智慧圖書館分層模型構(gòu)建研究

陳 煒

(南京大學(xué)金陵學(xué)院 圖書館，江蘇 南京 210089)

圖書館歷史最早可以追溯到公元前3000年巴比倫神廟，它是人類文明發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，也是人類社會(huì)文明進(jìn)步的標(biāo)志。在漫長(zhǎng)的歷史發(fā)展過程中，各大圖書館積存下可觀的紙質(zhì)資料，包括文獻(xiàn)資料和書籍等。在運(yùn)營(yíng)過程中，圖書館的工作人員通過努力，做了一系列整理、歸納、修整以及分類工作，使讀者可以方便借閱和深度學(xué)習(xí)。

隨著科技的不斷進(jìn)步，智慧圖書館的研究也逐步熱門起來(lái)。智慧圖書館從其服務(wù)形式上可以理解為在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，圖書館融合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)等所構(gòu)建的數(shù)字應(yīng)用平臺(tái)，能夠?qū)Ａ繑?shù)字資源存儲(chǔ)、管理，并能夠通過二次加工拓展服務(wù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代圖書館實(shí)現(xiàn)資源篩選入庫(kù)、維護(hù)管理和提供服務(wù)的載體[1]。

1 智慧圖書館是未來(lái)的轉(zhuǎn)型方向

圖書館轉(zhuǎn)型是指圖書館根據(jù)所處的社會(huì)環(huán)境變化，對(duì)自身的運(yùn)行機(jī)制、服務(wù)模式、發(fā)展方向進(jìn)行調(diào)整，對(duì)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新[2]。

科學(xué)技術(shù)是推動(dòng)圖書館發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，每一次科技的進(jìn)步都會(huì)給圖書館發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇。20世紀(jì)80年代以來(lái)，圖書館經(jīng)歷了三場(chǎng)變革，都是在科技的支撐下進(jìn)行的。第一次是20世紀(jì)90年代初計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，特別是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的引入，改變了傳統(tǒng)圖書館的卡片記錄模式，提高了數(shù)據(jù)記錄的效率，減輕了館員工作的壓力，使查詢書目變得簡(jiǎn)單快捷。

進(jìn)入21世紀(jì)初以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成熟，并進(jìn)入井噴式發(fā)展，引發(fā)了傳統(tǒng)圖書館第二次大變革，由傳統(tǒng)圖書館逐步進(jìn)化成數(shù)字圖書館。數(shù)字圖書館最大的特征就是將傳統(tǒng)的紙質(zhì)圖書變成特定格式的電子資源，這樣用戶就可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下使用各種終端觀看圖書，不受限于場(chǎng)地。

我們目前所處的時(shí)代，5G技術(shù)開始興起，數(shù)據(jù)云也逐步落地，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)也開始方興未艾，隨著這些技術(shù)的逐步成熟，數(shù)字圖書館向智慧圖書館轉(zhuǎn)型也就順理成章。智慧圖書館既能提供功能性需求，例如基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、平臺(tái)架構(gòu)搭建、軟件數(shù)字配置、儲(chǔ)存計(jì)算運(yùn)營(yíng)等；又能滿足非功能性需求，例如可用性好、彈性伸縮、響應(yīng)時(shí)間短。在體系架構(gòu)下，智慧圖書館將會(huì)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)量和服務(wù)并發(fā)均衡發(fā)展。

2 智慧圖書館建設(shè)所需的技術(shù)支撐

智慧圖書館的建設(shè)離不開當(dāng)前科技應(yīng)用成果的支持。只有當(dāng)科技成果迭代更新，經(jīng)過時(shí)間和市場(chǎng)的考驗(yàn)逐步成熟時(shí)，建設(shè)智慧圖書館才能夠從理論探索逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。目前相對(duì)成熟，能夠應(yīng)用到智慧圖書館的技術(shù)有以下幾種，涵蓋了感知、傳輸、處理、顯示等一系列應(yīng)用場(chǎng)景。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是感應(yīng)技術(shù)，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的新一代網(wǎng)絡(luò)，具有低功耗、低延時(shí)、高頻數(shù)據(jù)交互，拓展性強(qiáng)的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)與核心在于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以理解為基于互聯(lián)網(wǎng)的延伸與拓展它實(shí)現(xiàn)了物體與物體的信息交換和通信，然后通過對(duì)接收到的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行分析處理，就可以對(duì)物體進(jìn)行智能化的控制。

