圖書館采編智能作業(yè)系統(tǒng)研究

鄒開元

（廣東省立中山圖書館 廣東廣州 510110）

1 引言

《文化部“十三五”時期公共數(shù)字文化建設(shè)規(guī)劃》目標(biāo)任務(wù)指出，2020年基本建成與現(xiàn)代公共文化服務(wù)體系相適應(yīng)的開放兼容、內(nèi)容豐富、傳輸快捷、運行高效的公共數(shù)字文化服務(wù)體系。近年來，圖書館資源建設(shè)和讀者服務(wù)環(huán)節(jié)均已充分利用信息技術(shù)進(jìn)行了革新，實現(xiàn)了服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化[1]。同時，隨著新技術(shù)的發(fā)展，圖書館領(lǐng)域出現(xiàn)了一些以人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為支撐的智能化應(yīng)用或智能化場景，如機(jī)器人館員[2-3]、人臉識別入館[4]和借還書[5]、圖書智能分揀和智能立體書庫[6]等。這些智能化的應(yīng)用解放了大量人力，提高了圖書館的服務(wù)效率，更好地滿足了廣大人民群眾快速增長的數(shù)字文化需求。從智能化應(yīng)用的使用情況來看，目前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)圖書館對智能化應(yīng)用的嘗試較多；從智能化應(yīng)用水平來看，這些應(yīng)用大多數(shù)都還處于弱人工智能階段[4]；從應(yīng)用的場景來看，這些智能化業(yè)務(wù)大多應(yīng)用于讀者服務(wù)前端，在圖書館業(yè)務(wù)管理的后端（圖書采編業(yè)務(wù)）鮮見新技術(shù)理論探討的落地和實用化案例[1]。由此可見，我國圖書館業(yè)務(wù)前后端在智能化應(yīng)用的發(fā)展上有著不平衡、不充分的特點。

《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》提出：“推動公共文化數(shù)字化建設(shè)，提升公共服務(wù)數(shù)字化智能化水平”[7]。2021年是“十四五”的開局之年，圖書館界也開始著眼制定“十四五”時期的戰(zhàn)略規(guī)劃，而目前的人工智能技術(shù)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入機(jī)器智能階段，機(jī)器可以通過一系列高級算法進(jìn)行深度學(xué)習(xí)（代表事件為阿爾法狗AI程序擊敗圍棋世界冠軍），這些將對圖書館領(lǐng)域的未來發(fā)展產(chǎn)生怎樣的影響呢？

本文將從圖書館采編業(yè)務(wù)（加工、驗收、編目和分揀）的角度出發(fā)，分析采編業(yè)務(wù)智能化的優(yōu)勢和可行性，探討影響智能作業(yè)系統(tǒng)在采編落地的原因，提出基于工業(yè)自動化系統(tǒng)和人工智能的采編智能作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)方案。

2 采編業(yè)務(wù)智能化的優(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)采編流程

圖書館界目前在圖書驗收、加工、編目環(huán)節(jié)，人工勞動密集型作業(yè)仍然是主流。以廣東省立中山圖書館（以下簡稱“我館”）采編部業(yè)務(wù)流程為例：圖書經(jīng)中標(biāo)書商配送到館之后，由工人拆包、館員驗收再到加工、編目校對、貼索書號和RFID標(biāo)簽，最后將圖書分類再轉(zhuǎn)上架流通（見圖1）。從整體流程來看，傳統(tǒng)的采編流程對場地的要求非常高，圖書從拆包到最后上架流通，經(jīng)歷了驗收、加工、編目等多道工序，在不考慮人工效率的情況下，僅圖書的輾轉(zhuǎn)騰挪就得耗費不少時間。

圖1 傳統(tǒng)采編作業(yè)流程圖

2.2 智能化作業(yè)的優(yōu)勢

這里將使用工業(yè)自動化系統(tǒng)和人工智能技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工驗收、加工、編目、分揀等操作的系統(tǒng)稱為采編智能作業(yè)系統(tǒng)。智能化作業(yè)理論上可以做到加工驗收、圖書編目、加工分揀等中間流程全部由機(jī)器自動完成，人工參與的作業(yè)只有圖書拆包上流水線和上架流通環(huán)節(jié)（見圖2）。

