機(jī)器人在圖書(shū)館的應(yīng)用研究

張千福 林鴻

摘 要：本文系統(tǒng)地分析了基于人工智能的圖書(shū)館智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，并研究了智能機(jī)器人在圖書(shū)館各項(xiàng)管理和服務(wù)中的應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)圖書(shū)館應(yīng)用人工智能技術(shù)特別是智能機(jī)器人提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；人工智能；圖書(shū)館；機(jī)器人應(yīng)用

1 引言

人工智能技術(shù)在城市管理、醫(yī)療健康、無(wú)人駕駛、智慧交通等領(lǐng)域大放異彩，正在深刻地改變?nèi)祟?lèi)社會(huì)生活。人工智能的興起與發(fā)展，將推動(dòng)圖書(shū)館從傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智慧的跨越。結(jié)合了眾多人工智能技術(shù)的智能機(jī)器人，已經(jīng)過(guò)中早期，進(jìn)入中后期成熟階段。[1]智能機(jī)器人的出現(xiàn)，為圖書(shū)館帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。智能機(jī)器人入駐圖書(shū)館是大勢(shì)所趨，圖書(shū)館信息服務(wù)也將離不開(kāi)智能機(jī)器人的輔助。[2]

2 圖書(shū)館機(jī)器人關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

智能機(jī)器人是以深度學(xué)習(xí)為核心，能夠感知周?chē)h(huán)境和自身狀態(tài)，并能進(jìn)行分析和判斷，然后采取相應(yīng)策略完成任務(wù)的機(jī)器系統(tǒng)。深度學(xué)習(xí)模擬人腦“分層”和“抽象”的認(rèn)知和思考方式，通過(guò)構(gòu)建具有很多隱層的學(xué)習(xí)模型和海量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，識(shí)別更有用的特征，從而最終提升分類(lèi)或預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。深度學(xué)習(xí)技術(shù)在語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別和自然語(yǔ)言理解等方面已取得了突破性進(jìn)展，智能機(jī)器人的發(fā)展邁上了新臺(tái)階。

智能機(jī)器人具有四大特征：運(yùn)動(dòng)、感知、認(rèn)知和交互。運(yùn)動(dòng)偏重于精密控制；感知涉及視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的智能識(shí)別技術(shù)；而認(rèn)知和交互實(shí)現(xiàn)機(jī)器人“能懂會(huì)說(shuō)”，與智能理解、智能知識(shí)技術(shù)智能仿真最為密切。

2.1 智能識(shí)別技術(shù)

智能識(shí)別技術(shù)采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立的各中識(shí)別能力的總和，包括人臉識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別、人體識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、聲紋識(shí)別技術(shù)、運(yùn)動(dòng)軌跡識(shí)別技術(shù)、情景識(shí)別技術(shù)。智能識(shí)別技術(shù)可實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館用戶(hù)個(gè)體、圖書(shū)館空間、館藏資源、服務(wù)場(chǎng)景以及讀者需求的識(shí)別，為智能機(jī)器人基于服務(wù)場(chǎng)景提供線上、線下實(shí)時(shí)應(yīng)答、自助服務(wù)及個(gè)性推薦服務(wù)提供支撐。智能識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在某些方面比人類(lèi)更精準(zhǔn)，如語(yǔ)音到文字轉(zhuǎn)錄識(shí)別詞錯(cuò)率為5.1%，低于人類(lèi)轉(zhuǎn)錄員平均詞錯(cuò)率（5.9%）。在人臉識(shí)別方面，識(shí)別錯(cuò)誤率不足百萬(wàn)分之一。[4]

2.2 智能仿真技術(shù)

智能仿真是通過(guò)機(jī)械的、電子的方法和相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的與人相關(guān)的聲音、圖像、行為與視覺(jué)場(chǎng)景的技術(shù)。如語(yǔ)音合成、行為仿真合成、表情合成、情緒合成、圖片合成、人臉合成、形體合成、視覺(jué)動(dòng)作合成。目前比較成熟的有語(yǔ)音合成技術(shù)，即“從文本到語(yǔ)音”，是人機(jī)對(duì)話的一部分，讓機(jī)器能夠說(shuō)話。

2.3 智能理解技術(shù)

智能理解包括視覺(jué)理解和自然語(yǔ)言處理。視覺(jué)理解可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖片或視頻的人、物或者文字進(jìn)行識(shí)別，并判斷其活動(dòng)物的意圖。自然語(yǔ)言理解服務(wù)可對(duì)輸入的文字中分析出關(guān)鍵信息。如，用戶(hù)講：“我想問(wèn)一下，電子期刊閱覽室在哪里？”，經(jīng)過(guò)自然語(yǔ)言理解技術(shù)，會(huì)分析出以下關(guān)鍵信息：用戶(hù)需要的服務(wù)：【地點(diǎn)查詢(xún)】位置：【閱覽室】。經(jīng)過(guò)自然語(yǔ)言理解后，系統(tǒng)就將閱覽室的空間已提供給用戶(hù)，使人機(jī)交互過(guò)程更為順暢。

