基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用*

張琳娜胡淵梁偉

基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用*

張琳娜胡淵梁偉

為了滿足館藏資源位置服務(wù)的實(shí)際需要，提高文獻(xiàn)獲取效率，在對(duì)現(xiàn)有GIS技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及其在圖書(shū)館中的應(yīng)用進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，論文提出了一種基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)解決方案，給出了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、主要功能說(shuō)明以及2.5維空間地圖的制作方法，闡述了系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)模型及空間和屬性數(shù)據(jù)的集成方案，最后簡(jiǎn)要介紹了該系統(tǒng)在陜西師范大學(xué)圖書(shū)館的實(shí)施及使用效果。

地理信息系統(tǒng)2.5維GIS 圖書(shū)館X-Server

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，圖書(shū)館信息化經(jīng)歷了從文本管理到信息管理的轉(zhuǎn)變。在這個(gè)過(guò)程中檢索效率得到提高，但由于空間服務(wù)的缺失，文獻(xiàn)獲取效率并未得到等速提升。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS）是一種集空間信息和其他數(shù)據(jù)信息為一體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的空間實(shí)體定義和關(guān)系查詢能力，能把現(xiàn)實(shí)生活中的各種信息與反映地理位置的空間信息結(jié)合在一起,并圖文并茂地展示在用戶面前[1]。圖書(shū)館作為信息資源收藏的實(shí)體也具有空間地理形態(tài)，館內(nèi)收藏的龐雜信息資源除擁有各自的屬性信息外，還具有與圖書(shū)館地理坐標(biāo)相關(guān)的空間信息，因而在圖書(shū)館內(nèi)形成了縱橫交錯(cuò)的信息資源布局[2]。

1 GIS技術(shù)在圖書(shū)館中的應(yīng)用

早在上世紀(jì)90年代初, 國(guó)外圖書(shū)館界就已經(jīng)開(kāi)始嘗試應(yīng)用GIS[3]。當(dāng)時(shí)的GIS還是依托平面地圖對(duì)現(xiàn)實(shí)空間信息進(jìn)行映射的二維GIS技術(shù)，其在數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)分析等方面雖有很強(qiáng)大的功能，但是二維電子地圖本質(zhì)上仍是一個(gè)基于抽象符號(hào)的系統(tǒng)，無(wú)法給人以自然界的直觀感受。因此，圖書(shū)館的應(yīng)用只局限于對(duì)地圖、遙感影像等地理信息類數(shù)據(jù)的平面管理和專業(yè)性參考服務(wù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的盛行促進(jìn)了GIS由二維向三維的可視化發(fā)展。三維GIS能以立體造型的方式向用戶展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象。其不僅能夠表達(dá)空間對(duì)象的平面關(guān)系，還能表現(xiàn)它們之間的立體關(guān)系。因此，圖書(shū)館界也開(kāi)始探索三維GIS對(duì)館區(qū)空間管理和讀者服務(wù)模式的變革與創(chuàng)新。然而，龐大的三維數(shù)據(jù)量、對(duì)計(jì)算處理能力的高要求以及平臺(tái)的高價(jià)格門檻，使這種探索多處于理論階段。國(guó)家圖書(shū)館的“3D虛擬現(xiàn)實(shí)館”是僅有實(shí)現(xiàn)對(duì)館區(qū)空間漫游的實(shí)踐性研究。該系統(tǒng)通過(guò)館內(nèi)體驗(yàn)區(qū)或是網(wǎng)絡(luò)傳播的方式，為讀者提供如同沉浸在真實(shí)場(chǎng)景中的館區(qū)虛擬漫游及對(duì)館藏?cái)?shù)字資源的虛擬閱讀等功能[4]。純?nèi)SGIS使讀者有較真實(shí)的沉浸感，但也容易讓人產(chǎn)生迷失感，此外受計(jì)算機(jī)軟硬件性能的限制，其在館內(nèi)空間分析、數(shù)據(jù)管理等方面仍顯不足。