圖2 智能作業(yè)流程圖

使用機(jī)器流水線作業(yè)可以大量解放人力，解決圖書積壓問題，縮短采編出書周期，隨著外包加工人員的減少，與書商談判時就能降低圖書購買折扣，同樣的購書經(jīng)費能買更多的書。智能作業(yè)系統(tǒng)能為專業(yè)館員賦能，采購員可以從重復(fù)瑣碎的驗收環(huán)節(jié)解放出來，將更多的精力投入到資源建設(shè)工作中，提高采訪質(zhì)量，豐富館藏；同時可以讓編目員做更專業(yè)、更有創(chuàng)造性的工作，如原始編目、數(shù)據(jù)監(jiān)控、規(guī)范控制、數(shù)據(jù)維護(hù)等。

3 采編業(yè)務(wù)智能化的可行性

為了實現(xiàn)自動驗收、加工、編目、分揀等功能，智能作業(yè)系統(tǒng)將涉及工業(yè)自動化系統(tǒng)、機(jī)器視覺、OCR文字識別、智能分揀等技術(shù)的應(yīng)用。

（1）從其他行業(yè)類似的應(yīng)用上看，圖書貼碼覆膜、蓋章、翻書、分揀等操作在其他行業(yè)已有成熟的技術(shù)應(yīng)用，如食品行業(yè)的自動貼碼機(jī)、銀行使用的自動蓋章機(jī)、數(shù)字化加工使用的自動翻書掃描機(jī)、快遞行業(yè)的智能分揀等，稍加定制改造就可以應(yīng)用于圖書的驗收、加工、分揀作業(yè)。

（2）從涉及的技術(shù)上看，人工智能技術(shù)雖然在其他領(lǐng)域已有應(yīng)用案例，但在圖書采編領(lǐng)域的應(yīng)用目前還處于發(fā)展階段。如機(jī)器視覺已應(yīng)用在汽車生產(chǎn)線瑕疵檢測、視頻監(jiān)控分析等多個領(lǐng)域[8]，OCR文字識別系統(tǒng)在名片、身份證、車牌、發(fā)票等的識別認(rèn)證上也有成熟應(yīng)用[9]。機(jī)器視覺和OCR識別技術(shù)的實現(xiàn)過程非常復(fù)雜，應(yīng)用于圖書館場景需要具體問題具體分析，應(yīng)用這兩種技術(shù)需要進(jìn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)采用哪種訓(xùn)練方式，如何收集、清洗數(shù)據(jù)，如何快速形成有效模型等等，都需要不斷探索，所以這是采編智能作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)的一個難點。

（3）從理論上看，圖書館行業(yè)已有圖書編目工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)，隨著機(jī)讀目錄格式的普及應(yīng)用、聯(lián)機(jī)編目數(shù)據(jù)的共享和《中國圖書館分類法》web版的制作，理論上已經(jīng)為進(jìn)一步對接工業(yè)自動化系統(tǒng)和人工智能等新技術(shù)奠定了基礎(chǔ)[1]。

工業(yè)自動化系統(tǒng)和人工智能技術(shù)應(yīng)用于采編作業(yè)已具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)，雖然在應(yīng)用上還存在一定的難度，但采編作業(yè)智能化理論上是可以實現(xiàn)的，結(jié)合圖書館業(yè)界的“十四五規(guī)劃”對智慧圖書館的發(fā)展戰(zhàn)略來看，探索和研發(fā)采編智能作業(yè)系統(tǒng)的時機(jī)已經(jīng)成熟。

4 采編智能作業(yè)系統(tǒng)落地的掣肘

隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，對于重復(fù)和繁瑣的勞動，不管從效率還是成本上看，機(jī)械化、智能化替代都是趨勢。而目前國內(nèi)圖書館界還沒有實現(xiàn)集驗收、加工、編目、分揀為一體的智能化作業(yè)系統(tǒng)落地，筆者認(rèn)為主要原因有三個：

