基于智能機(jī)器人技術(shù)的智慧圖書館建設(shè)研究

摘 ?要：引入智能機(jī)器人技術(shù)，將極大提高圖書上下架的工作效率，拓展參考咨詢服務(wù)的時空限制。在建設(shè)智慧圖書館的過程中，采用圖書自動存取機(jī)器人及IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)對傳統(tǒng)圖書館的基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)進(jìn)行改造，在分析這些系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可得出圖書自動存取技術(shù)和IM咨詢系統(tǒng)最適應(yīng)圖書館管理系統(tǒng)，且圖書自動存取機(jī)器人技術(shù)可解決圖書館智能機(jī)器人技術(shù)的瓶頸問題，推動圖書館向智慧圖書館轉(zhuǎn)型升級。

關(guān)鍵詞：自動存取裝置;自定位系統(tǒng);IM咨詢系統(tǒng);智能機(jī)器人技術(shù);智慧圖書館

中圖分類號：TP242.6;G250.7 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）21-0127-04

Research on the Construction of Smart Library Based on Intelligent Robot Technology

ZHU Tingting

（Library of Changchun Institute of Technology，Changchun ?130012，China）

Abstract：The introduction of intelligent robot technology will greatly improve the efficiency of book loading and unloading，and expand the time and space constraints of reference consulting services. In the process of building a smart library，the system of book automatic access robot and IM consulting robot is used to transform the infrastructure and services of the traditional library. Based on the analysis of the principles，advantages and disadvantages of these systems，it can be concluded that the book automatic access technology and IM consulting system are most suitable for library management system，and the book automatic access robot technology can solve the bottleneck problem of library intelligent robot technology，and promote the transformation and upgrading of library to smart library.

Keywords：automatic access device;self-positioning system;IM consulting system;intelligent robot technology;smart library

0 ?引 ?言

伴隨各類圖書館豐富多樣的館藏資源迅速增長，圖書館專業(yè)技術(shù)工作人員補(bǔ)充不足，采取傳統(tǒng)的人工操作已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代圖書館的服務(wù)要求。以長春工程學(xué)院圖書館為例，在開架書庫中讀者經(jīng)常遇到亂架現(xiàn)象，導(dǎo)致找不到需要的圖書，而圖書館員因借閱圖書歸還數(shù)量大，人工上架費(fèi)時費(fèi)力、經(jīng)常遇到圖書理架串架、倒架難等問題，或是在借還書、參考咨詢等服務(wù)上仍然采用人工服務(wù)，上述情況很容易被館員人數(shù)、服務(wù)質(zhì)量、時間空間等多種因素制約，使讀者不但體驗(yàn)不到以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化服務(wù)環(huán)境，也使讀者的信息安全和個性化、精準(zhǔn)化服務(wù)質(zhì)量得不到保障。究其深層原因在于目前的圖書館仍然依靠最原始、最傳統(tǒng)人工服務(wù)，沒有真正進(jìn)行智能化、智慧化的圖書館建設(shè)，長春工程學(xué)院在推進(jìn)智慧校園建設(shè)工作的同時，把智慧圖書館建設(shè)作為智慧校園的工作重點(diǎn)。通過分析如何將圖書定位識別技術(shù)、圖書自動存取技術(shù)、IM智能咨詢系統(tǒng)應(yīng)用到圖書館圖書定位盤點(diǎn)的基礎(chǔ)服務(wù)和參考咨詢的深層次服務(wù)中，以減輕長期以來圖書館工作人員的高強(qiáng)度勞動，減少圖書館人工運(yùn)營成本，改善圖書館基礎(chǔ)設(shè)施自動化、智能化水平，提升圖書館個性化、精準(zhǔn)化服務(wù)質(zhì)量，打造具有智能場館、智能感知調(diào)節(jié)、精準(zhǔn)推送服務(wù)體驗(yàn)的智慧圖書館。

