智慧圖書館的物聯網識別技術比較研究*

張迎春 陸 康 劉 慧

(1南京工業職業技術學院圖書館，江蘇南京 210016；2南京曉莊學院圖書館，江蘇南京 211171)

1 引言

當前，以互聯網、大數據、人工智能(AI)為代表的新一代信息技術日新月異，給各國經濟社會發展、國家管理、社會治理、人民生活帶來重大而深遠的影響。現代信息技術的深入發展和廣泛應用，深刻改變著人類的生存方式和社會交往方式，深刻影響著人們的思維方式、價值觀念和道德行為[1]。互聯網技術的創新，讓數字圖書館向智慧圖書館的轉變成為可能。智慧圖書館依托互聯網的新技術變革而實現服務的創新與發展，其中大數據、物聯網、AI、云計算以及虛擬現實等技術實現了圖書館的文獻資源組織與管理的智慧化，空間服務與業務管理的數據化，用戶服務的精準化，并推動著下一代圖書館系統全面升級，從而提升了圖書館整體的運行效率。圖書館通過構建互聯網信息服務與空間保障服務等多元化信息服務的“智慧”體系，形成了下一代圖書館的模式—智慧圖書館。高校圖書館智慧服務的發展也需要依托在數字圖書館基礎上，建立業務數據統計分析運算的智能化，以及通過多維度的業務數據匯聚分析以感知用戶需求以及關聯文獻資源與用戶需求進行持續數據分析與智能推送服務。高校圖書館的智慧服務體系的建立，主要依托物聯網為基礎的(1)自助借閱系統，如紙質圖書的自助借閱機(一維碼、RFID等)，電子圖書的自助借閱機(二維碼)等；(2)自助服務系統，如盤點機器人(RFID)，咨詢機器人(語音識別)等；(3)空間定位系統，包括無線網絡的用戶接入監測定位(網絡識別)，座位管理系統的空間定位管理(二維碼)；(4)移動互聯網服務，如移動圖書館(二維碼)，微信圖書館(二維碼、指紋識別)等新媒體平臺的文獻資源服務；(5)3D、VR、AR技術支持的館內導航服務等。其中，用戶身份識別(IC卡、二維碼、人臉識別等)與文獻資源的識別作為有效用戶判別與文獻資源服務的連接通道，貫穿于整個智慧圖書館的業務體系，識別的準確性、安全性與穩定性直接關系到業務實施的效果。圖書館領域物聯網，作為連接物品的網絡，將人、物以及互聯網關聯起來，形成一套用戶身份識別、文獻資源識別、數字資源服務推送以及空間、網絡保障的綜合服務體系，進而為圖書館“智慧”的體現，提供了基礎保障。

2 識別技術綜述

2.1 IC技術

IC卡(Integrated Circuit Card，集成電路卡)，也稱智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微電路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO 7816標準的卡基中，做成卡片形式。IC卡與讀寫器之間的通訊方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。根據通訊接口把IC卡分成接觸式IC卡、非接觸式IC和雙界面卡(同時具備接觸式與非接觸式通訊接口)[2]。IC卡被廣泛運用于銀行卡、公交卡、校園卡等，是當今社會使用率較高的身份識別技術之一。高校數字圖書館作為數字化校園系統的組成部分，IC技術較早使用的用戶識別方式，并一直延續使用至今。

2.2 條碼技術

一維條碼簡稱一維碼，是指條碼條和空的排列規則。常用的一維碼的碼制的不同，可以分為：EAN碼、39碼、交叉25碼、UPC碼、128碼、93碼，ISBN碼以及Codabar(庫德巴碼)等[3]。條碼是由一組規則排列的“條”“空”和相對應的字符組成。條和空所組成的數據即表達不同的信息，被特定的設備所讀取，能夠被轉換成計算機所能夠識別的二進制或信息。對于同一個物品，作為身份識別工具的一維碼是唯一的。但是一維碼的簡單性也造成了其容易被復制，從而被不法分子獲得，偽造商品信息等。一維條形碼不能夠表示漢字和圖像信息，這也不符合當前互聯網時代機構對用戶識別技術需求。圖書館在紙質圖書的識別上，較早使用一維碼作為身份工具。二維碼即二維條碼，常見的二維碼稱為QR Code，QR全稱Quick Response，是一種基于移動互聯網的編碼方式，相對于傳統的Bar Code條形碼能夠存儲更多的信息，也支持更多的數據類型[4]。二維條碼(2-dimensional bar code)是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面(二維方向上)分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息。其中在代碼的編制上，能夠與計算機邏輯基礎的“0”與“1”二進制比特流的概念相匹配，使用了若干個與二進制相對應的幾何圖形來表示相應的文字數值信息。讀取方面，通過圖像輸入設備或者光電掃描設備自動識別圖形并讀取，實現了信息的自動處理。二維碼也具有條碼技術的特性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。同時還具有對不同行的信息自動識別功能、及處理圖形旋轉變化點[5]。支付寶、微信等互聯網應用，廣泛使用二維碼用于用戶身份識別以及支付驗證。高校數字化校園系統則引入二維碼作為補充IC卡識別、認證、支付應用的一個方式，部分高校圖書館則將二維碼作為驗證用戶借閱身份的一種方式，并逐漸推廣至電子書的識別、下載等應用。二維碼技術逐漸成為圖書館用戶身份識別、文獻資源識別的重要的方法。

