基于Wi—Fi室內(nèi)定位技術(shù)的空間感知信息服務(wù)系統(tǒng)研究

陸康?曾煒?劉慧

摘 要 論文通過Wi-Fi管理系統(tǒng)對讀者空間行為進(jìn)行追蹤，得到圖書館空間范圍內(nèi)各區(qū)域讀者人數(shù)信息與讀者行為軌跡數(shù)據(jù)，為圖書館的空間布局分配與調(diào)整提供決策參考，同時根據(jù)讀者位置推送區(qū)域內(nèi)的資源概況信息，形成空間管理與智能服務(wù)體系。

關(guān)鍵詞 空間行為 Wi-Fi 高校圖書館 空間管理

分類號 G250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2018.08.014

運用RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別） 技術(shù)進(jìn)行圖書館館藏資源空間的監(jiān)測管理，對于紙質(zhì)館藏量龐大的圖書館來說，已經(jīng)成為未來圖書館對于紙本資源管理的重要議題之一。在紙質(zhì)館藏流通量不斷減少、數(shù)字資源的使用不斷提高的背景下，圖書館逐步向以讀者需求、讀者行為等與讀者相關(guān)的信息行為研究方面轉(zhuǎn)變，其館藏布局規(guī)劃與建設(shè)發(fā)生新的變化。在當(dāng)前圖書館空間轉(zhuǎn)型的大環(huán)境下，用戶的需求、用戶的感知及用戶關(guān)系管理等信息數(shù)據(jù)已成為圖書館進(jìn)行個性化服務(wù)所要獲取的關(guān)鍵信息[1]，是構(gòu)建智能的、主動的、安全的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)，拓展圖書館傳統(tǒng)服務(wù)，提高圖書館服務(wù)質(zhì)量的決策數(shù)據(jù)信息。由此本文針對圖書館的空間感知信息服務(wù)，基于室內(nèi)定位技術(shù)，構(gòu)建圖書館空間管理與智能服務(wù)體系。

1 現(xiàn)狀分析與思路

無線定位技術(shù)，從最初的航海、導(dǎo)航、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域發(fā)展而來?，F(xiàn)在的定位技術(shù)由于應(yīng)用環(huán)境的不同可以分為室外定位與室內(nèi)定位兩種方式。其中最著名的室外定位系統(tǒng)為GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）。這個系統(tǒng)在任意時刻、在地球上任意一點都可以實現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時等功能，可以用來引導(dǎo)飛機、船舶、車輛及個人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達(dá)目的地。除美國外[2]，我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等[3]也逐步應(yīng)用于全球。

室內(nèi)定位技術(shù)，是指在室內(nèi)環(huán)境下確定某一時刻接受終端在某種參考坐標(biāo)體系中的位置[4]。室內(nèi)環(huán)境下，針對定位的對象不同，采用的定位方式不同，例如利用RFID技術(shù)對紙質(zhì)圖書等館藏進(jìn)行精準(zhǔn)定位，已經(jīng)在部分圖書館實踐應(yīng)用?，F(xiàn)階段主要的室內(nèi)定位方法和技術(shù)有紅外線、燈光、超聲波、藍(lán)牙、UWB（超寬帶）、Zigbee（紫蜂協(xié)議）、RFID；Wi-Fi等。不同的技術(shù)方法運用的環(huán)境不同，具有不同的特點，如表1所示。

表1 當(dāng)前主流定位技術(shù)參數(shù)與優(yōu)缺點分析

技術(shù)/方法 精度

范圍 建設(shè)成本 是否適用于手機終端 技術(shù)優(yōu)勢 技術(shù)缺陷

紅外線 5-30m 較高 否 定位精度一般 安裝天線造價較高；

直線視距與傳輸距離較短；易受干擾，實用性低

燈光（LED） 1m以內(nèi) 低 是 抗干擾性強，

低成本，精度高 新技術(shù)、產(chǎn)品推廣階段

超聲波 10m級 較高 否 低功耗，精度

一般，抗干擾強 受多徑效應(yīng)和非視距

傳播影響較大、底層

硬件投資成本較高

藍(lán)牙 10m級 高 是 體積小，易于集成在設(shè)備內(nèi)，傳輸受視距影響 藍(lán)牙器件和設(shè)備成本較高，藍(lán)牙系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，受噪聲信號干擾大

