数字孪生技术应用下的公共图书馆群体系构建与研究

摘 要 论文针对总分馆制下“公共图书馆群”运营管理和发展中存在的问题和瓶颈，提出“公共图书馆群”数字孪生体系的建设和应用。通过馆群要素数据的采集传递、数据中台构建、全场景数字孪生建模以及应用服务创新开发等，实现馆群各类平台、系统的互联互通，以及公共图书馆群全域范围内的可视化管理和运营服务，为总分馆制下公共图书馆群运行和监管效率的提升，以及公共图书馆的智慧化转型升级提供重要技术支撑。

关键词 总分馆制；公共图书馆群；数字孪生

分类号 G250.7；G252

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2024.08.009

Construction and Research of Public Library Group System Under the Application of Digital Twin Technology

Yang Zhenyu

Abstract This paper proposes the construction and application of a digital twin system for the “Public Library Group” in response to the problems and bottlenecks in the operation， management， and development of the “Public Library Group” under the general branch library system. Through the collection and transmission of library group element data， data center construction， full scene digital twin modeling， and innovative development of application services， the interconnection of various platforms and systems in the library group， as well as the visualization management and operation services within the entire public library group， are achieved. This provides important technical support for the improvement of the efficiency of public library group operation and supervision under the general branch library system， as well as the intelligent transformation and upgrading of public libraries.

Keywords General branch library system. Public library group. Digital twin.

0 引言

公共图书馆总分馆制，是指在一个合适的地域单元内，由一个或多个建设主体，建成一个“公共图书馆群”，形成图书馆服务体系，提供普遍均等的服务[1]。图书馆总分馆制起源于西方，国内对公共图书馆总分馆制的探索最早出现在上海，后续北京、广州、嘉兴、苏州等地相继开展[2]。目前，我国大部分地区公共图书馆推行的是业务统筹型的总分馆制。总分馆制一般是以总馆作为中心图书馆起引领作用，下面包含各类分馆、城市书房、图书服务点、流动图书车等。总分馆制的优势是可以实现集中采购、统一编目，联合检索、通借通还，能够使读者就近、方便、快捷地享受公共图书馆的服务。但由于总分馆制在建设过程中出现了多种建设模式，如政府主导统一型、行业自主管理型、多元自由组合型等[3]，使得总分馆制存在着总馆与分馆之间缺乏密切沟通交流，管理人员不足，分馆执行力偏低，资源配置效能受制；总馆只对分馆图书编目、数字资源建设等方面进行业务指导，分馆的人事和财务独立，分馆行业和社会约束力降低，服务水平不高，不具备可持续性；政府投入财力有限，分馆规模相对较小，且各类纸质文献资源和特色文化活动种类较少等。

特别在近几年，城市书房作为政府公共文化服务品质化发展重要举措和推广全民阅读的有效途径，在全国多地建设运行，但由于城市书房多由社会企业资本介入，实际管理者的公益文化管理理念不成熟，缺乏长期性合作调研，使得城市书房的运营管理不够规范，人员职业素养不足，服务效率低，有的城市书房甚至关闭或转作它途。为了改善总分馆制存在的这些问题，“公共图书馆群”之间的配置和管理需要进一步地提升和突破，在加强分馆运行监管、增加交流培训、提高服务效率、优化资源配置及空间、文化创新等方面都需要更加数智化。

