新形勢下公共圖書館智能機器人應用研究

摘 要：當世界進入到21世紀20年代新的歷史發(fā)展時期，科學技術新成果層出不窮，國際社會和各行各業(yè)都面臨著許多新形勢。文章從新形勢下公共圖書館智能機器人應用的背景，新形勢下公共圖書館智能機器人在公共安全與咨詢服務的應用，病菌病毒消殺與巡檢的應用，自動導航定位的應用，圖書盤點的應用等方面，對新形勢下公共圖書館智能機器人的應用進行了研究。

關鍵詞：公共圖書館;智能機器人;應用研究

1 新形勢下公共圖書館智能機器人應用的背景

1.1 新形勢對公共圖書館工作的新需求

當世界進入到21世紀20年代后，隨著科學技術的日新月異，以及國際公共安全的新局面，各行各業(yè)面臨著許多前所未有的新形勢。以智能機器人為代表的人工智能技術為了適應新時代新形勢的社會需求，在各項技術應用方面的發(fā)展更是突飛猛進。隨著社會運行中對無接觸作業(yè)異乎尋常的工作需求，也加速催生了智能機器人在新形勢下的各種新功能。在包括公共圖書館在內的幾乎所有公共場所，都出現(xiàn)了智能機器人參與完成人體測溫、口罩識別、集聚檢測、環(huán)境殺毒、圖書殺菌、語音宣導等方面的新應用[1]。

1.2 新形勢為公共圖書館智能機器人應用提供了新契機

在新時代的新形勢下，公共圖書館應當以此為契機，積極改進和完善圖書館的管理和服務工作。其中，充分利用人工智能新技術，引進適應新形勢下公共圖書館適用的智能機器人就是一種良好選擇[2]。所以，積極研究和深入探索新形勢下公共圖書館相關智能機器人的各種應用，就成為十分具有價值的研究課題和研究內容。由于公共圖書館相關智能機器人整合采用了人工智能技術、云計算技術、大數(shù)據(jù)技術、多傳感器融合技術、激光等導航定位技術，以及物聯(lián)網(wǎng)技術等先進的高科技技術，以此代替了大量公共圖書館的人力資源，在新形勢下的圖書館開館服務過程中可以發(fā)揮特有的作用。因此，新形勢下公共圖書館智能機器人的應用，必將極大地提升公共圖書館管理的現(xiàn)代化水平和信息化水平。

2 新形勢下公共圖書館智能機器人公共安全與咨詢服務的應用

2.1 新形勢下公共圖書館智能機器人人體測溫的應用

新形勢下公共圖書館智能機器人的應用，首先體現(xiàn)在圖書館迎接讀者進館環(huán)節(jié)。正常情況下的圖書館禮賓迎接智能機器人，工作范圍僅限于歡迎致辭和館情介紹類。而與新形勢相符合的圖書館禮賓迎接智能機器人，則在公共圖書館入口處增加了用于公共安全的人體測溫功能。如廣州市黃埔區(qū)圖書館采用的廣州高新興機器人有限公司的智能巡檢機器人I2，廣東外語外貿大學圖書館采用的廣州慧兔機器人有限公司的慧兔H5機器人[3]，都具有紅外熱成像的人體測溫功能。此時用于測溫的智能機器人，對進入圖書館的所有讀者首先進行人體體溫檢測。當檢測發(fā)現(xiàn)要進館的讀者體溫達到或高于規(guī)定的37.3℃（機器人的檢測溫度范圍可達-40°C—+160°C）時，圖書館禮賓迎接智能機器人會自動發(fā)出報警語音提示和燈光警報信號。當測溫機器人發(fā)現(xiàn)超過規(guī)定體溫的讀者時，就可以及時發(fā)現(xiàn)，馬上觸發(fā)后臺的聲光報警控制系統(tǒng)，并迅速在前臺屏幕和后臺控制屏幕上同時映現(xiàn)。此時，圖書館安保人員可以據(jù)此及時聯(lián)系附近的醫(yī)護人員，引導和保護讀者到發(fā)熱門診進行診治處理。圖書館人體測溫智能機器人和機器人架構圖見圖1、2。