融合二維GIS與三維GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，采用二維為主、三維為輔的混合型GIS技術(shù)是當(dāng)前背景下業(yè)界推崇的一種較為實(shí)際的解決方案[5]。論文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)解決方案。采用2.5維GIS對(duì)圖書(shū)館空間進(jìn)行管理，既可以實(shí)現(xiàn)館區(qū)空間的展示與漫游，又可以發(fā)揮其在空間數(shù)據(jù)管理、檢索、分析等方面的特長(zhǎng)，彌補(bǔ)圖書(shū)館空間服務(wù)實(shí)踐性研究的空白，提高讀者獲取文獻(xiàn)資源的效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)（Space Management System，簡(jiǎn)稱SMS）集成多種技術(shù)，解決如何提高館藏資源獲取效率的應(yīng)用問(wèn)題。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)館區(qū)空間的建模與渲染，生成并組建2.5維GIS平臺(tái)；通過(guò)對(duì)館區(qū)設(shè)施及館藏資源空間屬性的分類與整理，定義并建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)對(duì)已有管理系統(tǒng)相關(guān)屬性信息的集成與共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)館藏資源的定位、導(dǎo)航及雙向查詢等功能。

SMS采用B/S架構(gòu)模式（Browser/Server，即瀏覽器/服務(wù)器模式），將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，并通過(guò)Web瀏覽器向讀者提供服務(wù)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用。同時(shí)Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與MIS（圖書(shū)館業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)）的實(shí)時(shí)交互，保證相關(guān)數(shù)據(jù)的一致性和有效性（如圖1所示）。

SMS采用管理和瀏覽分層的組織模式。

管理界面為管理者所使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成設(shè)置和空間數(shù)據(jù)管理等功能。SMS的運(yùn)行需要已有MIS的數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)集成設(shè)置主要實(shí)現(xiàn)對(duì)MIS相關(guān)集成規(guī)則以及訪問(wèn)權(quán)限的定義和管理?？臻g數(shù)據(jù)是SMS的核心數(shù)據(jù)，按照空間實(shí)體的特性進(jìn)行劃分，并按照其之間的依存關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)?？臻g數(shù)據(jù)管理一方面依據(jù)業(yè)務(wù)功能對(duì)空間對(duì)象的屬性信息進(jìn)行管理，另一方面與空間地圖關(guān)聯(lián)，賦予空間對(duì)象具體的空間坐標(biāo)信息。

瀏覽界面為讀者所使用，實(shí)現(xiàn)館區(qū)實(shí)景展示漫游、館藏資源定位導(dǎo)航、資源信息與空間信息雙向查詢等功能。讀者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)SMS的瀏覽界面，在如同真實(shí)環(huán)境一樣的虛擬圖書(shū)館中漫步，了解圖書(shū)館內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)以及館藏資源的空間布局。SMS集成了MIS的屬性查詢功能，并對(duì)查詢結(jié)果提供空間位置的定位導(dǎo)航。同時(shí)，系統(tǒng)增加了空間檢索功能，讀者在獲取館藏資源具體空間位置的同時(shí)，還能了解到與之相關(guān)的同架層、架位、架排的其他資源信息，又或是在虛擬圖書(shū)館中對(duì)感興趣的空間區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)擊，獲取對(duì)應(yīng)空間位置的館藏資源信息。

2.2 2.5維空間地圖

2.5 維地圖是將三維立體模型按照一定的投影規(guī)則映射到平面上以展示三維立體效果的二維圖形[6]。SMS采用三維建模軟件3D MAX對(duì)實(shí)驗(yàn)館區(qū)進(jìn)行實(shí)景建模，并在三維模型上按照一定的俯視角度渲染、生成該區(qū)域的2.5維空間地圖（如圖2所示）導(dǎo)入系統(tǒng)中。2.5維空間地圖在保證地理信息的宏觀性和整體性的同時(shí)，又能保留豐富的空間實(shí)體特征?；?.5維空間地圖的GIS，其一方面繼承了二維GIS在數(shù)據(jù)采集與輸入、輸出，空間數(shù)據(jù)分析與處理等方面的強(qiáng)大功能，另一方面又保留了三維GIS豐富、自然、真實(shí)的地貌表現(xiàn)能力，提升用戶對(duì)真實(shí)空間的直觀感受。

