数字孪生技术驱动下的高校图书馆场景化服务研究

2024-04-09潘冬梅

河北科技图苑 2024年1期

摘要：数字孪生技术在高校图书馆场景化服务中具有极为广阔的应用前景。文章通过分析数字孪生技术在高校图书馆中的典型应用场景，构建了数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务模式，提出了数字孪生技术驱动下的高校图书馆场景化服务的保障路径。

关键词：数字孪生技术；高校图书馆；场景化

中图分类号：G258.6 文献标识码：A

DOI：10.13897/j.cnki.hbkjty.2024.0008

数字孪生技术多次被全球权威咨询机构Gartner列入到十大战略技术趋势之中［1］。在当前万物皆可数字孪生的大背景下，数字孪生技术在高校图书馆中具有极为广阔的应用前景，既可依托数字化、虚拟化的映射将高校图书馆的物理状态向广大用户进行呈现，还可介入到高校图书馆的场景化服务之中，为高校图书馆的转型升级打下坚实的基础。当前，针对图书馆场景化服务的研究可分为两大类：一是利用先进技术构建场景化服务体系，包括但不限于：数字孪生技术［2］、5G技术［3］、6G技术［4］等。该类研究主要是结合技术特点对应用场景类型进行解析，为智慧图书馆的可持续性发展打下坚实的理论基础；二是立足于用户信息接受规律构建图书馆场景化服务机制，如：毕达天等人［5］开展了基于VSM的移动图书馆用户画像及场景推荐研究。本文就数字孪生技术驱动下的高校图书馆场景化服务进行研究。

1 相关理论诠释

1.1 数字孪生

数字孪生概念是由耶鲁大学教授David Gelernter于1991年第一次提出［6］。2002年，Michael Grieves博士第一次将数字孪生应用于制造业［7］，美国国家航空航天局于2010年正式将数字孪生技术应用于航天器的研究与模拟［8］。当前，学界和业界对数字孪生的定义为：依托运行历史、传感器、物理模型等多种数据来实现虚拟仿真，进而凸显对应实体装备的全生命周期过程，并且还可以通过系统推理、数据更新、机器学习等方式来辅助决策过程。数字孪生可辅助研究人员更好地研发，并且还可形成海量的性能数据，可有效优化产品性能。

数字孪生技术与图书馆相结合，催生出数字孪生图书馆，为智慧图书馆建设另辟蹊径。数字孪生图书馆实质上是多门技术、多个学科相互融合而形成的结合体，主要是依托数字孪生技术建立健全智慧化数据闭环赋能体系，促使数字孪生图书馆与物理图书馆形成动态交互与实时双向映射关系，进而发挥出“以虚控实”“虚实融合”之效果。

1.2 场景化服务

场景化服务是服务领域的一种术语，是指为用户构建起一个虚拟的服务环境，基于业务逻辑关系动态引导用户快速找到解决问题的信息［9］。它如同耐心的解答者，只需用户结合个人需求做出几步简单的选择，就可有效引导其搜索到有关信息，进而得到

★基金项目：本文系2023年辽宁省高等学校图书情报工作委员会基金项目“知识赋能与交互的图书馆空间建构研究”（LTZ202302）的研究成果之一。匹配度高、针對性强的服务内容。现有研究分别以应用场景［10］、用户信息接受规律［11］为切入点进行论述，但鲜有在新一代信息技术驱动下基于用户信息接受规律来开展场景化服务研究。鉴于此，本文将数字孪生技术与场景化服务有机结合在一起开展数字孪生技术驱动下的高校图书馆场景化服务研究。

2 数字孪生技术在高校图书馆中的典型应用场景

当前，数字孪生技术已经广泛应用于物流管理、产业布局、城市建设等多个应用场景，无论是需求层次，还是用户范围均在不断地拓展。在数字孪生技术驱动下，高校图书馆的应用场景也在不断变化，服务目标也逐渐转变为场景化智慧服务，不再是普惠型信息提供。相信在不久的将来，还会对数字孪生应用场景进行深入挖掘，实现场景的迭代、分享与跨界，让用户能够享受到沉浸式的感官体验，进而增强用户的参与度与活跃度。数字孪生技术在高校图书馆中的典型应用场景主要有以下三个方面。

