图书馆转型是指图书馆根据所处的社会环境变化，对自身的运行机制、服务模式、发展方向进行调整，对服务内容进行创新[2]。

科学技术是推动图书馆发展的重要动力，每一次科技的进步都会给图书馆发展带来机遇。20世纪80年代以来，图书馆经历了三场变革，都是在科技的支撑下进行的。第一次是20世纪90年代初计算机技术的兴起，特别是数据库技术的引入，改变了传统图书馆的卡片记录模式，提高了数据记录的效率，减轻了馆员工作的压力，使查询书目变得简单快捷。

进入21世纪初以来，互联网技术成熟，并进入井喷式发展，引发了传统图书馆第二次大变革，由传统图书馆逐步进化成数字图书馆。数字图书馆最大的特征就是将传统的纸质图书变成特定格式的电子资源，这样用户就可以在互联网环境下使用各种终端观看图书，不受限于场地。

我们目前所处的时代，5G技术开始兴起，数据云也逐步落地，大数据、人工智能、物联网也开始方兴未艾，随着这些技术的逐步成熟，数字图书馆向智慧图书馆转型也就顺理成章。智慧图书馆既能提供功能性需求，例如基础设施建设、平台架构搭建、软件数字配置、储存计算运营等；又能满足非功能性需求，例如可用性好、弹性伸缩、响应时间短。在体系架构下，智慧图书馆将会实现存储量和服务并发均衡发展。

2 智慧图书馆建设所需的技术支撑

智慧图书馆的建设离不开当前科技应用成果的支持。只有当科技成果迭代更新，经过时间和市场的考验逐步成熟时，建设智慧图书馆才能够从理论探索逐步变为现实场景。目前相对成熟，能够应用到智慧图书馆的技术有以下几种，涵盖了感知、传输、处理、显示等一系列应用场景。

2.1 物联网技术

物联网是感应技术，计算机和互联网技术组成的新一代网络，具有低功耗、低延时、高频数据交互，拓展性强的特点。物联网的基础与核心在于互联网技术，可以理解为基于互联网的延伸与拓展它实现了物体与物体的信息交换和通信，然后通过对接收到的数据与信息进行分析处理，就可以对物体进行智能化的控制。

物联网之所以实现了信息的交互，是因为物体贴上了电子标签，通过特定互联网络，人们可以感知物体的位置和状态。传统的图书馆内，图书贴上的是磁条，磁条只能冲入一定量的磁场，没有任何信息含义，图书外面贴上的是书目标签，磁条和标签之间没有任何联系。智慧图书馆内，应用的是RFID技术，它可以存储多维的数据。

RFID (Radio Frequency Identification) 技术又称为射频识别技术，属于一种新一代低功耗网络系统，它应用电磁波频谱传递特定识别信息，具有非接触、无视觉、高可靠的性能[3]。

RFID广泛应用在多个产业和领域，例如物流、交通、身份识别、防伪、资产管理、食品、信息统计、查阅应用、安全控制等。RFID技术具有很多优点：标签本身防水、防磁、耐高温，工作稳定，使用寿命长。标签可以储存多维数据，并且可以加密，安全性较好。能够做到实时更新标签数据，数据双向流通，给管理带来方便，提高工作效率。

2.2 5G网络

5G 是第五代移动通信技术的简称，也是现在比较热门的通信技术，用于逐步取代市场上已经普及的4G通信技术。这种蜂窝移动通信技术具有超高传输率、低延迟、支持大规模高密度高速度设备连接，可靠性也比较高。

5G 设计了三大需求应用场景，即 eMBB( 增强型移动宽带)、mMTC( 海量低功耗连接) 和uRLLC( 低延时高可靠连接) ，能够实现海量设备接入并保证足够带宽，延时低、可靠性高[4]。

