元宇宙视域下公共图书馆数字化发展研究

摘要：[目的]探索元宇宙视域下近年来公共图书馆数字化发展态势，并预测其未来发展趋势，促进公共图书馆数字化发展。[方法]采集2015年至2021年中国知网元宇宙技术在公共图书馆领域研究的文献数量，对其进行灰色关联度分析并探究其发展态势，利用灰色预测模型对未来两年发展趋势进行预测。[结果]灰色预测模型结果显示：未来两年人工智能技术的发文量分别占总数的35%和37%，位于元宇宙技术前列，云计算与扩展现实技术占比大于平均水平，区块链以及数字孪生技术的发文量占比小于5%，其他技术小于平均水平但大于5%。[结论]研究表明，元宇宙技术的共同作用促进了公共图书馆的数字化发展，人工智能加强与区块链、虚拟现实技术间的融合，扩展现实与云计算稳固发展，而对5G与数字孪生技术需加强创新研究，以期为公共图书馆的数字化发展提供新思路。

关键词：公共图书馆；数字化发展；元宇宙；灰色预测模型；灰色关联分析

中图分类号：G258.2文献标识码：A文章编号：1003-1588（2023）06-0050-05

1背景

2022年5月22日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推进实施国家文化数字化战略的意见》，提出统筹推进国家文化大数据体系、全国智慧图书馆体系和公共文化云建设，增强公共文化数字内容的供给能力，提升公共文化服务数字化水平。2021年3月5号国家出台的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》也指出要加快数字化发展，营造良好数字生态。由此，文章借助灰色预测模型对公共图书馆数字化发展进行预测，总结发展态势，为公共图书馆研究者提供研究方向，为政府企业文化发展提供有效建议，同时增强公共图书馆服务的舒适性，提高全民文化素养，促进我国文化事业的发展。

2文献综述

2.1元宇宙在图书馆领域研究现状

图书馆作为信息传递的媒介，在不断进行变革以顺应数字化时代和社会的需求。对于元宇宙技术在图书馆领域的融合发展，赵星提到图书馆可以以数字藏品为内容创新开端，以打造图书馆元宇宙为空间创新目标，实现数字资产、知识内容和交流空间的关系再塑，开拓生物人、数智人、机器人并行知识交流的场景[1]。储节旺通过对元宇宙及其底层技术、元宇宙应用于图书馆的理论逻辑进行探讨，指出元宇宙为图书馆提供了新的机遇[2]。同时，吴江等学者指出在元宇宙时代，图书馆的智慧与服务一体化将推进人类通过知识学习认知并改造世界，迈向更高级的文明[3]。

2.2元宇宙与公共图书馆数字化

当前，以数字孪生、人工智能、虚拟现实、区块链等为核心的新一代信息技术层出不穷，催生了公共图书馆服务向数字化、智能化、智慧化转型的新模式，在技术演进和用户需求的双重驱动下，元宇宙集成和融合了全部的数字技术、数据中心和智能算力，为公共图书馆的创新发展注入了新动力[4]。

综上，元宇宙不仅是一种技术，更是3D互联网时代未来图书馆建设与发展的一种新思想、新模式与新方法。因此，笔者选取这七大元宇宙技术，系统、全面地对公共图书馆的数字化情况进行分析。

3研究数据及研究方法

3.1数据来源

本研究对2015—2021年间元宇宙视域下公共图书馆数字化发展的相关研究成果进行统计，采集2015—2021年中国知网以及Web of Science收录的“公共图书馆”有关“元宇宙技术”的文献数量[5]。根据杭州时戳信息科技有限公司分析总结的元宇宙核心技术，笔者对元宇宙的七大技术进行研究。

在Web of Science进行检索，设置TS=（national library OR national library OR provincial libraries OR municipal libraries OR county library OR city library OR church libraries OR primary and secondary school libraries OR music libraries OR youth libraries OR hospital library OR prison library OR reference libraries OR library for the blind OR army Team Library OR Public Library ），再依次用“AND”添加元宇宙技術：‘cloud computing‘artificial intelligence‘virtual reality‘digital twin‘block chain‘5G‘XR。同样，示范检索人工智能的表达式：（TS=（national library OR national library OR provincial libraries OR municipal libraries OR county library OR city library OR church libraries OR primary and secondary school libraries OR music libraries OR youth libraries OR hospital library OR prison library OR reference libraries OR library for the blind OR army Team Library OR Public Library ）） AND TS=（artificial intelligence）获得表1数据。

