融合情境的智慧图书馆个性化服务研究*

吴 凡 王 强 唐 维

（1.辽宁中医药大学图书馆，辽宁 沈阳 110847；2.辽宁大学图书馆，辽宁 沈阳 110036）

近年来，随着人工智能、云计算、大数据、物联网等越来越多的网络科技与移动技术在图书馆行业内的逐渐应用，推动了图书馆向智能化甚至是强人工智能的智慧图书馆的快速发展。精准化、人性化服务成为智慧图书馆的主要特征。传统服务的图书馆转型必将是以用户为中心，以系统的深度集成化、服务个性化的智慧图书馆为发展方向。智慧图书馆的“智慧”并不是智能服务，而是基于用户视角的个性智慧服务。个性化服务的智能化感知、智能场景环境、智能化服务和应用都需要情境感知技术来实现。

1 关于情境感知

1.1 情境感知与情境融合

情境（Context）又称情景，是表述实体所处状态或情形、特征的任何信息，如位置、时间、活动和偏好等。该实体可以是一个人、一个对象、一个地方或是用户、用户与应用交互及应用软件本身[1]。情境感知（Context Awareness）简单说是通过传感器等智能终端及其相关技术“感知”当前用户的情境（位置、时间、任务、设备以及行为任务等），系统自适应地对感知到的情境信息进行处理，为用户提供适合当前情形的信息或服务[2]。

情境融合泛指“多维情境”的融合。因为情境信息具有不完整性、时效性、碎片化和关联性等特点，就必须建立多维情境融合的情境感知体系。系统借助移动互联网技术及物联网实现万物互联，建立情境信息之间的有效联系，实时感知用户情境信息，结合用户兴趣、记录等相关信息，自适应匹配适合用户的资源和服务。情境感知已在电商行业、智能家居、旅游、医疗卫生等很多领域付诸应用。在图书馆行业也受到广泛关注，成为研究热点。

1.2 相关研究

情境感知是1994年由Schilit提出的[3]，之后概念被其他学者不断延伸。这一时期，对于情境感知的研究多集中在单一位置情境因素的获取及应用。RoyWant[4]使用徽章定位系统，通过感知位置信息进行定位，从而确定距离将接入的电话转接到离用户最近的通讯设备上，这是最早的情境感知应用。21世纪初，随着互联网、普适计算技术[5]和智能传感器的发展及移动设备的普及，情境因素不再局限于基本的物理情境，更多情境被用以描述用户行为意愿，如：信息搜索、浏览、下载、评论等。在此阶段，基于用户情境、社会情境的研究及情境模型构建与体系框架研究成为热点。Schmidt开展了位置环境外更多情境因素的研究[6]；Dey提出情景信息的收集、解析、融合的情境服务模式[1]；Gaia创建了基于分布式情境感知的应用程序的框架[7]。2010年后，随着移动互联网的高速发展，云计算、物联网、人工智能等理论与技术的引入，情境维度体现多元化，获得情境数据的种类多样化，系统数据的处理和分析也越来越复杂。主要研究向情境感知算法、深度感知及情境融合和深化的应用实践方向发展。情境感知的研究呈现出学术会议活跃、研究内容多样、理论研究深入、领域应用广泛等特点。2006—2009年，美国计算机协会连续4年举办了情境化注意元数据会议；2011年开展“情景感知检索与推荐专题会”等；Kim将情境感知技术与协同过滤算法相结合建立个性健康服务系统[8]；Adomavicius研究了情景信息的多维推荐，提出了情境匹配的推荐算法[9]；Champiri研究了学术推荐系统中情境因素的分类：用户、文献、环境[10]。目前，情景感知服务在电子商务、互联网应用、旅游服务等领域被广泛应用。

情境感知技术在图书馆领域的研究起步较晚，随着互联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等科学技术的发展，智慧图书馆研究成为行业热点。2015年，Noh Y在IEEE会议上提出图书馆4.0概念及模型，指出未来图书馆发展将以智能、海量数据、情境感知等为特征[11]。近年来，融合情境感知的智慧图书馆研究如雨后春笋般迅速发展。Lee讨论了基于情境感知的图书馆功能[12]；Brian提出融合情境的读者推荐服务[13]；聂高应提出了情境感知与微服务融合流程，并构建技术融合框架[14]；李慧等探讨了智慧图书馆基于位置、空间、用户行为感知的服务内容设计[15]；王欣等提出了基于情境感知的创新型知识推送服务模式[16]。