2.2 新形勢下公共圖書館智能機器人口罩檢測和咨詢服務的應用

公共圖書館智能機器人用于公共安全的口罩檢查識別功能，是通過機器人的電子眼對進入圖書館的所有讀者進行是否佩戴口罩的識別，目的是提高圖書館公共環(huán)境的公共安全級別。當發(fā)現(xiàn)沒有佩戴口罩或佩戴口罩不正確（未能遮住口鼻）的讀者，機器人會相應地發(fā)出拒絕進館的警示性語音提示和燈光警示，并可同時將其計入人臉識別黑名單，以備下次對比檢測時及時調用其檢測黑名單數(shù)據(jù)。讀者進館后，往往需要進一步向圖書館咨詢相關的一般性問題或業(yè)務性問題，這時需要圖書館禮賓咨詢智能機器人的服務[4]。圖書館禮賓咨詢智能機器人在經(jīng)過向后臺相關語料庫植入咨詢及回答的內容元素后，便能夠適應在公共圖書館環(huán)境中，回答讀者提出的一般性咨詢問題和較為專業(yè)性的業(yè)務問題。例如，讀者咨詢藝術類書庫或書架在哪里？讀者需要查詢的某類書或某種書的具體位置在哪里等。此類圖書館智能化機器人的應用實例，如廣州市黃埔區(qū)圖書館采用的智能巡檢機器人I2即可完成。圖書館禮賓咨詢智能機器人如重慶工商大學圖書館的“叮小胖”見圖3。

3 新形勢下公共圖書館智能機器人病菌病毒消殺與巡檢的應用

3.1 新形勢下公共圖書館智能機器人病菌病毒消殺的應用

新形勢下公共圖書館環(huán)境衛(wèi)生的主要工作在于對病菌病毒的消殺，這項工作過去一般是由公共圖書館的工勤人員負責。公共圖書館引入智能機器人后，可將其用于病菌病毒消殺作業(yè)，以此達到公共圖書館服務環(huán)境保持清潔和確保公共安全的目的[5]。其中的病菌病毒消殺作業(yè)，包括定期消殺、定時消殺和實時消殺幾種類型。如對于公共圖書館的公共環(huán)境進行定時噴灑消毒液，利用紫外線生物有效輻射的原理對圖書進行殺菌殺毒作業(yè)?？梢栽趫D書館智能機器人上加裝波長為200-275nm的短波（UVC）紫外線圖書殺菌殺毒機，可以在1-30秒的短時間內對圖書館環(huán)境和圖書館書籍快速進行紫外線殺菌殺毒操作。紫外線消毒技術是基于現(xiàn)代防疫學、現(xiàn)代流行病學和光動力學的基礎上，利用特殊設計的具有高效率、高強度和長壽命的短波波段紫外光照射，從而直接殺死各種細菌和病毒。紫外線殺菌殺毒的原理，是通過照射高強度紫外線破壞微生物機體細胞中的DNA脫氧核糖核酸和RNA核糖核酸的分子結構，造成生長性或再生性細胞的死亡，從而達到殺菌殺毒的目的。另外，廣州市黃埔區(qū)圖書館應用的“高新興I2-BP”型消毒盤點巡邏機器人，還可以搭載臭氧殺毒設備實現(xiàn)圖書館區(qū)域的殺菌殺毒，通過較高強度的臭氧濃度也可穿透到圖書內部實現(xiàn)殺菌殺毒。

