物聯網技術在智慧圖書館空間管理領域的應用研究

李 慧，杜文龍

（西安航空學院 圖書館，陜西 西安 710077）

0 引 言

智慧圖書館是圖書館的新發展模式[1]，為數字環境下的用戶提供定制化、個性化和智能化的智慧服務成為智慧圖書館的建設目標和發展定位[2]。人物連接、物物連接、數據交互的空間感知傳感網絡系統是實現智慧服務的技術基礎[3]。為此，本文開展物聯網技術與智慧圖書館空間管理的融合研究，探索具備全面感知、可靠傳遞和智能處理技術特征的物聯網技術在智慧圖書館空間管理領域的應用價值、應用方向和應用前景。

1 智慧空間布局

1.1 傳統空間布局模式

圖書館典型的空間布局思路主要參照館藏圖書的學科屬性、學科范圍和載體形態[4]。劃分后的空間布局為獨立的物理區域。實行大開間、廣流通的空間管理模式，在每個劃分后的空間區域中配置對應的書桌、閱覽椅等用品，便于讀者學習和閱讀在架圖書。以上空間布局方式的優點是便于引導讀者快速找到所需學科圖書的對應樓層；缺點是空間劃分方法過于單一，空間劃分依據主要圍繞“讀者對圖書館紙質圖書的閱覽和借閱”這一用戶需求，形成的閱讀環境和學習環境是“靜態”的紙質圖書利用環境，尚未形成“有靜有動、動靜結合”的空間環境。

1.2 基于物聯網技術的智慧空間布局

運用物聯網領域的新技術、新思路、新方法和新舉措，重新思考和規劃圖書館的內部空間和外部空間布局，使圖書館形成“智能感知、互聯互通（物物相連、人物相連、數據貫通）和內外融合（內部空間與外部空間）的智慧空間布局模式。基于物聯網技術的圖書館智慧空間布局如圖1 所示。本研究設計和規劃的圖書館智慧空間布局由物品元素、系統元素、人員元素和設備元素四種元素組成，并運用物聯網的RFID、虛擬現實技術、智能感知技術和智能互聯技術等核心技術將以上圖書館空間的四種元素連接起來，實現四種元素之間的互聯互通、協同控制和數據共享。其中物品元素由圖書館內的智能圖書書架、圖書電子標簽和智能圖書閱讀器等實體物品組成；系統元素由圖書館內的智能圖書管理系統、智能業務管理系統和智能空間監測系統等用于空間管理、空間布局的系統組成；人員元素由館員、教師、學生和社會人員等圖書館的服務對象組成；設備元素由智能感知設備、智能網絡設備和智能導航設備等用于館內空間布局、空間服務的硬件設備和軟件設備組成。

圖1 基于物聯網技術的圖書館智慧空間布局

圖書館智慧空間的布局思路是通過智能芯片、傳感器、智慧管理系統、虛擬現實、3D 導航以及RFID 技術和智能終端等將圖書館內的各個元素有效連接起來，實現圖書館建筑空間內物體與物體、物體與人、館員與讀者的互聯互通和信息共享。同時運用物聯網的傳感設備感知、監測讀者的利用行為數據、圖書流通數據流、書架狀態、機房狀態等。通過云計算對感知獲得的海量行為數據、運行狀態數據和監測數據等類型的大數據進行實時分析和深度分析，經過數據回歸分析和處理后得出下一步的控制策略。根據讀者館內閱讀數據規律分析形成圖書館閱讀導讀政策的決策依據。通過讀取智能書架上圖書電子標簽數據把握圖書的借閱情況、閱覽情況和知識分類情況，為優化圖書館紙質圖書書架館藏分布、調整閱覽區座椅數量、增加或減少某類圖書復本量等提供數據支撐和決策依據。紙質圖書通過通信終端、控制終端（如開關、通道、閥門等）給出相應的控制對象的動作響應，使圖書館在無館員或者館員較少干預的前提下實現智能化空間控制、智能化空間管理和智能化空間調控。