物聯(lián)網(wǎng)之所以實(shí)現(xiàn)了信息的交互，是因?yàn)槲矬w貼上了電子標(biāo)簽，通過特定互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，人們可以感知物體的位置和狀態(tài)。傳統(tǒng)的圖書館內(nèi)，圖書貼上的是磁條，磁條只能沖入一定量的磁場(chǎng)，沒有任何信息含義，圖書外面貼上的是書目標(biāo)簽，磁條和標(biāo)簽之間沒有任何聯(lián)系。智慧圖書館內(nèi)，應(yīng)用的是RFID技術(shù)，它可以存儲(chǔ)多維的數(shù)據(jù)。

RFID (Radio Frequency Identification) 技術(shù)又稱為射頻識(shí)別技術(shù)，屬于一種新一代低功耗網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它應(yīng)用電磁波頻譜傳遞特定識(shí)別信息，具有非接觸、無(wú)視覺、高可靠的性能[3]。

RFID廣泛應(yīng)用在多個(gè)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域，例如物流、交通、身份識(shí)別、防偽、資產(chǎn)管理、食品、信息統(tǒng)計(jì)、查閱應(yīng)用、安全控制等。RFID技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)簽本身防水、防磁、耐高溫，工作穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。標(biāo)簽可以儲(chǔ)存多維數(shù)據(jù)，并且可以加密，安全性較好。能夠做到實(shí)時(shí)更新標(biāo)簽數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)雙向流通，給管理帶來(lái)方便，提高工作效率。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)

5G 是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，也是現(xiàn)在比較熱門的通信技術(shù)，用于逐步取代市場(chǎng)上已經(jīng)普及的4G通信技術(shù)。這種蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)具有超高傳輸率、低延遲、支持大規(guī)模高密度高速度設(shè)備連接，可靠性也比較高。

5G 設(shè)計(jì)了三大需求應(yīng)用場(chǎng)景，即 eMBB( 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶)、mMTC( 海量低功耗連接) 和uRLLC( 低延時(shí)高可靠連接) ，能夠?qū)崿F(xiàn)海量設(shè)備接入并保證足夠帶寬，延時(shí)低、可靠性高[4]。

2.3 云計(jì)算

云計(jì)算 (Cloud Computing)， 是一種超級(jí)計(jì)算模式，最基本的特性是：虛擬化、整合化和安全化。云計(jì)算是具有劃時(shí)代意義的計(jì)算典范，采用分布式計(jì)算與服務(wù)架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)連接把大量計(jì)算資源集合在一起，通過軟件自動(dòng)化協(xié)調(diào)和管理，為用戶提供龐大的計(jì)算資源和數(shù)據(jù)中心。

數(shù)字圖書館建設(shè)時(shí)硬件條件已經(jīng)固定，當(dāng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展時(shí)，逐步添加硬件，會(huì)帶來(lái)管理上的不便，切換時(shí)會(huì)暫停業(yè)務(wù)，讓讀者無(wú)法請(qǐng)求服務(wù)；智慧圖書館有大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，需要應(yīng)對(duì)彈性的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，云計(jì)算可以根據(jù)圖書館數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量和服務(wù)并發(fā)請(qǐng)求量，準(zhǔn)備相應(yīng)的存儲(chǔ)空間和計(jì)算單元，在擴(kuò)展時(shí)不需要關(guān)注硬件，能夠做到無(wú)縫切換，業(yè)務(wù)不會(huì)因遷移宕機(jī)，在短時(shí)間應(yīng)對(duì)高并發(fā)量的數(shù)據(jù)請(qǐng)求能夠快速甄別響應(yīng)，這樣當(dāng)大家訪問智慧圖書館時(shí)，不會(huì)有延遲感。

2.4 大數(shù)據(jù)處理

麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種超常規(guī)數(shù)據(jù)集合，規(guī)模大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件工具能處理能力，導(dǎo)致在獲取、存儲(chǔ)、管理、分析數(shù)據(jù)方面采用以往的方式比較低效，其特征表現(xiàn)為海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價(jià)值密度低[5]。

大數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值構(gòu)成因素具體體現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)合理化，提高資源使用效率，尋找新的研究熱點(diǎn)，更好地滿足差異化服務(wù)。

2.5 虛擬現(xiàn)實(shí)VR

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。制作方通過設(shè)備采集現(xiàn)實(shí)生活中場(chǎng)景數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后變成可以存儲(chǔ)的電信號(hào)，當(dāng)需要播放時(shí)，通過相關(guān)輸出設(shè)備，把電信號(hào)轉(zhuǎn)化成全息的光信號(hào)，聲信號(hào)，氣味信號(hào)，力學(xué)信號(hào)等，在三維動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)的幫助下，借助于立體顯示和傳感器技術(shù)，讓人眼或其他感官感受到這些現(xiàn)象。雖然這些現(xiàn)象在當(dāng)前狀態(tài)下不是真實(shí)的，但人們通過感官感受后，同現(xiàn)實(shí)世界沒有什么區(qū)別，故稱為虛擬現(xiàn)實(shí)。

