物联网技术在智慧图书馆空间管理领域的应用研究

李 慧，杜文龙

（西安航空学院 图书馆，陕西 西安 710077）

0 引 言

智慧图书馆是图书馆的新发展模式[1]，为数字环境下的用户提供定制化、个性化和智能化的智慧服务成为智慧图书馆的建设目标和发展定位[2]。人物连接、物物连接、数据交互的空间感知传感网络系统是实现智慧服务的技术基础[3]。为此，本文开展物联网技术与智慧图书馆空间管理的融合研究，探索具备全面感知、可靠传递和智能处理技术特征的物联网技术在智慧图书馆空间管理领域的应用价值、应用方向和应用前景。

1 智慧空间布局

1.1 传统空间布局模式

图书馆典型的空间布局思路主要参照馆藏图书的学科属性、学科范围和载体形态[4]。划分后的空间布局为独立的物理区域。实行大开间、广流通的空间管理模式，在每个划分后的空间区域中配置对应的书桌、阅览椅等用品，便于读者学习和阅读在架图书。以上空间布局方式的优点是便于引导读者快速找到所需学科图书的对应楼层；缺点是空间划分方法过于单一，空间划分依据主要围绕“读者对图书馆纸质图书的阅览和借阅”这一用户需求，形成的阅读环境和学习环境是“静态”的纸质图书利用环境，尚未形成“有静有动、动静结合”的空间环境。

1.2 基于物联网技术的智慧空间布局

运用物联网领域的新技术、新思路、新方法和新举措，重新思考和规划图书馆的内部空间和外部空间布局，使图书馆形成“智能感知、互联互通（物物相连、人物相连、数据贯通）和内外融合（内部空间与外部空间）的智慧空间布局模式。基于物联网技术的图书馆智慧空间布局如图1 所示。本研究设计和规划的图书馆智慧空间布局由物品元素、系统元素、人员元素和设备元素四种元素组成，并运用物联网的RFID、虚拟现实技术、智能感知技术和智能互联技术等核心技术将以上图书馆空间的四种元素连接起来，实现四种元素之间的互联互通、协同控制和数据共享。其中物品元素由图书馆内的智能图书书架、图书电子标签和智能图书阅读器等实体物品组成；系统元素由图书馆内的智能图书管理系统、智能业务管理系统和智能空间监测系统等用于空间管理、空间布局的系统组成；人员元素由馆员、教师、学生和社会人员等图书馆的服务对象组成；设备元素由智能感知设备、智能网络设备和智能导航设备等用于馆内空间布局、空间服务的硬件设备和软件设备组成。

图1 基于物联网技术的图书馆智慧空间布局

图书馆智慧空间的布局思路是通过智能芯片、传感器、智慧管理系统、虚拟现实、3D 导航以及RFID 技术和智能终端等将图书馆内的各个元素有效连接起来，实现图书馆建筑空间内物体与物体、物体与人、馆员与读者的互联互通和信息共享。同时运用物联网的传感设备感知、监测读者的利用行为数据、图书流通数据流、书架状态、机房状态等。通过云计算对感知获得的海量行为数据、运行状态数据和监测数据等类型的大数据进行实时分析和深度分析，经过数据回归分析和处理后得出下一步的控制策略。根据读者馆内阅读数据规律分析形成图书馆阅读导读政策的决策依据。通过读取智能书架上图书电子标签数据把握图书的借阅情况、阅览情况和知识分类情况，为优化图书馆纸质图书书架馆藏分布、调整阅览区座椅数量、增加或减少某类图书复本量等提供数据支撑和决策依据。纸质图书通过通信终端、控制终端（如开关、通道、阀门等）给出相应的控制对象的动作响应，使图书馆在无馆员或者馆员较少干预的前提下实现智能化空间控制、智能化空间管理和智能化空间调控。

