智慧圖書館分層模型構建研究

陳 煒

(南京大學金陵學院 圖書館，江蘇 南京 210089)

圖書館歷史最早可以追溯到公元前3000年巴比倫神廟，它是人類文明發展到一定階段的產物，也是人類社會文明進步的標志。在漫長的歷史發展過程中，各大圖書館積存下可觀的紙質資料，包括文獻資料和書籍等。在運營過程中，圖書館的工作人員通過努力，做了一系列整理、歸納、修整以及分類工作，使讀者可以方便借閱和深度學習。

隨著科技的不斷進步，智慧圖書館的研究也逐步熱門起來。智慧圖書館從其服務形式上可以理解為在大數據環境下，圖書館融合當前網絡技術、信息技術、數字技術、移動通信技術等所構建的數字應用平臺，能夠對海量數字資源存儲、管理，并能夠通過二次加工拓展服務領域，是現代圖書館實現資源篩選入庫、維護管理和提供服務的載體[1]。

1 智慧圖書館是未來的轉型方向

圖書館轉型是指圖書館根據所處的社會環境變化，對自身的運行機制、服務模式、發展方向進行調整，對服務內容進行創新[2]。

科學技術是推動圖書館發展的重要動力，每一次科技的進步都會給圖書館發展帶來機遇。20世紀80年代以來，圖書館經歷了三場變革，都是在科技的支撐下進行的。第一次是20世紀90年代初計算機技術的興起，特別是數據庫技術的引入，改變了傳統圖書館的卡片記錄模式，提高了數據記錄的效率，減輕了館員工作的壓力，使查詢書目變得簡單快捷。

進入21世紀初以來，互聯網技術成熟，并進入井噴式發展，引發了傳統圖書館第二次大變革，由傳統圖書館逐步進化成數字圖書館。數字圖書館最大的特征就是將傳統的紙質圖書變成特定格式的電子資源，這樣用戶就可以在互聯網環境下使用各種終端觀看圖書，不受限于場地。

我們目前所處的時代，5G技術開始興起，數據云也逐步落地，大數據、人工智能、物聯網也開始方興未艾，隨著這些技術的逐步成熟，數字圖書館向智慧圖書館轉型也就順理成章。智慧圖書館既能提供功能性需求，例如基礎設施建設、平臺架構搭建、軟件數字配置、儲存計算運營等；又能滿足非功能性需求，例如可用性好、彈性伸縮、響應時間短。在體系架構下，智慧圖書館將會實現存儲量和服務并發均衡發展。

2 智慧圖書館建設所需的技術支撐

智慧圖書館的建設離不開當前科技應用成果的支持。只有當科技成果迭代更新，經過時間和市場的考驗逐步成熟時，建設智慧圖書館才能夠從理論探索逐步變為現實場景。目前相對成熟，能夠應用到智慧圖書館的技術有以下幾種，涵蓋了感知、傳輸、處理、顯示等一系列應用場景。

2.1 物聯網技術

物聯網是感應技術，計算機和互聯網技術組成的新一代網絡，具有低功耗、低延時、高頻數據交互，拓展性強的特點。物聯網的基礎與核心在于互聯網技術，可以理解為基于互聯網的延伸與拓展它實現了物體與物體的信息交換和通信，然后通過對接收到的數據與信息進行分析處理，就可以對物體進行智能化的控制。

物聯網之所以實現了信息的交互，是因為物體貼上了電子標簽，通過特定互聯網絡，人們可以感知物體的位置和狀態。傳統的圖書館內，圖書貼上的是磁條，磁條只能沖入一定量的磁場，沒有任何信息含義，圖書外面貼上的是書目標簽，磁條和標簽之間沒有任何聯系。智慧圖書館內，應用的是RFID技術，它可以存儲多維的數據。

RFID (Radio Frequency Identification) 技術又稱為射頻識別技術，屬于一種新一代低功耗網絡系統，它應用電磁波頻譜傳遞特定識別信息，具有非接觸、無視覺、高可靠的性能[3]。

RFID廣泛應用在多個產業和領域，例如物流、交通、身份識別、防偽、資產管理、食品、信息統計、查閱應用、安全控制等。RFID技術具有很多優點：標簽本身防水、防磁、耐高溫，工作穩定，使用壽命長。標簽可以儲存多維數據，并且可以加密，安全性較好。能夠做到實時更新標簽數據，數據雙向流通，給管理帶來方便，提高工作效率。

