基于數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館館藏資源共享模式研究

王 娜

[深圳大學(xué)城圖書館（深圳市科技圖書館），廣東 深圳 518055]

隨著信息技術(shù)和智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人們生產(chǎn)生活方式發(fā)生了極大的變化，基于人工智能技術(shù)的各類設(shè)備被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活當(dāng)中[1]。數(shù)字孿生技術(shù)是智能技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)，通常來講，該技術(shù)是一種利用數(shù)字化和模型化的技術(shù)。在虛擬空間中構(gòu)建與實體屬性相同的物理模型，進(jìn)而研究實體全生命周期各項特征。這項技術(shù)不僅可以實現(xiàn)對物理世界的虛擬映射，而且作為一種可視化工具還被廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域。例如3D 技術(shù)可以被應(yīng)用在建模、交互模擬上，三維地理空間可以實現(xiàn)空間的一體化管理和可視化效果。數(shù)字孿生技術(shù)的廣泛運用推動了它與圖書館服務(wù)的有機融合，數(shù)字孿生技術(shù)通過虛擬模型與讀者用戶形成交互，利用技術(shù)手段將知識轉(zhuǎn)化為更容易被讀者獲取和接受的可視化形態(tài)，降低了讀者獲取資源的難度，提高了讀者利用資源的效率。在未來，智慧圖書館建設(shè)成為大勢所趨，將圖書館的智能性與數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合起來，可以推動圖書館建設(shè)達(dá)到一個更高級的階段。從微觀上看，在數(shù)字孿生技術(shù)賦能下，圖書館能夠形成人與物的孿生格局，使圖書館的資源和服務(wù)更加具象化和精準(zhǔn)化。從宏觀上看，圖書館應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，可以實現(xiàn)與社會其他領(lǐng)域的無障礙互聯(lián)，將資源共建共享工作置于更大的格局之下，解鎖更多的可能?；诖?，筆者將重點分析數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館館藏資源共享方面的應(yīng)用。

1 數(shù)字孿生技術(shù)概念與特征

隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)逐步得到廣大研究學(xué)者的關(guān)注，由于該技術(shù)正處于研究初期階段，不同學(xué)者對其有著不同的定義和理解[2]。筆者通過研讀大量文獻(xiàn)，總結(jié)歸納了數(shù)字孿生技術(shù)的概念和特征。

1.1 數(shù)字孿生技術(shù)概念

關(guān)于數(shù)字孿生技術(shù)的概念，國內(nèi)外學(xué)者并沒有達(dá)成統(tǒng)一意見。中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院推出的《數(shù)字孿生白皮書（2019）》中明確指出：“數(shù)字孿生是綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，需要通過軟件對其進(jìn)行定義，包括對物理空間的描述、診斷與預(yù)測。”簡言之，數(shù)字孿生技術(shù)是一種通過傳感器獲取物理實體特征數(shù)據(jù)，構(gòu)建反映實體整個生命周期的虛擬模型。該虛擬模型集成了物理實體的多維度、多物理量特征數(shù)據(jù)，是對物理實體在虛擬空間的完美映射[3-4]。該技術(shù)是一種面向?qū)ο蟮目梢暬芾砉ぞ?，利用模型?gòu)建語言對物理實體或者系統(tǒng)動態(tài)信息進(jìn)行描述，進(jìn)而為物理實體或者系統(tǒng)提供系統(tǒng)化、智能化的服務(wù)管理方案。在此基礎(chǔ)上，通過對虛擬模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)分析、決策優(yōu)化等處理，進(jìn)一步拓展了物理實體的功能。

1.2 數(shù)字孿生技術(shù)特征

（1）實時數(shù)據(jù)交互。實時數(shù)據(jù)交互特征是數(shù)字孿生技術(shù)的重要特征，該技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是所采集的物理實體數(shù)據(jù)，以及這些數(shù)據(jù)的分析和解釋數(shù)據(jù)；數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)的外在形態(tài)是各種可視化的虛擬仿真模型，這類仿真模型可根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的變化而實時變化[5]。也就是說，虛擬模型數(shù)據(jù)與實體數(shù)據(jù)是相互關(guān)聯(lián)與投射的，任何一種數(shù)據(jù)變化必將帶來與之對應(yīng)的數(shù)據(jù)的變化。