1 数字孪生技术对公共图书馆群管理提升及智慧化转型的意义

近几年，随着信息技术的不断发展和突破，基于数字孪生技术的虚拟智慧体系建设和发展受到了各个领域的关注和重视。数字孪生不是简单的3D建模，而是充分利用物理模型、传感器更新及本体历史运行数据等，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的动态仿真技术[4]，通过在虚拟体系中完成映射来反映相对应的实体装备的全生命周期过程，侧重的是物理世界对象在数字世界的重现、分析和决策。而近些年，公共图书馆领域为了推进和提升智慧图书馆空间和体系建设，在数字孪生技术应用和开发方面也做了大量的实践和探索，并且取得了一定的成果。如上海临港数字科技图书馆通过大数据、数字孪生、人工智能等技术实现实景与虚拟现实无缝对接，打通线上线下沉浸式阅读体验[5]；甘肃省图书馆采用数字孪生、大数据等技术启动建设了“智慧甘图综合管理平台”[6]，实现对图书馆人、资源、设备、环境等要素的全面感知、广泛互联、深度融合及可视化管理；厦门市政法委云图书馆创新实现了空间人物虚拟化、数字资产化、现实与虚拟交互化等元宇宙特色功能，用户在虚拟图书馆内浏览的同时可随时点击陈列的电子书籍进行阅读[5]；上海图书馆基于大数据、数字孪生、AR技术开发的“灵境石语——碑帖建筑 VR 沉浸式体验”、巴黎圣母院增强现实感沉浸式展览[7]；等等。

针对目前总分馆制下的“公共图书馆群”存在的相关问题和发展瓶颈，通过数字孪生体系的建设和应用可以得到有效的解决和提升，并且对于公共图书馆群管理和服务的数智化发展也具有重要意义。首先，公共图书馆群数字孪生体系的建设，可以集中融合各馆各设备和系统中部署分散、标准不一的信息数据，通过统一的清洗、治理和整合，打破以往公共图书馆群运营和管理中各馆业务系统、运维数据、工作人员和用户数据分散割裂及信息不同步的情况，构造一个业务协同、互联共享的综合数据管理平台。其次，公共图书馆群数字孪生体系可以全方位构建还原各馆的三维空间场景，并且通过与数据管理平台的融合，可以实时全域感知实体图书馆的运营态势，在系统中可视化还原业务态势变化，统一调度管理各馆的设备、能源、安防等情况，从而实现高效一体的综合运营监管模式，提高运行管理效率，便于各类服务标准的统一制定和实行，还可及时发现运行漏洞，防止设施状态人为判断延迟，减少设备维修成本。通过对业务运营态势的深入分析，可以更加全面合理地规划分配各馆馆藏数量和种类，协调各类文化活动在各馆的开展周期，从而打破地理空间跨度在分馆管理和维护上的制约。此外，公共图书馆群数字孪生体系可以开发构建与图书馆服务相关的元宇宙应用，如元宇宙游馆、元宇宙实训室、元宇宙展厅等。其中元宇宙游馆可以增强智慧空间感，让读者足不出户沉浸式地游览了解图书馆各总分馆，激发读者阅读、交流和实地游览热情，方便读者快速熟悉图书馆各馆相关服务内容，体验到不同情景下的图书馆氛围。元宇宙实训室是通过线上沉浸式三维虚拟空间的打造，定期开展各馆工作人员的业务交流、学习和实训，不但降低了时间和空间的限制，方便各馆工作人员进一步加深了解和协作，且利于业务培训场景创新提高实训效果，解决传统培训场景固化、实训成本高等问题。

2 公共图书馆群数字孪生体系运营管理架构

公共图书馆群数字孪生体系是整合总分馆制下各个图书馆设备、资源、服务、环境及网络建立的以总馆为主要管理者的具有高度感知性、互联性和数智化的三维智慧空间运行管理体系。该体系可提供统一的管理服务和分析决策，包括图书馆各类要素数据的全融合、馆群整体运行状态的全可视、专业服务事项的全可管、突发事件的全可控等，使公共图书馆群可以更安全、更舒适、更高效地为读者提供多样、优质、便捷的服务，从而实现公共图书馆整个体系全面的管理升级和智慧化建设。公共图书馆群数字孪生体系运营管理架构主要包括馆群全要素数据的感知采集与传递、馆群数据中台建设、馆群全要素数字孪生建模等。