第一，目前國內(nèi)圖書館外包業(yè)務(wù)成熟，個別圖書館甚至引入社會力量將所有業(yè)務(wù)全部外包[10]。采編業(yè)務(wù)的外包主要是加工和編目業(yè)務(wù)外包，圖書館通過招標(biāo)，把圖書的加工、編目業(yè)務(wù)以合約的方式外包給中標(biāo)書商完成（外包的形式一般為派駐進(jìn)館作業(yè)）。當(dāng)前，在有質(zhì)量把控的前提下，加工編目業(yè)務(wù)外包具有極高的性價比，可以減少圖書館采編人員的負(fù)擔(dān)，加快文獻(xiàn)處理的速度，解決圖書積壓問題，縮短采編作業(yè)周期。

第二，圖書館屬于公益性機(jī)構(gòu)，資金來源主要依靠政府撥款。即使人工智能在其他行業(yè)已有應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研發(fā)一套適用于圖書采編的智能化作業(yè)系統(tǒng)所能帶來的社會效益并不明朗，時間成本和金錢成本非常高，只有經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的大中型圖書館才有實力研發(fā)。

第三，圖書館界目前還沒有完全認(rèn)識到人工智能影響圖書館事業(yè)發(fā)展的巨大潛力，對人工智能的最新發(fā)展趨勢和動態(tài)缺乏敏感，對如何發(fā)展智能圖書館還缺少全國層面的統(tǒng)籌規(guī)劃，沒有在全局上提出綱領(lǐng)性的指引，實現(xiàn)對圖書館核心業(yè)務(wù)的全面升級。目前的智能化大多還只是零星地應(yīng)用于圖書館業(yè)務(wù)的某個環(huán)節(jié)，距離真正的全流程智能化還有很大的距離。同時，圖書館界缺乏人工智能方面的專業(yè)人才，導(dǎo)致圖書館在與館外機(jī)構(gòu)合作研發(fā)中處于被動，使得智能化應(yīng)用不能很好地貼合圖書館的發(fā)展要求。

5 采編智能作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)方案

5.1 建設(shè)目標(biāo)和功能模塊

采編智能作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)的最終目的在于從圖書拆包之后至采編完成、配送至各閱覽室之間的現(xiàn)有多個人工處理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)自動化、智能化、可視化。整體的建設(shè)思路是先打通各個流程，將系統(tǒng)模塊運行起來，然后不斷優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)圖書的自動驗收、加工、編目、分揀等操作，最后逐步向非標(biāo)圖書覆蓋。

結(jié)合業(yè)務(wù)流程，智能作業(yè)系統(tǒng)需實現(xiàn)四個功能模塊：驗收加工模塊、編目模塊、加工分揀模塊、可視化管理模塊（見圖3）。驗收加工模塊是四個模塊中流程最多、技術(shù)最復(fù)雜的模塊，應(yīng)參考人工操作流程，設(shè)計合理高效的作業(yè)系統(tǒng)，并運用PLC技術(shù)將各個系統(tǒng)串聯(lián)起來，實現(xiàn)效率同步；編目模塊的最終效果是實現(xiàn)基于OCR技術(shù)的自動編目，使用大量的已校對編目書目數(shù)據(jù)（監(jiān)督數(shù)據(jù)）進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，不斷完善AI算法與模型，增加自動編目的準(zhǔn)確率；加工分揀模塊是目前在圖書館應(yīng)用最成熟的模塊，需結(jié)合分揀技術(shù)和場地大小選擇分揀方式；可視化管理中心能實時監(jiān)測控制流水線運轉(zhuǎn)，將作業(yè)數(shù)據(jù)可視化。

5.2 各功能模塊的建設(shè)目標(biāo)和難點

5.2.1 驗收加工模塊

圖3 智能作業(yè)系統(tǒng)流程圖

驗收加工模塊要實現(xiàn)的功能是替代人工驗收、加工，形成一套適合機(jī)械作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)圖書智能化作業(yè)系統(tǒng)，并逐步向非標(biāo)圖書（如多卷書、地方文獻(xiàn)等）覆蓋。模塊應(yīng)用的技術(shù)有機(jī)器視覺、OCR文字識別、機(jī)械手翻頁、RFID標(biāo)簽讀寫等。