（2）高精度虛擬仿真。在5G 技術(shù)和分布式運算的綜合運用下，數(shù)字孿生技術(shù)可以根據(jù)不同物理實體、虛擬實體中的不同孿生對象、統(tǒng)一孿生對象的不同運行階段的實際需求，進(jìn)行有針對性的交互實時數(shù)據(jù)的變化，使得物理實體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和虛擬模型各形態(tài)表征數(shù)據(jù)匹配趨近于一致。數(shù)據(jù)的一致性帶來的是實體空間功能要素表達(dá)的完整性，這也進(jìn)一步使得虛擬模型更加逼真。誠然，高精度的虛擬仿真分析結(jié)果貼合實際也正是這一技術(shù)的關(guān)鍵所在。

（3）自主學(xué)習(xí)能力。大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，使得利用數(shù)字孿生技術(shù)所構(gòu)建的虛擬模型可以根據(jù)專家經(jīng)驗、知識庫等進(jìn)行數(shù)據(jù)自我更新，運用人腦的計算法則和訓(xùn)練規(guī)則，達(dá)到虛擬模型自我辨識、自我調(diào)整的目的。該目的是利用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬模型自主學(xué)習(xí)能力的外在表現(xiàn)。自主學(xué)習(xí)能力不僅提升了虛擬模型的自適應(yīng)性，使虛擬模型能夠隨著技術(shù)的提高不斷實現(xiàn)自我優(yōu)化，而且為情景感知下的虛擬仿真模型客觀認(rèn)知奠定基礎(chǔ)。

2 數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館應(yīng)用的必要性

數(shù)字孿生技術(shù)以數(shù)據(jù)的流動來實現(xiàn)物理空間的資源優(yōu)化配置，能夠形成物理空間和虛擬空間的實時交互，同時以標(biāo)準(zhǔn)化的格式對物理空間進(jìn)行真實行為的反射，并通過自身的自主學(xué)習(xí)功能進(jìn)行規(guī)則計算，形成可以被物理空間參考的智能決策，這些特點都與圖書館智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求相吻合，因此，圖書館應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)是十分必要的。

2.1 圖書館智慧化建設(shè)的需要

圖書館建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)用系統(tǒng)間的融合、業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理等都將對圖書館建設(shè)產(chǎn)生重要影響。當(dāng)前，圖書館建設(shè)存在較多問題，比如應(yīng)用系統(tǒng)間集成效果較差，不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸還存在壁壘，個別系統(tǒng)仍存在信息孤島情況；各業(yè)務(wù)管理模塊間信息聯(lián)絡(luò)較差，存在線上線下業(yè)務(wù)模塊內(nèi)容不一致情況，這對圖書館運行狀態(tài)、物理設(shè)備、用戶使用等數(shù)據(jù)監(jiān)控提出挑戰(zhàn)；用戶使用數(shù)據(jù)、館藏資源等大量數(shù)據(jù)被存儲在圖書館中，這些數(shù)據(jù)對圖書館數(shù)據(jù)處理能力提出了較高要求，然而圖書館實際數(shù)據(jù)收集分析處理能力卻未同步提高。數(shù)字孿生技術(shù)是一種虛實同步技術(shù)，它可以實現(xiàn)圖書館的精細(xì)化管理，通過大數(shù)據(jù)和云計算的協(xié)同融合，可以切實增強圖書館系統(tǒng)各要素的協(xié)調(diào)運行、業(yè)務(wù)平臺的精細(xì)化管理及數(shù)據(jù)資源的深度處理。

2.2 滿足用戶需求的需要

圖書館用戶的需求是多種多樣的，并且會隨著情境的變化而變化，因此在開展圖書館用戶個性化需求分析時，要梳理用戶在不同情境下的需求信息，進(jìn)而挖掘用戶潛在的隱性需求。利用數(shù)字孿生技術(shù)，不僅可以構(gòu)建虛擬圖書館，模擬出圖書館不同情境，而且可以構(gòu)建出用戶孿生體。通過對用戶孿生體在虛擬圖書館不同情境下的需求來分析用戶的隱性需求。由此可以看出，利用數(shù)字孿生技術(shù)可以挖掘用戶隱性需求，預(yù)測分析用戶潛在需求，這將為用戶提供預(yù)見性服務(wù)、準(zhǔn)確推送個性化知識產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。與此同時，用戶在虛擬圖書館中可以全感官體驗虛實互動、可視化閱讀等服務(wù)，豐富圖書館的用戶閱讀體驗。