2.1 公共图书馆群全要素数据感知采集与传递

公共图书馆群中各类要素数据的感知采集是构建数字孪生体系的基础，是实现物理实体与其数字孪生系统间全要素、全业务、全流程精准映射与实时交互的基石。因此数字感知技术不仅要能实现更精确可靠的物理测量，还需实现感知数据间的协同交互，明确物体在全域空间中的位置及唯一标识，并确保设备可信可控，可通过数字孪生全域标识为物理对象赋予独一无二的数字化“身份编码”[8]，实现对物理对象的快速索引、定位及关联信息（如资产类型、系统分类、设备型号、电流、电压、温度等）加载，与孪生空间中的数字虚体实现精准映射、实时同步，并且便于公共图书馆群物理实体之间跨域、跨系统的互通和共享。同时，利用智能传感器技术作为数据采集的端口，通过自动校零、漂移补偿、传感单元过载防护、数采模式转换、数据存储等功能，提高rwK48PJS2ObM5+gp4rjbazvv8GoI/aKn+pyI1wnkB70=数据采集的精度、分辨率，稳定性及可靠性，并且通过自发上报自身信息状态，构建感知节点数字孪生[9]。

公共图书馆群通过智能感知采集技术采集的数据主要包括与图书馆各馆外观建筑、室内场景、室外相关景观等空间要素相关的信息数据；与图书馆室内温湿度、红外线、灯光、烟雾、水位等环境因素相关的信息数据；与图书馆内人员样貌、行为、声音、活动轨迹等人员因素相关的识别信息数据；与智能专业设备、多媒体设备、办公设备、水电、能耗、监控等各类设备相关的传感数据等。

此外，网络通信技术对于广泛的设备信息采集、高速率稳定性数据上传、极限数量设备连接等需求至关重要。为了确保图书馆各馆信息采集与传递的高效性和稳定性，可通过5G行业现场网、边缘计算、QOS保障技术等实现各类设备、平台之间的互联互通与实时响应。其中5G行业现场网是用于现场、外部各设备之间，以及设备与业务平台之间数据互通的通信与管理技术。行业现场网可以为设备提供近端通信域互操作，实现行业现场异构网络的互联互通、柔性组网[9]。通过以网关为中心，前段以无源RFID、新型短距、确定性传输、中低速网络（如NB-IOT、LTE CAT.1、LORA等）、室内定位等技术实现现场设备连接与通信，后端以5G网络将实时业务服务及管理数据传输到数据平台，满足资产出入、盘点、设备互通信、数据高可靠传输、环境监控、设备及人员定位等各类业务场景需求。再结合边缘计算技术，可将数字孪生处理系统部署在物理系统的控制端，以保证系统的实时响应、高效传输、互联协作、可视化识别及异常监测等，从而提升网络的智能化能力。除此之外，为了防止网络故障或网络中断，通过基于SLA服务的QoS架构及能力分级管理方法，可实现高效、可靠的SLA服务管理的增强，以承载各种能力等级要求的泛在感知应用，以及与之相关的用户体验一致性服务[9]。

2.2 公共图书馆群数据中台建设

数据中台的建设是以元数据管理系统、指标管理系统、数据仓库开发与管理系统、数据质量与安全管理系统、数据网关等[10]作为技术支撑，同时辅以大数据计算引擎、数据集成、同步与交换引擎、敏捷BI系统及面向互联网业务的埋点引擎等将智能感知采集数据、业务系统数据（如图书馆集群管理系统数据、数据库数据、各类活动和办公系统数据等）、各类设备和移动终端运行数据等各类多源异构要素数据进行融合管理，通过组织和管理庞大数据量，包括整合孤岛数据，来支持大规模数据集成与开发，对所有数据进行监控与管理，沉淀数据资产，快速形成数据应用能力，以提供数据服务赋能实时推荐、多元场景数据智能需求，实现数据驱动，为业务决策、精细化管理提供支撑（如图1所示）。其中数据仓库开发与管理系统是数据中台建设的核心内容，主要包括数据整合、数据治理与指标体系建设、数据服务开发与可视化等。通过数据仓库开发与管理系统的治理加工将为数据资产构建、复用、升值、数据全生命周期管理与精细化运营、智慧决策、风险防控等打下基础。

