基于物聯網關鍵技術的公共文化服務應用研究*

王宇鴿

（國家圖書館，北京10081）

1 引言

物聯網（The Internet of Things）是通過射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，是在互聯網的基礎之上延伸和擴展的一種網絡[1]。物聯網是新一代信息技術的高度集成和綜合應用，經過幾年的發展，我國公共文化服務機構已經逐漸采用傳感器、RFID等物聯網相關技術，在監控管理和服務方面取得了比較好的成效，但目前物聯網技術在公共文化服務行業中的應用范圍相對比較窄，技術使用也比較單一。在應用上還存在建設和應用的高復雜性與高難度等諸多挑戰。在物聯網時代，在公共文化服務中物聯網技術需要與云計算、大數據等相關技術相結合才能從真正意義上走向智慧應用，發揮物聯網技術更大的價值，打造出真正無時不連接、無處不連接、無物不連接，真正改變人們的文化生活。

2 公共文化服務中的物聯網技術應用分析

物聯網技術可以將各種信息融入到公共文化服務機構，在人與人之間、人與機構（包括實體設備和虛擬空間）之間、人與資源之間、資源與資源之間、機構之間實現互通互聯，人們在任何時間、任何地點，都能通過多種方式隨心所欲地利用公共文化服務。未來公共文化機構借助物聯網技術提供智慧化服務，要思考物聯網技術在圖書館的應用，鑒于物聯網涉及的關鍵技術較多，筆者只對以下物聯網關鍵技術應用性進行分析。

2.1 射頻識別RFID技術

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，它是一種使用射頻信號來進行通信，以實現非接觸式自動識別的技術[2]。該技術通過利用射頻信號空間的電磁或電感耦合，來對目標對象進行識別跟蹤。與廣泛應用的條形碼相比，它具有識別速度快、存儲容量大、數據可更新、抗干擾能力強、讀取距離遠以及數據可加密等優點。國內外的高校和公共圖書館近年已經引入了RFID技術并投入了實際應用，取得了良好的經濟和社會效益。但由于RFID標簽的價格比較高昂并且技術要求也較高，國內公共文化服務機構并沒有進行RFID標簽的全面應用。未來隨著RFID技術和5G技術、大數據、云計算技術的深入融合應用，大型圖書館、博物館以及美術館等機構可以通過RFID技術解決獲取數據的困擾，利用RFID標簽可以有效獲取讀者閱讀書籍的內容數據以及游客在博物館等地的瀏覽情況，以便公共文化服務機構對用戶的服務體驗做出相關分析和調整，通過RFID技術在為讀者提供高效便捷的自助式服務同時，也可以對所有館藏圖書或藏品進行快速、準確的盤點，將在公共文化服務機構中的藏品管理、架位導航和自動分揀方面將發揮很大的作用。

2.2 5G技術

5G是第五代移動通信技術的簡稱，指超高傳輸率、低延遲、支持大規模高密度高速度設備連接并具有高可靠性的新一代蜂窩移動通信技術，即目前正普及的主流4G技術之后的下一代技術。它帶來超越光纖的傳輸速度（Mobile BeyondGiga），超越工業總線的實時能力（Real-Time World）以及全空間的連接（All-Online Everywhere）。5G技術讓智能的萬物能夠互聯，實現了大規模機器間的相互通信，未來它將和大數據、云計算、人工智能等技術融合改變公共文化服務模式。同時借助5G與VR、AR、裸眼3D、多屏多點觸控交互、語音互動技術、體感傳感技術等新一代顯示和交互技術的融合應用，將徹底顛覆公共文化服務人機交互模式[6]。

2.3 二維碼技術

二維碼技術在互聯網行業以及其他服務行業的應用已經非常成熟，在公共文化服務領域開展的也是相對較早，而且到目前為止，普及度相對較高，已經廣泛應用到公共文化很多方面，如公共圖書館、博物館、展覽館等對自身的形象宣傳、服務宣傳和推廣、文獻信息資源推薦、講座報告信息傳遞等，這樣用戶所獲取的公共文化相關信息必然是有限的，并且要保證信息的時效性[7]。

2.4 NFC技術

目前NFC技術在公共文化領域開展得比較晚，而且應用普及性比較差，但是NFC技術在公共文化領域擁有廣泛的應用前景。如獲取公共文化服務信息方面，在圖書館、文化館等公共場所的活動海報上加入NFC標簽，用戶用自己的手機輕觸海報就可以讀取并記錄海報上的信息，并獲取講座活動的相關信息；在博物館，游客可以通過手機輕觸文物的NFC標簽獲取該文物的詳細介紹；在圖書館的閱覽室，讀者靠近圖書的NFC標簽，便可以獲取圖書的相關介紹、作者簡介以及資源的推薦。除了信息的推送，NFC技術還可以用于身份識別、通過觸碰連接WIFI網絡以及自助借還書和自助付費，為用戶帶來極大的便利。NFC技術不但可以提高圖書和藏品的利用率，還可以在讀者身份識別和支付、智能導航、館藏編目和流通中發揮它自身的優勢。隨著NFC手機的普及、部署以及技術的成熟，NFC技術一定會使公共文化服務更加便捷、高效、智能。目前這項技術在我國的公共文化服務領域應用的還比較少，其主要原因在于智能手機NFC模塊的統一以及NFC設備使用標準的統一[8]。