2.1 孪生馆员服务

高校图书馆利用数字孪生技术，可在移动智能终端、官方网站构建起孪生馆员形式为用户提供一站式专属服务。与既往虚拟客服不同，孪生馆员突破了原有的“限定性功能”与“格式化思维”，通过人工智能、深度学习等方式赋能，与用户在感官上实现灵活交互，且可实时动态响应用户需求，为用户提供个性化的专属服务，并且还会基于用户的身份信息、阅读偏好、检索记录为其有针对性地推送服务项目与热点资讯。与此同时，针对残疾学生等弱势群体，还可结合用户的特殊需求差异化设置孪生馆员的服务内容与服务方式，最大限度地减少弱势群体的信息接收障碍，力争能够妥善解决数字鸿沟［12］。

2.2 孪生智库支持

高校图书馆存储着大量文献资料，在学科建设过程中发挥着重要作用。数字孪生技术驱动下的高校图书馆要充分利用好虚实融合的技术手段，尤其是要全力打造孪生智库，让更多的专家学者能够主动地入驻其中，在突破时空限制的情况下为用户答疑解惑，只要长期坚持下来，就可构建起富有个性化、专业化的孪生智库。面向知识需求紧急的远程用户，数字孪生体可依托专家画像与用户画像为其精准匹配行业专家，通过多维交互、双向沟通、移动终端接入等多种方式，在线给用户提供不逊于现实场景的信息服务与知识资源，让科研成果能够真正地实现无障碍传播与共享。

2.3 孪生休闲园地

高校图书馆开展休闲文化服务是社会文明发展的必然趋势，也是高校图书馆拓展场景化服务内容的主要举措之一。在全息仿真技术、智能传感技术、XR沉浸式云技术的加持之下，可为用户赋能虚拟休闲体验场景，让高校图书馆可从实体资源有限、人力资源不足的桎梏中摆脱出来，针对不同的用户提供差异化的休闲娱乐服务［13］。当然，数字孪生技术驱动下的高校图书馆还要主动与其他组织机构合作共同开展文化娱乐活动，对资源配置与空间布局进行优化，构建起多主体参与、多部门联动的公共文化服务平台，让用户全方位、沉浸式地参与其中。

3 数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务模式构建

3.1 数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务目标

高校图书馆面向未来的创新服务形式必将是基于场景的服务。在数字孪生技术驱动下，高校图书馆场景化服务目标主要是精准契合不同用户的差异化信息需求，并且还要让用户在此过程中获得愉悦的体验感。自主迭代优化、虚实融合交互、资源配置最优的特点可形成共生知识空间，全息仿真、用户画像又可为用户动态构建起交互知识服务体系，进而衍生出更多、更优的场景服务，这样既可提高用户到馆率，又可增强用户黏性。

3.2 数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务特征

3.2.1 全要素高仿真

数字孪生技术可将信息孤岛进行打破，从“人—机—物—环境”视域可视化展示智慧图书馆，并且还可对多源异构数据进行融合，将物理图书馆的运行实景映射到虚拟空间进行还原，还原内容除了涵盖物理图书馆的“全时空”“全要素”，还要囊括各要素之间的相互影响，最终让物理空间与虚拟空间实现一一映射。由此可见，在数字孪生技术驱动之下，可整合历史数据与当前数据实现未来场景、未来数据的全要素高仿真。

3.2.2 虚实融合交互

数字孪生技术能够使物理空间与虚拟空间实现双向互动，可有效支持智慧图书馆朝着数字孪生场景自主还原与演变的方向发展。例如，用户可依托VR技术进入到虚拟数字空间之中，既可在此空间内映射物理场景实现结果优化、调节控制，又可利用其仿真功能实现对物理场景的决策支持，以此来为广大用户提供更精准的场景服务，助力于建设起更富有真实性、开放性、包容性的智慧图书馆。

3.2.3 自主迭代优化

虚拟数字空间依托知识图谱技术、机器学习技术对智慧图书馆存储的海量数据进行深度学习，并可实现自主迭代优化，以此来挖掘出智慧图书馆的运行规律，进而妥善利用。例如，在数字孪生用户所在的场景内动态投射用户对于真实场景的相应需求，实现场景需求的精准识别，既可增强高校图书馆的场景化服务水平，又可推动数字孪生系统的有序发展，助推虚实系统的稳定循环。