2 智慧环境监测

2.1 物联网技术应用于智慧环境监测的可行性分析

图书馆的环境监测是图书馆生态系统的重要组成部分。图书馆室内外环境监测方法、手段和工具的智能化、智慧化程度直接关系着监测的效率和质量[5]。在图书馆实际运行过程中，图书馆管理者更多关注的是服务器、网络带宽、路由器、交换机、存储器、虚拟网络空间、网络运行环境、UPS 和网站等与图书馆运行相关的软件、硬件和网络环境。受管理理念、管理机制和经费等因素的影响，仅有少数图书馆采用物联网相关技术搭建机房运行的网络环境、供电环境和安全环境，可以通过智能感应设备、智能供电系统、智能应急系统和智能环境监测设备实现对图书馆机房的安全稳定运行的全天候动态监测。将物联网技术运用于图书馆机房运行环境监测大幅度提高了监测的科学性、规范性和准确性，能够使图书馆机房处于比较安全和稳定的物理空间和网络空间。如果环境监测数据误差较大、准确率低将会影响图书馆业务系统、安全系统和管理系统的运行。

随着图书馆对阅览环境、机房环境、网络环境和空气环境的关注和重视越来越多[6]，为了最大程度地降低各种环境中存在的风险，图书馆将寻求更加科学、更加规范、更加高效的室内外环境监测手段和系统。

物联网相关技术为图书馆环境监测的智能化、智慧化转型提供了可能性[7]。图书馆可以运用物联网技术构建智能环境监测和智能环境调控系统。馆内的建筑设施、智能设备能根据物联网技术监测的环境变化数据动态、灵活、实时调整运行状态。如通过安装在馆内的环境感应设备获取温度、湿度、亮度、空气质量等环境运行数据，环境感应设备获取到感应数据后传递至物联网云平台进行大数据分析和智能判断，经过智能分析后形成下一步行动的指令方案，如根据太阳光线智能调节阅览室内照明设备的亮度，根据阅览区温度自动调节制冷设备的控制温度，根据空气中二氧化碳的含量自动调控新风系统或者空气净化设备。

2.2 基于物联网技术的设备安全环境监测

将物联网技术应用于图书馆的设备安全环境管理中，构建基于物联网技术的智慧设备保障体系。通过感知设备动态监测图书馆内网络服务器、交换机、检索机、歌德机和工作机的运行状态，实现第一时间发现设施设备的异常状况并及时进行智能处理。如遇到设施故障、设备损坏等情况自动触发警示器，并将故障信息以及设备属性信息发送至维护人员进行处理。

2.3 基于物联网技术的消防安全监测

物联网技术在图书馆的消防工作和安全保障工作也具有很大的应用价值。运用物联网的传感技术构建图书馆智能消防感知预警系统，该系统具备报警、信息录入、视频重放、数据分析、智能显示报警具体位置及消防设备摆放位置等功能。报警器的终端系统采取物联网的感知传感技术，报警终端系统与报警接收系统、消防安全工作应急系统之间采用无线通信的方式。因此图书馆智能消防感知预警系统可以实时、动态、系统、全面监测图书馆运行的消防安全环境，一旦发生火灾等突发情况时，图书馆内安装的智能传感器就会第一时间自动将报警信号发送至报警接收器，报警接收器发出报警信号，完成自动报警。与此同时，图书馆智能消防感知预警系统会准确记录报警时间，系统桌面终端会自动显示报警的准确位置、该区域人员的分布情况、消防设施在该区域的位置和最近的消防通道等详细信息，能自动响应并打开应急通道、应急照明和语音播报等，协助图书馆工作人员第一时间引导读者有序撤离，保障读者人身安全和减少图书馆财产损失。随着电子信息技术、计算机技术和视频音频处理技术等技术的发展，图书馆从传统意义上仅依靠人力的安全保障时代正在向信息化、智能化安全保障模式过渡。物联网的感知技术、传感技术、导航技术、虚拟现实技术和3D 实时定位及图像显示等技术是图书馆安全保障智能化转型的助推器。传统意义上的安全保障模式为依靠安保人员有序地在各个图书馆区域走动巡视，通过肉眼发现馆内的水、电、暖、消防通道、消防设施和读者用电等方面的安全隐患。由于缺乏智能化检测设备和工具，总会出现巡视人员意识不到或者疏忽的地方，图书馆的消防安全事故时有发生，最主要的原因是从安全巡视开始到发现具体某个着火点存在较大的时间差，缺乏对火灾事故发生之前的预警和火灾事故发生中的报警能力。智能化的安全保障系统可以第一时间检测传统意义上人视觉上无法看出的安全隐患和风险。运用传感设备、智能定位系统、智能监控设备和环境感知设备全天候检测图书馆的安全环境，最大程度上发现和规避各种安全隐患[8]。如根据智能监控设备可以检测阅览区的阅览环境，出现读者发生冲突时可以第一时间向工作人员进行预警，提醒其及时到现场处理，维护安静、安全、和谐的阅览环境。