3.2灰色关联分析

3.2.1确定分析数列（显示各式标记）。①比较数列（又称子序列，子指标），即影响行为系统的因素组成的数据序列。将2015—2021年每项元宇宙技术在公共图书馆领域的发文量数据作为比较数列xi。

xi={xi（k）|k=1，2，…，n}=（xi（1），xi（2），…，xi（n））

其中xi（k）表示第k年，第i项技术在公共图书馆领域的发文量。i=1，2，…，m。②参考数列（又称母序列，母指标），即反应系统行为特征的数列矩阵。将每年云宇宙七大技术在公共图书馆领域发文量总和作为参考数列，用公式（1）进行计算：

x0 （k）=∑mi=1xi （k），i=1，2，…，m（1）

获得参考数列x0，x0={x0 （k） |k=1，2，…，n}=x0 （1），x0 （2），…，x0 （n）

其中x0 （k）表示第k年所发表的云宇宙技术在公共图书馆领域的发文量总量，k= i=1，2，…，n，x0表示参考数列，xi表示比较数列第i列，i=1，2，…，m。

3.2.2对变量进行预处理。①去量纲。去量纲处理可以将数据标准化，先取2015—2021年每项元宇宙技术中发文量的均值x0（k）/m作为参考指标，将每年每项技术的相关发文量xi（k）除以各自的参考指标，用公式（2）进行计算：

xi（k）′=mxi（k）/x0（k），i=1，2，…，m（2）

即可获得新的数列样本xi（k）′。②计算绝对差值。用每年每项技术中的相关发文量xi（k）′减去对应参考数列中的元素x0（k），并取绝对值，获得新矩阵xi（k）″

xi（k）″=| xi（k）′-| x0（k）′- x0（k）′|，i=m

再求各列的最小和最大差值，用公式（3）（4）进行计算：

minimink|xi（k）″-x0 （k）|，i=1，2，…，m（3）

maximaxk|xi（k）″-x0（k）|，i=1，2，…，m（4）

则可获得灰色关联系数公式（5）：

ξi（k）=minimink|xi（k）″-x0（k）|+ρmaximaxk|xi（k）″-x0（k）||xi（k）″-x0（k）|+ρmaximaxk|xi（k）″-x0（k）| （5）

3.3构建灰色预测模型进行元宇宙技术在公共图书馆领域的未来发文量预测

3.3.1发文数据级比检验。依据第k年某项技术的发文量建立时间序列x（0），k=1，2，…，n

x（0）=（x（0）（1），x（0）（2），…x（0）（n））

①求级比。将第（k-1）年该技术的发文量除以第k年该技术的发文量得到级比公式（6）如下：

λ（k）=x（0）（k-1）x（0）（k）（6）

②级比判断。将所求的λ（k）进行级比判断，若λ（k）∈（e-2（n+1），e2（n+1），故可以用x（0）作满意的GM（1，1）模型。

3.3.2GM（1，1）建模。①进行数据累加。为弱化x（0）的随机性，现对每年该技术的相关发文量x（0）（n）与前年的发文量x（0）（n-1）进行一次累加，获得x（1）=x（0）（1），x（1）（2），… ，x（1）（n）），其中

x（1）（k）=∑k（i=1）x（0）（i），k=1，2，… ，n

②建立模型。设x（0）=（x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n））为原始数列，并以其为数据建立GM（1，1）模型，定义x（1）的灰导数，用公式（7）进行计算

d（k）=x（0）（k）=x（1）（k）-x（1）（k-1）（7）

令z（1）（k）为数列x（1）的相邻生成数列，即公式（8）

z（1）（k）=0.5x（1）（k）+0.5x（1）（k-1）（8）

定义GM（1，1）的灰微分方程模型，即公式（9）：

d（k）+az（1）（k）=b（9）

其中，a为发展系数，z（1）（k）为白化背景值，b为作用量值。

3.3.3模型检验。①残差检验。用公式（15）计算相对残差

ε（k）=x0（k）-x︿ 0（k）x0（k） ，k=1，2，…，7  （10）

若满足ε（k）<0.2，则可认为达到一般要求。②用公式（16）进行级比偏差检验

ρ（k）=1-1-0.5a1+0.5aλ（k），k=1，2，…，7 （11）

若发现满足ρ（k）<0.2，认为达到一般要求。若能完成所有检验，则可认为该模型精度较高，可进行预测和预报。③计算原始数列x0的方差S1和残差ε的方差S2进行精度检验，公式（12）（13）如下：

S1=1n∑nk=1x0（k）-x-）2（12）

S2=1n∑nk=1（ε（k）-s-）2（13）

通過计算C=S1S2判断精度是否合格。

4结果分析

4.1灰色关联度结果分析

将元宇宙技术的国内外发文总数以及国内外发文量数据分别进行灰色关联度分析，获得表2所示关联度。将七大技术作为发展因素，划分为三个等级，关联度系数大于0.7的为重要因素，关联度在0.5～0.7的为比较重要因素，其余的为不重要因素。