2 智慧環境監測

2.1 物聯網技術應用于智慧環境監測的可行性分析

圖書館的環境監測是圖書館生態系統的重要組成部分。圖書館室內外環境監測方法、手段和工具的智能化、智慧化程度直接關系著監測的效率和質量[5]。在圖書館實際運行過程中，圖書館管理者更多關注的是服務器、網絡帶寬、路由器、交換機、存儲器、虛擬網絡空間、網絡運行環境、UPS 和網站等與圖書館運行相關的軟件、硬件和網絡環境。受管理理念、管理機制和經費等因素的影響，僅有少數圖書館采用物聯網相關技術搭建機房運行的網絡環境、供電環境和安全環境，可以通過智能感應設備、智能供電系統、智能應急系統和智能環境監測設備實現對圖書館機房的安全穩定運行的全天候動態監測。將物聯網技術運用于圖書館機房運行環境監測大幅度提高了監測的科學性、規范性和準確性，能夠使圖書館機房處于比較安全和穩定的物理空間和網絡空間。如果環境監測數據誤差較大、準確率低將會影響圖書館業務系統、安全系統和管理系統的運行。

隨著圖書館對閱覽環境、機房環境、網絡環境和空氣環境的關注和重視越來越多[6]，為了最大程度地降低各種環境中存在的風險，圖書館將尋求更加科學、更加規范、更加高效的室內外環境監測手段和系統。

物聯網相關技術為圖書館環境監測的智能化、智慧化轉型提供了可能性[7]。圖書館可以運用物聯網技術構建智能環境監測和智能環境調控系統。館內的建筑設施、智能設備能根據物聯網技術監測的環境變化數據動態、靈活、實時調整運行狀態。如通過安裝在館內的環境感應設備獲取溫度、濕度、亮度、空氣質量等環境運行數據，環境感應設備獲取到感應數據后傳遞至物聯網云平臺進行大數據分析和智能判斷，經過智能分析后形成下一步行動的指令方案，如根據太陽光線智能調節閱覽室內照明設備的亮度，根據閱覽區溫度自動調節制冷設備的控制溫度，根據空氣中二氧化碳的含量自動調控新風系統或者空氣凈化設備。

2.2 基于物聯網技術的設備安全環境監測

將物聯網技術應用于圖書館的設備安全環境管理中，構建基于物聯網技術的智慧設備保障體系。通過感知設備動態監測圖書館內網絡服務器、交換機、檢索機、歌德機和工作機的運行狀態，實現第一時間發現設施設備的異常狀況并及時進行智能處理。如遇到設施故障、設備損壞等情況自動觸發警示器，并將故障信息以及設備屬性信息發送至維護人員進行處理。

2.3 基于物聯網技術的消防安全監測

物聯網技術在圖書館的消防工作和安全保障工作也具有很大的應用價值。運用物聯網的傳感技術構建圖書館智能消防感知預警系統，該系統具備報警、信息錄入、視頻重放、數據分析、智能顯示報警具體位置及消防設備擺放位置等功能。報警器的終端系統采取物聯網的感知傳感技術，報警終端系統與報警接收系統、消防安全工作應急系統之間采用無線通信的方式。因此圖書館智能消防感知預警系統可以實時、動態、系統、全面監測圖書館運行的消防安全環境，一旦發生火災等突發情況時，圖書館內安裝的智能傳感器就會第一時間自動將報警信號發送至報警接收器，報警接收器發出報警信號，完成自動報警。與此同時，圖書館智能消防感知預警系統會準確記錄報警時間，系統桌面終端會自動顯示報警的準確位置、該區域人員的分布情況、消防設施在該區域的位置和最近的消防通道等詳細信息，能自動響應并打開應急通道、應急照明和語音播報等，協助圖書館工作人員第一時間引導讀者有序撤離，保障讀者人身安全和減少圖書館財產損失。隨著電子信息技術、計算機技術和視頻音頻處理技術等技術的發展，圖書館從傳統意義上僅依靠人力的安全保障時代正在向信息化、智能化安全保障模式過渡。物聯網的感知技術、傳感技術、導航技術、虛擬現實技術和3D 實時定位及圖像顯示等技術是圖書館安全保障智能化轉型的助推器。傳統意義上的安全保障模式為依靠安保人員有序地在各個圖書館區域走動巡視，通過肉眼發現館內的水、電、暖、消防通道、消防設施和讀者用電等方面的安全隱患。由于缺乏智能化檢測設備和工具，總會出現巡視人員意識不到或者疏忽的地方，圖書館的消防安全事故時有發生，最主要的原因是從安全巡視開始到發現具體某個著火點存在較大的時間差，缺乏對火災事故發生之前的預警和火災事故發生中的報警能力。智能化的安全保障系統可以第一時間檢測傳統意義上人視覺上無法看出的安全隱患和風險。運用傳感設備、智能定位系統、智能監控設備和環境感知設備全天候檢測圖書館的安全環境，最大程度上發現和規避各種安全隱患[8]。如根據智能監控設備可以檢測閱覽區的閱覽環境，出現讀者發生沖突時可以第一時間向工作人員進行預警，提醒其及時到現場處理，維護安靜、安全、和諧的閱覽環境。