综上所述，国外学界对情境感知的研究较早，从理论层面的情境获取到建模及框架设计，再到技术层面的应用研究、探讨都很丰富，实践应用的领域十分广泛。在国内，由于相关研究起步较晚，理论探讨相对较少，实践应用范围较小，还处于初级阶段。2018年国家提出加快建设创新型国家，推动“智慧社会”建设理念，相关智慧图书馆构建研究蓬勃兴起，尤其情境感知技术的研究应用成为图情行业学者的重点研究方向，研究多围绕用户本体情境的获取、服务框架构建设想及推荐服务的应用研究等理论，对于在智慧图书馆架构下新技术与情境感知融合、情境感知服务应用的系统梳理与服务整体模式架构设计研究较少。因此，笔者基于情境感知技术，研究构建融合情境的智慧图书馆个性化服务模式框架。

1.3 智慧图书馆情境的分类

由于情境是泛在的，所以情境的分类是多样化、多维度的[17]。从表征情境的层次结构方面可分为低级情境和高级情境；从时间维度可分为静态情境和动态情境或实时情境、持续情境、历史情境等。目前，情境感知越来越多地被用于图书馆个性化服务当中。坚持“读者第一，服务至上”的发展理念，秉承“以人为本”的服务原则，笔者将智慧图书馆情境分为：用户情境、物理情境、社会情境和任务情境4种类型，详见表1。

2 情境感知服务的特点、优势及局限性

2.1 情境感知服务的特点及优势

情境感知服务是基于物联网、大数据、云计算、人工智能技术相融合的系统应用，由于继承了移动互联网技术与生俱来的优势，在智慧图书馆架构下融合情境的智慧服务具有以用户为中心、泛在化、自适应性、实时性与前瞻性、多样性等特点。

2.1.1 以用户为中心

现代图书馆服务核心是用户，情境感知“以用户为中心”的服务体现在主动感知方面。围绕用户需求，将情境与用户兴趣、行为、用户标签等进行关联，进而分析处理，了解用户隐性需求，匹配用户个性化服务方式或个性化服务内容。

2.1.2 泛在化

科技的高速发展，泛在互联网、物联网技术的应用，造就了图书馆情境感知服务泛在化的特点。无处不在的传感设备和网络应用，让用户在任何时间、任何地点被感知捕捉，触发情境，建立线上服务与线下服务融合的交互式个性化服务。

2.1.3 自适应

图书馆用户的情境因素是多维度的。面对同人、同景，同时不同期的境况，情境感知服务由情境数据根据用户多维情境（轨迹行为、历史记录等）去判断如何触发和执行。服务非“一视同仁”，而是“一境一策”。

2.1.4 实时性与前瞻性

情境感知服务系统从传感设备获取用户信息到情境分析预判再到服务匹配推荐过程：采集—传输—响应，是瞬间的即时服务。此外，历史数据的分析处理以及智能情境推理可以大幅度提高感知服务的响应时间[18]，并发现数据趋势实现前瞻性服务。

2.1.5 服务多样性

图书馆融合情境的感知服务系统是对图书馆资源、技术、馆员以及服务方式等情境进行融合，实现功能优化并集成一体的服务体系[19]。它有较强的数据处理能力，懂得用户的需求。深度融合的智慧图书馆情境感知服务内容多元化、服务方式多样化，应用场景广阔。如信息推荐、资源获取、咨询解答、虚拟现实、空间服务等。

2.2 情境感知服务的局限性

智慧社会的高速发展带来了人工智能技术的泛在化应用，推动了图书馆智慧化转型。而智慧图书馆下情境感知技术的讨论与运用最为广泛，但是现阶段图书馆领域的情境应用并不完美，情境感知技术的融合还不够完善，应用过程面临诸多局限性。

2.2.1 用户隐私和数据安全问题

2018年，党的十九大报告提出“智慧社会”发展理念，推动了人工智能技术在各行各业的普及应用，“智慧工业”“智慧农业”“智慧交通”“智慧家庭”纷纷出现。“智慧社会”中，“智慧”是指人工智能技术的应用。而“社会”泛指全覆盖的范围。情境感知技术是智慧应用的技术手段，属于人工智能范畴。它的本质是情境信息的获取、分析与处理。智慧的运用必须对用户信息数据实现共享和开放才能有效利用，而用户数据的共享和开放势必带来用户隐私泄露和数据安全等隐患。用户信息泄露后的违法利用会对个人安全及社会稳定带来极大的危害。所以，如何能在法律的框架下既灵活运用情境感知技术，又能合理保护用户信息及数据安全是目前全行业亟待深入思考解决的难题。