UWB 6-10cm 高 否 穿透率強，低功耗，抗多徑效果好，安全性高 造價高

Zigbee 10cm

以內(nèi) 中 否 低功耗，

通信效率高 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性有待提高，易受環(huán)境干擾

RFID 1m 較高 是 低功耗，低成本 硬件設(shè)備投入成本較高，終端需要改造，

投入較大

Wi-Fi 1-3m 中 是 普及率高，適應(yīng)主流的Wi-Fi

網(wǎng)絡(luò)，精度低 易受干擾，定位精度

受Wi-Fi密度影響

從表1中可以看出，雖然Wi-Fi技術(shù)不是最精確的方法，由于其普及率高，設(shè)備不需要進(jìn)行大規(guī)模改造，總體建設(shè)成本較低，尤其是在圖書館已經(jīng)部署無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的環(huán)境下，采用Wi-Fi無線定位技術(shù)方式進(jìn)行空間資源服務(wù)，是較為可行的方案。

2 讀者行為定義與關(guān)注

讀者作為圖書館服務(wù)的群體，其行為不僅僅是資源需求行為，也包括空間行為與服務(wù)反饋行為等，是讀者依賴于圖書館進(jìn)行資源、空間、服務(wù)等一系列需求及把需求反饋給圖書館的一切表現(xiàn)形式，如圖1所示。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，讀者行為可以通過技術(shù)手段和方法進(jìn)行采集分析，獲取到讀者對讀者對圖書館服務(wù)的需求[5-9]。

圖1 圖書館用戶行為與需求關(guān)系

Philip Kotler（菲利普·科特勒） 在《營銷管理》 （Marketing Management： Application， Planning， Implementation and Control，1967第一版，與凱文·凱勒合著） 中認(rèn)為：“用戶的行為軌跡主要包括生產(chǎn)需求，信息收藏，方案比選，購買決策，購后行為5個階段”，那么對于圖書館這樣的服務(wù)型機構(gòu)來說，可以優(yōu)化為信息需求，信息收藏，信息與服務(wù)比選，信息獲取決策，信息轉(zhuǎn)化5個階段，并根據(jù)圖書館提供的服務(wù)來匹配讀者的行為。圖書館用戶行為從空間行為角度可描述用戶對圖書館的空間布局、空間用途的利用情況。從資源行為角度，可以對數(shù)字資源、紙質(zhì)資源等方面的需求關(guān)系、應(yīng)用狀態(tài)等加以行為描述。而從服務(wù)反饋行為角度，可以了解讀者對各種服務(wù)質(zhì)量的評價，以及新的需求?？傊?dāng)前圖書館想要做好資源服務(wù)、知識服務(wù)和個性化服務(wù)，就需要從讀者行為角度考慮讀者的所想、所需。在圖書館現(xiàn)有的各種系統(tǒng)中，可以通過系統(tǒng)運行日志，系統(tǒng)監(jiān)測日志等獲取讀者用戶對資源的訪問數(shù)據(jù)，通過采集、分析、挖掘等方法推斷出讀者的需求行為。然而隨著圖書館空間布局改造、空間管理等實際工作的內(nèi)容深入，除了要了解讀者對資源的需求行為外，對讀者的空間行為數(shù)據(jù)的采集、處理、計算、分析與挖掘也已是當(dāng)務(wù)之急。

3 核心設(shè)計與功能架構(gòu)

圖書館空間管理實施的決策數(shù)據(jù)，需要科學(xué)化獲取，建立一套針對讀者空間行為的空間感知信息服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計的初衷可以分為兩個方面。第一，解決圖書館空間管理過程中讀者真實使用情況，例如讀者學(xué)習(xí)地點選擇等；第二，實現(xiàn)讀者圖書館信息資源推送功能，起到類似于隨身講解館藏資源的作用，提高讀者的資源感知度。基于這兩種初衷，本文以目前圖書館的無線平臺為基礎(chǔ)來構(gòu)建圖書館空間管理系統(tǒng)。

3.1 設(shè)計背景

現(xiàn)有的無線運維平臺已經(jīng)初具規(guī)模，無線認(rèn)證系統(tǒng)能夠提供讀者訪問等數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，一旦被合理化利用，即可確定讀者的空間位置的選擇偏好，從中可以加強對讀者用戶偏好位置的進(jìn)一步規(guī)劃與布置，有利于圖書館空間改造?？傊?，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以為管理者提供決策數(shù)據(jù)，在以數(shù)據(jù)為理論依據(jù)的時代，其決策能夠更加有信服力。

