数字孪生技术在图书馆借阅服务中的应用

吕丰华姜继红王秀丽徐剑英于 静

(青岛大学图书馆,青岛 266071)

图书馆数字孪生技术的运用是基于对馆藏物理文献实体的系统描述,实现系统来源数据、模型和信息的管理和应用。通过在虚拟空间中模拟现实环境,构建数字孪生模型,实时提取馆藏文献流通数据,在计算机中创建真实的馆藏文献流通现场,运用仿真软件对其规划和调整,并在虚拟世界中进行测试以及持续优化,实现物理实体与虚拟模型的双向实时映射互动[1-2]。数字孪生技术不仅可以解决借阅服务遇到的困难,提升借阅服务质量,还可以为图书馆建设注入新的活力,提供优化建议[3-4],在为读者提供个性化及精准服务、促进图书馆虚拟空间和物理空间的融合以及空间重构等方面拓展出更多的可能性[5]。未来,孪生图书馆将成为6G 时代图书馆运行新模式[6]。借阅服务是图书馆的基础服务,将数字孪生技术应用于借阅服务中的目的,是为了解决在图书馆提升借阅服务水平和层次过程当中存在的障碍。针对借阅服务中存在的诸如借阅数据利用不充分、馆藏资源结构不尽合理、珍贵馆藏资料利用率低、馆藏资源空间分布有待优化、遇到突发公共卫生事件面临借阅困难等问题,通过在孪生数据库中实时更新借阅数据,创建可视化分析模型对数据进行深度挖掘,为优化馆藏资源结构和科学安排馆藏空间分布提供决策支持。遇到突发事件时利用数字化文献库实现“云开放”,满足广大读者的知识需求。2021年以来,越来越多的研究积极寻求数字孪生技术在图书管理中的应用,已有研究更多偏重于如何应用数字孪生技术进行建模或预测。本文基于图书馆基础的借还服务,充分挖掘日常的大量沉淀的基础借阅数据,利用不同的图、表丰富的表现力,生动展示图书馆的运行状况,快速进行可视化分析,通过模拟沙盘推演馆藏资源空间分布、优化馆藏资源结构;将纸质文献和馆藏珍贵资源数字化以提升资源利用率,将数字孪生技术应用在知识服务中。通过优化基础借阅服务,为图书馆更好地挖掘和利用馆藏资源、开发更多创新服务、建设智慧化图书馆奠定基础。

1 传统借阅服务存在的不足

1.1 借阅数据利用不充分

图书馆每天产生大量的借阅数据,这些数据往往沉淀在借阅系统中,得不到充分地挖掘和分析。大多数图书馆没有根据实时的动态数据调整馆藏资源,或者根据读者的借阅行为提供更加精准和个性化的服务。

1.2 优化馆藏资源结构的支撑数据不足

传统的采购模式以书商集中供货为主,采购人员凭借个人经验购买文献。因为缺乏数据指导,部分文献资料无人问津而导致利用率过低;而有些图书非常受欢迎,但图书馆藏量不足,读者借不到图书;频繁借阅使文献得不到良好的维护,过早因为破损等原因剔旧。如果能够依据数据分析的结果,结合图书馆的发展目标及馆藏布局需要进行采购,则能减少因对需求和发展趋势的误判而产生错误决策的可能性。

1.3 突发事件容易导致线下借阅困难

以2020年突发的新冠疫情对图书馆业务的影响为例,出于防疫需要,图书馆实施紧急应对策略,暂时停止借阅服务,读者的借阅需求无法得到满足。由某图书馆的借阅量年度对比(图1)可知,由于突发疫情,图书馆在一段时间内闭馆,读者无法借阅。2020年各类书籍的借阅数量明显少于其他年份,说明疫情对读者的借阅行为影响很大。

图1 2020年书籍的借阅情况与其他年份的数量对比

1.4 馆藏珍贵资料利用率不高

图书馆在发展过程中或多或少都有一些具有自身特色的珍贵馆藏。因为珍贵,往往存在较多的借阅限制条件。所以,图书馆借阅服务面临馆内珍藏的古籍和孤本资源难以得到充分利用的困难。

1.5 馆藏空间分布难以满足读者需求

图书馆的馆藏资源分布在一定程度上受其历史布局及空间条件的制约,并不一定是符合读者的需求和借阅便利的最佳安排。而且,资源存储地一旦为大家所熟知,改变也并非易事。排除大规模倒库、倒架的沉重负担,调整之后是否科学合理也未为可知。数字孪生技术可以在一定程度上解决上述问题,实现借阅服务效率和质量的提升。