2.2.2 异构系统与信息互通的难题

基于情境的智慧服务的完美实现是互联网科技的高效融合，是感知层、分析层、应用层软硬件的顺利对接交互，它必须以终端移动设备的硬件兼容、软件接口的互通及数据库结构的一致、软件算法的匹配、协议标准的同一性为前提。但是这些软硬件均来自不同的生产厂商，平台之间异构存在，缺乏统一的标准，系统融合应用中会出现通信交换故障等诸多问题。同样，面对异构架构，需要图书馆行业制定出台相应“系统集成管理”的统一标准，以便有效推动智慧图书馆发展。

2.2.3 资源融合与共享

数字图书馆是众多资源的集成和整合。基于情境的资源服务被普及推广，知识推荐、资源推介、资源传递层出不穷。这不但需要相关技术支撑，还依赖于资源的合理配置。图书馆的数字资源种类繁多，如数据库资源、网络资源、自建资源等。通过资源集成来构建统一的异构检索平台是个性化检索和个性化推荐服务能否实现的关键[20]。另外，馆际资源共享也是智慧图书馆资源的组成部分，是资源服务的重要内容。资源的共享所带来的版权问题也必须引起图书馆的高度重视。

3 融合情境感知的图书馆个性化服务应用场景设计

智慧图书馆服务是融合馆员、用户、服务、资源及技术，以移动互联网科技为支撑，通过有效的组织向用户提供的高效、便捷、精准服务，服务的核心是用户。融合情境的智慧化服务则是基于情境信息，提供满足用户需求的个性化服务。场景式服务是互联网科技发展背景下资源、空间、服务三维融合的直接体现，情境感知服务应用在智慧图书馆的服务方式和场景是多样化的。结合国内外大量相关文献研究及图情领域应用实践，笔者根据智慧图书馆情境，对智慧图书馆个性化服务从5个方面进行了场景应用设计。

3.1 用户场景应用设计

高校图书馆场景下的用户需求可以分为一般需求、学习、教学和科研4类，见表2。

表2 图书馆用户需求分类情境

情境从图书馆用户场景出发，可以分为静态的用户情境和动态的用户情境。静态用户情境包括个人基本信息；动态用户情境包括兴趣偏好、用户的行为、知识水平、情绪、思维特征以及活动等。基于用户情境的个性化服务在图书馆场景应用非常广泛。

3.1.1 个性信息推荐服务

随着年龄的变化，用户在不同年龄阶段身份属性会随之发生转变。从高中生到本科生到研究生再到从业者，其兴趣爱好、知识水平和阅读需求也会有所不同。智慧图书馆可以根据用户年龄、专业、身份、年级等用户情境提供有针对性的读者信息推荐服务。如，针对大一新生提供信息素养能力培养及阅读兴趣开发书籍信息推荐；对大三读者提供考研相关书籍资料；为大四阶段用户提供就业信息及就业指导推荐等；针对研究生读者提供学术能力培养相关讲座及期刊文献、前沿学科动态等资源推送。情境融合的个性化推荐服务可根据用户情境提供差异化服务，以满足用户的不同服务需求。

3.1.2 图书馆“智慧门户”设计

以图书馆用户数据和门户资源为核心，通过用户信息情境的感知来解决图书馆门户服务智慧化的自适应性问题。图书馆网站“智慧门户”的智能模块对用户行为数据信息加以分析和预测，匹配门户信息资源和数据资源的元数据，实现个性化服务及用户需求的有效反馈（见图1）。如，苏州大学图书馆门户根据用户情境，分设新生、本科生、研究生、科研人员模块，有针对性地提供相应读者的服务资源。

图1 图书馆“智慧门户”个性服务过程

3.2 资源场景应用设计

图书馆的资源包括数字资源和纸质资源，其中数字资源包括数据库、电子期刊、电子图书、网页、多媒体资料等。资源情境场景是指用户利用资源的情境或获取资源的情境场景，该情境是包括用户情境、物理情境、任务情境的综合情境。

移动图书馆时代馆藏资源呈现动态更新、海量化、高价值性等特点。如何使用户有效获取信息、解决海量资源与用户需求的矛盾一直是当今图书馆资源利用服务讨论的热点话题。资源积累与用户准确获取的矛盾可以通过融合情境感知技术的资源管理和信息服务方式来实现。

