機器人在圖書館的應用研究

張千福 林鴻

摘 要：本文系統地分析了基于人工智能的圖書館智能機器人關鍵技術，并研究了智能機器人在圖書館各項管理和服務中的應用，為國內圖書館應用人工智能技術特別是智能機器人提供參考。

關鍵詞：機器人；人工智能；圖書館；機器人應用

1 引言

人工智能技術在城市管理、醫療健康、無人駕駛、智慧交通等領域大放異彩，正在深刻地改變人類社會生活。人工智能的興起與發展，將推動圖書館從傳統實現智慧的跨越。結合了眾多人工智能技術的智能機器人，已經過中早期，進入中后期成熟階段。[1]智能機器人的出現，為圖書館帶來了新的發展機遇。智能機器人入駐圖書館是大勢所趨，圖書館信息服務也將離不開智能機器人的輔助。[2]

2 圖書館機器人關鍵應用技術

智能機器人是以深度學習為核心，能夠感知周圍環境和自身狀態，并能進行分析和判斷，然后采取相應策略完成任務的機器系統。深度學習模擬人腦“分層”和“抽象”的認知和思考方式，通過構建具有很多隱層的學習模型和海量的訓練數據，識別更有用的特征，從而最終提升分類或預測的準確性。深度學習技術在語音識別、圖像識別和自然語言理解等方面已取得了突破性進展，智能機器人的發展邁上了新臺階。

智能機器人具有四大特征：運動、感知、認知和交互。運動偏重于精密控制；感知涉及視覺、聽覺的智能識別技術；而認知和交互實現機器人“能懂會說”，與智能理解、智能知識技術智能仿真最為密切。

2.1 智能識別技術

智能識別技術采用深度神經網絡法建立的各中識別能力的總和，包括人臉識別技術、指紋識別、人體識別、語音識別技術、聲紋識別技術、運動軌跡識別技術、情景識別技術。智能識別技術可實現圖書館用戶個體、圖書館空間、館藏資源、服務場景以及讀者需求的識別，為智能機器人基于服務場景提供線上、線下實時應答、自助服務及個性推薦服務提供支撐。智能識別技術已經在某些方面比人類更精準，如語音到文字轉錄識別詞錯率為5.1%，低于人類轉錄員平均詞錯率（5.9%）。在人臉識別方面，識別錯誤率不足百萬分之一。[4]

2.2 智能仿真技術

智能仿真是通過機械的、電子的方法和相關設備產生的與人相關的聲音、圖像、行為與視覺場景的技術。如語音合成、行為仿真合成、表情合成、情緒合成、圖片合成、人臉合成、形體合成、視覺動作合成。目前比較成熟的有語音合成技術，即“從文本到語音”，是人機對話的一部分，讓機器能夠說話。

2.3 智能理解技術

智能理解包括視覺理解和自然語言處理。視覺理解可實現對圖片或視頻的人、物或者文字進行識別，并判斷其活動物的意圖。自然語言理解服務可對輸入的文字中分析出關鍵信息。如，用戶講：“我想問一下，電子期刊閱覽室在哪里？”，經過自然語言理解技術，會分析出以下關鍵信息：用戶需要的服務：【地點查詢】位置：【閱覽室】。經過自然語言理解后，系統就將閱覽室的空間已提供給用戶，使人機交互過程更為順暢。

2.4 智能問答技術

智能問答實現輸入問句，給出簡潔、準確、人性化的回答，這種回答通常是一小段文本，而不是一些相關的網頁。它綜合利用自然語言處理、信息檢索、機器學習和推理算法，分析生成出多種假設，然后從中收集、評估、權衡各類證據，最終給出最佳答案。其核心技術涉及知識圖譜建設、語義表示和計算、語義匹配等多種技術。

2.5 智能知識技術

智能知識技術建立人機融合的包括原子知識、本體、知識庫圖譜在內知識模型體系。圖書館已經擁有海量的信息資源數據，可以利用自身的專家并結合機器學習進行更深的語義挖掘、詞性標注、句法分析等處理，建立既能滿足圖書館用戶信息需求又能實現智能機器人進行語義理解的智能信息資源體系，進一步提升智能機器人語義理解的準確率。由于人類語言十分豐富，對機器的語義理解能力進行訓練需要海量的數據庫，圖書館智能信息資源的積累將是一項長期工程。

2.6 智能集成技術

智能集成技術通過建立人工智能技術集成平臺是實現智能機器人多種智能技術和館藏數字信息資源的總體集成的粘合劑，它將控制科學、計算機科學技術、網絡與通信技術、信息科學和多種智能技術有效地融合，結合圖書館智能需求，提供智能服務引擎、Web服務智能池和智能應用的設計、開發、測試、發布、運行的全過程支持。

3 圖書館的機器人應用

圖書館在哪些領域會應用智能機器人，王世偉提出：未來機器人將替代諸多圖書館原有的業務工作、機器人館員將大量出現是可以肯定的。一些重復性的、規律性的、標準化的工作將會由機器人來承擔，一些具有危險性的、接觸有害氣體的以及繁重的搬運等工作也可以轉由機器人來接替。[4]