3.3 数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务模型构建

本文参考陶飞教授［14］提出的数字孪生五维模型，将数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务分为5大基本要素，并且构建起数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务模型，如图1所示。

3.3.1 物理实体

物理实体通常是由智慧服务、用户馆员、空间设施等基础元素组成，形成实体图书馆的服务场景。粒度适中的物理实体可为数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务提供高价值密度的运营数据与初始参数。为了对调节粒度进行有效控制，本文利用分层方法进一步细化物理实体，其中，图书、用户、文献、馆员、传感器等单一元素归入单元级物理实体；学术分享会、阅读推广、借阅服务等可为用户提供知识服务的工作模块，通常都是由多个单元级物理实体所组成，可归入系统级物理实体元素；若干个系统级物理实体元素又叠加组合在一起形成复杂系统级物理实体，最终形成可为用户提供多种体验式服务的图书馆。

3.3.2 虚拟服务

虚拟服务是高校图书馆在数字孪生时各项算法、逻辑、数据、模型实现集成化封装的过程。数字孪生技术驱动下，虚拟服务可分为高校图书馆业务性服务与高校图书馆功能性服务。功能性服务包括：性能优化服务（面向交互接口）、数据管理服务（面向孪生大数据）、模型管理服务（面向虚拟实体）；业务性服务涉及面更广，主要是立足于满足不同用户的差异化服务需求，包括产品服务（面向用户）、决策服务（面向知识资源管理）、业务指导服务（面向馆员）。虚拟服务既可强化数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务功能，又可克服数字孪生复杂性所带来的信息接收障碍。

3.3.3 交互接口

交互接口在“服务”“场景”“用户”中可发挥出桥梁功效。在数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务模型之中，关键的交互接口包括：现实场景与虚拟场景之间的双向迭代、虚拟场景对孪生数据的仿真反馈、孪生数据与移动终端之间的感知传导等。

3.3.4 虚拟实体

虚拟实体是物理实体在数字空间的动态映射，通常是由孪生馆舍、孪生用户、孪生馆员等组成。依托数字空间，可对数字孪生技术驱动下高校图书馆的各类场景化服务功能进行仿真模拟，营造出相应的服务场景，并且还可对虚拟场景错配进行精确校准，增强用户的信息体验感。此外，数字空间还会持续不断地迭代孪生数据，在算法的配合之下，可大幅度提高场景识别的灵敏度，一旦有相似场景被触发，就会在第一时间内迅速响应，进而增强高校图书馆场景化服务效率。

3.3.5 孪生数据

孪生数据主要是为高校图书馆场景化服务中所出现的场景匹配、需求预判、情境感知提供强大的数据支持，在整个模型中承担着“核心驱动”的作用，可将其细分为五大类数据，分别是服务数据、物理实体数据、知识数据、虚拟实体数据、衍生数据。其中，服务数据作为量化评价场景适配度、仿真模拟活动可靠性的主要依据，涵盖了虚拟用户与现实用户之间交互所形成的意见反馈、感知情绪、历史服务数据等；物理实体数据可对用户对场景服务需求信息、高校图书馆馆藏资源等进行实时体现；知识数据包括用户生成内容、规则信息内容等，可推动数字孪生技术驱动下高校图书馆的知识资源创新；虚拟实体数据既包括虚拟实体的设定参数，又包括在仿真模拟场景化服务功能时所形成的运行数据；衍生数据作为上述数据在计算过程中形成的“中間产品”，可有效强化场景响应效率。

4 数字孪生技术驱动下高校图书馆场景化服务的优化路径

4.1 顶层设计

在政府层面，欧美发达国家已将数字孪生技术上升到了国家战略层面，将其视为数字化转型的主要支撑，我国也不例外，先后提出“杭州数字大脑”“深圳数字孪生城市”等建设目标。在企业层面，德国西门子、日本丰田、美国特斯拉、中国阿里巴巴、中国百度等世界著名企业均将数字孪生技术作为推动企业获取未来竞争力的有效途径。由此可见，我国一定要切实做好数字孪生的规划，一方面，要从优惠政策、专项资金等方面入手对数字孪生产业进行扶持；另一方面，要组织龙头企业、科研院所、高校图书馆集思广益、集体攻关，力争掌握数字孪生的核心技术，形成适合大范围推广的高校图书馆场景化服务模式。