2.5 虛擬現實

在公共文化服務領域，虛擬現實技術應用的還比較少，可以應用的領域主要涉及到閱讀和展覽方面，如在數字閱讀方面，可以讓閱讀增加更多樂趣。例如圖書館可以選一些熱門而且受讀者歡迎的圖書（尤其是少兒圖書），將書里有趣的圖片等資源制作成3D集成在圖書館的APP（手機客戶端）中，當讀者閱讀到這一頁會有提示，當他使用手機或者PAD的攝像頭掃描圖片，這些圖片豐富的3D模型或者動態視頻就可以展示在手持設備的屏幕中，這樣便極大地豐富了閱讀的趣味性。另一方面還可以應用在公共文化服務的展覽展示方面，讓展示的古籍、古董的資料呈現在手機里。虛擬現實技術的最大優勢就是把平面或者無法看到的資源（圖像、文物等）還原為更真實的效果，“讓收藏在禁宮里的文物、陳列在廣闊大地上的遺產、書寫在古籍里的文字都活起來”。

2.6 可穿戴技術

可穿戴技術作為具有強烈“人類感知”能力的新技術，是用戶可以直觀使用和體會到的物聯網技術，目前在公共文化領域還沒有得到應用。但是該技術作為物聯網重要技術之一，一旦在公共文化服務領域得到應用，將大幅度提高用戶的體驗效果，提升公共文化服務的個性化服務和知識化服務。目前常見的可穿戴設備有智能眼鏡、智能手表、智能筆記本（筆）等，類似的設備在文化領域首先可以為使用者提供更多的資源、信息、知識服務，如佩戴智能眼鏡的用戶或讀者在文化服務場館或圖書館可以獲取到他視線里相應文物、圖書等相關的資料信息以及知識化服務；而智能筆記本（筆）則可以協助來閱覽室看書的讀者記錄讀書筆記，并將筆記內容上傳到手機，這樣既提高了讀者使用圖書館的效率，又避免了圖書館圖書的損耗[9]。

2.7 大數據技術

關于大數據在公共文化領域的應用研究已經非常豐富，尤其是在圖書館行業，應用模式以及相關技術的使用方式也已經比較成熟，但是由于投入比較大，在國內公共文化服務領域的應用還比較少，目前地方圖書館有一些實驗性項目，國家圖書館的“文津搜索系統”以及實驗性項目數據管理與分析系統也使用了大數據的相關技術。在公共文化物聯網的數據應用層，大數據技術需要結合物聯網感知層RFID、NFC等芯片的采集能力獲取大量數據，如圖書館讀者閱讀行為數據與資源（圖書）數據相結合；文化館、展覽館使用行為數據等，當這些數據匯聚、關聯在一起，通過使用大數據技術得到的分析結果，則可以對公共文化服務進行資源優化配置，對業務產生幫助。

3 公共圖書館中物聯網的應用體系

公共圖書館是公共文化服務的重要陣地，目前我國物聯網技術在圖書館中應用已經不少，但是形成整體的智慧型圖書館尚在探索階段，筆者以全國公共圖書館為立足點，研究物聯網技術在公共圖書館服務中的應用體系，以期實現物聯傳感網絡與數據通信網絡的結合，推進公共圖書館向智慧圖書館發展。

3.1 物聯網在圖書館應用體系架構

圖1 物聯網在圖書館的應用體系架構

圍繞著物聯網中最核心的“物”和“人”的關系，以及感知、傳輸、保存、應用管理等各環節的物理和邏輯屬性，在架構上設計為4個層級，分別為感知層、網絡層、數據層和應用層。在這個體系架構中，標準規范、網絡安全、通信協議、融合技術是整個體系的支撐，它們貫穿整個體系架構各個層。

感知層是物聯網的感覺器官，以傳感器為基礎，負責信息的收集。主要功能是把“物”標識成為“智能物”，以便于系統對物體的信息進行采集。采集的信息可以是文獻資料、數據資源等信息，也可以是圖書館運行狀態或用戶需求等。這一層需要利用傳感器融合技術對這些多源異構的感知數據進行融合。