1 ?圖書館智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

1.1 ?圖書自動存取機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

長春工程學(xué)院在改造傳統(tǒng)圖書館，構(gòu)建智能場館的實(shí)施過程中，需要前期設(shè)計(jì)與規(guī)劃好圖書定位與圖書自動存取技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)圖書被系統(tǒng)感知與精確自定位以及圖書自助搬運(yùn)與讀者交互兩大關(guān)鍵問題。在圖書館閱覽區(qū)與館藏區(qū)的前期改造設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量做到空間分離，在圖書借還區(qū)，讀者可以對圖書自動存取機(jī)器人發(fā)出指令，完成借書或還書的命令，而圖書的識別、定位、搬運(yùn)、存取都由圖書自動存取機(jī)器人獨(dú)立完成，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)自動管理圖書。

1.1.1 ?圖書自動存取機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求

用戶通過觸摸屏或鍵盤、鼠標(biāo)向圖書自動存取機(jī)器人發(fā)送借還書操作命令后，圖書自動存取機(jī)器人會先確認(rèn)圖書是否在館并針對指令來信息處理。假如圖書還在館，會查找該書的詳細(xì)方位。利用感知系統(tǒng)來確定圖書自動存取機(jī)器人所在位置，構(gòu)建地圖，制定具體行進(jìn)路徑。移動小車會按路徑指令，行駛到該書所在書架位置，鎖定該書在書架中具體層數(shù)后，機(jī)械手對該層書籍進(jìn)行搜索查找，明確目標(biāo)后執(zhí)行取書操作，結(jié)束后，機(jī)械手會將該書放入指定位置，移動小車返回原位，完成本次借書操作。圖書自動存取機(jī)器人接收到還書命令后，會先識別該書的信息，確定該圖書應(yīng)歸還位置的書架號和層數(shù)，然后駛到書架所在位置，機(jī)械手將圖書放置在書架的正確位置，本次還書操作完成，圖書自動存取機(jī)器人將歸位等待系統(tǒng)的其他命令。圖書自動存取機(jī)器人一次可接受一個或多個命令，接受命令的多少取決于固定時間段讀者對借還書的要求。當(dāng)接受多個命令時，圖書自動存取機(jī)器人需要對命令進(jìn)行預(yù)處理，區(qū)分借書和還書指令。執(zhí)行指令時，先還書，再借書，可最大限度地節(jié)省時間和能源。圖書自動存取機(jī)器人功能如圖1所示。

對圖書自動存取機(jī)器人進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時，首先要考慮工作環(huán)境，圖書自動存取機(jī)器人進(jìn)行圖書自動存取的工作空間為兩書架之間，空間比較狹窄，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮圖書自動存取機(jī)器人的最大寬度。另外，其可移動性、易操作性、安全性、輕便性、經(jīng)濟(jì)性、工作效率等因素也是需要考慮的重要因素。

1.1.2 ?圖書自動存取機(jī)器人的自定位系統(tǒng)

圖書自動存取機(jī)器人的自定位系統(tǒng)包括兩個部分：一是移動小車的自定位;二是機(jī)械手的自定位。移動小車的任務(wù)是將載有的機(jī)械手準(zhǔn)確的帶到圖書所在的書架前。移動小車得到指令后，按照預(yù)先規(guī)定的路線行走，而機(jī)械手的定位則需要借助于攝像頭提取的圖書標(biāo)簽、書脊等圖像來定位。

（1）移動小車定位。移動小車采用的是電磁導(dǎo)引方式控制和定位。在圖書館地面上鋪有銅線、磁卡。銅線按照移動小車的行駛路徑鋪設(shè)，并加載導(dǎo)引頻率，在對導(dǎo)引頻率進(jìn)行識別后，完成對移動小車的定位導(dǎo)引。移動小車左右對稱安有兩個電磁傳感器，電磁傳感器負(fù)責(zé)接收電磁信號，通過接收的電磁信號的強(qiáng)弱來判斷移動軌道的偏移程度。鋪設(shè)在地面上的每一圈銅線都有不同的頻率，移動小車接到移動命令后，選擇銅線頻率，確定行駛路線。圖書館的每個書架都有唯一編號，這個編號不光標(biāo)注在每個書架側(cè)面，同時記錄在書架前鋪設(shè)的可存儲書架信息的RFID磁卡中，通過RFID確定圖書自動存取機(jī)器人位置，并更新圖書自動存取機(jī)器人的方位角θrotation，其中θprevious->current代表預(yù)計(jì)至當(dāng)前到達(dá)方位，θprevious->current代表當(dāng)前至目標(biāo)到達(dá)方位，（xprevious，yprevious）為預(yù)計(jì)目標(biāo)坐標(biāo)，（xcurrent，ycurrent）為當(dāng)前目標(biāo)坐標(biāo)，（xgoal，ygoal）為目標(biāo)坐標(biāo)，如式（1）所示：