2.3 空間數(shù)據(jù)模型與集成

空間數(shù)據(jù)是指空間實(shí)體的位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征等[7]。空間要素按其自身特征可以分為體、面、線和點(diǎn)。如分館（體狀空間要素）、館區(qū)（面狀空間要素），架排（線狀空間要素），館藏資源的空間位置（點(diǎn)狀空間要素）等。長(zhǎng)期以來(lái)，MIS只注重于館藏資源的屬性數(shù)據(jù)和宏觀類空間數(shù)據(jù)如分館、館區(qū)等信息的管理，而對(duì)于詳細(xì)的空間數(shù)據(jù)如架排、架位、架層等，受資源整合等常規(guī)業(yè)務(wù)操作的影響，往往無(wú)力維護(hù)。因此，圖書(shū)館對(duì)資源獲取過(guò)程、空間布局管理等仍然采用傳統(tǒng)的人工處理方式。

SMS就館藏資源的空間數(shù)據(jù)劃分為分館、館區(qū)、架排、架位、架層五類（如圖3所示），這五類數(shù)據(jù)是單向的包含關(guān)系，通過(guò)與上級(jí)對(duì)象的所屬屬性建立空間關(guān)聯(lián)。此外，架排、架位、架層又有其內(nèi)在的關(guān)聯(lián)屬性，如前架排、左架位、上架層等，通過(guò)這些屬性建立各個(gè)對(duì)象內(nèi)部的關(guān)聯(lián)，從而形成完整的空間關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

SMS與MIS（以Aleph系統(tǒng)為例）的空間數(shù)據(jù)集成包括館區(qū)和架位兩類信息（如圖3所示）。Aleph系統(tǒng)的分館和館區(qū)是館藏資源檢索的重要位置信息，館區(qū)信息考慮到中英文庫(kù)等屬性因素，通常會(huì)把一個(gè)實(shí)體空間館區(qū)劃分成多個(gè)虛擬且空間位置不連續(xù)的虛擬館區(qū)。SMS通過(guò)對(duì)館區(qū)信息設(shè)置匹配館藏屬性，將Aleph系統(tǒng)的館區(qū)信息按空間劃分進(jìn)行整合映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)館區(qū)的集成關(guān)聯(lián)。Aleph系統(tǒng)也包含架位信息，但是由于館藏資源位置的多變性，以及相關(guān)維護(hù)功能的缺乏，該信息通常未被有效使用。SMS為架層定義了起止索書(shū)號(hào)屬性，系統(tǒng)檢索時(shí)通過(guò)館藏資源索書(shū)號(hào)與架層索書(shū)號(hào)范圍的匹配來(lái)確定架層、架位、架排等信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空間位置的定位。

2.4 屬性數(shù)據(jù)集成

MIS在圖書(shū)館信息化進(jìn)程中已經(jīng)是一個(gè)成熟全面的管理系統(tǒng)。通過(guò)集成的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)館藏資源屬性信息的共享，可以有效地保證信息的實(shí)時(shí)統(tǒng)一。Aleph系統(tǒng)提供一種安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)交互中間件X-Server接口，它是一個(gè)基于XML、Web Services形式的Open API，為第三方應(yīng)用的開(kāi)發(fā)提供有力支持[8]。X-Server通過(guò)HTTP 協(xié)議進(jìn)行通訊，用戶通過(guò)Web瀏覽器輸入一定規(guī)則的URL表達(dá)式，X-Server接收處理后返回用戶所需的XML文件。

SMS與Aleph系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)集成需求包括兩類。一類是實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)檢索功能，即通過(guò)書(shū)名、作者、索書(shū)號(hào)等分類查詢書(shū)目信息；另一類是實(shí)現(xiàn)空間書(shū)目檢索功能，即通過(guò)一個(gè)索書(shū)號(hào)起止范圍查詢書(shū)目信息。雖然兩類集成需求的出發(fā)點(diǎn)不同，但是都涉及三個(gè)相同的X-Server接口：find（檢索）、present（顯示書(shū)目記錄）、item－data（顯示單冊(cè)信息）。

find服務(wù)可以通過(guò)多種檢索條件和輸入?yún)?shù)對(duì)書(shū)目數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，然后返回一個(gè)結(jié)果集的號(hào)碼。檢索參數(shù)如：關(guān)鍵字=wrd、題名=wti、ISBN=isb、作者=wau、出版者=wpu、索書(shū)號(hào)=cal。例如檢索關(guān)鍵字為“oracle”的書(shū)目信息，其URL為http：//IP:PORT/X? op=find&code=wrd&request=oracle；又例如檢索索書(shū)號(hào)在H319.1/1與H319.1/9之間的書(shū)目信息，其URL為http：//IP:PORT/X?op=find&code=cal&request=H319. 1/1-＞H319.1/9。