2.3 RFID技術

射頻識別[6]，RFID(Radio Frequency Identification)技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。射頻的波段一般是微波，在1-100GHz之間，適用于短距離信息識別。RFID讀寫器根據使用方式的不同可分為移動式和固定式兩種。目前RFID技術應用很廣，例如：圖書館的紙質圖書標簽，門禁系統，食品安全溯源等。在圖書館領域，RFID作為紙質資源與互聯網關聯的一個重要的識別工具，被廣大圖書館所運用，并拓展了應用領域范圍，例如圖書定位，圖書盤點等。南京大學圖書館的盤點機器人就是利用RFID信號對圖書等資源盤點而設計開發的自動化設備，降低了紙本圖書的錯架率。

2.4 生物識別技術

所謂生物識別技術就是通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性，(如指紋、臉像、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音、步態等)來進行個人身份的鑒定[7]。指紋識別廣泛應用于智能手機、考勤系統以及各種安保系統中。人臉識別技術近期被圖書館廣泛應用于門禁等系統[8]，作為用戶身份識別工具的一個補充，也是圖書館不斷創新以適應互聯網環境下的文獻資源與空間服務一種方式。

無論是用戶身份識別還是文獻資源的識別都是圖書館數字化系統的一個必不可少的工具。無論是RFID等電子標簽芯片支持的識別方式，還是以生物識別技術、二維碼識別技術方式，數據可讀寫性是提高特征數據使用率的基礎，同時也是數據安全存在的問題。隨著圖書館智慧服務的逐步開展，識別技術也越來越重要。然而技術應用的發展避免不了安全的問題，用戶的生物特征數據的保護也增加了圖書館的管理成本。智慧圖書館的數據安全、數據隱私等問題隨著圖書館業務數據圈的形成而日趨嚴峻。

3 識別技術在圖書館的現狀分析

圖書館由于自身管理的需要，借助于一些技術和方法對用戶和文獻資源進行管理。圖書館管理系統是圖書館的核心部分，例如部分圖書館使用的匯文系統等。管理系統需要對用戶身份識別與對文獻資源的識別，以關聯用戶與資源之間的行為。而識別技術成為兩者的中間件，以對應用戶與文獻資源的關系。然而隨著圖書館功能與服務的不斷改變，空間管理已經成為圖書館新的服務內容，門禁系統、座位管理系統以及研修間管理系統等空間管理系統在高校圖書館逐漸被使用，其中用戶身份識別以及和各系統之間的數據關聯，同樣需要識別技術支持，例如IC技術，動態二維碼技術、指紋技術與人臉識別技術等都成為用戶身份識別的應用工具。圖書館文獻資源服務一直是重要的服務項目，文獻資源有序管理與有效識別是圖書館管理水平高低重要參數。條碼技術、RFID技術等仍然是文獻資源識別重要工具。圖書館是多種識別技術綜合運用的場景之一，其中識別效率與準確成為評價識別技術優劣的重要指標。

3.1 圖書館用戶身份識別

在知識共享的時代，圖書館雖然提供文獻資源保障服務的功能，但是也需要適當對用戶進行管理，以保障圖書館文獻資源等相關物質、財產以及系統的安全。用戶管理制度成為圖書館履行服務職責，向用戶明示其擁有的權利與義務的文字性表述。而用戶身份的識別，需要通過互聯網工具得以實現，例如IC技術，移動門戶或者APP中的動態二維碼進行身份識別以及生物識別技術的指紋與人臉等。圖書館的用戶流通量較大，指紋技術的識別速度達不到高效的目的，所以較少有圖書館使用指紋技術來識別用戶身份。用戶身份識別技術的選擇用以驗證有效用戶的身份，其識別的準確性、高效性與安全性成為圖書館選擇的重要評判指標，也是用戶所關注的問題之一。

