基于深度學(xué)習(xí)的圖書館座位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

殷玉霞，張彬，帥小應(yīng)

摘要：為了減少高校圖書館自習(xí)室空占座的現(xiàn)象，提高座位的使用效率，提出了基于深度學(xué)習(xí)的座位管理系統(tǒng)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)座位數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到分類模型，利用分類模型對(duì)待識(shí)別的座位數(shù)據(jù)分類從而得到座位的狀態(tài)。如果處于預(yù)約或占用狀態(tài)的座位空閑時(shí)間超過設(shè)定閾值，系統(tǒng)將自動(dòng)取消座位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)座位的實(shí)時(shí)管理。深度學(xué)習(xí)能提高座位狀態(tài)識(shí)別的準(zhǔn)確性，有效提高了圖書館座位的管理效率。

關(guān)鍵詞：座位;圖書館;占座;深度學(xué)習(xí);神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）34-0001-03

1 引言

高校圖書館軟硬件條件好，是學(xué)生首選的自習(xí)場(chǎng)所。隨著高校在校生人數(shù)的增多以及近年來大學(xué)生對(duì)考研、考編制的熱情的不斷增長，越來越多的學(xué)生選擇到圖書館的自習(xí)室學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)校圖書館的座位越來越緊張。圖書館自習(xí)室的座位無法滿足在校學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，尤其是在各種考試季來臨時(shí)，學(xué)生搶位、占位的現(xiàn)象更加嚴(yán)重。占位在高校圖書館屢禁不止，學(xué)生想盡各種辦法占位。占座的主要形式包括同學(xué)間代人占座、利用書籍物品占座等。占座降低座位使用的效率、造成座位分配的不公、引發(fā)學(xué)生與學(xué)生以及學(xué)生與管理人員間的矛盾沖突、滋生“賣座”等不良現(xiàn)象。

為了有效解決占座問題，各個(gè)高校嘗試著運(yùn)用各種方法如教師勸導(dǎo)、定期巡查清理等加以解決，一些高校還引進(jìn)了現(xiàn)代的管理技術(shù)如網(wǎng)絡(luò)預(yù)約、現(xiàn)場(chǎng)掃碼簽到等方法，但是占座現(xiàn)象還仍然存在。趙淑娟對(duì)高校圖書館占座問題的原因以及現(xiàn)狀進(jìn)行了較為深入的分析，針對(duì)當(dāng)前高校圖書館占座現(xiàn)象的指出利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是解決此類問題的最佳方案 [1]。高校應(yīng)利用先進(jìn)的管理系統(tǒng)提高座位管理的效率。當(dāng)前高校圖書館中部分同學(xué)搶到座位后離開座位，使得座位較長時(shí)間內(nèi)處于實(shí)際空閑狀態(tài)。這種狀態(tài)比較常見，不僅浪費(fèi)了資源又容易引發(fā)矛盾沖突。為了更為有效地對(duì)座位進(jìn)行管理本文提出了基于深度學(xué)習(xí)的座位管理的方法，通過實(shí)時(shí)獲取座位的圖像數(shù)據(jù)能及時(shí)感知到座位的狀態(tài)。當(dāng)學(xué)生預(yù)約成功后如果在規(guī)定時(shí)間沒有使用座位或者使用過程中長時(shí)間離開座位，系統(tǒng)自動(dòng)取消座位，有效減少空占座的現(xiàn)象，提高座位的利用率。

2 相關(guān)研究

文獻(xiàn)[2]利用RFID、紅外等技術(shù)設(shè)計(jì)了一種圖書館座位管理系統(tǒng)，通過用戶離開座位的時(shí)間長短來判斷用戶使用過程是否有違規(guī)活動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)高效、智能化的圖書館管理，何鵬提出依據(jù)用戶積分動(dòng)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)智能化管理的座位管理系統(tǒng)，克服了部分已有系統(tǒng)以用戶離開時(shí)間長短為單一判斷依據(jù)的不合理性與靈活性[3]。為了幫助用戶提高選位的效率，提升圖書館的管理水平，尹相權(quán)對(duì)圖書館的用戶行為進(jìn)行了深入的分析[4]。

馬東明[5]設(shè)計(jì)了基于IC卡的圖書館自習(xí)室座位管理系統(tǒng)，系統(tǒng)通過在線預(yù)約與現(xiàn)場(chǎng)刷卡確認(rèn)等方式有效抑制空占位現(xiàn)象。張靜端等人結(jié)合GIS與紅外探測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)查詢、預(yù)約座位與定位導(dǎo)航功能的圖書館座位系統(tǒng)[6]。文獻(xiàn)[7-8]利用人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)出圖書館自習(xí)室進(jìn)行識(shí)別，提高座位的使用效率。圖像分類是圖像處理的重要技術(shù)，深度學(xué)習(xí)是近年來在圖像分類方面取得了重大的成功[9]，基于深度學(xué)習(xí)算法的圖像分類準(zhǔn)確性會(huì)更好[10]。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用MVC模式，利用B/S與C/S相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。視圖（View）負(fù)責(zé)向用戶顯示數(shù)據(jù)并向控制器（Controller）發(fā)請(qǐng)求;控制器控制數(shù)據(jù)流向業(yè)務(wù)模型（Model），并用業(yè)務(wù)執(zhí)行結(jié)果更新視圖;模型表示特定的業(yè)務(wù)邏輯，返回?cái)?shù)據(jù)變化。