4.1.1国内外综合分析。由表2第二列数据可知，七大元宇宙技术中除5G技术的其余六项技术的关联度系数都大于0.7，根据因素划分可划分为重要因素，对公共图书馆数字化发展起到推动作用。虚拟现实技术（0.9009）对公共图书馆数字化发展的影响最大。虚拟现实技术在软硬件方面为图书馆提供服务，为用户提供沉浸式体验[6]。其次为扩展现实（0.8622）、人工智能技术（0.8518）、数字孪生技术（0.8212）、云计算技术（0.7694）、区块链技术（0.7489）、5G（0.5327）。综合来看，笔者所研究的七大元宇宙技术的灰色关联度都在0.5以上，说明是元宇宙技术的共同作用促进了近年来公共图书馆数字化的发展。

4.1.2国内外比较分析。经过国内外各项技术的关联度对比可发现，我国人工智能以及5G技术的灰色关联度高于国外，说明国内人工智能和5G技术在公共图书馆领域的成果数量相较国外对公共图书馆数字化进程的推动作用较大。结合发文量进行分析，历年来国内人工智能技术在图书馆领域的发文量皆小于国外，但有较高的关联度，说明国内对于人工智能技术的研究投入大于国外。5G技术也同样在国内相较其他元宇宙技术受到更高的关注[7]。相反，国外的研究学者相较国内学者将更多的目光聚焦在云计算、虚拟现实、扩展现实、区块链、数字孪生技术上。因此，这些技术在国外对于公共图书馆的数字化发展起到较大作用。

4.2灰色预测模型结果分析

将各项技术未来两年的灰预测结果按照发文量由高到低整理为表3，并进行结果阐述。

4.2.1人工智能。人工智能在未来两年的发文量达到172和216篇，在七大元宇宙技术中位列榜首，在发文总数的占比由35%提升到37%，此值表明人工智能技术未来两年在公共图书馆领域的发文量在所有元宇宙技术中最多且所占发文总数的比例有小幅度上升。未来公共图书馆管理和研究人员对于人工智能技术的研究投入相较其他元宇宙技术较多，而所收获的研究成果量也是最丰硕的。究其原因，早在19世纪70年代到80年代，人工智能技术就开始了在图书馆的应用，主要集中在信息检索和编目等方面的初期探索，目前人工智能技术在图书馆的应用集中在机器人应用服务、专家系统咨询编目、模式识别和机器学习信息检索、语义识别等方面的研究和应用[8]。

4.2.2云计算。云计算的概念首次在2006年8月的搜索引擎会议上被提出，成为互联网的第三次革命，2009年以后云计算服务平台、操作系统的陆续问世，进一步推动了云计算在各领域的应用及创新，也引起了学者对该研究的关注，研究成果达到相对较高的年增长量。目前，在图书馆领域，云计算技术也经历了较长的发展时间，有学者对云计算在图书馆领域应用研究成果的分析结果显示，2009年到2012年是云计算发展的成长期，2012年至 2017年进入了稳定期。通过所采集的数据以及预测数据，不难发现在2015年至2021年，云计算技术经过了稳定期，目前进入平稳缓慢下降期，因而未来两年的发文量将呈下降趋势。

4.2.3扩展现实。扩展现实技术在公共图书馆领域的发文量在2022年为73篇，2023年为91篇，跨度为18篇，占比保持在15%，略大于平均占比值，说明扩展现实技术在元宇宙视域下为图书馆数字化发展提供的研究成果也是较为可观的，在推动公共图书馆数字化发展过程中也发挥了一定的价值。扩展现实技术作为元宇宙的重要入口，在发展过程中面临机遇与挑战，对其挑战，相关学者表明扩展现实技术应加大底层核心零部件降本量产的创新研发支持、打破系统软件和开发工具的技术成果转化壁垒、夯实网络新基建、增强内容生产能力等，这对未来扩展现实技术在公共图书馆领域的应用将有所启迪。

4.2.45G。5G技术作为元宇宙技术中的网络传输技术，在公共图书馆数字化历程中促使核心资源进一步从内容、渠道转变为数据，并将通过融合多种服务应用场景实现“数据”价值的转化。通过观察表1可以发现，5G技术在公共图书馆领域的应用明显是从2019年开始的，发文量逐步提升。2019年6月6日，工业和信息化部向我国四大运营商发放 5G 商用牌照，标志着我国正式进入5G商用元年。2020至2021年，5G技术开始投入研究，获得了少量的研究成果[9]。图书馆的管理研究者需加强公共图书馆5G技术应用的研究，并将其付诸实践，真正用于公共图书馆，造福百姓，通过5G技术拉近读者与信息的距离。