2.4 智能問(wèn)答技術(shù)

智能問(wèn)答實(shí)現(xiàn)輸入問(wèn)句，給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確、人性化的回答，這種回答通常是一小段文本，而不是一些相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)。它綜合利用自然語(yǔ)言處理、信息檢索、機(jī)器學(xué)習(xí)和推理算法，分析生成出多種假設(shè)，然后從中收集、評(píng)估、權(quán)衡各類(lèi)證據(jù)，最終給出最佳答案。其核心技術(shù)涉及知識(shí)圖譜建設(shè)、語(yǔ)義表示和計(jì)算、語(yǔ)義匹配等多種技術(shù)。

2.5 智能知識(shí)技術(shù)

智能知識(shí)技術(shù)建立人機(jī)融合的包括原子知識(shí)、本體、知識(shí)庫(kù)圖譜在內(nèi)知識(shí)模型體系。圖書(shū)館已經(jīng)擁有海量的信息資源數(shù)據(jù)，可以利用自身的專(zhuān)家并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行更深的語(yǔ)義挖掘、詞性標(biāo)注、句法分析等處理，建立既能滿足圖書(shū)館用戶(hù)信息需求又能實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人進(jìn)行語(yǔ)義理解的智能信息資源體系，進(jìn)一步提升智能機(jī)器人語(yǔ)義理解的準(zhǔn)確率。由于人類(lèi)語(yǔ)言十分豐富，對(duì)機(jī)器的語(yǔ)義理解能力進(jìn)行訓(xùn)練需要海量的數(shù)據(jù)庫(kù)，圖書(shū)館智能信息資源的積累將是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程。

2.6 智能集成技術(shù)

智能集成技術(shù)通過(guò)建立人工智能技術(shù)集成平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人多種智能技術(shù)和館藏?cái)?shù)字信息資源的總體集成的粘合劑，它將控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、信息科學(xué)和多種智能技術(shù)有效地融合，結(jié)合圖書(shū)館智能需求，提供智能服務(wù)引擎、Web服務(wù)智能池和智能應(yīng)用的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、發(fā)布、運(yùn)行的全過(guò)程支持。

3 圖書(shū)館的機(jī)器人應(yīng)用

圖書(shū)館在哪些領(lǐng)域會(huì)應(yīng)用智能機(jī)器人，王世偉提出：未來(lái)機(jī)器人將替代諸多圖書(shū)館原有的業(yè)務(wù)工作、機(jī)器人館員將大量出現(xiàn)是可以肯定的。一些重復(fù)性的、規(guī)律性的、標(biāo)準(zhǔn)化的工作將會(huì)由機(jī)器人來(lái)承擔(dān)，一些具有危險(xiǎn)性的、接觸有害氣體的以及繁重的搬運(yùn)等工作也可以轉(zhuǎn)由機(jī)器人來(lái)接替。[4]

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)圖書(shū)館智能機(jī)器人相關(guān)文獻(xiàn)分析，圖書(shū)館智能機(jī)器人應(yīng)用范圍包括有智能機(jī)械手、聊天機(jī)器人、文獻(xiàn)加工機(jī)器人、咨詢(xún)機(jī)器人、行為輔助機(jī)器人、后勤服務(wù)機(jī)器人。它們?cè)诮夥艌D書(shū)館館員勞作方面、提高讀者滿意度方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 智能機(jī)械手

智能機(jī)械手包括直角坐標(biāo)機(jī)械手和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)智能行為仿真，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)推桿連接分書(shū)片、手爪和推書(shū)桿，以實(shí)現(xiàn)取書(shū)、分書(shū)和放書(shū)的自動(dòng)化。智能機(jī)械手幫助解決新書(shū)的分類(lèi)、上架和排序。以智能機(jī)械手系統(tǒng)作為核心，近年來(lái)出現(xiàn)了無(wú)人圖書(shū)館。無(wú)人圖書(shū)館結(jié)合RFID標(biāo)簽書(shū)籍，采用RFID識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)、圖書(shū)存取機(jī)械手及機(jī)器人移動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人干預(yù)的情況下，對(duì)圖書(shū)進(jìn)行識(shí)別、搬運(yùn)和上下架。深圳的24小時(shí)城市智慧書(shū)屋，集圖書(shū)館和書(shū)店于一體。智慧書(shū)屋用戶(hù)通過(guò)手機(jī)“掃碼”注冊(cè)和繳費(fèi)，根據(jù)相關(guān)提示借還書(shū)籍。智慧書(shū)屋服務(wù)過(guò)程無(wú)需館員介入，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人經(jīng)營(yíng)，簡(jiǎn)單、方便、快捷。[3]