2.3 圖書館智慧化管理的需要

智慧化管理是圖書館未來發(fā)展的重要方向。智能化、自動化和精準(zhǔn)化的服務(wù)系統(tǒng)不僅可以提升圖書館館藏資源管理效率，而且能夠滿足讀者用戶多樣化的個性需求。充分利用數(shù)字孿生技術(shù)，可以建立起虛擬圖書館模型，將現(xiàn)實圖書館所有要素精準(zhǔn)映射到虛擬空間當(dāng)中，此外，通過對虛擬圖書館各要素的實時監(jiān)測，圖書館也能夠?qū)崿F(xiàn)流程體系自我診斷、系統(tǒng)缺陷自動排查，這將為圖書館節(jié)省大量的人力資源和經(jīng)費，同時能夠?qū)D書館各功能要素開展實時調(diào)控，為圖書館智慧化管理的實現(xiàn)提供有力支撐。

3 數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館的應(yīng)用分析

將數(shù)字孿生模型和技術(shù)與圖書館資源體系建設(shè)進(jìn)行有機融合，可以實現(xiàn)基于實體圖書館的數(shù)字孿生體，進(jìn)而完成圖書館資源的數(shù)字化轉(zhuǎn)變和共享系統(tǒng)的完善，使圖書館物理空間與虛擬空間形成映射與交互（見圖1）。通過這一模型，圖書館可以通過虛擬空間主動感知用戶行為特征，主動檢測館藏資源管理、知識服務(wù)等效果。數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用將進(jìn)一步推動圖書館虛實空間的構(gòu)建，為圖書館實現(xiàn)精準(zhǔn)服務(wù)、實時互動交流奠定基礎(chǔ)。

圖1 數(shù)字孿生技術(shù)與圖書館資源建設(shè)融合的模型

3.1 作為可視化工具

創(chuàng)客空間是圖書館虛擬空間構(gòu)建的重要組成部分，是對圖書館物理空間的高度仿真，用戶在創(chuàng)客空間中可以享受到現(xiàn)實圖書館實時提供的各種服務(wù)。數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用，豐富了圖書館創(chuàng)客空間的各項功能。例如，在創(chuàng)客空間中，用戶可以利用模擬修改工具對虛擬孿生體各類數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、調(diào)用，并對數(shù)據(jù)修改后系統(tǒng)進(jìn)行可視化體驗，創(chuàng)客空間的調(diào)試是為實際修改奠定基礎(chǔ)，因此可以助力圖書館各項服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化升級。在滿足用戶對技能、知識信息需求的同時，為用戶實現(xiàn)個性化需求提供一定的容錯性。

3.2 作為評估工具

數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用可以多維度提高用戶畫像的精準(zhǔn)度，使圖書館避免依賴傳統(tǒng)經(jīng)驗對用戶進(jìn)行評價。圖書館在獲取和分析用戶動態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建圖書館用戶孿生體，不僅可以準(zhǔn)確掌握用戶的興趣愛好、行為習(xí)慣、認(rèn)知偏好，多角度了解用戶行為特征，還可以對用戶資源使用、個性化需求、閱讀行為等進(jìn)行仿真模擬，檢驗用戶對圖書館各系統(tǒng)功能的適應(yīng)性，為圖書館全方位服務(wù)提升奠定基礎(chǔ)。

3.3 構(gòu)建館員孿生體

基于數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館能夠為用戶提供虛擬化的閱讀空間，用戶可以身臨其境地享受到現(xiàn)實圖書館所有服務(wù)功能，體驗各種要素服務(wù)。同時，在虛擬圖書館空間中，數(shù)字孿生技術(shù)還可以構(gòu)建館員孿生體，使用戶在虛擬圖書館中可以和館員孿生體進(jìn)行實時互動交流，為用戶解答各類問題，提供多樣化服務(wù)。館員孿生體是用戶與虛擬圖書館互動交流的媒介與橋梁，用戶通過館員孿生體向虛擬圖書館系統(tǒng)傳遞需求內(nèi)容，同時虛擬圖書館根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整，并通過館員孿生體向用戶進(jìn)行表達(dá)。