2 数字孪生技术在图书馆借阅服务中的应用

2.1 建设虚拟数字孪生文献资源库

2.1.1 数字孪生文献资源库的实现过程 云计算,大数据,交互技术以及物联网技术的发展使纸质资源数字化越来越容易。图书馆运用数字孪生技术,根据物理文献资源的数据建立虚拟文献资源系统[7]。数字孪生文献资源库建设过程见图2。

图2 数字孪生文献资源库构建过程

运用数字孪生技术,在数字文献和物理文献之间建立双向的连续的闭环信息反馈,从而实现纸质文献资源的持续优化[8],具体过程如图3所示。

图3 虚拟数字孪生文献库的利用

2.1.2 数字孪生文献库有助于减少突发事件对于借阅服务的影响 若遇到突发事件影响图书馆的正常借阅时,图书馆的数字化资源依然可以实现“云开放”,通过时空一体的数字孪生系统,读者可以在线阅读,获取需要的信息和知识[9]。

2.1.3 数字孪生文献库有利于提高馆藏珍贵资源的利用率 数字孪生技术具有的双向映射、动态模拟、实时连接等特点,可以营造虚拟镜像化的古籍开发平台,借助混合现实、虚拟仿真技术和可视化展示技术,实现珍贵古籍资源的开发利用。图书馆通过在虚拟信息空间构建与现实物理世界中的文献资源完全一致的数字孪生体,减少物理接触,能有效的保护图书馆的珍贵文献遗产。同时,用户可以在虚拟环境中交流,借助混合现实技术,享受全息沉浸式体验。

运用三维数字孪生技术将古籍和其他珍贵藏品进行超精细三维数字化复原,大大提高馆藏珍贵资源的利用率。古籍遗产数字化可以“复活”馆藏的稀缺资源,在提高馆藏珍贵资源利用率的同时又能很好地对珍贵资源加以保护。古籍孪生数据库的构建如图4所示。

图4 古籍孪生数据库的构建过程

2.2 动态同步文献流通信息，为文献资源结构优化提供数据支撑

借助数字孪生技术,图书馆可以实现针对性更强、效率更高的智能服务[10]。文献资源虚拟数据库能够动态同步文献流通信息,利用相关数据,迅速准确地统计出文献需求量,为下一年度的文献购买做出科学合理的安排,使馆藏资源的整体布局更加合理[11]。

2.3 可视化辅助分析与决策

可视化分析可以清晰了解图书馆的资源借阅状态。图书馆每天产生大量的借阅数据和点击数据,例如,借还、查询、远程访问等,通过采集数字孪生文献资源库中的数据,并对数据存储、融合、计算和数据交互等处理后,不仅使凌乱的图书馆服务数据呈现出清晰的轮廓,并且能够运用复杂的图书馆数据分析出未来发展的趋势,以可视化形式展示。分析读者的浏览行为,如获得网站访问停留时间、回访次数、回访间隔时间、搜索的关键词、访问时间段等基本数据,对数据统计和分析后,可以发现读者感兴趣的领域。可视化图表可以直观体现各种细节,如根据ILAS数据库提供的饼图,可以得知各大类图书借阅占整体借阅量的比重。图5清晰地显示不同门类的书籍借阅在整体借阅数据中的占比情况。近五年数据表明,文学类书籍都占据了将近一半的借阅量。

图5 2017—2021年各大类图书借阅占整体借阅量的比重

如果采用折线图(图6),尽管每一年借阅占比都有所不同,但基本属于微调,各门类书籍借阅占比变化不大,五年的折线图基本重合,难以看出各类图书借阅情况的趋势变化。

图6 2017—2021年各类书籍借阅占比(%)

由图7的柱状图可知,虽然整体的调整幅度较小,但依然可以看出变化的趋势。轻工业纺织类、电子学、艺术、社会科学总论、政治法律、文学这些种类的图书基本维持平衡,计算机、经济、语言文学借阅占比逐年递减,而医药卫生、历史地理、哲学、宗教、文化科学教育等书籍的借阅占比逐年增加。若以图7作为图书采购的决策依据,则需要采用基于图书分类号进行聚类分析,根据图书的聚类分析结果和借阅率数据,做出采购决策。

图7 2017—2021年各类书籍借阅占比(%)

由于文学类的书籍借阅量占比近50%,其他种类的书籍占比相对较小,在整体图表中难以观察其具体变化,所以,为了显示得更清楚,暂且在统计表中剔除文学类书籍的借阅,如图8所示。可知,借阅占比逐年快速增加的学科有医药卫生、历史地理、哲学宗教和文化科学;下降趋势明显的有计算机、经济和语言文字;基本平衡的是数理科学、艺术、政治法律;轻工业类书籍小幅减少;社会科学类书籍小幅增加。