3.2 新形勢下公共圖書館智能機器人巡檢的應用

新形勢下公共圖書館智能機器人在巡檢方面的應用，主要體現(xiàn)在對于公共圖書館的公共環(huán)境進行規(guī)定動作的自動巡檢作業(yè)，其中包括語音宣傳，人員集聚檢測，巡檢突發(fā)事件處理等功能[6]。智能巡檢機器人在巡檢過程中的公共安全語音宣傳，可以根據(jù)圖書館巡檢地點的不同位置和要求，控制在最低分貝語音效果的范圍內，并可以在不同的規(guī)定時段播報設定的不同語音內容。讀者集聚檢測的作用在于防止出現(xiàn)多人集聚的閱讀環(huán)境，因為根據(jù)公共安全的要求，讀者相互之間需要保持1米以上的有效距離。智能巡檢機器人可以提醒讀者避免人員聚集，宣傳相關公共安全內容，通過機器人語音循環(huán)提示讀者注意。公共圖書館智能巡檢機器人在應用過程中，在激光、超聲波、紅外線等傳感器的共同作用下，可以自動避障，即發(fā)現(xiàn)障礙物后能重新規(guī)劃最佳的巡檢路線。圖書館智能巡檢機器人還具有自動記錄巡檢事件的功能。在例行或臨時巡檢作業(yè)過程中，通過對每個巡檢點位進行事件監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報警并抓拍圖像、抓錄視頻，實時通知控制室管理員，同時自動生成巡檢報表和巡檢事件報告。圖書館智能巡檢機器人見圖4。

4 新形勢下公共圖書館智能機器人自動導航定位的應用

4.1 公共圖書館智能機器人的SLAM自動導航定位

在公共圖書館中，除了一些具有特定需求（如文獻掃描處理智能機器人）的固定型智能機器人外，具有自主行動能力的移動型機器人越來越多。隨著傳感技術、智能技術和計算技術等相關配套技術的不斷提高，智能移動型機器人能夠更多地融入到公共圖書館的管理和服務工作中[7]。其中，智能移動型機器人在自主定位導航技術中具有核心角色的是SLAM技術。SLAM技術是同步定位與地圖構建（Simultaneous Localization And Mapping）的縮寫，其含義為機器人從未知環(huán)境和未知地點出發(fā)，在運動過程中通過重復觀測到的地圖特征定位自身的位置和姿態(tài)，再根據(jù)其感知增量式數(shù)據(jù)構建地圖，從而達到同步定位和地圖構建的目的。有人形象地比喻SLAM技術之于機器人，就像無線WIFI和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之于手機一樣。SLAM技術的核心為感知、定位和建圖。感知是通過傳感器數(shù)據(jù)獲取環(huán)境信息，定位是通過傳感器數(shù)據(jù)確定自身位置，建圖是通過自身位置和傳感器信息描繪構建環(huán)境地圖。通過SLAM技術機器人在圖書館大開間書架環(huán)境下快速構造出導航平面圖。如圖6，機器人繪圖與現(xiàn)實樓層平面圖對比，準確率達100%。其后端處理方法以基于概率模型方法為主，以基于優(yōu)化方法為發(fā)展方向。

4.2 新形勢下公共圖書館智能機器人自動導航定位的應用

新形勢下公共圖書館機器人自動導航定位技術的應用，能夠有效地減少館員投入，避免館員與讀者過多的接觸，同時又能達到自動巡檢的工作目的。自動導航行動能力是公共圖書館移動型機器人的核心能力。智能機器人導航技術的發(fā)展，經(jīng)歷了從慣性導航、磁導航、激光導航，到現(xiàn)在主流模式的視覺導航階段[8]。視覺導航相當于模擬人眼的視覺來進行機器人導航。移動機器人導航未來的發(fā)展趨勢，將是整合視覺、仿生學、雷達、超聲波、激光等多重技術融合的綜合性導航模式。如廣州市黃埔區(qū)圖書館的智能導航巡檢機器人，利用SLAM技術可以解決機器人在圖書館書架中如何定位的問題。機器人繪出地圖后，需要在布滿書架的空間內自動穿梭作業(yè)，并精確導航到書架。SLAM技術是機器人識別圖層，能夠在地圖變化30%以內時實現(xiàn)精確定位和導航應用。這里需要將整個圖書館一層的書架平面劃出網(wǎng)格，每個網(wǎng)格代表一個位置，這樣智能導航巡檢機器人便可以通過網(wǎng)格位置判斷巡檢路線。圖書館機器人自動導航規(guī)劃路線見圖7。