present服務(wù)是根據(jù)find服務(wù)結(jié)果集的號(hào)碼，顯示結(jié)果中n-m條書(shū)目記錄。每條書(shū)目信息包括書(shū)名、ISBN、作者、出版社、價(jià)格等。例如顯示結(jié)果集號(hào)碼為000107的1-10條記錄，其URL為http：//IP:PORT/X? op=present&set_number =000107&set_entry=1-10。

item-data服務(wù)是根據(jù)present服務(wù)的結(jié)果，顯示某個(gè)書(shū)目號(hào)下面的所有單冊(cè)信息。每條單冊(cè)信息包含條碼號(hào)、狀態(tài)、館藏、索書(shū)號(hào)等。例如顯示書(shū)目記錄號(hào)為000538506的單冊(cè)信息，其URL為http://IP: PORT/X?op=item_data&doc_number=000538506。

3 應(yīng)用成果

陜西師范大學(xué)圖書(shū)館作為教育部直屬院校的教學(xué)科研文獻(xiàn)信息保障中心，其內(nèi)部環(huán)境舒適優(yōu)美、軟硬件設(shè)施齊備先進(jìn)、藏書(shū)種類豐富全面。圖書(shū)館實(shí)現(xiàn)全方位計(jì)算機(jī)管理，檢索系統(tǒng)功能強(qiáng)大，館內(nèi)除了兩個(gè)多媒體電子閱覽室之外，同時(shí)在多處設(shè)有檢索機(jī)和信息點(diǎn)，讀者可以通過(guò)校園網(wǎng)、手機(jī)等終端檢索、瀏覽館藏信息。信息化程度雖達(dá)到較高水平, 但由于空間服務(wù)的缺失，文獻(xiàn)獲取效率仍然是讀者服務(wù)工作需要提升的重點(diǎn)。

以論文研究成果為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的陜西師范大學(xué)圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)（如圖4所示），以長(zhǎng)安分館一層為試點(diǎn)，通過(guò)對(duì)館區(qū)建筑結(jié)構(gòu)和地物進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，運(yùn)用3DMAX制作完成等比的館區(qū)三維場(chǎng)景模型，并渲染生成2.5維實(shí)景平面圖；通過(guò)采集相關(guān)館藏設(shè)施的屬性及空間信息，組建生成系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)調(diào)用Aleph系統(tǒng)的X-Server，實(shí)現(xiàn)對(duì)館藏資源信息的集成。

系統(tǒng)通過(guò)圖書(shū)館官網(wǎng)和館區(qū)觸摸屏的方式為讀者提供服務(wù)。系統(tǒng)使讀者足不出戶即可對(duì)圖書(shū)館空間結(jié)構(gòu)有全方位的了解。通過(guò)放大、縮小、平移等操作，讀者可以對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行虛擬三維漫游或360度實(shí)景體驗(yàn)。在漫游的過(guò)程中，讀者可以快速獲取各館區(qū)館藏范圍的概括介紹。在具體館區(qū)內(nèi)，讀者可以選擇按架排或按架位的方式瀏覽查閱。通過(guò)在2.5維實(shí)景平面圖上的平移操作，被選中的架排或架位三維圖形會(huì)高亮突顯并伴有該區(qū)域所含資源分類號(hào)范圍的相關(guān)介紹。讀者對(duì)高亮圖形進(jìn)行點(diǎn)擊，即可獲得對(duì)應(yīng)區(qū)域所含所有館藏資源的書(shū)目概括信息，進(jìn)一步操作還可以獲得關(guān)聯(lián)位置如前后架排、左右架位的館藏資源信息。此外，系統(tǒng)集成了傳統(tǒng)的檢索功能，讀者通過(guò)檢索關(guān)鍵詞在獲得館藏資源書(shū)目概括信息的同時(shí)，還能獲得所關(guān)注資源的空間位置和最短路徑指引，提高了資源獲取效率。進(jìn)一步操作還可獲得相鄰空間位置的其它館藏資源信息，使讀者有如真實(shí)環(huán)境中一般的空間查閱體驗(yàn)。