2.3 云计算

云计算 (Cloud Computing)， 是一种超级计算模式，最基本的特性是：虚拟化、整合化和安全化。云计算是具有划时代意义的计算典范，采用分布式计算与服务架构，通过网络连接把大量计算资源集合在一起，通过软件自动化协调和管理，为用户提供庞大的计算资源和数据中心。

数字图书馆建设时硬件条件已经固定，当业务扩展时，逐步添加硬件，会带来管理上的不便，切换时会暂停业务，让读者无法请求服务；智慧图书馆有大量的数据存储，需要应对弹性的业务请求，云计算可以根据图书馆数据的存储量和服务并发请求量，准备相应的存储空间和计算单元，在扩展时不需要关注硬件，能够做到无缝切换，业务不会因迁移宕机，在短时间应对高并发量的数据请求能够快速甄别响应，这样当大家访问智慧图书馆时，不会有延迟感。

2.4 大数据处理

麦肯锡全球研究所给出的定义是：一种超常规数据集合，规模大大超出了传统数据库软件工具能处理能力，导致在获取、存储、管理、分析数据方面采用以往的方式比较低效，其特征表现为海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低[5]。

大数据应用价值构成因素具体体现为实现系统架构合理化，提高资源使用效率，寻找新的研究热点，更好地满足差异化服务。

2.5 虚拟现实VR

虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。制作方通过设备采集现实生活中场景数据，经过处理后变成可以存储的电信号，当需要播放时，通过相关输出设备，把电信号转化成全息的光信号，声信号，气味信号，力学信号等，在三维动态重构技术的帮助下，借助于立体显示和传感器技术，让人眼或其他感官感受到这些现象。虽然这些现象在当前状态下不是真实的，但人们通过感官感受后，同现实世界没有什么区别，故称为虚拟现实。

3 智慧图书馆建设的追求目标

智慧图书馆是一种突破时间和空间限制，追求高效和实时应用的图书馆模式，具备全方位信息感知，高效的信息融合响应，服务便利和多样化的特点。

3.1 全方位信息感知

智慧图书馆通过部署的感应终端和交互平台，全方位感知图书馆环境状态，读者入馆和活跃场景，数字资源的实时利用情况，图书馆员服务提供情况等，构成一个丰富而又庞大的数据集中群，便于图书馆管理人员实时分析和掌握图书馆的应用情况。

信息感知包含两个部分，看得见的环境感知和看不见的应用感知。环境感知指通过传感器等终端，把图书馆内所有可以看见的物和人纳入感知范围，为后续的交互提供真实存在的个体。应用感知指通过交互平台，把个体在图书馆内和在图书馆网络空间内活动的信息记录下来，构成原始的应用数据，为后期提供各种个性化的服务提供支撑数据。

3.2 高效的信息融合响应

智慧图书馆建立在云终端，使得它具有良好的拓展性和高效的并发处理技术。当需要给图书馆添加新业务时，可以无缝切换，读者不会感受到宕机带来的服务中断，对管理者来说不会因为业务的添加和下线，烦恼硬件资源不足和过剩，提高了硬件利用的弹性。

智慧图书馆添加各种数字资源，仅仅满足读者查询几十篇文献要求是一种资源低效利用。通过大数据处理技术，挖掘新的发现和研究动向，把隐藏在资源背后的发展趋势，科研热点通过可视化手段展现给读者，帮助他们更好地利用数字资源，为读者自身提高学习和科研效率提供了可靠的依据。

3.3 服务便利和多样化

智慧图书馆能够快速响应各种突发的读者需求，可以根据需要提供各种渠道的信息服务，满足高校师生，社会读者等不同人群的学习需要。

图书馆之间也可以通过共享脱密的数据，对下可以扩大服务范围，拓展服务业务，对上可以协同采购，买到利用效率高，受读者欢迎，同时价格合理的资源，而不会被资源厂商利用信息不对称各个击破。