3.2 設(shè)計方案與思路

從“小數(shù)據(jù)”角度，該系統(tǒng)在遵循業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，選擇基于本地化的私有云方案，以基礎(chǔ)云結(jié)構(gòu)、接口API、數(shù)據(jù)服務(wù)，以及應(yīng)用服務(wù)組合而成?；A(chǔ)云結(jié)構(gòu)，架設(shè)在校園網(wǎng)內(nèi)以實現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合；接口API實現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)多用戶多業(yè)務(wù)的信息共享；應(yīng)用服務(wù)提供數(shù)據(jù)加工，信息推斷，知識分析等服務(wù)。上述服務(wù)需根據(jù)決策需求提供，以防由于系統(tǒng)處理過程中讀者行為核心數(shù)據(jù)的泄露。

該系統(tǒng)主要利用數(shù)據(jù)的ETL（Extract-Transform-Load，數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)） 與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的總線技術(shù)方法，構(gòu)建以數(shù)據(jù)為中心的服務(wù)體系；根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用的差異性，提供多樣化的接口服務(wù)，同時依托數(shù)據(jù)開展一系列的增值服務(wù)，如圖2所示。對于“小數(shù)據(jù)”要逐步轉(zhuǎn)化為用戶需求信息，形成以用戶需求信息為基礎(chǔ)的用戶行為知識體系，用以完善圖書館的服務(wù)制度與結(jié)構(gòu)。

圖2 圖書館服務(wù)智能示意圖

3.3 設(shè)計框架

圖書館讀者信息行為采集平臺模型主要由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層三個方面組成，如圖3所示，而支持這三個應(yīng)用層的實現(xiàn)基礎(chǔ)是由分布式計算與存儲系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集層采集行為數(shù)據(jù)，包括空間行為，資源行為與服務(wù)需求（服務(wù)行為）等，為數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用提供信息基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理層、對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用包括信息聚合、云計算等方法，通過目標(biāo)分析，如讀者愛好或者某一個資源的利用情況，從微觀與宏觀層面進(jìn)行事實數(shù)據(jù)評價分析，做出客觀的結(jié)論。數(shù)據(jù)應(yīng)用層主要是從數(shù)據(jù)的展示角度考慮，將分析處理的結(jié)果通過預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行呈現(xiàn)，得到管理者們想要看到的信息，用以館務(wù)決策。三個層面自下而上的業(yè)務(wù)流程，依托計算與存儲系統(tǒng)支持，形成一套圖書館環(huán)境下的用戶行為分析體系。

圖3 讀者信息行為采集平臺模型

讀者信息行為數(shù)據(jù)的智能化采集系統(tǒng)的建設(shè)，能夠提高數(shù)據(jù)收集的效率，提高數(shù)據(jù)清理的精度，減少數(shù)據(jù)預(yù)處理的時間。數(shù)據(jù)采集層中，通過選擇數(shù)據(jù)源，系統(tǒng)自動采集所需的讀者空間行為數(shù)據(jù)、資源行為數(shù)據(jù)、服務(wù)反饋行為數(shù)據(jù)等，集成并保存在數(shù)據(jù)庫中。在數(shù)據(jù)的硬件支持層面，采用分布式計算系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)計算、信息聚合、系統(tǒng)檢索等功能，同時支持分布式的數(shù)據(jù)存儲和調(diào)取處理，用以支持?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用層中的統(tǒng)計分析、信息檢索、知識發(fā)現(xiàn)與知識碰撞。該系統(tǒng)支持圖書館的Kaas（Knowledge as a Service，知識服務(wù)系統(tǒng)）。

3.4 業(yè)務(wù)模塊配置

空間數(shù)據(jù)采集平臺是基于圖書館實際應(yīng)用而定制開發(fā)，在業(yè)務(wù)模塊的設(shè)計與設(shè)置過程中，也需要滿足圖書館空間管理的需要。在業(yè)務(wù)模塊中，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)是已經(jīng)處理過并保存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)業(yè)務(wù)配置主要體現(xiàn)在以下六個方面。

（1） 檢索功能。能夠提供數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等基礎(chǔ)性的功能，并且提供條件分類的多元化的檢索結(jié)構(gòu)。

（2） 聚合功能。系統(tǒng)針對的對象不同，其信息聚合的內(nèi)容也不盡相同。由于圖書館空間行為研究對象主要是只有讀者和空間，所以系統(tǒng)一定要支持多數(shù)據(jù)源的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，通過對認(rèn)證系統(tǒng)、無線管理系統(tǒng)中讀者的信息與AP位置標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，才能得到讀者的空間行為信息。

（3） 歷史定位功能。通過對讀者和空間位置的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，得到單一讀者或者空間的行為熱度，以此提高關(guān)聯(lián)定位數(shù)據(jù)源的可追溯性。