（1）数据整合是指将离线同步或实时接入的不同格式、不同类型、不同协议的采集数据进行存储及清洗，去除空值、脏数据，对二义性、重复、不完整、违反业务或逻辑规则等问题的数据进行统一处理，规范字段命名及统一时间字段等，形成统一的数据管理中心库，是后续数据治理加工的基础。

（2）数据治理与指标体系建设主要是对整合清洗后来源于不同源系统的同一数据字段进行数据字典和格式的统一，对于源系统不具备的某些字段内容，还需要根据源系统中多个字段内容共同确定，补充属性。然后，根据常用业务维度（如用户、文献、设备等）对明细数据做初步汇总和分类，通过添加维度属性、关联维度等定义计算逻辑，形成多数据知识图谱，计算出常用统计指标并建立一致的数据分析维表。然后，基于每个具体业务过程特点，构建最细粒度的明细事实表，再根据上层应用和业务指标需求，在维度表和事实表的基础上根据业务主题对象构建命名规范、口径一致的统计指标，为上层提供公共指标，建立汇总宽表。最后，根据汇总宽表，按业务需求（如人流量、借阅量、用户信息）提供相应的报表数据，包括个性化数据、宽表集市、趋势指标等，以便于后续的业务查询、OLAP分析、数据分发等。

（3）数据服务开发与可视化是将治理加工后的数据进行模块化加载封装，并与可视化系统进行数据对接、数据萃取、分析建模、数据播放及可视组件编辑等，从而实现数据的实时驱动和可视化配置。然后对接API数据接口建立数据分析专题，生成各类应用场景服务（如业务态势分析、报表系统、用户画像、推荐系统、设备管理等），可以在线查询、数据大屏、数据报表等形式呈现或应用，按需获取数据智能分析结果。 同时，加载封装后的数据集群可进行鉴权管理，总馆一般拥有最大权限，可统筹监管各馆相关数据，分馆具有管理自身业务数据权限，各馆工作人员按照相应职责范围分别赋予不同业务数据使用权限，通过权限范围进行数据资源的操作和调用，可以规范各类业务的数据管理和事件管理。

数据中台通过对数据的集成开发、监控管理，屏蔽了原始数据的复杂性，把复杂数据关系按相同主题统一建模进行梳理，提高了单一数据质量和整体数据价值。数据血缘追踪能快速准确定位问题数据及危害范围，通用的中间层数据能够极大地减少重复计算、降低存储和计算成本，并且当业务发生调整时，可聚焦业务本身而无需调整数据管理的方式，灵活快速地应对业务变更。

2.3 公共图书馆群全要素数字孪生三维建模

数字建模技术是数字孪生的核心技术，需要通过传感器网络技术、三维建模技术、物理仿真技术完成对现实物理对象各领域特征的全面刻画，建模后的虚拟对象不仅表征实体对象的几何结构和三维建模状态，还模拟实体对象在现实环境中的运行机理、行为，分析物理对象的未来发展趋势。

目前，数字模型的实现主要通过建模语言和模型开发工具，建模语言主要包括UML、SysML及XML等，模型开发工具一般采用通用建模工具如CAD、Revit、倾斜摄影技术等，更专业的建模工具有CATIA、FlexSim等。建模的主要流程包括模型抽象、模型表达、模型构建、模型运行四个模块[9]，模型抽象是将建模对象的实体、系统等抽象为数字化的几何、数据、接口、事件、状态及配置等，从而实现对建模对象的特征抽取；模型表达是对抽象后的信息用建模语言（如XML、Json）进行描述，便于目标使用者和运行环境之间对模型的理解；模型构建是通过建模工具进行模型的组装、校验、编排等；模型运行是将设计好的模型在虚拟仿真环境下进行运行。其中模型的虚拟仿真需要用到在线数字仿真技术，即通过完整的信息和环境数据输入，将包含确定性规律和完整机理的模型转化成软件的方式来模拟物理世界的特性、参数，以及在真实环境下的行为。通过对物理对象的分析、预测、诊断、训练等，可将仿真结果反馈给物理对象，帮助物理对象进行事件决策和优化[9]（如图2所示）。除此之外，感知采集的大量物理实体历史和实时数据，通过大数据、AI算法、仿真算法、动态编辑等技术可以从对象、架构及粒度等维度训练出面向不同应用场景的仿真分支，如针对图书馆人流、物品、突发状况等进行管理与疏散的安防应急管理仿真；面向元宇宙空间引导、讲解及员工培训的数字人应用仿真；使智能机器人实现图书检索、定位、借还、上架的应用仿真等。通过各类案例的不断积累与改进，根据模拟仿真结果，可联动相关的AI策略决策系统，逐步训练数字孪生体模型形成AI智能学习和决策。