2.2 5G網絡

5G 是第五代移動通信技術的簡稱，也是現在比較熱門的通信技術，用于逐步取代市場上已經普及的4G通信技術。這種蜂窩移動通信技術具有超高傳輸率、低延遲、支持大規模高密度高速度設備連接，可靠性也比較高。

5G 設計了三大需求應用場景，即 eMBB( 增強型移動寬帶)、mMTC( 海量低功耗連接) 和uRLLC( 低延時高可靠連接) ，能夠實現海量設備接入并保證足夠帶寬，延時低、可靠性高[4]。

2.3 云計算

云計算 (Cloud Computing)， 是一種超級計算模式，最基本的特性是：虛擬化、整合化和安全化。云計算是具有劃時代意義的計算典范，采用分布式計算與服務架構，通過網絡連接把大量計算資源集合在一起，通過軟件自動化協調和管理，為用戶提供龐大的計算資源和數據中心。

數字圖書館建設時硬件條件已經固定，當業務擴展時，逐步添加硬件，會帶來管理上的不便，切換時會暫停業務，讓讀者無法請求服務；智慧圖書館有大量的數據存儲，需要應對彈性的業務請求，云計算可以根據圖書館數據的存儲量和服務并發請求量，準備相應的存儲空間和計算單元，在擴展時不需要關注硬件，能夠做到無縫切換，業務不會因遷移宕機，在短時間應對高并發量的數據請求能夠快速甄別響應，這樣當大家訪問智慧圖書館時，不會有延遲感。

2.4 大數據處理

麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種超常規數據集合，規模大大超出了傳統數據庫軟件工具能處理能力，導致在獲取、存儲、管理、分析數據方面采用以往的方式比較低效，其特征表現為海量的數據規模、快速的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低[5]。

大數據應用價值構成因素具體體現為實現系統架構合理化，提高資源使用效率，尋找新的研究熱點，更好地滿足差異化服務。

2.5 虛擬現實VR

虛擬現實技術(VR)是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統。制作方通過設備采集現實生活中場景數據，經過處理后變成可以存儲的電信號，當需要播放時，通過相關輸出設備，把電信號轉化成全息的光信號，聲信號，氣味信號，力學信號等，在三維動態重構技術的幫助下，借助于立體顯示和傳感器技術，讓人眼或其他感官感受到這些現象。雖然這些現象在當前狀態下不是真實的，但人們通過感官感受后，同現實世界沒有什么區別，故稱為虛擬現實。

3 智慧圖書館建設的追求目標

智慧圖書館是一種突破時間和空間限制，追求高效和實時應用的圖書館模式，具備全方位信息感知，高效的信息融合響應，服務便利和多樣化的特點。

3.1 全方位信息感知

智慧圖書館通過部署的感應終端和交互平臺，全方位感知圖書館環境狀態，讀者入館和活躍場景，數字資源的實時利用情況，圖書館員服務提供情況等，構成一個豐富而又龐大的數據集中群，便于圖書館管理人員實時分析和掌握圖書館的應用情況。

信息感知包含兩個部分，看得見的環境感知和看不見的應用感知。環境感知指通過傳感器等終端，把圖書館內所有可以看見的物和人納入感知范圍，為后續的交互提供真實存在的個體。應用感知指通過交互平臺，把個體在圖書館內和在圖書館網絡空間內活動的信息記錄下來，構成原始的應用數據，為后期提供各種個性化的服務提供支撐數據。

3.2 高效的信息融合響應

智慧圖書館建立在云終端，使得它具有良好的拓展性和高效的并發處理技術。當需要給圖書館添加新業務時，可以無縫切換，讀者不會感受到宕機帶來的服務中斷，對管理者來說不會因為業務的添加和下線，煩惱硬件資源不足和過剩，提高了硬件利用的彈性。

智慧圖書館添加各種數字資源，僅僅滿足讀者查詢幾十篇文獻要求是一種資源低效利用。通過大數據處理技術，挖掘新的發現和研究動向，把隱藏在資源背后的發展趨勢，科研熱點通過可視化手段展現給讀者，幫助他們更好地利用數字資源，為讀者自身提高學習和科研效率提供了可靠的依據。

3.3 服務便利和多樣化

智慧圖書館能夠快速響應各種突發的讀者需求，可以根據需要提供各種渠道的信息服務，滿足高校師生，社會讀者等不同人群的學習需要。

圖書館之間也可以通過共享脫密的數據，對下可以擴大服務范圍，拓展服務業務，對上可以協同采購，買到利用效率高，受讀者歡迎，同時價格合理的資源，而不會被資源廠商利用信息不對稱各個擊破。