3 智慧圖書館建設(shè)的追求目標(biāo)

智慧圖書館是一種突破時(shí)間和空間限制，追求高效和實(shí)時(shí)應(yīng)用的圖書館模式，具備全方位信息感知，高效的信息融合響應(yīng)，服務(wù)便利和多樣化的特點(diǎn)。

3.1 全方位信息感知

智慧圖書館通過部署的感應(yīng)終端和交互平臺(tái)，全方位感知圖書館環(huán)境狀態(tài)，讀者入館和活躍場(chǎng)景，數(shù)字資源的實(shí)時(shí)利用情況，圖書館員服務(wù)提供情況等，構(gòu)成一個(gè)豐富而又龐大的數(shù)據(jù)集中群，便于圖書館管理人員實(shí)時(shí)分析和掌握?qǐng)D書館的應(yīng)用情況。

信息感知包含兩個(gè)部分，看得見的環(huán)境感知和看不見的應(yīng)用感知。環(huán)境感知指通過傳感器等終端，把圖書館內(nèi)所有可以看見的物和人納入感知范圍，為后續(xù)的交互提供真實(shí)存在的個(gè)體。應(yīng)用感知指通過交互平臺(tái)，把個(gè)體在圖書館內(nèi)和在圖書館網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)活動(dòng)的信息記錄下來(lái)，構(gòu)成原始的應(yīng)用數(shù)據(jù)，為后期提供各種個(gè)性化的服務(wù)提供支撐數(shù)據(jù)。

3.2 高效的信息融合響應(yīng)

智慧圖書館建立在云終端，使得它具有良好的拓展性和高效的并發(fā)處理技術(shù)。當(dāng)需要給圖書館添加新業(yè)務(wù)時(shí)，可以無(wú)縫切換，讀者不會(huì)感受到宕機(jī)帶來(lái)的服務(wù)中斷，對(duì)管理者來(lái)說(shuō)不會(huì)因?yàn)闃I(yè)務(wù)的添加和下線，煩惱硬件資源不足和過剩，提高了硬件利用的彈性。

智慧圖書館添加各種數(shù)字資源，僅僅滿足讀者查詢幾十篇文獻(xiàn)要求是一種資源低效利用。通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，挖掘新的發(fā)現(xiàn)和研究動(dòng)向，把隱藏在資源背后的發(fā)展趨勢(shì)，科研熱點(diǎn)通過可視化手段展現(xiàn)給讀者，幫助他們更好地利用數(shù)字資源，為讀者自身提高學(xué)習(xí)和科研效率提供了可靠的依據(jù)。

3.3 服務(wù)便利和多樣化

智慧圖書館能夠快速響應(yīng)各種突發(fā)的讀者需求，可以根據(jù)需要提供各種渠道的信息服務(wù)，滿足高校師生，社會(huì)讀者等不同人群的學(xué)習(xí)需要。

圖書館之間也可以通過共享脫密的數(shù)據(jù)，對(duì)下可以擴(kuò)大服務(wù)范圍，拓展服務(wù)業(yè)務(wù)，對(duì)上可以協(xié)同采購(gòu)，買到利用效率高，受讀者歡迎，同時(shí)價(jià)格合理的資源，而不會(huì)被資源廠商利用信息不對(duì)稱各個(gè)擊破。

4 智慧圖書館建設(shè)技術(shù)分層模型

現(xiàn)代信息技術(shù)和新的服務(wù)理念為圖書館創(chuàng)新變革奠定了技術(shù)基礎(chǔ)和理論支撐，傳統(tǒng)圖書館以提供館藏文獻(xiàn)為主的服務(wù)模式逐步衰弱，取而代之的是數(shù)字圖書館，以提供信息和知識(shí)服務(wù)為業(yè)務(wù)模式。目前的圖書館轉(zhuǎn)型升級(jí)，帶動(dòng)了人流、信息流、資源流，使用戶體驗(yàn)也有了提升。現(xiàn)如今，用戶不再滿足于知識(shí)的挖掘和信息的獲取，而是需要圖書館提供實(shí)時(shí)的高效率、多樣化業(yè)務(wù)模式，即定制化的個(gè)性需求。用戶聚焦不再局限于單一的資源發(fā)現(xiàn)，而是多元化渠道獲取信息，提煉出自己需要的模型和內(nèi)涵。智慧圖書館技術(shù)模型為圖書館未來(lái)的智慧服務(wù)奠定了架構(gòu)基礎(chǔ)，并具有良好的拓展性，催化讀者知識(shí)創(chuàng)造的積極性。