（4） 時空軌跡功能。針對讀者行為軌跡進(jìn)行時間與空間記錄，通過對多源數(shù)據(jù)的聚類分析，得到圖書館分析讀者行為軌跡基礎(chǔ)決策數(shù)據(jù)。

（5） 空間熱度功能。與其他靜態(tài)空間管理系統(tǒng)（桌位管理系統(tǒng)等）關(guān)聯(lián)，能夠得到空間熱度信息。將本系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時交換，可以向讀者提供空間向?qū)越ㄗh。

（6） 日志關(guān)聯(lián)功能將多源日志進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以進(jìn)一步監(jiān)測各系統(tǒng)的運行動態(tài)，完善系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)效果，提升系統(tǒng)之間的運行效率。

4 基于數(shù)據(jù)的行為分析與策略

4.1 Wi-Fi空間行為軌跡

讀者空間行為記錄的開始點，從門禁系統(tǒng)開始，一般圖書館門禁系統(tǒng)的實名制刷卡可以提供讀者的源數(shù)據(jù)，而記錄運動空間行為數(shù)據(jù)不僅需要Wi-Fi系統(tǒng)支持，而且需要靜態(tài)空間管理系統(tǒng)（桌位管理系統(tǒng)等）進(jìn)行修正，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，而Wi-Fi感知讀者停留后，將資源數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的讀者，可以提升讀者的資源獲取效率，而記錄讀者的空間行為結(jié)束點，可以以信號丟失或者訪問中斷作為判別依據(jù)。

4.2 空間信息行為分析

隨著社會的物質(zhì)文明與精神文明的不斷進(jìn)步，讀者對物質(zhì)追求也不斷提高，館舍布局與裝飾環(huán)境直接影響了讀者空間行為，間接影響讀者信息行為。試想一個整潔優(yōu)美，布局合理，裝飾風(fēng)格具有文化氣息的圖書館，讀者的滿意度與依賴度會提高，反之亦然。圖書館的空間已經(jīng)不再僅僅是借閱的空間，自習(xí)的空間，在Wi-Fi覆蓋率不斷提高的背景下，圖書館借助信息技術(shù)創(chuàng)新管理方法，不僅方便了讀者獲取資源，而且也簡化了圖書館的管理模式。利用現(xiàn)有的圖書館Wi-Fi管理系統(tǒng)，利用API接口與實名認(rèn)證系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，監(jiān)測讀者接入無線位置，將虛擬系統(tǒng)與實體位置重疊，得到區(qū)域內(nèi)讀者空間行為軌跡。通過Wi-Fi管理系統(tǒng)對讀者空間行為進(jìn)行追蹤，得到圖書館范圍內(nèi)各區(qū)域讀者人數(shù)信息與讀者行為軌跡數(shù)據(jù)，為圖書館的空間布局分配與調(diào)整提供決策參考，同時根據(jù)讀者位置推送區(qū)域內(nèi)的資源概況信息，形成空間管理與智能服務(wù)體系。

5 結(jié)語

利用網(wǎng)絡(luò)手段進(jìn)行空間管理，有利于提升讀者的空間資源感知度，同時從管理角度來考慮，將多系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，有利于設(shè)備與系統(tǒng)的扁平化管理，提高管理效率。從增值業(yè)務(wù)角度來說[10]，Wi-Fi不僅用于互聯(lián)網(wǎng)保障，可以用于圖書館空間管理，也可以用于資源與服務(wù)的推送[11]。數(shù)字圖書館建設(shè)至今，高校圖書館已經(jīng)具備上述基礎(chǔ)條件，在現(xiàn)有條件下，開展符合圖書館業(yè)務(wù)范圍的資源與服務(wù)工作，利用技術(shù)手段，不僅能夠提升服務(wù)效率，同時也能讓當(dāng)今讀者所能接受，尤其是在當(dāng)前智能終端設(shè)備普及的大環(huán)境下，如何提升服務(wù)效率，如何讓圖書館資源被讀者所知，被讀者所用，這些問題才是圖書館利用新技術(shù)，新方法所要解決的問題。從讀者角度來說，可以挖掘其空間需求信息，在一定程度上避免了圖書館空間建設(shè)的盲目性?？傊琖i-Fi空間感和技術(shù)的應(yīng)用將大大提升圖書館的空間管理水平，能夠使圖書館更全面的掌握讀者行為，了解讀者需求，在服務(wù)提供決策上制定出更符合讀者要求的規(guī)劃和發(fā)展前景。