3.2.1 资源检索服务

2006年，搜索研究专家Broder[21]提出基于情境驱动的信息推送第四代搜索引擎建议。基于情境感知技术的图书馆资源检索服务是对查询优化、对结果进行降权或升权操作排序、同时结合协同过滤以减少信息过载的过程。运用用户跟踪检索模型，获取需求意图，并通过情境分析匹配提高资源的相关性，最终实现结果优化的个性检索，即根据用户的情境及偏好提供满足读者需求的知识资源，有助图书馆用户高效率的资源获取。

3.2.2 图书定位及推荐服务

图书馆纸本图书查找及关联图书推荐一直是困扰读者的难题。读者查找图书馆海量书籍的方式通常是通过书目系统或无目标方向的书库检索、阅览室查找，往往效率低且相关性较弱。基于位置感知的图书查询推荐服务设计，是当用户置身于实体图书馆查找图书文献时，用户运用智能终端App检索，智慧系统通过感知信息会自动为其显示需求文献资源的精确位置和最佳路线。用户还可以通过交互场景地图发现所在情境附近的相关资源和热点书籍，进而获取资源的索取位置，享受实时性推荐服务。融合情境的资源服务是图书馆一站式的资源推荐获取服务。

3.3 移动场景应用设计

移动情境场景服务即“移动场景的情境应用”，它区别于传统图书馆在有限的时间、空间下与读者面对面的服务方式，是一种灵活、个性化的服务模式。物联网高速发展，传感器技术的广泛应用赋予智慧图书馆移动智慧型服务新的手段，实现了人与人、人与物、物与物的连接。它突破了传统图书馆时间、空间、服务手段的限制，基于移动情境感知用户需求，具有主动服务、自适应、自优化的特点。通常，传感器获取的信息源多为时间、地点、温湿度等变化的情境因素。移动情境场景服务有利于智慧图书馆个性信息服务的实现，提高图书馆的服务效率，提升图书馆资源利用率。

3.3.1 图书馆知识推送服务

在图书馆建立地理围栏，创建特定区域范围。根据精准识别读者位置信息，获取读者当前情境并加以分析，当读者的智能设备进入该区域，并停留超过预设时长时，服务系统自动推送相关知识信息，如数据库开通与试用、科研学术、讲座培训、学术会议、新书通报、图书推荐等。

3.3.2 融合情境的移动视觉搜索服务

移动视觉搜索是指利用移动终端获取图像或视频作为查询对象，在移动互联网检索并通过移动终端反馈给用户感兴趣的信息的一种检索方式。其在百度应用最早，目前在淘宝、京东商城等互联网电商平台应用广泛。在图书馆场景下可以应用于在线翻译或词典等应用中。通过终端设备，运用移动视觉搜索服务融合增强现实技术[22]，在图书外文翻译及字典功能实现上能解决长期困扰读者的难题（见图2）。

图2 基于移动视觉搜索的在线翻译服务应用

3.4 服务场景应用设计

服务情境场景即用户与智慧体系交互的场景，它是一个请求与提供的双向过程。服务的对象一定是用户本体，服务的效果要准确、高效、及时、便捷、流畅，极大程度地满足自身需求，甚至进行预测推荐，服务的核心是智慧。具有情境感知的服务超脱了系统与人的境界，仿佛人与人的沟通。情境化服务是个性化服务，是高级的智慧型服务。

3.4.1 智慧空间感知服务

物联网智能感知设备的广泛使用，带来了智慧家居的普及应用。同样，基于传感器物理情境感知的图书馆智慧空间服务也有着广阔的应用前景。图书馆物理情境下的感知技术可以融合多重情境信息，根据感知及设定的情境，自动调节馆舍光线、温湿度等，为用户提供舒适的学习和阅读环境。

3.4.2 智慧座位管理系统服务

智慧座位预约管理系统是读者根据自身意愿需求线上预选座位，并实现无值守的座位预约管理系统。读者预约座位后，系统通过场景识别借助摄像设备采集自习区域情境信息，判断标记读者签到、离位情况，空位自动释放。若座位违章占用，系统通过实时情境记录违章读者信息，列入违章处罚列表，根据指定规则进行相应的处罚。这简化了读者操作，实现智慧管理，提升了自习室利用率。

3.5 融合多维情境场景模式设计

智慧图书馆中用户、资源、服务三要素缺一不可。基于情境感知的个性化服务的情境往往不是孤立存在，而是多维度相互依存的。用户、资源、服务情境的多元融合、互为耦合，形成了智慧图书馆服务模式的多样性。融合情境的智慧图书馆服务体系依托互联网传感器精准、高效、无感知获取的特点，有效获取用户多维数据，运用云计算、大数据等技术手段，结合情境数据库及用户画像库加以分析，进而匹配或预测用户服务需求予以推荐。