由于公共图书馆群建立的数字孪生空间是多个空间群体，所以在采集所有的空间要素建模数据时需要先精确各总分馆所在位置，然后再单个建模，统一可视化管理。一般可采用GIS、HD Map、倾斜摄影等技术采集生成与图书馆总分馆群体位置及模型外观相关的Shapefile、GeoJson、OSGB、OBJ等模型数据；采用CAD、REVIT、3D MAX等技术采集生成与各个图书馆独立建筑模型相关的DWG、RVT、GLB模型数据；采用CloudCompare、CAD等技术采集生成与各图书馆馆内场景和设备相关的点云和DGN数据等。具体建模类型除了包括以空间结构、几何形状、设施设备、场地环境、人员等为主要内容的对象组件模型外，还包括以业务运行流程、相关规章制度、技术知识经验为主要内容的规则模型；以人机交互、业务虚拟展示等为主要内容的几何、拓扑模型[9]；以识别视频、图像、语音为主要内容的智能识别模型等。

目前，大部分数字孪生平台都提供基于AI计算、计算机语义算法、分布式存储、BIM 语义提取、大模型切分等技术集成的数字孪生模型库作为数字孪生技术的底座和核心，通过多种三维 BIM 模型合并、二维图纸查看、二三 维联动、BIM+IoT 数据挂接、编辑或添加 IOT 设备等[11]，可准确读取模型层级结构、建筑内部详细构造、纹理材质、数据驱动逻辑等属性参数，快速精准地实现各类场景搭建和场景属性及效果配置，且厘米级、毫米级的数字构建技术可使物理实体的运行状态实现高度可视化。对于公共图书馆群中各馆场景采集的GIS数据、建模数据及系统数据等可在底座平台编辑器管理工作台界面上分别创建，创建后通过场景、模型、效果、内部驱动编辑等界面分别编辑，编辑完成后的各馆场景可通过经纬度坐标控制显示信息，发布后通过MOTT、COAP、LwM2M等应用传输协议进行虚实系统交互。

3 公共图书馆群数字孪生体系应用服务开发

通过公共图书馆群数据中台和全要素场景模型的搭建使得图书馆的业务要素和三维模型模拟得到了统一的管理和有效的协作，实现了馆群可视化运行管理平台的部署。在此基础上再通过API接口对发布的数字孪生场景进行业务逻辑编写、数据联动、触发场景交互等来实现各类应用场景服务的搭建和开发，在WEB端即可进行三维可视化场景显示和交互分析，以此形成完整的公共图书馆群数字孪生管理应用体系（如图3所示）。

依托数字孪生管理平台，公共图书群开发的应用场景服务主要包括基于图书馆主要业务开发的可视化业务运营态势分析、用户画像分析、一站式资源检索等服务；基于智慧空间管理为主的安防管理、设备管理、能耗管理、应急管理等服务；基于元宇宙建设的元宇宙游馆、元宇宙实训室、元宇宙展厅等服务。