網絡層是神經中樞，將感知層獲取到的信息，安全可靠地傳輸，實現人與物，物與物之間隨時隨地的通信。每種網絡都有自己的特點和應用場景，互相組合才能發揮出最大的作用，在實際應用中采用三網融合、M2M通信等技術，將原來平行、獨立的各種網絡形式進行有機的融合。

數據層采用分布式存儲的方式，在實際應用中，基于Hadoop的技術擴展和封裝，用多臺存儲服務器分擔存儲負荷，利用位置服務器定位存儲信息，提高系統的可靠性、可用性和存取效率，還易于擴展。

應用層就是物聯網的大腦。它可以對數據層的數據進行計算、處理和知識挖掘，從而實現對物理世界的實時控制、精確管理、科學分析和輔助決策。應用層面向各種智能終端提供的服務，主要包括智慧監控、智慧服務、智慧管理和輔助決策4個部分。

在物聯網的體系架構中，標準規范、通信協議、網絡安全、融合技術在物聯網應用中起到共性支撐作用。圖書館建設物聯網需要遵從各種相關的標準規范，物聯網標準包含體系架構、網絡、應用等各個方面，涉及ITU、ISO/IEC、oneM2M、3GPP、IEEE及各行業標準化組織。在物聯網領域，技術標準體系極其復雜，很多相關技術標準還未能達到標準的統一，建議物聯網圖書館標準規范體系應依據物聯網圖書館應用體系架構的邏輯層次為主線進行構建。目前物聯網在通信中比較常見的通訊協議包括:HTTP、WEBSOKET、XMPP、COAP和MQTT。本設計架構傾向于采用MQTT協議。在公共圖書館的物聯網應用中，建議采用需要適合的融合機制，將不同功能的物聯網應用融合在一起，實現異構系統之間的信息交互[10]。

3.2 基于物聯網的圖書館服務模式

基于3.1物聯網的公共圖書館服務體系架構，利用RFID、生物識別、無線傳輸、云計算、大數據等物聯網技術手段，將圖書館服務載體從傳統文獻擴展至計算機、手機、手持閱讀器、電子觸摸屏、可穿戴設備等多種服務終端；將資源傳輸通道從單一的到館服務擴展到以互聯網、移動網、廣電網等多網融合的全方位立體化連接方式；采用融合技術對多種來源不同服務終端的物聯網信息進行融合處理，最終將提供傳統文獻借閱服務擴展為涵蓋遠程資源訪問、移動服務、自助借還、智能架位導航等的智能服務形式；將服務受眾面拓展到除普通大眾外的政府機關、老年人、殘疾人、少年兒童等特殊人群。未來手機、電腦、可穿戴設備、PAD、RFID裝置、紅外感應器、定位系統、激光掃描器等設備都不再獨立存在，而是將各種感知終端設備組成龐大的互通網絡，實時對圖書館紙質資源、電子資源、圖書館運行狀態以及用戶需求等信息進行深度感知測量，并進行智能分析和服務融合，更好地服務讀者。通過各種智能化、泛在化、均等化的服務系統形成了“服務高效、廣泛互聯、以人為本、無所不在”的服務體系，擴展了傳統圖書館的功能，打破傳統服務的局限性。從戰略上推動圖書館從傳統圖書館到智慧圖書館的轉型，形成全新的基于物聯網的圖書館服務模式。

3.3 基于物聯網的圖書館管理模式

基于物聯網的圖書館管理模式主要體現在圖書館業務流程高效化、館舍管理智能化、安全管理智能化等方面。

業務流程高效化主要體現在:圖書館運用物聯網技術，可以大大地提高圖書館內部管理的效率，如自動編目可節約大量的人工成本，減少人為誤差，提高準確率。利用物聯網技術的掃描裝置，可以通過近距離讀取貼有電子標簽的圖書的全部數據，瞬間完成信息交換和識別。圖書館運用這種技術進行統計流通冊次、查詢放置架位等工作，可以在文獻上架、順架和清點等工作中發揮作用。

館舍管理的智能化主要體現在:采用物聯網技術架構的圖書館館舍，將是一個集故障分析、能耗管理、設備監控、物業管理的智能化平臺，能實現對設備、環境、照明、安防等設施的智能化控制及統一管理。通過在圖書館內布置分布式溫度、濕度、照明、煙霧等環境傳感網絡，對館舍內全部區域進行環境數值的實時采集與監控，實現對館舍環境的智能調節。

基于物聯網的圖書館安全管理主要體現在文獻管理、人員管理和安全監控方面。物聯網配合圖書館的安檢裝置，對文獻狀態進行識別，當文獻狀態處于未辦理借出手續或禁止借出時，系統自動采取語音、聲光報警，并自動抓拍現場圖像，杜絕失竊現象。物聯網技術結合門禁管理系統，自動實現對圖書館進出人員的出入控制、數據采集、數據統計和信息查詢；通過物聯網監控管理，實時接收館內人員信息和精確定位，能夠實時地對館內不同區域的人流量進行監控。