4.2 技术保障

高校图书馆经过多年的发展，已形成许多相对成熟的管理系统，如：设备管理系统、馆藏资源管理系统、人员管理系统等，可利用数字孪生技术将这些管理系统进行实景三维建模，构建相配备的三维信息模型，并将管理系统与三维信息模型进行叠加，进而实现各类数据的集成。这样一来，可让高校图书馆的场景化服务更趋于智能化、可视化，实现由静态到动态、由平面到立体的升级迭代。

4.3 人才培养

人才是科技创新的第一资源，也是创新的动力之源。数字孪生技术涉及很多新技术，包括但不限于：人工智能技术、区块链技术、物联网技术、云计算技术、大数据技术等。随着数字孪生技术的日渐成熟，社会各界对数字孪生技术人才的需求都会越来越多，若要更好地优化高校图书馆场景化服务，就需要培养一大批优秀的数字孪生技术人才。政府层面，要致力于构建多类型、多层次的专业人才体系。首先，鼓励各大高等院校开设数字孪生相关专业，通过专业建设、课程教学、专业实践等多种方式来系统化培养数字孪生技术人才。其次，成立各类数字孪生实训基地、数字孪生研发中心，鼓勵通过校企合作、院所合作等多种模式开展数字孪生技术攻关，培养实用型人才。再次，要大力开展国际交流与合作，积极学习国外先进技术，立足培养数字孪生领域的高层次人才。高校图书馆层面，要做好馆员队伍建设。首先，图书馆要与数字孪生相关的设备供应商、科技公司、科研院所等开展战略合作，通过技术培训、产品应用来增强广大馆员的业务水平，让其能够逐渐成为数字孪生技术的实用型人才。其次，图书馆要与其他文化机构开展紧密合作，要侧重于关注其是否应用了数字孪生技术，若有成功案例，则要及时组织馆员实地观摩、交流学习。再次，图书馆还要制定出台多种激励措施，吸引更多的馆员、业内学者、数据专家投入到数字孪生图书馆的研究中来。

5 结语

图书馆界的每一次革新都离不开新技术的驱动。移动图书馆、数字图书馆的涌现，是在互联网技术、计算机技术的推动之下形成的。数字孪生技术的出现，则是驱动高校图书馆朝着更高的阶段发展。高校图书馆一定要牢牢把握住这次重大的技术变革，依托数字孪生技术开拓创新，将场景化服务与数字孪生技术无缝融合在一起，扩大数字孪生技术在高校图书馆建设中的应用，加速推进数字孪生图书馆的落地，实现高校图书馆的转型升级。

参考文献

［1］石婷婷，徐建华，张雨浓.数字孪生技术驱动下的智慧图书馆应用场景与体系架构设计［J］.情报理论与实践，2021（3）：149-156.

［2］初景利，任娇菡，王译晗.从数字图书馆到智慧图书馆［J］.大学图书馆学报，2022（2）：52-58.

［3］任萍萍.5G技术驱动下的智慧图书馆应用场景与智慧平台模型构建［J］.情报理论与实践，2020（7）：95-102.

［4］张兴旺，石宏佳，王璐.孪生图书馆：6G时代一种未来图书馆运行新模式［J］.图书与情报，2020（1）：96-102.

［5］高沨，李宁.智慧图书馆场景服务的构建机理［J］.图书情报导刊，2018（11）：1-5.

［6］王东波.基于数字孪生的智慧图书馆应用场景构建［J］.图书馆学研究，2021（7）：28-34.

［7］严栋.基于物联网的智慧图书馆［J］.图书馆学刊，2010（7）：8-10.

［8］赵艺扬.数字孪生图书馆：基于数字孪生技术的新型智慧图书馆建设［J］.出版广角，2020（10）：79-81.

［9］百度百科. 场景式服务［EB/OL］.［2023-10-16］.https：//baike.baidu.com/item/%E5%9C%BA%E6%99%AF%E5%BC%8F%E6%9C%8D%E5%8A%A1/5269034？fr=ge_ala.

［10］毕达天，王福，许鹏程.基于VSM的移动图书馆用户画像及场景推荐［J］.数据分析与知识发现，2018（9）：100-108.

［11］谢礼想.基于“全面智能”的智慧图书馆场景服务的构建［J］.滁州学院学报，2021（4）：133-136.