3.1 可视化馆群业务应用服务

可视化业务运营态势分析主要是通过可视化管理平台虚实同步地实现对各总分馆服务业务的检测、分析、共享和实时呈现，一般包括与图书馆藏及借阅、电子资源使用、文化活动开展、信息咨询、办证、读者信息等相关的实时和周期性数据统计图、分布图、关系图、单态图等，以及基于各馆各类业务指标和人流量相关的地理空间三点图、堆积柱图和热点图等。这些服务数据结果与展示图书、电子资源和文化活动、各区域座席信息等都可与可视化数据大屏连接，供读者实时信息浏览和阅读导引。同时还可在图书馆App或小程序终端上实时呈现，并且所呈现信息中的各馆名称和推荐资源读者可直接点击进行相关链接，通过各馆名称链接可查看各馆位置、主题特色、近期新书和文化活动等，通过推荐资源链接可查看推荐图书简介、所在各馆借阅位置、与之相关的电子资源、推荐活动简介及开展日期和地点等，让读者可以实时全面高效地了解和利用图书馆的相关资源。除此之外，工作人员通过对服务业务检测数据（如借阅种类结构比例、电子资源使用种类结构比例、咨询种类结构比例、读者性别、年龄及学历分布、读者在不同时间段活跃情况对比、各总分馆人流量比、年度书籍借阅报告等）的分析研判，结合相关固定查询或即席查询（多主题纬度的相关度量值选择查询）的报表结果，可以深入发掘各馆业务开展情况，总结分析各馆的借阅趋势、活动效应、人员流动、座席使用、投诉反馈等情况，再根据各馆所在位置周边局势，及时合理地调整和优化各馆馆藏资源和服务时间，从而更好地服务和提升周边人群的阅读文化体验，进一步提升业务数据价值和运维使用效率。

用户画像分析是基于用户画像宽表对用户个人信息数据和业务服务数据中的用户行为和属性特征、到馆频次、借阅和活动喜好、文化需求方向、各馆运行轨迹等进行洞察归因，在感知、记忆、分析、服务用户的基础上来构建用户画像，并通过用户提取（如对一定区域、年龄、学历的用户进行提取分析）、分类对比（如对地方文献资源使用群体的汇总分析）、分群对比（如对少儿群体各年龄段的阅读喜好分析等）等进一步实现对群体和个人的文化资源定向投送和知识推理服务。特别是寒暑假、读书节等读者活跃期间，人流多、特定图书借阅量大时，可实时根据用户画像特点推送关注图书或活动所在各馆情况及位置，读者根据AR导航可就近及时借阅或参加活动。对于老人、孕妇、儿童、残障人士等特殊群体，根据其往常的活动区域及活动轨迹，可加强多传感器系统感知，收集其多维度特征画像，通过智能语音向导设备引导方向，在智能桌椅、智能多媒体设备上可根据读者语音及行为需求自动调节设备字幕大小、声音高低、色彩明暗及调用各类电子资源和视听影像等，甚至通过智能机器人系统与图书RFID标签和智能书架相连通，机器人可根据读者的语音借阅需求将图书送到特殊人群所在座位，以更加智慧化、人性化的方式为读者服务。

一站式资源检索是基于平台的数据集成与管理、可视化等功能将图书馆的纸质资源、数据库资源、业务规章办法、文化活动通稿等进行统一整合，读者通过统一检索入口即可在线查询馆藏书目资源和全部有访问授权的信息资源。同时，对于检索的词语、著者、学科、机构等还可实现可视化的词谱图（上、下位词，相关词）、知识点网络关联图、多主题对比趋势图（检索词在相关图书、期刊、学术及会议论文、各类学术发展等方面的发文量对比）的检索，以及图书、期刊、文献之间的参考与引证分析。其中知识点网络关联图是与查询词相关的著者、机构、学科领域等单项或多维的知识网络图谱，多维图谱支持主题识别和语义聚类，并且通过点击图谱各知识点可链接相关内容资源，使读者可以多角度深入的了解和挖掘相关检索点，从而进一步提高馆藏各类信息检索的便利性和全面性。

3.2 智慧空间管理应用服务

安防管理集成视频监控系统、电子巡更系统、卡口系统、勤务管理系统等安全防范管理数据，通过建筑查看视点调整、建筑结构剖分、室内外切换、分楼层和区域查看等，提供各馆安全态势检测图，直观展现工作人员打卡及执勤情况。对各馆重点区域、人员、车辆、告警事件等通过调度各场景的镜头行为、摄像及相关参数等进行实时检测，实现安防报警事件快速显示、定位，提升整体安全监控效力。特别对于特殊读者人群位置及周围人流密度，可实时监控进行语音安全提示。同时，安防人员可通过平台巡查APP端移动监测各安防区域，在大型活动期间，可以通过实时检测人流动向进行引导，避免人流过度聚集造成的骚乱或拥挤等现象。