（1）

圖書自動存取機(jī)器人再根據(jù)方位角θrotation調(diào)整角度，通過RFID掃描確定當(dāng)前具體方位的同時，繼續(xù)推進(jìn)，當(dāng)（xcurrent，ycurrent）符合條件時，即可認(rèn)定圖書自動存取機(jī)器人到達(dá)最終目標(biāo)方位，其中threshold為閾值，判斷條件為：

（2）

如根據(jù)判斷到達(dá)目標(biāo)方位，可刪除路徑表中位于第一列的標(biāo)簽，將（xgoal，ygoal）的值設(shè)為更新后表中位于第一列標(biāo)簽的坐標(biāo)。如列表中沒有剩余的標(biāo)簽，表明圖書自動存取機(jī)器人最終到達(dá)目標(biāo)方位，導(dǎo)航結(jié)束;否則還將重復(fù)上述操作。通過使用電磁導(dǎo)引的原理改造圖書館自動化、智能化設(shè)備，在地板下鋪設(shè)銅線和磁卡，可以確保場館中隱蔽布線，并且不易污染和破損，還可以降低改造成本，非常適合圖書館環(huán)境。

（2）圖像識別技術(shù)。圖書館的圖書圖像識別技術(shù)主要是對圖書標(biāo)簽、書脊索書號的圖像識別，從而獲取圖書的索書號、高度、厚度等信息。在圖書館館藏中每本圖書的索書號是唯一的，讀者可以在圖書管理系統(tǒng)中輸入要查找的書名，從而檢索到與之相對應(yīng)的索書號，索書號可以準(zhǔn)確地確定該書在圖書館書架上的具體排列位置。圖書的索書號標(biāo)簽一般粘貼在圖書書脊下方，可以利用攝像頭提取到索書號的圖像。當(dāng)小車到達(dá)指定位置后，攝像頭自動開啟。捕捉到書脊圖像后，通過圖像灰度化及清洗過濾、算法邊緣化、二值化、字體定位、圖像分割等圖像識別技術(shù)對粘貼在書脊下方的索書號進(jìn)行識別，確定該圖書的名稱。通過對圖書邊緣的掃描，可以確定圖書的高度及寬度，為機(jī)械手抓取做好準(zhǔn)備工作。最后將處理好的數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)，開始進(jìn)行圖書抓取工作。圖書索書號定位是整個識別過程中最重要的環(huán)節(jié)，其定位的結(jié)果直接影響后面步驟的進(jìn)行。索引號有其獨(dú)存的特征：如文字垂直排列、白底黑字、字符高度固定、位于書脊下方等因素，都為其準(zhǔn)確定位提供了重要保證。

1.2 ?圖書館IM咨詢機(jī)器人技術(shù)

長春工程學(xué)院圖書館應(yīng)用IM咨詢機(jī)器人目的是為本館讀者提供沒有時空限制的參考咨詢服務(wù)，主要是實(shí)現(xiàn)參考咨詢館員不在時，能夠全天實(shí)時不間斷地提供咨詢服務(wù)，從而協(xié)助圖書館館員開展自主應(yīng)答，自動處理讀者信息等服務(wù)。主要工作內(nèi)容可涵蓋圖書館館藏檢索、讀者借閱信息、圖書館電子資源、常見問題解答等服務(wù)。通過采用IM咨詢機(jī)器人減輕了圖書館參考咨詢工作人員的工作壓力，延長了服務(wù)時長，提高了圖書館參考咨詢服務(wù)在線實(shí)時工作的質(zhì)量和效率。