具體的作業(yè)流程：將批量圖書送上流水線（封底朝上），通過攝像頭掃描圖書封底ISBN號和書脊側(cè)信息，將非標(biāo)圖書和正面朝上的圖書剔除，通過ISBN號搜尋系統(tǒng)訂單并驗收登到分配條碼，打印條碼并貼好，翻頁貼RFID標(biāo)簽并寫入圖書數(shù)據(jù)，將圖書反轉(zhuǎn)至正面朝上，掃描封面文字、讀取RFID標(biāo)簽并驗證訂單（訂單信息如不匹配將剔出作業(yè)系統(tǒng)），通過機(jī)器視覺判定起始頁，起始頁貼條碼蓋館藏章（條碼從RFID中讀?。４俗鳂I(yè)流程對應(yīng)的子系統(tǒng)有：送書系統(tǒng)、掃描陣列、非標(biāo)書剔除系統(tǒng)、驗收貼碼系統(tǒng)、翻頁貼RFID標(biāo)簽系統(tǒng)、圖書反轉(zhuǎn)裝置、封面掃描系統(tǒng)、打碼蓋章系統(tǒng)等（見圖3驗收加工模塊），所有的子系統(tǒng)都應(yīng)加載小型的PLC裝置，便于后期系統(tǒng)總裝控制。

此模塊建設(shè)的主要難點有：①圖書姿態(tài)確認(rèn)。錯誤的圖書姿態(tài)會嚴(yán)重影響后續(xù)操作，需要多個CCD工業(yè)相機(jī)掃描封底和書脊側(cè)做圖像識別，通過機(jī)器視覺（需進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)）確認(rèn)圖書背面朝上，確認(rèn)圖書無重疊。同時，在圖像處理方面需配置專業(yè)的GPU和足夠的帶寬，提供強(qiáng)大的計算能力以支持多個工業(yè)相機(jī)同時運行。②非標(biāo)圖書的驗收。多卷書、地方文獻(xiàn)（無ISBN號無版權(quán)頁）等在人工驗收時需進(jìn)行訂單拆分、新建訂單等操作，如何通過機(jī)器學(xué)習(xí)有效解決訂單拆分問題是自動驗收作業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。③OCR文字自動識別。需要對機(jī)器進(jìn)行大量的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，通過對圖書不同放置姿態(tài)下文字的提取和分類訓(xùn)練，讓機(jī)器能自動識別提取圖書封面、封底和書脊側(cè)的關(guān)鍵信息，如題名、作者、出版社、ISBN等。④由于每個子系統(tǒng)的功能差異大，由同一家設(shè)備生產(chǎn)商完成所有子系統(tǒng)的制造比較困難，所以在技術(shù)論證的過程中，需要統(tǒng)一各個子系統(tǒng)之間參數(shù)，做到統(tǒng)一規(guī)格，這樣在調(diào)試和總裝過程中不會因為技術(shù)參數(shù)不同而影響總體運行。

5.2.2 編目模塊

編目模塊的主要功能是實現(xiàn)自動編目，機(jī)器將實時掃描的圖書內(nèi)容上傳云服務(wù)器，AI對圖書特征信息進(jìn)行識別，完成編目之后向圖書館業(yè)務(wù)自動化系統(tǒng)輸出書目數(shù)據(jù)。此模塊主要的難點是機(jī)器學(xué)習(xí)，只有讓機(jī)器進(jìn)行大量的監(jiān)督數(shù)據(jù)（完成校對的數(shù)據(jù)）學(xué)習(xí)，AI算法才會不斷優(yōu)化，形成的模型才會越有效，識別圖書內(nèi)容特征辨別圖書分類的準(zhǔn)確率就越高。同時，編目模塊需要多條線路并行運行，整體上才能匹配驗收加工模塊的處理效率，不造成資源浪費。此模塊對應(yīng)功能子系統(tǒng)為自動翻頁掃描編目系統(tǒng)，對于圖書應(yīng)該掃描的部位和書頁數(shù)量，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分的論證和實驗，兼顧模塊之間的效率銜接和實用性，不影響數(shù)據(jù)校對人員查看圖書關(guān)鍵內(nèi)容頁。