視頻終端設(shè)備采集自習(xí)室的圖像數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過深度學(xué)習(xí)算法處理得到座位的狀態(tài)，用戶可通過App、瀏覽器、現(xiàn)場(chǎng)觸屏設(shè)備等進(jìn)行查看、預(yù)約座位等操作。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到當(dāng)前正處于預(yù)約或占用狀態(tài)的座位空閑時(shí)間超過設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)取消座位。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)用戶主要分為學(xué)生與管理員兩類，不同用戶分類具有不同的功能。管理員主要有學(xué)生管理、系統(tǒng)管理、座位管理以及數(shù)據(jù)分析等功能;學(xué)生主要的個(gè)人信息管理、座位查看、座位預(yù)約、座位取消等功能。系統(tǒng)功能如圖2所示。

3.3 系統(tǒng)主要模塊的設(shè)計(jì)

3.3.1 座位查詢

學(xué)生或管理員能夠查看座位的狀態(tài)。座位狀態(tài)有“占用”“空閑”“預(yù)約”“關(guān)閉”四種狀態(tài)，分別用紅色、綠色、橙色、灰色表示。占用表示該位置已經(jīng)有人使用，處于空閑狀態(tài)的座位可以接受預(yù)約，關(guān)閉狀態(tài)的座位不能預(yù)約也不能使用。處于空閑狀態(tài)的座位如果有人預(yù)約成功則其狀態(tài)轉(zhuǎn)為預(yù)約狀態(tài)，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)簽到后變?yōu)檎加脿顟B(tài)。管理員可以關(guān)閉座位也可以開放座位，座位狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖3所示。

3.3.2 座位預(yù)約

學(xué)生可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程、臺(tái)式電腦或現(xiàn)場(chǎng)終端預(yù)約座位，預(yù)約成功后，當(dāng)用戶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到現(xiàn)場(chǎng)簽到便開始使用座位，預(yù)約流程如圖4。

3.3.3 座位取消

學(xué)生預(yù)約座位后，如果不能去圖書館學(xué)習(xí)則要在開始時(shí)間前取消座位的預(yù)約。如果在開始后指定的時(shí)間內(nèi)學(xué)生本人沒有使用預(yù)約的座位或長時(shí)間離開座位系統(tǒng)將取消座位，系統(tǒng)將對(duì)此情況進(jìn)行記錄并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

3.3.4 數(shù)據(jù)分析

通過用戶預(yù)約次數(shù)、使用時(shí)長、退訂次數(shù)、取消次數(shù)、學(xué)習(xí)行為以及座位的使用數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，構(gòu)建基于用戶與座位的歷史數(shù)據(jù)的分析模型，進(jìn)行個(gè)性化的管理與推薦。

3.4 座位狀態(tài)檢測(cè)

自習(xí)室中座位的狀態(tài)會(huì)動(dòng)態(tài)變化，通過深度學(xué)習(xí)算法對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行分類，可實(shí)時(shí)檢測(cè)到座位的狀態(tài)。

首先對(duì)座位圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清理等預(yù)處理，然后對(duì)座位狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)本標(biāo)記，再利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到分類器，最后利用分類器對(duì)待識(shí)別的座位狀態(tài)進(jìn)行分類識(shí)別。當(dāng)座位處于占用狀態(tài)時(shí)，如果深度學(xué)習(xí)算法檢測(cè)到座位處于實(shí)際空閑狀態(tài)便開始計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)器超過設(shè)定的閾值系統(tǒng)便取消座位并記錄。同理預(yù)約成功但在預(yù)約時(shí)間內(nèi)沒有使用的座位也將被取消。

4 結(jié)論

高校圖書館自習(xí)室是大學(xué)生自習(xí)的理想場(chǎng)所，隨著高校在校生人數(shù)的不斷增加，學(xué)校圖書館自習(xí)室的座位不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。搶座、占座是高校特有的現(xiàn)象，為了減少占座，提高座位的使用效率與公平性，本文提出了基于深度學(xué)習(xí)的座位管理系統(tǒng)。系統(tǒng)利用深度學(xué)習(xí)算法實(shí)時(shí)分析拍攝到的座位圖像，算法能有效判斷出座位的狀態(tài)，對(duì)于預(yù)約后不能及時(shí)使用座位或使用過程中長時(shí)間離開座位的現(xiàn)象能得到及時(shí)處理，從而提高了座位的使用效率。基于深度學(xué)習(xí)算法在圖像分類中的準(zhǔn)確性高，可以有效減少管理人員的工作量，降低了運(yùn)行成本。

本文只是利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)座位的狀態(tài)進(jìn)行分類，今后將進(jìn)一步探討利用深度學(xué)習(xí)算法在圖書館座位管理中精細(xì)的圖像分類，利用圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)簽到，提高管理的效率。

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[10] 陶筱嬌，王鑫.基于深度學(xué)習(xí)算法的圖像分類方法[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35（3）：40-43.

【通聯(lián)編輯：梁書】