3.2 圖書館文獻資源識別

文獻資源的管理是圖書館基礎的工作之一。中圖法、科圖法等文獻資源的分類體系被國內各類圖書館對紙質文獻規范管理的依據。然而數字圖書館發展至今，資源的數字化程度越來越高，數字資源的管理逐漸成為圖書館的重要工作之一。數字圖書館傳統的紙質文獻的識別，從較早使用的一維碼標簽到后續的RFID電子標簽，近期部分圖書館嘗試運用二維碼技術替代一維碼進行紙質資源的資源識別，其主要目的就是與對應的數字資源相統一，做到紙、數一體化。而數字文獻資源的識別，隨著移動互聯網的發展，二維碼的識別成為其重要的途徑之一。圖書館文獻資源管理，因地制宜選取適合識別的工具，加強了紙質資源的數字化管理，提高了文獻資源的識別效率，也為用戶與資源的有效關聯提供了途徑。

3.3 系統之間身份的識別

數字圖書館的發展，由各類型的業務系統所組成，從最初的圖書館管理系統，對用戶、紙質資源的管理，到后續的門禁系統、座位管理系統、研修間管理系統等空間的管理，以及互聯網門戶、移動服務平臺等集文獻、資源與服務一體的互聯網綜合服務平臺等。大數據、云計算以及人工智能等技術被互聯網領域廣泛使用，圖書館也不例外，近些年來智慧服務、智慧圖書館等概念被學界廣泛探討，智慧圖書館的基礎是數據的支持，多維度的業務數據支持是實現智慧服務的關鍵。系統之間需要進行關聯與整合，數據的流動成為智慧服務環境下各類業務實施的基礎。系統之間的身份識別需要通過響應的接口實現，例如CSI、API等。

智慧圖書館出于管理、服務的需要，需要適當引入與業務內容相匹配的識別工具，借此維護圖書館系統、空間與文獻資源應用的安全實施。用戶認證、文獻資源管理等支持業務實施的基本規范，識別工具應該具備高效、穩定、準確、安全、便利的特征。業務接入的關聯性與準確性，識別工具較為關鍵。智慧服務過程對用戶、文獻資源的精確識別與關聯，是智慧圖書館各業務系統之間數據融合最主要的節點之一。

4 物聯網識別技術比較

識別技術作為互聯網發展過程中的一種工具，其應用范圍與特點都圍繞著具體的應用。例如IC技術最初用于銀行卡與電話卡的應用，安全保密性與存儲容量大是其特點，隨著移動互聯網的發展，收集銀行等安全技術也在逐步提高，與銀行卡關聯的收費系統，如支付系統，停車管理系統、醫療保障系統，交通系統以及校園管理系統，逐漸轉向移動應用平臺，同時廣泛運用二維碼技術作為身份識別工具。技術的普及程度高低與用戶的接受程度相關。安全、方便、穩定的工具容易被用戶所接受。RFID技術廣泛應用于門禁系統等物聯網領域，穿透性、大容量記憶與掃描速率高使得該技術被高速公路等系統所接受使用。圖書館領域也曾經掀起一波RFID技術應用的熱潮，部分學者甚至將物聯網直接與RFID畫上等號，但是高成本、低安全(相對于磁條防盜而言)等問題讓眾多圖書館望而卻步。一維碼應用在圖書館時間較早，并且較為普及，其中從較早的借閱證件的讀者身份識別，到紙質圖書中的書目信息識別，都采用了一維碼技術。迄今為止，仍然有許多圖書館采用一維碼應用于紙質圖書的信息識別。而二維碼不僅被應用于物體的身份識別，也被應用于移動支付的授權憑證。高校的數字化校園、移動校園的業務應用，也受此啟發，將二維碼運用到用戶身份識別與支付業務中，例如門禁的身份驗證以及替代IC卡進行校園消費等。不同的識別工具擁有不同的特點與應用領域，如表1所示。

生物識別技術中的虹膜識別、人像識別與指紋識別已廣泛應用于智能手機的用戶身份認證系統，并逐漸成為標準配置。圖書館也使用了人物識別(人像識別)系統，應用于門禁系統，自助借閱系統等用戶的認證部分。出于個人生物特征隱私保護等顧慮，部分用戶對人像識別等生物識別特征數據采集的擔憂仍然存在。用戶對每種技術都存在著偏好，不同的識別技術都存在著各自的優點、也存在著不足之處，智慧圖書館對于識別工具的選擇，首先需要考慮利弊問題，盡可能使用管理手段與其他技術方案來淡化技術使用過程的弊端，保障業務的運行與安全管理。