3 智能座位管理

3.1 傳統座位管理模式的弊端

圖書館的閱覽區和自修區是讀者可以公平、平等利用的公共資源，但有限的學習自修空間自然不能滿足每一位讀者[9]。高校圖書館、公共圖書館的座位數與所服務讀者總人數的比例一般為1 ∶5。在日常狀況下基本可以滿足讀者的座位使用需求，如出現讀者集中利用圖書館閱覽區的高峰期，或者疫情防控期間圖書館采用“間隔就坐、同向就坐、分散就坐”的防疫措施，則會出現閱覽區座椅數量嚴重不足的問題。特別是在高校圖書館，每逢考試、畢業期間，圖書館自修區和閱覽區就會出現占座現象，屢禁不止，讀者的無序占座則會造成圖書館閱覽空間資源無法合理利用和座位資源使用秩序的混亂。如果不加以有效引導和合理控制，則會出現讀者之間為了搶座位而發生沖突的情況。

3.2 基于物聯網技術的座位管理模式

物聯網的傳感技術、定位技術、導航技術和虛擬現實技術為圖書館座位的智能化、智慧化和科學化管理提供了有效的技術解決方案[10]。通過物聯網技術可以構建智能化、智慧化的座位管理系統。該智能座位管理系統可以實現對館內座位的實時動態監控與智能管理，具體做法為：對圖書館的所有座位進行數據字段描述，描述的字段包括具體位置、開放性、專用性、預約信息、使用時長和使用規定等，將形成的元數據或者電子標簽數據儲存至圖書館智能座位管理系統的存儲器中。與此同時，為了方便未預約座位的學生在館內現場查閱座位的相關信息，將每一個座位的電子標簽數據生成二維碼并嵌入對應座位中，到館的讀者通過掃描二維碼便可以快速查詢該座位的預約情況、讀者信息、規定使用時長和已使用時長等信息。如果該座位尚未被其他讀者預約或者使用時間已經超過規定的時長，讀者可以現場提交預約信息并進行使用。如果尚未達到系統規定的使用時長但讀者需提前結束使用，讀者則需要掃碼結束座位使用。如果在已經達到系統規定的使用時長之后，仍然需要繼續使用該座位，讀者需要再次掃碼進行座位預約和使用確認。圖書館的座位電子標簽數據與實際利用情況保持高度一致和同步，對于讀者而言可以通過智能座位管理系統遠程查看圖書館的座位分布以及剩余座位數量，從而更合理地規劃自己的學習計劃和閱讀計劃。對于座位管理者而言有助于提高圖書館座位的管理效率和使用效率，圖書館可以根據閱覽區座位的預約信息、座位利用量等數據動態靈活地調整書庫館藏數量和閱覽區座椅數量。按照理想狀態，圖書館的智能座位管理系統會處于自我管理、自我更新和自我適應的狀態。但是考慮到讀者的時間觀念和遵守座位使用規定的自覺性等復雜因素的影響，圖書館在設計和開發智能座位管理系統時需充分考慮引入座位利用行為信譽分機制，類似于支付寶系統的“螞蟻積分”，所有讀者在使用智能座位管理系統時獲得一個初始積分，如果讀者存在違反圖書館座位管理規定的行為將會按照信譽分機制對應扣分。座位信譽分低于最低控制時將會限制讀者的座位預約次數、縮短座位使用時長。

4 結 語

空間管理為智慧圖書館建設體系中的關鍵因素，基于RFID、GPS、LoRA 和M2M 等關鍵技術構建全面感知、數據交互、動態監測、人物互聯和虛實結合的物聯網空間網絡體系，對智慧圖書館的空間環境、設備設施、消防安全、讀者數據（包含靜態閱讀傾向和動態行為數據）和館藏資源進行感知、監測、互聯，深度挖掘空間環境中的運行數據、狀態數據和管理數據，為優化智慧圖書館空間管理提供數據支撐和決策依據。