目前常用的IM咨詢系統(tǒng)軟件有MSN、QQ、微信等，由于MSN的通信接口更加開放，對于開發(fā)使用者更具有方便性，因此長春工程學(xué)院圖書館主要選擇MSN機(jī)器人技術(shù)方案。該方案可選擇兩種開發(fā)方式，第一種是選用MSN自身開發(fā)的開源庫，第二種選用Bot Platform平臺進(jìn)行研發(fā)。第一種MSN自身攜帶的相對獨(dú)立的開源庫，具有操作靈活、用戶使用方便的特點(diǎn)，它可以通過無縫整合多個系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信，具有無須另外安裝MSN的便捷優(yōu)勢。另一種開發(fā)方式可以選用封裝方式，先對底層通信技術(shù)及封裝系統(tǒng)協(xié)議進(jìn)行處理，再對輸入的信息指令進(jìn)行處理操作，這種操作方式簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但功能性會稍顯不全，并且由于借助第三方服務(wù)平臺進(jìn)行認(rèn)證登陸，相對于第一種方式來說穩(wěn)定性較弱。所以綜合比較后，特別是從系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面考量，采用MSN自帶開源庫的方式進(jìn)行開發(fā)。

1.2.1 ?IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)方案

（1）建設(shè)后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)的后臺由讀者信息庫與知識庫組成，讀者信息庫會存放大量的用戶基本信息，比如讀者的賬號密碼、讀者借閱記錄等信息。讀者在發(fā)出咨詢請求指令后，IM咨詢機(jī)器人會及時根據(jù)指令查找到后臺數(shù)據(jù)庫中匹配的數(shù)據(jù)信息，解析整合后依據(jù)用戶的需求制定特色化、個性化的服務(wù)。而知識庫的內(nèi)容存儲量則可比作IM咨詢機(jī)器人的核心存儲區(qū)，其中知識容量的廣度、深度與機(jī)器自學(xué)習(xí)能力則直接決定了IM咨詢機(jī)器人服務(wù)準(zhǔn)確性與工作效率。對于知識庫這種需要不斷更新完善的數(shù)據(jù)庫，應(yīng)由圖書館專業(yè)館員進(jìn)行專門管理，及時對數(shù)據(jù)信息及算法進(jìn)行更新完善。

（2）IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)功能與架構(gòu)。IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)的功能架構(gòu)從用戶界面、應(yīng)用配置、數(shù)據(jù)匹配及服務(wù)功能方面入手，如圖2所示。

用戶界面，可以主要提供兩種服務(wù)形式，一種是提供咨詢系統(tǒng)賬號，這種方式讀者可通過賬號添加好友，獲得相應(yīng)的咨詢服務(wù)模式，也可稱為好友咨詢。但由于系統(tǒng)的原因，該種方式會限制一定的好友數(shù)量，如果添加的好友數(shù)超過系統(tǒng)給出的最大限制，讀者則無法加入。第二種是在網(wǎng)頁中嵌入IM功能模塊，這種方式可以在讀者瀏覽頁面時，實(shí)時與IM咨詢機(jī)器人在對話框中進(jìn)行交流。這種在網(wǎng)頁對話框中實(shí)時咨詢的方式不需添加好友，也沒有系統(tǒng)最大人數(shù)的限制，很好地解決了MSN好友人數(shù)限制的問題，成為多數(shù)圖書館推薦使用的與IM咨詢機(jī)器人實(shí)時咨詢的服務(wù)軟件。

應(yīng)用配置，大多數(shù)IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用層為微軟平臺，后臺需要先對IM咨詢機(jī)器人賬號密碼、頭像等基礎(chǔ)信息進(jìn)行配置，就可方便連接各類開發(fā)軟件的應(yīng)用接口。

數(shù)據(jù)匹配，數(shù)據(jù)庫層是IM咨詢機(jī)器人信息容量、深度學(xué)習(xí)與IM咨詢機(jī)器人智能化的基礎(chǔ)與保障。根據(jù)圖書館的應(yīng)用領(lǐng)域，IM咨詢機(jī)器人雖然要存儲大量的數(shù)據(jù)庫信息，但為了保障數(shù)據(jù)庫匹配最大的存儲容量，會通過壓縮數(shù)據(jù)存儲單元的方式來進(jìn)行存儲。圖書館智能化的IM咨詢機(jī)器人數(shù)據(jù)層應(yīng)存儲館藏資源、培訓(xùn)講座、問題咨詢解答等常用信息。

服務(wù)功能，是IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)部分，通過以C語言為開發(fā)程序，以.NET為運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行研究，得出工作流程應(yīng)包括四個方面：