4 公共文化服務的物聯網應用模式

公共圖書館的物聯網服務體系是高效的、開放的體系。該體系具有很廣泛的適用性，不僅適用于圖書館行業，還可應用于國內博物館、美術館、文化館、非物質文化遺產保護、檔案館等其他公共文化行業服務機構?；谇懊婀矆D書館的物聯網的服務體系研究，筆者認為物聯網技術在公共文化服務中的應用有3種推廣應用模式，分別為垂直應用模式、行業整合應用模式和應用聯合模式。

3種公共文化模式既有獨立性，又彼此關聯。垂直應用模式是公共文化服務應用的最基本形態，行業整合應用模式是公共文化服務物聯網應用的提升，聯合模式是公共文化服務物聯網應用的延伸和拓展，三者一同構成物聯網環境下公共文化服務應用模式（如圖2所示）[17]。

圖2 公共文化服務的物聯網應用模式

4.1 公共文化服務的垂直應用模式

公共文化服務的物聯網垂直應用模式，是各個文化服務機構獨立實踐前面提出的物聯網四層體系架構，通過物聯網感知技術實現文化機構的文獻感知、環境感知、人員感知，形成一個集服務和管理于一體的全方位、智能化的文化體驗環境。從服務形式內容和服務形式上看，垂直應用模式包括物聯網服務設施建設、公共文化服務的應用服務，如智能控制、智能管理、智能交互服務等各種應用。如圖3所示。

圖3 公共文化服務的物聯網垂直應用

4.2 公共文化服務物聯網的行業整合應用模式

公共文化服務物聯網的行業整合應用模式可以通過推進公共文化服務的“云”方案，實現多媒體、跨平臺、多終端的文化信息資源共享（如圖4所示）。運用“公共文化服務文化云”，可以打破時空和地域限制，各個公共文化服務機構的物聯網終端（RFID、傳感器、攝像頭或4G手機等）把各自的云數據/處理中心本地計算后，同步到公共服務服務云中心處理及存儲，在分布式計算集群之上，利用大數據分析技術對Hadoop分布式存儲集群中的數據進行分析、整理、數據挖掘，充分了解并掌握用戶的生活習慣、閱讀習慣、興趣愛好、心理需要、身體需求，特別是用戶在特殊的時間和特殊的場合對某種知識的急切需求，通過構建智能的統一公共文化服務平臺，為用戶提供智慧服務，使得用戶可以隨時隨地通過電腦、電視、手機、社區大屏等終端，實現文化資源或服務的自選“主動”獲取或者“被動”智能推薦。

圖4 公共文化服務的行業整合應用

4.3 公共文化服務物聯網的應用聯合模式

公共文化服務物聯網應用聯合模式，是指聯盟、外包、協議等方式，與非公共文化服務機構，或者利用其物聯網平臺和資源，實現公共文化服務與其他公共服務的融合。業務聯合將公共文化、交通、農業等不同的行業感知設備采集的信息進行橫向聯合應用服務，不同行業間信息聚合的基礎數據通過云存儲和云計算進行信息發現和挖掘，為物聯網的橫向服務提供數據支撐，實現無縫連接服務，這種模式中需要重點考慮如何實現對學習場景、生活場景、工作場景、交通場景、旅游場景等不同場景的串聯，將對數據價值起到幾何數級的提升[17]。

圖5 公共文化服務的物聯網應用聯合

5 結語

目前公共文化服務體系建設已經進入到高速發展的階段，無論是對管理者、服務者，還是對公眾用戶來說，智能信息服務體驗是必不可少的，但是在公共文化服務的信息服務逐步展開中，還存在文化信息傳播的分散、被動、滯后，不同地域、不同專業的信息服務水平參差不齊，各地區的公共文化服務網絡建設存在較大差距，缺乏滿足群眾需求的個性化、智能化服務體驗等問題。物聯網技術的日益成熟和智能終端設備的廣泛普及為公共文化服務提供了新的文化信息傳播渠道和文化信息服務方式，研究公共文化服務中的物聯網應用具有重要意義。通過將物聯網的感知層、傳輸層、應用層技術和公共文化服務機構業務融合，可以為公眾提供不受地域和時間限制的個性化的智能管理和知識信息獲取服務。要實踐公共文化服務物聯網的深層次整合應用，未來需要政府加強國家物聯網產業公共文化服務體系頂層設計，在對各個公共文化服務機構的物聯網建設進行統一規劃和布局的基礎上，進一步帶動覆蓋全國各類文化機構的物聯網體系建設，促進各文化行業之間更好地實現智慧服務，提高文化機構數字資源整體的服務效率和水平。