4.2.5虚拟现实。目前，虚拟现实技术已被广泛应用于智慧城市及校园等各个服务领域，利用虚拟现实技术构建虚拟应用场景已成为公共图书馆优化服务效能的重要方式之一。因此，虚拟现实技术在公共图书馆的应用已相对成熟，近年来都是针对图书馆数字化、智慧化发展进行探讨研究，为了促进该技术在公共图书馆数字化发展过程中的良好推动，相关学者研究表明图书馆所应用的虚拟现实技术主要从软硬件两个方面出发，对其优点进行深入挖掘，对其缺点进行改良，从而不断与公共图书馆进行融合。

4.2.6区块链。将区块链技术运用于公共图书馆，可以对数字阅读资源管理加以完善，提供便利，即可借助区块链分布式网络精细化采集数字阅读资源，通过区块链一致性协议提高数字阅读资源加工效率，利用区块链超级账本模型增强数字阅读资源存储性能，依托区块链非对称加密技术打造数字阅读资源管理防火墙[10]。为了加强区块链技术对公共图书馆的拓展研究，元宇宙各项技术间应相互融合，如：区块链技术与人工智能技术的融合，能有效解决智能合约存在的安全性、易用性、可靠性等问题，解决区块链上信息量冗余的问题，强化区块链的延展性，提高系统效率。

4.2.7数字孪生。数字孪生技术在诸多元宇宙技术中对公共图书馆的数字化发展所取得的研究成果是最少的，占比在未来两年始终为2%。结合2015年至2021年的发文数据看，数字孪生技术在近年来国内公共图书馆领域的发文量始终接近零的状态，在2021年实现第一次零的突破，由此可以看出数字孪生技术在我国公共图书馆领域的缺失。

5结语

本研究将灰色关联度分析以及灰色预测模型分析方法运用到公共图书馆数字化发展预测，在模型分析中，通过关联度法分析所选取的七大元宇宙技术，结果表明所研究的七大技术对公共图书馆数字化发展都起到积极的推动作用。笔者对未来公共图书馆数字化研究提出以下三点建议：一是各地政府、企业、公共图书馆需继续积极发展元宇宙的各项技术，加强技术融合，保持人工智能、云计算、扩展现实、虚拟现实技术的现有发展优势，保持其先进性，为民众提供更为舒适便捷的阅读服务。二是相关部门应对其他领域也给予高度重视，在5G、区块链技术的创新发展上加大研究力度，完善各地公共图书馆可提供的现代技术服务，提高全民文化素养，充实文化内涵。对相较薄弱的数字孪生技术，相关部门应加大资金投入力度，培养人才，抓住机遇，敢于创新。三是不要局限于各级政府，企业、高校也要关注元宇宙发展趋势，结合现有技术，全面服务各类人群。

参考文献：

[1]赵星.国家文化数字化战略与图书馆元宇宙实践[J/OL].中国图书馆学报，2022-12-29.

[2]储节旺，李佳轩.全智慧图书馆：元宇宙成为实现途径[J/OL].图书情报工作，2022-09-04.

[3]吳江，陈浩东，贺超城.元宇宙：智慧图书馆的数实融合空间[J/OL].中国图书馆学报，2022-06-10.

[4]王家玲，王伟赟.基于数字孪生技术的图书馆精准服务研究[J].新世纪图书馆，2022（6）：49-53.

[5]Gizealew Alazie Dagnaw， Sisay Ebabye Tsigie. Function of Cloud Computing in Digital Library Perspective：In Case of Ethiopia Higher Education Institution Critical Review[J].Internet of Things and Cloud Computing，2021（4）：88-94.

[6]曾小芳.虚拟现实技术在智慧图书馆中的应用[J].电子技术，2022（5）：73-75.

[7]钱兰岚.虚拟现实技术（VR）在公共图书馆中的应用研究[J].河北科技图苑，2020（2）：76-79.

[8]张伟娜，黄蕾，张箴.人工智能与区块链技术融合发展研究[J].电子技术应用，2021（10）： 26-28，37.

[9]刘溪.5G技术在图书馆中的应用研究综述[J].情报探索，2022（1）：130-134.

[10]楼白宇.基于区块链技术的公共图书馆数字阅读资源管理策略研究[J].图书馆工作与研究，2022（6）：63-68，85.

（编校：崔萌）

收稿日期：2023-05-07

作者简介：梁浩然（1981—），佛山市顺德图书馆馆员。