5 三種識別技術應用的數據對比

圖書館空間管理模式的創新，是一個動態的過程，例如用戶的接受程度也需要一個緩慢的適應過程。圖書館利用移動互聯網的平臺，在進行文獻資源與信息服務的同時，嵌入動態二維碼進行身份識別與授權，是適應順應移動服務潮流開展服務創新的舉措，也是圖書館人擁有著與時俱進的態度。

5.1 數據的獲取

智慧圖書館通過各業務系統之間的識別、認證、關聯，將數據匯聚成圖書館的“數據圈”。以“數據圈”中數據為基礎[9]， 通過數據決策，以指導智慧服務工作的開展。本次通過南京曉莊學院圖書館的智慧圖書館大數據平臺獲取相關數據，如圖1所示。以2018年7月-2018年12月半年的入館數據為分析樣本，從數據庫中分別選取IC卡、二維碼、人臉識別三種用戶的不同入館識別工具，如圖2所示，將各自的用戶使用數據進行分析、比較，得到如表2的用戶月度使用不同識別工具通過門禁的人次信息。

表1 識別技術的特點與應用范圍

5.2 數據的分析

圖書館同一個系統提供不同的用戶識別工具，方便了用戶。用戶可以自行選擇適合自己的方法進入圖書館，以配合圖書館的空間管理需要。通過智慧圖書館大數據平臺獲取門禁系統用戶使用數據，如表2所示，對該數據進行可視化比較，得到圖3。

圖1 智慧圖書館的“數據圈”

圖2 門禁系統三種訪問方式

表2 三種不同識別技術應用情況量化表

從圖3可以發現半年內，用戶使用IC與二維碼進入圖書館的方式相差無幾。而采用人臉識別進入圖書館的方式呈逐漸上升趨勢。用戶對新技術使用也存在著緩慢適應的過程，同時通過技術方法，測試IC識別、二維碼識別以及人臉識別三種方式的認證速率，結果發現IC識別、二維碼識別的速率相當，都高于人臉識別的速率。

圖3 三種識別技術在同一門禁系統上使用情況統計

通過使用同一平臺集成三種識別方式，對同一群體用戶進行測試，發現用戶對穩定、高效的識別方式比較青睞，對新技術比較向往，但是用戶的偏好性主要還是偏向于其習慣。人臉識別技術的認證速率等問題還需要進一步完善，以達到或者超越傳統認證方式的效果。識別的精度與速率能夠影響到圖書館業務的實施，多樣化應用工具的使用，讓用戶擁有較多的選擇余地，是智慧圖書館業務高效實施的初衷，也是圖書館智慧服務貼合用戶互聯網思維的一種模式。

6 智慧圖書館識別技術實踐存在隱患

6.1 安全性需要進一步提升

圖書館在身份識別等業務實施過程中，用戶核心數據的安全保護成為業務開展的重要環節。蘊含用戶身份信息的二維碼，在實際應用過程中可以建立劃分權限讀取的方式。其中標準化的軟件讀取公開信息，特定應用(如身份識別、支付應用)可以通過定制軟件讀取機密信息。身份驗證信息，這些信息是動態變化的，通過二維碼進行展示，不同的用戶在不同時間內獲取的二維碼也不相同，以達到提高安全性的目的。機密性、權限管理與完整性是二維碼技術應用安全性的三個重要參數。一些學者為了提高二維碼技術應用安全性，提出了一種新的應用框架：在二維碼中嵌入隱藏信息，實現二維碼的權限讀取與完整性保護。信息安全與用戶隱私保護成為圖書館智慧服務工作所要關注的內容之一。人臉識別等生物識別技術的引入，用戶的身份特征信息的收集、存儲、使用與發布等整個流程數據的完整性、安全性與穩定性，成為智慧圖書館關注的問題之一。數據隱私、數據倫理等問題伴隨著智慧服務的實施而不可回避[10]。智慧圖書館不僅是圖書館領域的人工智能技術與業務的融合，也是圖書館人文領域、管理領域的創新發展。圖書館安全問題不僅是技術角度的保護，也是制度角度的保障。