于興尚提出在圖書館生物循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建智慧圖書館模型，達(dá)到“需求精準(zhǔn)化，服務(wù)精品化”的目標(biāo)；[6]李彩寧等人提出從用戶—資源二元視角出發(fā)隱性與顯性相結(jié)合的智慧圖書館服務(wù)模式，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一套智慧圖書館框架[7]。筆者提出了一種智慧圖書館技術(shù)分層模型，它是在圖書館在原有的資源基礎(chǔ)上，貫徹智慧圖書館的先進(jìn)理念，基于融合與協(xié)同的理論基礎(chǔ)，通過現(xiàn)代化科技手段，構(gòu)建了智慧圖書館技術(shù)分層模型，從而滿足讀者多樣化業(yè)務(wù)需求。該分層模型由下到上，包含了智慧感應(yīng)層、傳輸通道層、數(shù)據(jù)融合層、智慧應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 智慧圖書館分層模型體系架構(gòu)

4.1 智慧感應(yīng)層

智慧感應(yīng)層是整個(gè)模型的基礎(chǔ)，它包括了RFID、各種傳感器、門禁、圖書查詢機(jī)、自助借還機(jī)、移動(dòng)終端等設(shè)備。智慧感應(yīng)層收集館內(nèi)環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，各種設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)，讀者在圖書館內(nèi)場(chǎng)景行為，使用館內(nèi)資源的痕跡和反饋等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理，識(shí)別有用信息，去除噪聲信號(hào)和偽數(shù)據(jù)。智慧感應(yīng)層支撐起智慧圖書館數(shù)據(jù)收集和處理的技術(shù)環(huán)境，奠定了在海量數(shù)據(jù)中去除噪聲，發(fā)掘有用信息基礎(chǔ)。

4.2 傳輸通道層

傳輸通道層是整個(gè)智慧圖書館體系結(jié)構(gòu)中的傳輸單元，通過它們將智慧感應(yīng)層搜集的圖書館狀態(tài)數(shù)據(jù)，各種設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)，讀者在圖書館內(nèi)行動(dòng)數(shù)據(jù)等上報(bào)給數(shù)據(jù)融合層，同時(shí)下傳數(shù)據(jù)融合層的控制指令，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)、數(shù)據(jù)傳輸和控制功能。

傳輸通道層以5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)作為支撐，光纖線路作為骨干通道。從而延伸到圖書館實(shí)體的各個(gè)角落，在虛擬空間可以延伸到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方。大大提高了圖書館服務(wù)范圍。

4.3 數(shù)據(jù)融合層

數(shù)據(jù)融合層主要負(fù)責(zé)圖書館相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理、分析、挖掘，主要由圖書館相關(guān)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)組成。

來(lái)至智慧感知層的圖書館狀態(tài)數(shù)據(jù)，各種設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)會(huì)被統(tǒng)一存儲(chǔ)，館藏資源利用情況，用戶在圖書館內(nèi)場(chǎng)景行為，交互情況等統(tǒng)一記錄和預(yù)處理。通過部署在云平臺(tái)的預(yù)設(shè)算法和規(guī)則，進(jìn)行智慧化處理，實(shí)時(shí)反饋結(jié)果。

4.4 智慧應(yīng)用層

智慧應(yīng)用層處于整個(gè)技術(shù)模型體系的頂端，承載著交互和業(yè)務(wù)提供的功能。

圖書整理系統(tǒng)指導(dǎo)智能機(jī)器人完成圖書的搬運(yùn)，排架，盤點(diǎn)等工作。用戶自助借閱系統(tǒng)幫助用戶實(shí)現(xiàn)圖書從查詢、定位、借書到還書自動(dòng)化。智能查詢系統(tǒng)支持詞語(yǔ)、圖片、語(yǔ)音等輸入識(shí)別，精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)用戶需求，縮小提供范圍，最大程度提供有效信息。個(gè)性化推薦系統(tǒng)通過分析用戶個(gè)體行為和交互信息，預(yù)測(cè)用戶需要，主動(dòng)推送圖書館資源，減少用戶反感。用戶虛擬社交平臺(tái)滿足讀者相互交流的需要，擴(kuò)大圖書館的影響范圍。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能技術(shù)的逐步成熟，使得智慧圖書館服務(wù)的持續(xù)性成為可能，也為智慧圖書館的合理構(gòu)建和定向推廣帶來(lái)了機(jī)遇。本文提出構(gòu)建智慧感應(yīng)層、傳輸通道層、數(shù)據(jù)融合層、智慧應(yīng)用層的技術(shù)模型，為后期智慧圖書館建設(shè)提供了一定的參考。智慧圖書館的建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過程，需要人力、物資和資金、技術(shù)的迭代的長(zhǎng)期支持。