4 智慧圖書館建設技術分層模型

現代信息技術和新的服務理念為圖書館創新變革奠定了技術基礎和理論支撐，傳統圖書館以提供館藏文獻為主的服務模式逐步衰弱，取而代之的是數字圖書館，以提供信息和知識服務為業務模式。目前的圖書館轉型升級，帶動了人流、信息流、資源流，使用戶體驗也有了提升。現如今，用戶不再滿足于知識的挖掘和信息的獲取，而是需要圖書館提供實時的高效率、多樣化業務模式，即定制化的個性需求。用戶聚焦不再局限于單一的資源發現，而是多元化渠道獲取信息，提煉出自己需要的模型和內涵。智慧圖書館技術模型為圖書館未來的智慧服務奠定了架構基礎，并具有良好的拓展性，催化讀者知識創造的積極性。

于興尚提出在圖書館生物循環系統的基礎上，構建智慧圖書館模型，達到“需求精準化，服務精品化”的目標；[6]李彩寧等人提出從用戶—資源二元視角出發隱性與顯性相結合的智慧圖書館服務模式，在此基礎上構建了一套智慧圖書館框架[7]。筆者提出了一種智慧圖書館技術分層模型，它是在圖書館在原有的資源基礎上，貫徹智慧圖書館的先進理念，基于融合與協同的理論基礎，通過現代化科技手段，構建了智慧圖書館技術分層模型，從而滿足讀者多樣化業務需求。該分層模型由下到上，包含了智慧感應層、傳輸通道層、數據融合層、智慧應用層，如圖1所示。

圖1 智慧圖書館分層模型體系架構

4.1 智慧感應層

智慧感應層是整個模型的基礎，它包括了RFID、各種傳感器、門禁、圖書查詢機、自助借還機、移動終端等設備。智慧感應層收集館內環境狀態數據，各種設備的實時參數，讀者在圖書館內場景行為，使用館內資源的痕跡和反饋等基礎數據，進行預處理，識別有用信息，去除噪聲信號和偽數據。智慧感應層支撐起智慧圖書館數據收集和處理的技術環境，奠定了在海量數據中去除噪聲，發掘有用信息基礎。

4.2 傳輸通道層

傳輸通道層是整個智慧圖書館體系結構中的傳輸單元，通過它們將智慧感應層搜集的圖書館狀態數據，各種設備的實時參數，讀者在圖書館內行動數據等上報給數據融合層，同時下傳數據融合層的控制指令，從而實現物聯、數據傳輸和控制功能。

傳輸通道層以5G移動網絡，無線網絡，物聯網作為支撐，光纖線路作為骨干通道。從而延伸到圖書館實體的各個角落，在虛擬空間可以延伸到移動通信網絡覆蓋的地方。大大提高了圖書館服務范圍。

4.3 數據融合層

數據融合層主要負責圖書館相關數據的收集、存儲、處理、分析、挖掘，主要由圖書館相關數據云存儲和大數據處理技術組成。

來至智慧感知層的圖書館狀態數據，各種設備的實時參數會被統一存儲，館藏資源利用情況，用戶在圖書館內場景行為，交互情況等統一記錄和預處理。通過部署在云平臺的預設算法和規則，進行智慧化處理，實時反饋結果。

4.4 智慧應用層

智慧應用層處于整個技術模型體系的頂端，承載著交互和業務提供的功能。

圖書整理系統指導智能機器人完成圖書的搬運，排架，盤點等工作。用戶自助借閱系統幫助用戶實現圖書從查詢、定位、借書到還書自動化。智能查詢系統支持詞語、圖片、語音等輸入識別，精準發現用戶需求，縮小提供范圍，最大程度提供有效信息。個性化推薦系統通過分析用戶個體行為和交互信息，預測用戶需要，主動推送圖書館資源，減少用戶反感。用戶虛擬社交平臺滿足讀者相互交流的需要，擴大圖書館的影響范圍。

5 結束語

智能技術的逐步成熟，使得智慧圖書館服務的持續性成為可能，也為智慧圖書館的合理構建和定向推廣帶來了機遇。本文提出構建智慧感應層、傳輸通道層、數據融合層、智慧應用層的技術模型，為后期智慧圖書館建設提供了一定的參考。智慧圖書館的建設是一個長期持續的過程，需要人力、物資和資金、技術的迭代的長期支持。