3 智能座位管理

3.1 传统座位管理模式的弊端

图书馆的阅览区和自修区是读者可以公平、平等利用的公共资源，但有限的学习自修空间自然不能满足每一位读者[9]。高校图书馆、公共图书馆的座位数与所服务读者总人数的比例一般为1 ∶5。在日常状况下基本可以满足读者的座位使用需求，如出现读者集中利用图书馆阅览区的高峰期，或者疫情防控期间图书馆采用“间隔就坐、同向就坐、分散就坐”的防疫措施，则会出现阅览区座椅数量严重不足的问题。特别是在高校图书馆，每逢考试、毕业期间，图书馆自修区和阅览区就会出现占座现象，屡禁不止，读者的无序占座则会造成图书馆阅览空间资源无法合理利用和座位资源使用秩序的混乱。如果不加以有效引导和合理控制，则会出现读者之间为了抢座位而发生冲突的情况。

3.2 基于物联网技术的座位管理模式

物联网的传感技术、定位技术、导航技术和虚拟现实技术为图书馆座位的智能化、智慧化和科学化管理提供了有效的技术解决方案[10]。通过物联网技术可以构建智能化、智慧化的座位管理系统。该智能座位管理系统可以实现对馆内座位的实时动态监控与智能管理，具体做法为：对图书馆的所有座位进行数据字段描述，描述的字段包括具体位置、开放性、专用性、预约信息、使用时长和使用规定等，将形成的元数据或者电子标签数据储存至图书馆智能座位管理系统的存储器中。与此同时，为了方便未预约座位的学生在馆内现场查阅座位的相关信息，将每一个座位的电子标签数据生成二维码并嵌入对应座位中，到馆的读者通过扫描二维码便可以快速查询该座位的预约情况、读者信息、规定使用时长和已使用时长等信息。如果该座位尚未被其他读者预约或者使用时间已经超过规定的时长，读者可以现场提交预约信息并进行使用。如果尚未达到系统规定的使用时长但读者需提前结束使用，读者则需要扫码结束座位使用。如果在已经达到系统规定的使用时长之后，仍然需要继续使用该座位，读者需要再次扫码进行座位预约和使用确认。图书馆的座位电子标签数据与实际利用情况保持高度一致和同步，对于读者而言可以通过智能座位管理系统远程查看图书馆的座位分布以及剩余座位数量，从而更合理地规划自己的学习计划和阅读计划。对于座位管理者而言有助于提高图书馆座位的管理效率和使用效率，图书馆可以根据阅览区座位的预约信息、座位利用量等数据动态灵活地调整书库馆藏数量和阅览区座椅数量。按照理想状态，图书馆的智能座位管理系统会处于自我管理、自我更新和自我适应的状态。但是考虑到读者的时间观念和遵守座位使用规定的自觉性等复杂因素的影响，图书馆在设计和开发智能座位管理系统时需充分考虑引入座位利用行为信誉分机制，类似于支付宝系统的“蚂蚁积分”，所有读者在使用智能座位管理系统时获得一个初始积分，如果读者存在违反图书馆座位管理规定的行为将会按照信誉分机制对应扣分。座位信誉分低于最低控制时将会限制读者的座位预约次数、缩短座位使用时长。

4 结 语

空间管理为智慧图书馆建设体系中的关键因素，基于RFID、GPS、LoRA 和M2M 等关键技术构建全面感知、数据交互、动态监测、人物互联和虚实结合的物联网空间网络体系，对智慧图书馆的空间环境、设备设施、消防安全、读者数据（包含静态阅读倾向和动态行为数据）和馆藏资源进行感知、监测、互联，深度挖掘空间环境中的运行数据、状态数据和管理数据，为优化智慧图书馆空间管理提供数据支撑和决策依据。