1）接口對接。通過Bot Platform平臺與SDK（軟件開發(fā)工具包）接口進(jìn)行有效對接，可以使系統(tǒng)與用戶之間更便于溝通。

2）解析指令。讀者提交的咨詢請求指令逐層發(fā)出后，IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)通過解析處理，轉(zhuǎn)化為可處理的機(jī)器語言。

3）數(shù)據(jù)庫連接。通過DAO（數(shù)據(jù)訪問接口）等模式連接后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，將讀者的咨詢請求與讀者的信息相結(jié)合檢索查詢相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

4）反饋信息。將讀者所需要的信息通過服務(wù)接口反饋給Bot Platform平臺，將結(jié)果發(fā)送至MSN系統(tǒng)頁面供讀者參考使用。

1.2.2 ?IM咨詢機(jī)器人的運(yùn)維技術(shù)

為確保圖書館IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)在運(yùn)行中的精確、敏捷與穩(wěn)定，更好地提高用戶的智能服務(wù)體驗(yàn)，這就需要圖書館專業(yè)技術(shù)人員掌握后期的運(yùn)維技術(shù)與操作管理，具體如下：

（1）IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)的主要維護(hù)技術(shù)。IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)可通過MSN賬號和密碼進(jìn)入，對接MSN服務(wù)器，讀者可直接查看IM咨詢機(jī)器人是否在線，如在線，可建立實(shí)時在線交流。反之，IM咨詢機(jī)器人賬號將被服務(wù)器注銷，設(shè)為離線狀態(tài)，IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)將無法正常使用。而這些無法預(yù)知的異常情況，就需要圖書館員通過頻繁密集的監(jiān)測，掌握系統(tǒng)是否正常運(yùn)行并跟進(jìn)處理，確保該系統(tǒng)的服務(wù)工作有效運(yùn)行。

（2）IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)管理技術(shù)。IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫是存儲咨詢數(shù)據(jù)與信息的重要部分，后臺數(shù)據(jù)庫可以查詢與推送信息。圖書館館員可以通過發(fā)送維護(hù)指令進(jìn)行自啟動維護(hù)，或是采用其他應(yīng)用程序維護(hù)。發(fā)送指令后，IM咨詢機(jī)器人通過分析提取數(shù)據(jù)信息并執(zhí)行操作，所有的操作數(shù)據(jù)最終存儲于后臺數(shù)據(jù)庫中。

（3）頁面推送技術(shù)。當(dāng)用戶向咨詢系統(tǒng)查詢詳細(xì)書目信息、電子期刊、電子圖書等資源操作時，大量該類信息的傳遞工作無法用對話框的方式來完成，此時可以通過其他方式，如：頁面推送、發(fā)送鏈接等，向讀者提供所需的檢索結(jié)果的頁面、鏈接，也可采用直接發(fā)送相關(guān)信息資源的檢索關(guān)鍵詞等方式，這樣就可以確保查詢數(shù)據(jù)信息的全面性及完整性。

1.2.3 ?IM咨詢機(jī)器人系統(tǒng)改進(jìn)

IM咨詢機(jī)器人在半小時到一小時內(nèi)如沒收到會話請求時，一般會自動離線，并且經(jīng)常是沒有響應(yīng)事件的，由于發(fā)生的具體時間不固定，一般調(diào)試起來會比較困難。通過研究大量技術(shù)方案，發(fā)現(xiàn)如設(shè)置MSN服務(wù)器定時發(fā)送ping命令，可以有效地保證服務(wù)器與客戶端的關(guān)聯(lián)，從而解決自動離線問題。

2 ?結(jié) ?論

智慧圖書館圖書自動存取機(jī)器人技術(shù)可以代替人工完成圖書館圖書的查找、自動存取、搬運(yùn)等工作，而智能化的IM咨詢機(jī)器人技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了“人-機(jī)”的實(shí)時交流，為用戶提供了隨時隨地、更加智能化的在線咨詢服務(wù)。智能機(jī)器人技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)智慧圖書館進(jìn)程中必不可少的先進(jìn)技術(shù)，必將突破并解決圖書館在服務(wù)、管理、發(fā)展過程中所面臨的困境與難題，為圖書館可持續(xù)發(fā)展提供新思路與新方法。

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作者簡介：祝婷婷（1982—），女，漢族，吉林東豐人，部主任，副研究館員，碩士研究生，研究方向：智慧圖書館、信息檢索。