3.2 聊天機(jī)器人

聊天機(jī)器人以智能問(wèn)答技術(shù)為基礎(chǔ)，通智能集成技術(shù)，以智能知識(shí)技術(shù)為依托，圖書(shū)館用戶(hù)以在線網(wǎng)絡(luò)或APP為入口，提供7 X 24小時(shí)圖書(shū)館服務(wù)，它可指導(dǎo)如何使用圖書(shū)館網(wǎng)，具備借閱提醒、學(xué)科導(dǎo)航、百科解答、資源檢索和自動(dòng)聊天。它可幫助用戶(hù)完成在線續(xù)借，館際互借等業(yè)務(wù)，在專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索資料、如何使用OPAC記錄。它延長(zhǎng)了圖書(shū)館的運(yùn)營(yíng)時(shí)間。同時(shí)聊天機(jī)器人與用戶(hù)的互動(dòng)過(guò)程記錄可作機(jī)器學(xué)習(xí)資料，進(jìn)一步提高服務(wù)能力。清華大學(xué)圖書(shū)館“小圖”智能聊天機(jī)器人，成為圖書(shū)館中引入服務(wù)機(jī)器人較早的案例。

3.3 文獻(xiàn)加工機(jī)器人

文獻(xiàn)加工機(jī)器人采用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)數(shù)量龐大、內(nèi)容復(fù)雜、形式多樣的圖書(shū)館文獻(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行歸類(lèi)、標(biāo)引，編目。它可減少人工分類(lèi)，讓更多的人進(jìn)行數(shù)據(jù)核查和校對(duì)，提高文獻(xiàn)加工效率和質(zhì)量。通文獻(xiàn)分類(lèi)信息處理機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了大類(lèi)近80%和四級(jí)分類(lèi)總體近70%的準(zhǔn)確率（其中TP類(lèi)達(dá)到91%），為全國(guó)報(bào)刊索引的分類(lèi)流程的半自動(dòng)化提供有力工具，可望大大節(jié)省人力成本。同時(shí)可通過(guò)結(jié)合更多的字段屬性開(kāi)展機(jī)器學(xué)習(xí)調(diào)優(yōu)，有望做到自動(dòng)分類(lèi)90%以上的準(zhǔn)確率。[5]

3.4 咨詢(xún)機(jī)器人

咨詢(xún)機(jī)器人采用智能問(wèn)答技術(shù)、智能理解和智能仿真技術(shù)，對(duì)讀者以自然語(yǔ)言提出的問(wèn)題進(jìn)行分析后，進(jìn)行關(guān)鍵詞概念理解或語(yǔ)義上理解，然后處理和檢索讀者提出的問(wèn)題。咨詢(xún)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)圖書(shū)館信息咨詢(xún)服務(wù)，幫助讀者以最快的速度和最優(yōu)的方式獲取優(yōu)質(zhì)資源。結(jié)合人工智能技術(shù)，為準(zhǔn)確解答讀者問(wèn)題提供了保障。隨著智能手機(jī)的普及，圖書(shū)館虛擬咨詢(xún)機(jī)器人發(fā)展活躍。東南大學(xué)圖書(shū)館、深圳圖書(shū)館、上海閔行區(qū)圖書(shū)館等，研發(fā)了圖書(shū)館咨詢(xún)機(jī)器人，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。[2]

3.5 后勤服務(wù)機(jī)器人

后勤服務(wù)機(jī)器人可在圖書(shū)館空間安全管理、空間衛(wèi)生方面發(fā)揮自動(dòng)化的作用。如irobot公司的roomba系列吸塵器機(jī)器人可以快速清掃寬敞的圖書(shū)館空間。Aquabot Aquabot還能清洗水池。這些機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互、分區(qū)清潔、防摔落、自動(dòng)返程充電。

3.6 特服機(jī)器人

特服機(jī)器人可為圖書(shū)館中殘障讀者、低齡讀者或老人群體提供各類(lèi)周到的關(guān)懷服務(wù)。如為視力障礙者、文盲者提供輔助閱讀頭盔特服機(jī)器人、為幫助腿部不便的讀者研制輪椅機(jī)器人。前者可戴在讀者頭上，跟蹤讀者手指移動(dòng)的書(shū)籍頁(yè)面，識(shí)別其中的圖像和文字，并可將識(shí)出的內(nèi)容通過(guò)語(yǔ)音合成生成聲音幫助閱讀。特服機(jī)器人在國(guó)內(nèi)尚未有應(yīng)用。

4 結(jié)論

我國(guó)圖書(shū)館機(jī)器人應(yīng)用程度還處于初級(jí)階段，圖書(shū)館智能機(jī)器人服務(wù)能力仍顯不足。作為人工智能技術(shù)的最具代表性的產(chǎn)物，在圖書(shū)館業(yè)務(wù)流程、圖書(shū)館空間進(jìn)行智能再造，智能機(jī)器人必將在圖書(shū)館未來(lái)服務(wù)中扮演越來(lái)越多的角色。

參考文獻(xiàn)

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