從系統(tǒng)的試用情況來(lái)看，與傳統(tǒng)查詢系統(tǒng)相比該系統(tǒng)較好地滿足了讀者對(duì)館藏資源位置服務(wù)的需要，進(jìn)一步提升了讀者對(duì)館區(qū)空間的感知能力，增加了讀者對(duì)圖書(shū)館資源分布了解的興趣。系統(tǒng)在讀者獲取資源的效率以及基于空間的資源推薦等方面有較好的服務(wù)能力，受到讀者的好評(píng)，取得了良好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以提高館藏資源獲取效率為考量，在分析 GIS技術(shù)在圖書(shū)館應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了一種基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間管理系統(tǒng)解決方案，給出了系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)說(shuō)明，通過(guò)在陜西師范大學(xué)圖書(shū)館的實(shí)際應(yīng)用，證明了該系統(tǒng)能較好地滿足讀者對(duì)文獻(xiàn)資源獲取的引導(dǎo)工作，提高圖書(shū)館的讀者服務(wù)能力。同時(shí)，研究也發(fā)現(xiàn)目前基于空間的館藏資源查詢方式仍存在誤差，需要進(jìn)一步改進(jìn)。此外，系統(tǒng)在圖書(shū)館其它設(shè)備資源（如座位、電子閱覽設(shè)備等）管理、館藏空間分析、業(yè)務(wù)決策支持等方面的功能仍有待進(jìn)一步探索。

空間化、可視化是未來(lái)圖書(shū)館讀者服務(wù)與管理的一個(gè)重要的發(fā)展方向，基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間服務(wù)研究就是在這方面的初步探索，它能改變圖書(shū)館傳統(tǒng)的信息服務(wù)方式，使信息服務(wù)由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)入到空間數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域。其既保留已有信息系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，又可以將服務(wù)模擬到可視化的環(huán)境中，提高圖書(shū)館的信息服務(wù)與管理的功能和效率。因此，在GIS技術(shù)下研究圖書(shū)館空間服務(wù)有極好的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。

[1]史亞光.基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的圖書(shū)館管理與應(yīng)用[J].圖書(shū)情報(bào)論壇，2009（2）：35-37.

[2]杜慧敏，劉昌瑩.基于GIS的圖書(shū)館空間信息管理系統(tǒng)研究[J].圖書(shū)情報(bào)工作，2004，48（9）：77-79.

[3]沈健.大學(xué)圖書(shū)館開(kāi)展地理信息系統(tǒng)（GIS）服務(wù)初探[J].圖書(shū)館論壇，2006，26（2）：194-196.

[4]李雪.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)家圖書(shū)館中的應(yīng)用[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009，30：27-28.

[5]萬(wàn)幼，邊馥苓.二三維聯(lián)動(dòng)的GIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建技術(shù)[J].地理信息世界，2008（4）：48-52，69.

[6]宋珉，劉鵬超，趙維，等.2.5維地圖制作算法研究與實(shí)現(xiàn)[J].城市勘測(cè)，2010（5）：104-106.

[7]余傳明.基于GIS的數(shù)字圖書(shū)館：原理與應(yīng)用[J].情報(bào)理論與實(shí)踐，2004（6）：651-653.

[8]張紅，王美英，只瑩瑩.ALEPH500系統(tǒng)X_server接口的研究與實(shí)踐[J].現(xiàn)代圖書(shū)情報(bào)技術(shù)，2011（10）：68-73.

張琳娜陜西師范大學(xué)圖書(shū)館館員。陜西西安，710119。

胡淵陜西師范大學(xué)圖書(shū)館副研究館員。陜西西安，710119。

梁偉陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院講師。陜西西安，710119。

Research and Application of the Library Space Management System Based on 2.5 dimensional GIS

Zhang Linna，Hu Yuan，Liang Wei

In order to satisfy the actual needs of the library resource location services,improve the efficiency of the document acquisition,based on the analysis of the strengths and weaknesses of the existing GIS technology and its application in the library,this paper presents a solution for library space management system basing on 2.5 dimensional GIS,gives the system architecture design,the main function description and the making method of 2.5 dimensional space map,elaborates the spatial data model and the integration scheme of the spatial and attribute data.Finally,it briefly introduces the implementation and application effect of this system in Shaanxi Normal University Library.

Geographic Information System.2.5 Dimension GIS.Library.X-Server.

G250.7

2014-02-04編校：劉明）

*本文系陜西省圖書(shū)館學(xué)會(huì)研究課題“基于2.5維GIS的圖書(shū)館空間服務(wù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：121016）研究成果之一。