4 智慧图书馆建设技术分层模型

现代信息技术和新的服务理念为图书馆创新变革奠定了技术基础和理论支撑，传统图书馆以提供馆藏文献为主的服务模式逐步衰弱，取而代之的是数字图书馆，以提供信息和知识服务为业务模式。目前的图书馆转型升级，带动了人流、信息流、资源流，使用户体验也有了提升。现如今，用户不再满足于知识的挖掘和信息的获取，而是需要图书馆提供实时的高效率、多样化业务模式，即定制化的个性需求。用户聚焦不再局限于单一的资源发现，而是多元化渠道获取信息，提炼出自己需要的模型和内涵。智慧图书馆技术模型为图书馆未来的智慧服务奠定了架构基础，并具有良好的拓展性，催化读者知识创造的积极性。

于兴尚提出在图书馆生物循环系统的基础上，构建智慧图书馆模型，达到“需求精准化，服务精品化”的目标；[6]李彩宁等人提出从用户—资源二元视角出发隐性与显性相结合的智慧图书馆服务模式，在此基础上构建了一套智慧图书馆框架[7]。笔者提出了一种智慧图书馆技术分层模型，它是在图书馆在原有的资源基础上，贯彻智慧图书馆的先进理念，基于融合与协同的理论基础，通过现代化科技手段，构建了智慧图书馆技术分层模型，从而满足读者多样化业务需求。该分层模型由下到上，包含了智慧感应层、传输通道层、数据融合层、智慧应用层，如图1所示。

图1 智慧图书馆分层模型体系架构

4.1 智慧感应层

智慧感应层是整个模型的基础，它包括了RFID、各种传感器、门禁、图书查询机、自助借还机、移动终端等设备。智慧感应层收集馆内环境状态数据，各种设备的实时参数，读者在图书馆内场景行为，使用馆内资源的痕迹和反馈等基础数据，进行预处理，识别有用信息，去除噪声信号和伪数据。智慧感应层支撑起智慧图书馆数据收集和处理的技术环境，奠定了在海量数据中去除噪声，发掘有用信息基础。

4.2 传输通道层

传输通道层是整个智慧图书馆体系结构中的传输单元，通过它们将智慧感应层搜集的图书馆状态数据，各种设备的实时参数，读者在图书馆内行动数据等上报给数据融合层，同时下传数据融合层的控制指令，从而实现物联、数据传输和控制功能。

传输通道层以5G移动网络，无线网络，物联网作为支撑，光纤线路作为骨干通道。从而延伸到图书馆实体的各个角落，在虚拟空间可以延伸到移动通信网络覆盖的地方。大大提高了图书馆服务范围。

4.3 数据融合层

数据融合层主要负责图书馆相关数据的收集、存储、处理、分析、挖掘，主要由图书馆相关数据云存储和大数据处理技术组成。

来至智慧感知层的图书馆状态数据，各种设备的实时参数会被统一存储，馆藏资源利用情况，用户在图书馆内场景行为，交互情况等统一记录和预处理。通过部署在云平台的预设算法和规则，进行智慧化处理，实时反馈结果。

4.4 智慧应用层

智慧应用层处于整个技术模型体系的顶端，承载着交互和业务提供的功能。

图书整理系统指导智能机器人完成图书的搬运，排架，盘点等工作。用户自助借阅系统帮助用户实现图书从查询、定位、借书到还书自动化。智能查询系统支持词语、图片、语音等输入识别，精准发现用户需求，缩小提供范围，最大程度提供有效信息。个性化推荐系统通过分析用户个体行为和交互信息，预测用户需要，主动推送图书馆资源，减少用户反感。用户虚拟社交平台满足读者相互交流的需要，扩大图书馆的影响范围。

5 结束语

智能技术的逐步成熟，使得智慧图书馆服务的持续性成为可能，也为智慧图书馆的合理构建和定向推广带来了机遇。本文提出构建智慧感应层、传输通道层、数据融合层、智慧应用层的技术模型，为后期智慧图书馆建设提供了一定的参考。智慧图书馆的建设是一个长期持续的过程，需要人力、物资和资金、技术的迭代的长期支持。