自動編目是整個作業(yè)系統(tǒng)最核心的功能之一，機(jī)器學(xué)習(xí)需要上傳大量的數(shù)據(jù)供AI訓(xùn)練，不斷完善模型。訓(xùn)練需要的大量數(shù)據(jù)和快速傳輸會造成圖書館服務(wù)器的巨大壓力，影響圖書館的日常服務(wù)，所以使用云服務(wù)器是基于效率和經(jīng)濟(jì)的最佳選擇。因此，在與館外機(jī)構(gòu)合作研發(fā)的時候，圖書館要重視館藏書目上傳云端可能帶來的數(shù)據(jù)資源資產(chǎn)的安全問題。在未來，數(shù)據(jù)的形態(tài)可能會有變化，但圖書館的所有業(yè)務(wù)支撐都依托于數(shù)據(jù)是不變的，館藏數(shù)據(jù)是省館區(qū)別于其他類型圖書館的關(guān)鍵。

5.2.3 加工分揀模塊

編目后加工分揀模塊主要實現(xiàn)的功能是圖書貼索書號、覆膜、智能分揀。此模塊對應(yīng)的子系統(tǒng)為貼索書號覆膜系統(tǒng)、智能分揀系統(tǒng)。貼索書號、覆膜是將AI自動編目生成的索書號貼在書脊，并將索書號和封底的條碼覆保護(hù)膜。智能分揀系統(tǒng)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，在圖書館業(yè)界也有大量應(yīng)用，如廣州圖書館、中山市紀(jì)念圖書館使用的流水線式的智能分揀系統(tǒng)，深圳市寶安區(qū)圖書館、南沙區(qū)新圖書館使用的AGV智能分揀系統(tǒng)均已投入使用[6]。智能分揀系統(tǒng)對場地和行進(jìn)路線的規(guī)劃需要考慮圖書類型（如保存本圖書、少兒圖書等）和圖書分類，有條件的圖書館還可以加入垂直搬運功能，提高圖書入庫上架效率。此模塊可以不和前面的模塊做效率同步，設(shè)計之初還應(yīng)考慮到流通還回圖書的分揀搬運等功能。

5.2.4 可視化管理中心

可視化管理中心是生產(chǎn)控制中心，主要的功能是實時監(jiān)督和控制作業(yè)流水線的生產(chǎn)情況。此模塊需要用到PLC技術(shù)對整個流水線進(jìn)行控制，最終實現(xiàn)兩個功能子系統(tǒng)，分別是監(jiān)督展示中心和作業(yè)控制系統(tǒng)。監(jiān)督展示中心可以實時顯示監(jiān)督流水線生產(chǎn)情況和進(jìn)行大數(shù)據(jù)管理，未來人工智能技術(shù)成熟時還可顯示AI實時演算情況，具備一定的觀賞性；作業(yè)控制系統(tǒng)是基于PLC技術(shù)的自動化流水線控制，具有較強(qiáng)的安全性、可靠性和靈活性，通過程序編輯設(shè)計傳遞相應(yīng)指令可以做到精準(zhǔn)控制各個子系統(tǒng)執(zhí)行作業(yè)，并檢測各個元件狀態(tài)[11]，流水線一旦出現(xiàn)突然異常情況，也可以及時控制機(jī)器停止運行。

6 結(jié)語

只有蓬勃發(fā)展的讀者服務(wù)前端和采編業(yè)務(wù)后端互聯(lián)互通，才能實現(xiàn)圖書館業(yè)務(wù)工作及服務(wù)活動的智慧化管理。可以預(yù)見的是，在基于工業(yè)自動化系統(tǒng)和人工智能等技術(shù)的采編智能化系統(tǒng)成功落地之后，最顯著的效果就是徹底解放人力，提高工作效率，降低圖書加工編目成本，為圖書館帶來良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。而隨著人工智能的技術(shù)進(jìn)步，圖書自動編目、分類標(biāo)引的準(zhǔn)確率會越來越高。在未來我們可以建立編目云數(shù)據(jù)中心，出版行業(yè)每出版一本書，只要上傳特征頁圖片到云數(shù)據(jù)中心，就能反饋得到標(biāo)準(zhǔn)的編目數(shù)據(jù)。長此以往，可能會顛覆上游出版業(yè)的工藝流程，讓封面封底扉頁版權(quán)頁實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。