图8 2017—2021年剔除文学类的借阅占比(%)

图9是剔除文学类图书的借阅占比情况折线图,可以看出各门类的书籍借阅占比的趋势和数量的变化。有些种类,例如轻工业、医药卫生、社会科学总论、文化科学教育在不同年份重合的部分比较大,即变化甚微,而计算机、历史地理、哲学宗教、语言文学类的借阅数据在不同年分占比差距较大,趋势向上,占比提升得比较快。

图9 2017—2021年剔除文学类图书的借阅占比(%)

对比相同数据的不同图表,由于展现方式的不同,凸显的信息也不同。根据需要选择不同的图表,为科学决策和措施改进提供可视化的数据支持。

2.4 为空间分布改造提供数据支撑

根据文献的借阅情况、楼层和书库的分布,科学地调配现有资源,改造空间布局,使文献物理分布空间更加方便读者借阅。建设虚拟数字孪生文献库,犹如将图书馆的馆藏资源做成一个沙盘,既可以做成实体的可视化沙盘,放置在图书馆内给读者借阅导览,也可以是计算机中的虚拟沙盘。建设虚拟沙盘时,可以使用物理实体的数据修改孪生模型,经诊断、预测和评估后,输出仿真结果[12]。由于计算机的存储功能,在虚拟沙盘推演过程中可多次决策并加以比较,节省了直接在纸质文献存储地点多次搬运的人工成本和物资成本。

3 借阅服务中运用数字孪生技术的优势

3.1 建立用户画像，实现精准服务

通过整理相应的特征数据,提取读者兴趣爱好,形成抽象化的人物角色描述,即读者画像,可以实现个性化阅读的精准服务[13]。从被动服务转向以用户需求为中心,运用多种方式和技巧,整合梳理馆藏资源,利用数据技术完成数据资源的选择和过滤、分析推理后,为用户精准推送,进而实现由资源数据化向数据知识化的转变,具体过程见图10。

图10 建立用户画像过程

3.2 利用虚拟文献库数据的统计与分析结果优化纸质文献资源库结构

运用数字孪生技术,可以实现实时高度镜像真实空间的运行情况。挖掘与分析用户的搜索行为、在馆时间、借阅历史、线上阅读记录及线上阅读时长等数据,生成动态的图书馆服务场景展示,并根据设定条件模拟真实空间的运行效果和发展方向。数字孪生文献库可以充分挖掘借阅数据,为图书馆文献采购工作提供依据和参考,合理购买读者真正需要的文献资源。可视化模型更加直观地展示图书馆的服务状态,有利于做出更加科学的调整。读者在借阅图书、访问数据库、查询书目的过程中产生的数据经过统计所展示出来的阅

读偏好和变化趋势,可以用来判断借阅情形的变化和发展趋势[14]。根据数字孪生文献库中的数据分析结果进行调整,并模拟变化结果,有助于做出科学决策,合理安排文献资源结构。

3.3 提供决策支持

数字孪生技术将成为数字化转型时代的关键技术[15]。数字孪生技术可以根据数据的变化进行可视化分析,为图书馆发展提供决策辅助。数据可视化分析为物理文献资源库的优化提供更加科学的决策工具,从更宏观的视角服务读者。通过分析图书馆采购和借阅数据,可以定期调整经费分配和进度,使采购决策更加科学。利用借阅数据迅速建模,对图书馆馆藏文献利用情况进行可视化分析,按需购买,还可以购置与广受欢迎的书籍配套的有声书,既满足了年青一代读者的掌上阅读需求,又克服了纸质图书馆藏量不足的困难[16],实现有限经费的最大化效用。数字孪生文献库中的数据反映了读者借阅频率和集中度,纸质文献和数字孪生文献库之间的实时动态同步,可使图书馆管理者快速了解纸质文献库的流通情况,不仅便于图书馆为读者提供相关的信息服务,还可以通过分析掌握读者的资源需求,阅读行为和习惯,改变服务形式,完善图书馆的管理。

4 结论

数字孪生技术有助于图书馆更加智能、科学、主动和精准地分析读者需求的变化和发展趋势,实现精准知识服务、提高珍贵馆藏资源利用率、适时调整文献资源的数量和结构、充分利用借阅服务产生的数据资源。在数据分析基础上进行科学决策,无论在购置资源还是服务形式创新方面,都能为读者提供人性化、智能化、个性化的借阅服务。