设备管理是通过对各馆内的各类多媒体设备、智能机器人、智能书架及桌椅、巡逻安防设备、服务器、网络及各类辅助设备等进行可视化管理，实现对设备相关数量、能耗、空间位置分布、运行状态等的实时检测，并对异常状态进行实时警告，以方便相关技术人员及时发现和解决设备问题，从而降低各馆因设备不能借还、办证、浏览等造成的服务效率降低和投诉问题。结合网络攻击检测系统、APT攻击检测系统、防病毒系统等，在实时检测网络各节点安全态势的同时，还可对网络威胁的攻击来源、攻击目的及路径进行可视化溯源分析，帮助管理者快速发现网络安全隐患、防范抵御网络威胁，确保各类设备及系统信息安全，以及数字孪生网络对各节点要素或业务流数据的最优匹配和传输，从而整体提升各馆的运维管理效率和安全性。

能耗管理是通过可视化管理平台对总分馆的总电能耗、楼层及房间电能耗、供气能耗、供排水处理等各个系统运行态势，以及室内的空气质量、温湿度、光线照明、环卫等进行实时监控，以对能源调度、设备运行、环境监测等要素进行合理规划，防止水电系统问题造成的设备损害、数据丢失及业务办理停滞等。同时，通过室内光线和温湿度调节，可以改善读者心理感官体验，如暖色光线和环境可以让读者更容易静心学习和阅读，而明亮的光线和色彩可以让儿童活动区域的小读者更加积极活跃。通过能源的实时采集监控，对于室内人少或无人区域可自动调节减少能耗，将能源合理调度到人员活动密集或设备运行较多区域。此外，利用网络资源编排技术，对整体网络资源进行最优部署、管理，有效降低物理网络的总能耗，实现绿色低碳、计算智能的低能耗网络组合。

应急管理是通过视频监控数据和地理信息系统对突发应急事件进行可视化监测分析，以实现对事件的态势显示、快速定位及标示等。通过对空间大数据的协同计算和组织解析可智能化地筛选查看周边监控视频和交通路径，方便指挥管理人员对事件周边情况进行判定、分析和决策，有效提高突发事件的应对处置效率。此外，通过对应急事件的仿真计算模拟，可建立基于时间、空间、数据等多个维度的焦点警情（如自然灾害、公共安全、意外事故）阈值告警触发规则[12]，通过电子围栏、门禁报警、火灾探测、电子巡更等监测系统，自动监测各类焦点事件发展状态，进行可视化自动告警，由此降低或避免突发事件对所在环境或人员造成的影响。

3.3 元宇宙应用服务

公共图书馆群的元宇宙应用是在馆群业务应用和智慧空间管理应用的基础上进一步打破时空服务限制而开发构建的，使不同地域的读者用户可以通过身份注册登录虚拟世界进行沉浸式体验和交互，并且随着元宇宙文化生态的不断优化完善可以让读者从中创造价值，拥有相关数字产品的NFT所有权等。针对公共图书馆群目前的相关服务发展形态，元宇宙应用主要体现在元宇宙游馆、元宇宙实训室、元宇宙展厅等方面。