4 融合情境的智慧图书馆个性化服务模式构建

4.1 服务框架

融合情境的智慧图书馆个性化服务框架从感知层、分析层和应用层3个层次来实现，它们分别承担情境获取、情境分析及情境服务应用功能（见图3）。

图3 融合情境的智慧图书馆个性化服务框架

（1）感知层：是融合情境的智慧图书馆个性服务的基础，是物理设备与智慧服务结合的重要组成，为分析层和应用层提供数据支持与服务。感知层好比智慧图书馆的感知器官，接入智慧系统的传感器、摄像机、射频识别、近场通信、蓝牙、GPS、移动终端等设备自动识别对象情境信息，实现图书馆场景下实物信息的自动感知与获取。如，通过移动终端设备实现对用户的感知；通过温湿度传感器、声光传感器、气体传感器、频率传感器等对图书馆物理环境的感知调控；通过图像识别设备对场景和用户的识别，RFID对图书数据的识别获取等。

（2）分析层：是情境数据的处理、分析、判断、匹配过程，是融合情境的智慧图书馆个性服务的核心。分析层好比人类的大脑，是融合情境的智慧图书馆个性服务智慧的体现。从感知层获取的情境信息在这里需要进行情境预处理、情境推理和情境预测3个步骤。首先，感知层获取到的数据往往不完整，甚至是冗余和冲突的，需要进行情境信息筛选，通过数据组织、数据校验、数据清洗，匹配条件适宜的情境信息。其次，在情境推理阶段整合预处理的情境信息，生成符合语义的高级情境信息。最后，情境预测要通过推理引擎结合实体情境推算预测相似度较高的情境结果进行个性服务匹配。此外，情境数据库模型及用户画像库及协同过滤算法的使用，可以帮助图书馆持续深入了解用户的行为。运用准确的场景模型是大数据环境下分析决策用户需求的关键。

（3）应用层：是框架结构的顶层，是融合情境的智慧图书馆的价值体现，为用户提供实体场景、虚拟场景及混合场景下的个性化服务。包括信息服务、资源服务、场景服务、虚拟服务甚至外延服务等。

4.2 服务模型

智慧图书馆服务的目的是满足用户需求，提供千人千面的个性化服务。如何实现融合情境的智慧图书馆个性化服务？笔者以融合情境的智慧图书馆个性化服务应用为例加以描述。

千人千面的个性化服务基于读者情境的分析，读者情境数据的来源呈现多元化特征，主要体现在用户和图书馆之间产生交互数据的维度。每一个用户的情境散列程度非常大，不会重合。人的每个动作、相关情景及环境都会被定义成一个个情境，围绕用户的多情境融合体现可完整地揭示用户行为意图或需求。如，在专业书架前，翻看相关书籍动作就是寻知的行为，隐含求知的需求。

当读者进入图书馆空间（实体或虚拟），个人信息第一时间会被门禁、应用系统甚至摄像机等感知器捕捉，借助这些信息图书馆完全可以了解该用户在各种场景下的行动轨迹。通过唯一的用户ID的多维情境相关数据采集，结合场景情境信息及完善的情境模型库、用户画像库信息对多维情境数据加以融合，运用大数据分析、深度算法、数据挖掘等技术手段进一步分析，形成高级情境的预测推断，从而得出有效的读者需求假想，进而匹配个性化图书馆资源、服务，最终通过智能终端给予读者交互式的服务反馈（见图4）。

图4 融合情境的智慧图书馆个性化服务流程

5 结语

随着移动互联网技术的迅猛发展，基于情境感知的个性化服务势必成为“智慧社会”服务的发展趋势。融合情境的个性化服务是智慧图书馆建设发展的内在需求，是图书馆与用户间的智慧桥梁，是智慧图书馆智慧体系构建的核心。面对高速发展的互联网科技，智慧图书馆情境服务应用仍任重道远，还存在数据安全、系统异构及资源融合共享等难题。相信随着研究的深入，情境服务在人工智能的高效融合、深度学习的感知技术、仿生移动视觉研究和知识图谱的构建等方向具有广阔的发展前景，将不断推动智慧图书馆智慧化服务模式的创新。通过“情境”小数据，撬动“智慧”大生态，是未来智慧图书馆研究的重点和方向。