6.2 功能性需要進一步細化

二維碼身份識別應用于紙質圖書的自助借閱，用戶身份的門禁識別，圖書欠款的自助繳費的業務以及移動互聯網中的移動圖書館、微信圖書館嵌入式的資源服務(數字文獻識別、用戶身份識別)。以二維碼替代索書號標簽的方式，實現圖書定位，盤點以及獲取相應電子書的信息已被部分高校圖書館所實踐。書架等空間設施的二維碼標識，也為圖書館的空間管理帶來的新的技術方法。一維碼、RFID與二維碼的書目信息的轉換、共享，是實現以二維碼作為中間件關聯業務系統。標準碼與定制碼的組合將用戶服務、管理逐一細化，能夠替代部分圖書館紙質資源的業務工作，并實現與數字資源的充分融合。人臉識別技術的身份認證，目前僅限于門禁系統、自助借閱系統的用戶身份識別等，其空間定位等功能的拓展，仍然沒有得到有效的實踐。移動圖書館逐漸成為文獻資源服務新的實踐平臺。二維碼多樣化的商業模式與成功案例，也將為圖書館技術創新與業務拓展提供了借鑒與啟發[11]。二維碼不應該局限于圖書館用戶身份識別、文獻資源識別等應用，更應該在圖書館空間服務——室內定位、信息推送等圖書館服務創新方面起到促進作用。移動閱讀推廣與服務應用成為圖書館資源服務的重要平臺[12]。物聯網技術仍然是智慧圖書館文獻資源關聯、用戶身份認證的重要技術保障，數字芯片等技術隨著安全性與穩定性提升[13]，普及率逐步提高，單體價格降低的背景下，智慧圖書館的大規模普及物聯網的技術指日可待。智慧圖書館的業務實施，不僅需要技術創新的保障，也需要成熟的技術方法支持，并不斷與傳統業務的充分融合，達到服務效率提升的目的。

物聯網、新媒體等互聯網發展的“衍生品”隨著社會化廣泛使用而得以改進，并且安全保障也逐步得到加強。智慧圖書館離不開成熟的新技術、新平臺的支持，數據存儲與發布、學術記錄等與文獻資源服務、信息服務保障相關的技術都得到圖書館領域的關注[14]，物聯網的識別技術也是如此。圖書館緊隨互聯網的發展而不斷進步，從數字圖書館發展至今天的智慧圖書館，大量自助設備、平臺的使用提高了文獻資源的使用效率，也從多平臺、多角度展示了圖書館的文獻資源與空間環境，讓用戶從不同的角度來了解圖書館，使用圖書館，依賴圖書館。

7 結論與展望

本次選擇在同一平臺(設備)上，提供三種驗證身份的方式供用戶隨機選擇，以六個月的數據為樣本，發現用戶對人臉識別的使用處于緩慢適應的狀態，其中存在著用戶對自身的生物特征——人臉等用戶個人數據隱私的安全性擔憂程度已經超越了對新事物、新技術的好奇心。人臉識別等生物識別技術在實踐過程中，識別速率、生物特征的安全性仍然是用戶的關注點。通過實踐研究表明，人臉識別的使用率并非與預測相識——使用率逐漸提高，生物特征等用戶數據隱私安全問題，隨著社會層面隱私泄露事件的頻發而備受關注。移動互聯網為圖書館提供了技術與方法，諸如移動圖書館、微信圖書館等服務借助移動互聯網得以實施，并且實現了文獻資源的在線閱讀以及提供用戶身份終端功能(生成二維碼以識別用戶身份)。迄今為止，圖書館的紙質資源、用戶服務等傳統業務尚未得到有效的改變，一維碼等仍然是非RFID圖書館首選文獻識別工具之一。而條碼技術、生物識別技術等識別工具雖然會隨著物聯網實踐到智慧圖書館中，進而改變了傳統的圖書館業務，但是進展較慢。二維碼技術仍然停留在用戶身份識別，并未廣泛涉及文獻資源識別。用戶受互聯網思維的影響，其生活方式也逐漸發生改變，方便、快捷成為互聯網用戶快節奏生活的基礎，圖書館需要緊密圍繞用戶的需求，在服務方法上要緊跟用戶的互聯網思維，只有這樣才能使得身處日益邊緣化的圖書館得到用戶認可，才能夠抓住用戶所需，提高用戶的滿意度、忠誠度。二維碼等物聯網識別技術對圖書館文獻資源進行有效管理，將紙質資源與電子資源充分融合，提供給用戶多種資源獲取的途徑，是RFID投入成本與業務功能都不能達到的狀態。而人臉識別技術對圖書館空間、服務方式的改變，提高了圖書館空間服務效率，同時也為圖書館空間進行有效管理。智慧圖書館通過業務數據感知用戶資源、空間、服務的需求，是精準開展智慧服務的有效方式之一。智慧圖書館的發展需要多樣化安全穩定的識別工具支持，也實現物聯網、大數據在智慧圖書館領域的深入融合發展，從而不斷提升圖書館的文獻資源、空間服務的水平與質量。