元宇宙游馆是在模型管理数据的基础上通过三维场景高清还原、API、云渲染技术等使用户可以以基于Web的多终端（电脑端、移动端、VR/AR等）全方位远程访问图书馆三维数字空间，实现沉浸式交互性游览。在5G+高质量网络传输速度和多维场景服务API双向交互的基础上，高逼真的细节效果渲染直接影响用户的沉浸感体验。为此可依据用户视野来动态加载不同精度的模型数据，优化显示效率，确保大范围、精细场景流畅展现。对于可动设备，通过接入实时真实数据，动态驱动模型姿态及动作[13]。此外，还可通过PBR技术实现天气、光照等环境效果的实时渲染，并由视频串流技术将极致的渲染画面实时传递给用户。元宇宙游览不仅扩大了图书馆的服务半径，使用户可以通过网络足不出户沉浸式感受各馆区特色，而且用户在游览过程中，可以自由地切换当前环境所处的时间和天气状况，感受在不同时间和情景下的图书馆。随着公共图书馆元宇宙文化体系的不断建设发展，读者不仅可以元宇宙游览所在地域图书馆，还可以场景切换到其他地域图书馆（如中国国家图书馆、上海图书馆东馆、海口云洞图书馆、天津滨口图书馆等）感受不同建筑和环境美学下的图书馆氛围。在游览时，图书馆可打造具有文化特色的图书馆智能化数字人，以导游和智慧助手的身份帮助用户在线定制各馆区导览路线，进行信息咨询或知识问答，讲解图书馆各类服务功能和准则、当下特色活动等。其中，数字人是在数字建模的基础上，通过知识图谱、AIGC、计算机视觉、动作捕捉、自然语言处理等技术，以真人视频、音频、文字等行为信息为基础对数字模型进行海量数据训练，以使数字人实现智能识别、智能感知、智能研判、语义分析、翻译等功能。用户也可以根据元宇宙图书馆已开发的数字人模型创建控制自己的数字人分身，以第一人称视角在图书馆各总分馆游览。

元宇宙实训室是在Web3D、MR、AI算法、虚拟仿真等技术的基础上，线上构建打造的学习、实训、竞赛活动空间，培训人员通过各类移动或电脑终端都可访问该虚拟空间。元宇宙实训室除了可以通过数字人进行日常的专业理论培训、活动规划和交流互动外，还可以在虚拟仿真、MR技术的基础上进行虚实结合，将真实业务场景3D还原呈现，供培训人员现场实时学习操作，其中的难点、重点还可进行AI智能指导、纠错及分析评价。通过多个真实业务场景的切换，使学员可以沉浸式地体验学习到不同岗位、不同阶段的工作内容，直观高效地掌握和适应真实的工作环境，从而大大改善传统总分馆工作人员和志愿者的培训模式及效率。

元宇宙展厅同样是在模型建模、管理的基础上，通过将图书馆线下展品和展厅在线上全要素3D还原互联，使用户通过手机、平板、电脑、VR穿戴设备等各种交互终端访问，以打造出具有强大展示和交互功能的虚拟空间。用户可以访问后不受时间限制地随意漫游，沉浸式地观看展品或与其他用户交流。通过展品信息链接，用户可以自助选择数字人讲解、智能语音讲解或文字阅读，以了解到更多与展品相关的介绍，以及与之相关的书籍或数字资源信息等。根据用户的体验反馈，可通过仿真模拟技术进行场景规划测试与决策，不断调整场景配置和资源交互，以满足用户多元文化需求，丰富场景应用。

4 结语

公共图书馆群数字孪生体系的建设运行会不断积累各类模型管理和决策分析数据、用户个人信息和行为数据、馆藏资源数据、业务服务数据、设备运行和传感器数据等，这些数据通过标准化统一管理，可实现多部门多角色持续不断数据的新增、维护与更新，滚雪球式积累大数据价值，为公共图书馆馆群和元宇宙相关业务智慧应用的不断开发和完善奠定数据基础，使公共图书馆群的运行监管可以更好地实现“一屏统览”和“一屏统管”，打破以往总分馆运行监管不到位、服务水平不均、文化服务创新不足等现象。但同时，政府和社会各界公益力量也需加大资金投入和人才培养，逐步完善总分馆运营相关政策，以进一步地推动公共图书馆的智慧化转型。随着数字孪生和各类智能信息技术的不断发展，虚实体之间更有效的深度融合、更好的状态评估和系统表征效果，以及人工智能基础设施建设提升、人工智能应用成本降低等方面也需要不断改进和突破。

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杨振瑜 淄博市图书馆馆员。 山东淄博，255000。