通過對國內圖書館智能機器人相關文獻分析，圖書館智能機器人應用范圍包括有智能機械手、聊天機器人、文獻加工機器人、咨詢機器人、行為輔助機器人、后勤服務機器人。它們在解放圖書館館員勞作方面、提高讀者滿意度方面有著廣闊的應用前景。

3.1 智能機械手

智能機械手包括直角坐標機械手和末端執行機構組成，通過智能行為仿真，在電動機驅動下，通過推桿連接分書片、手爪和推書桿，以實現取書、分書和放書的自動化。智能機械手幫助解決新書的分類、上架和排序。以智能機械手系統作為核心，近年來出現了無人圖書館。無人圖書館結合RFID標簽書籍，采用RFID識別技術、自動導航技術、圖書存取機械手及機器人移動裝置，實現了無人干預的情況下，對圖書進行識別、搬運和上下架。深圳的24小時城市智慧書屋，集圖書館和書店于一體。智慧書屋用戶通過手機“掃碼”注冊和繳費，根據相關提示借還書籍。智慧書屋服務過程無需館員介入，實現了無人經營，簡單、方便、快捷。[3]

3.2 聊天機器人

聊天機器人以智能問答技術為基礎，通智能集成技術，以智能知識技術為依托，圖書館用戶以在線網絡或APP為入口，提供7 X 24小時圖書館服務，它可指導如何使用圖書館網，具備借閱提醒、學科導航、百科解答、資源檢索和自動聊天。它可幫助用戶完成在線續借，館際互借等業務，在專業數據庫搜索資料、如何使用OPAC記錄。它延長了圖書館的運營時間。同時聊天機器人與用戶的互動過程記錄可作機器學習資料，進一步提高服務能力。清華大學圖書館“小圖”智能聊天機器人，成為圖書館中引入服務機器人較早的案例。

3.3 文獻加工機器人

文獻加工機器人采用機器學習技術，對數量龐大、內容復雜、形式多樣的圖書館文獻自動進行歸類、標引，編目。它可減少人工分類，讓更多的人進行數據核查和校對，提高文獻加工效率和質量。通文獻分類信息處理機器人，實現了大類近80%和四級分類總體近70%的準確率（其中TP類達到91%），為全國報刊索引的分類流程的半自動化提供有力工具，可望大大節省人力成本。同時可通過結合更多的字段屬性開展機器學習調優，有望做到自動分類90%以上的準確率。[5]

3.4 咨詢機器人

咨詢機器人采用智能問答技術、智能理解和智能仿真技術，對讀者以自然語言提出的問題進行分析后，進行關鍵詞概念理解或語義上理解，然后處理和檢索讀者提出的問題。咨詢機器人可實現全天候實時圖書館信息咨詢服務，幫助讀者以最快的速度和最優的方式獲取優質資源。結合人工智能技術，為準確解答讀者問題提供了保障。隨著智能手機的普及，圖書館虛擬咨詢機器人發展活躍。東南大學圖書館、深圳圖書館、上海閔行區圖書館等，研發了圖書館咨詢機器人，并在實際應用中取得了良好的效果。[2]

3.5 后勤服務機器人

后勤服務機器人可在圖書館空間安全管理、空間衛生方面發揮自動化的作用。如irobot公司的roomba系列吸塵器機器人可以快速清掃寬敞的圖書館空間。Aquabot Aquabot還能清洗水池。這些機器人能夠實現人機交互、分區清潔、防摔落、自動返程充電。

3.6 特服機器人

特服機器人可為圖書館中殘障讀者、低齡讀者或老人群體提供各類周到的關懷服務。如為視力障礙者、文盲者提供輔助閱讀頭盔特服機器人、為幫助腿部不便的讀者研制輪椅機器人。前者可戴在讀者頭上，跟蹤讀者手指移動的書籍頁面，識別其中的圖像和文字，并可將識出的內容通過語音合成生成聲音幫助閱讀。特服機器人在國內尚未有應用。

4 結論

我國圖書館機器人應用程度還處于初級階段，圖書館智能機器人服務能力仍顯不足。作為人工智能技術的最具代表性的產物，在圖書館業務流程、圖書館空間進行智能再造，智能機器人必將在圖書館未來服務中扮演越來越多的角色。

參考文獻

[1]范漪萍等.智能機器人發展研究綜述與啟示[J].天津科技，2018（11）：82-84.

[2]張文竹等.智能機器人技術在圖書館信息服務中的應用與研究述評[J].圖書館學研究，2018（12）2-7.

[3]楊揚.人工智能與圖書館可持續發展[J].卷宗，2018（31）114-115.

[4]王世偉.人工智能與圖書館的服務重塑[J].圖書情報，2017（06）：6-18.

[5]郭利敏等.機器學習在圖書館應用初探：以TensorFlow為例[J].大學圖書館學報，2017（06）31-40.