5 新形勢下公共圖書館智能機器人圖書盤點的應用

5.1 傳統(tǒng)的公共圖書館圖書盤點及存在問題

在傳統(tǒng)的公共圖書館文獻資源管理工作中，由于圖書館藏書量巨大，圖書實體經(jīng)常處于動態(tài)的外借和歸還的動態(tài)流通過程中，因此，使得圖書館的文獻盤點工作異常困難。其直接后果就是存在圖書盤點周期長，數(shù)據(jù)錯誤率高，盤點工作效率低下等顯著問題。并且由此引發(fā)圖書位置信息長期錯亂，讀者文獻檢索與借閱信息不匹配，讀者對外借服務工作體驗差等諸多問題。目前圖書館需要給每冊圖書人工加貼RFID電子標簽，再配合信號接收的閱讀器方可實現(xiàn)對于圖書識別盤點的RFID（無線射頻識別）技術方案，一方面是圖書館人力投入巨大，另一方面則是因RFID基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g特性，決定了其不可避免地存在信息漏讀和圖書錯架等問題。尤其對于圖書館公共安全而言，傳統(tǒng)的圖書盤點工作勢必使得館員與可能攜帶病菌病毒的圖書產生緊密接觸，增大了接觸病毒的概率[9]。

5.2 新形勢下公共圖書館智能機器人圖書盤點的應用

在圖書館面對的新形勢下，為了最大限度地減少館員與可能攜帶病菌病毒的圖書直接接觸，減輕圖書館圖書盤點的工作壓力，提高圖書盤點數(shù)據(jù)與實際圖書信息的準確性和一致性，公共圖書館需要應用圖書盤點智能機器人。它是以模擬人眼的圖像模式識別為目標，同時具有巡檢路線自動導航，對圖書文獻精準識別，圖書數(shù)據(jù)快速檢測，以及智能化機器學習功能。此類智能盤點機器人的實例，如廣東智媒云圖科技股份有限公司研發(fā)的“圖書館書童（Wonder Sheldon）”[10]。其中運用了遷移學習技術。通過對圖書封面圖像的遷移學習，進而識別書脊信息的做法在國際上屬于首創(chuàng)，成功解決了因缺乏書脊圖片樣本造成無法利用機器學習進行圖書識別的國際性難題。該圖書盤點智能機器人的外形設計結合圖書館空間布局和書庫的設計，緊密契合工作場景，可預設規(guī)劃路線實現(xiàn)自動巡檢和自動避障，可以同時對書架上的多層格圖書進行掃描檢測。以公共圖書館書庫安裝的7層標準書架為例，若按每層格容納圖書100冊計算，其第一代產品每小時可掃描檢測2.5萬冊圖書，能夠大幅度提高圖書盤點工作效率和符合公共安全要求。同時，它也兼容了RFID技術方案，通過圖像識別做關鍵位置的校正識別，以此提升盤點的準確率。以圖像模式識別為核心的圖書館智能機器人，依托對于圖書位置的精準識別，今后會在公共圖書館讀者精準找書、室內導航、智能咨詢、讀者流量監(jiān)測、專類書架管理、文獻知識共享，以及新型無人圖書館等方面都將具有顯著的發(fā)展?jié)摿ΑD書館圖書盤點智能機器人見圖6。

6 結語

如同世界上的任何事物都遵循唯物辯證法一樣，有一弊必有一利。21世紀20年代的新形勢在給公共圖書館在內的各行各業(yè)帶來了挑戰(zhàn)和壓力的同時，也同時帶來了改進和發(fā)展的機遇。公共圖書館應當變壓力為動力，努力學習和掌握工作中的辯證法，創(chuàng)新工作思路，積極推動更多的智能化機器人投入到公共圖書館各項管理工作和服務工作中，為提高公共圖書館的服務水平，做好新形勢下公共圖書館的文獻管理工作和讀者服務工作做出自己應有的一份貢獻。

參考文獻

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[10]首個基于計算機視覺解決圖書館盤點的AI機器人圖書館書童驚艷亮相[EB/0L].[2020-04-16].http：//www.elecfans.com/jiqiren/789078.html.

作者簡介

葉永機（1966-），男，廣東懷集縣人，廣州市黃埔區(qū)圖書館館員，研究方向：圖書館管理與服務。