4 基于數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館館藏資源共享模式

數(shù)字孿生技術(shù)具有同步性、智能化和數(shù)字化等顯著特點，在構(gòu)建基于數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館館藏資源共享模式時，要充分發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)的優(yōu)勢，為館藏資源的數(shù)字化建設(shè)賦能，為資源的共建共享提供更加多元和開放的平臺。通過對數(shù)字孿生技術(shù)與圖書館資源共享工作的梳理，筆者認(rèn)為，二者結(jié)合的模型由以下幾個主體要素構(gòu)成：數(shù)字孿生平臺、實體圖書館與圖書館數(shù)字孿生體（見圖2）?；跀?shù)字孿生技術(shù)的圖書館館藏資源共享模式就是3個主體部分之間由實到虛、及時反饋、智能操控的關(guān)系，通過這一循環(huán)，達(dá)到圖書館資源共享、數(shù)據(jù)融合、交互運轉(zhuǎn)的最優(yōu)態(tài)勢。

圖2 基于數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館館藏資源共享模式[6]

4.1 信息資源合理分布實現(xiàn)共建共享

數(shù)字孿生平臺一方面對實體圖書館有驅(qū)動作用，能夠創(chuàng)建同實體圖書資源等價的虛擬模型，并對其運行狀態(tài)實行實時監(jiān)控，另一方面又對虛擬數(shù)字館藏資源進(jìn)行仿真的分析算法，同時負(fù)責(zé)收集圖書館數(shù)字孿生體的反饋并對其進(jìn)行有效的操控，為后續(xù)的實體圖書館的改進(jìn)提供具有針對性且客觀的決策。通過數(shù)字孿生技術(shù)，圖書館能夠全面把握資源建設(shè)動態(tài)情況，通過信息資源合理配置來優(yōu)化資源庫的建設(shè)布局，從而實現(xiàn)共建共享。

4.2 信息生產(chǎn)者之間的合作實現(xiàn)資源共建共享

數(shù)字孿生平臺在一定程度上放大了資源流通的透明度，增加了資源之間的交互性，在圖書館數(shù)字孿生體這一部分，包含人、物、環(huán)境等多個方面的生產(chǎn)要素數(shù)據(jù)，依托網(wǎng)絡(luò)的便利性，圖書館資源共享系統(tǒng)可以為信息生產(chǎn)者提供直接的合作平臺，包括個體間的合作、機構(gòu)間的合作。同時，圖書館館藏資源共享系統(tǒng)可以依據(jù)其復(fù)雜的運行方式和發(fā)展規(guī)律建立起智能的優(yōu)化、溯源、評估規(guī)則，保障資源共享的合法性和完整性。總之，圖書館數(shù)字孿生體應(yīng)用數(shù)據(jù)格式的優(yōu)勢實現(xiàn)全面的數(shù)字化建模，推動信息生產(chǎn)者之間的合作，使信息資源共享渠道更加豐富，方式更加靈活。

4.3 通過引入市場機制實現(xiàn)資源共建共享

圖書館采用數(shù)字孿生技術(shù)按照一定規(guī)則對館藏資源進(jìn)行共建共享，圖書館館藏數(shù)量多、種類全，且含有一些特色的珍貴的古籍和地方史志，這些都增加了實體圖書館資源的價值。圖書館引入市場機制，以經(jīng)濟(jì)付費的方式大量吸引高價值的實體文獻(xiàn)，進(jìn)一步應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)對其形成映射，豐富數(shù)字資源庫的構(gòu)建。同時，數(shù)字孿生技術(shù)為虛擬的數(shù)字資源能夠大范圍流通提供了可行性[7]，這就拓寬了高價值資源的流通范圍，提升了圖書館資源共建共享的成效。

5 結(jié)語

數(shù)字孿生作為一種先進(jìn)智能的技術(shù)，與圖書館的融合是十分可行且必要的，具有重要的現(xiàn)實意義。一方面，能夠促進(jìn)圖書館數(shù)字化轉(zhuǎn)型，另一方面，也能夠助力資源的共建共享，惠及更多讀者用戶，不斷滿足讀者與日俱增的閱讀需求。數(shù)字孿生技術(shù)在與圖書館館藏資源共享服務(wù)的深度融合中，既為圖書館人力資源、文獻(xiàn)資源提供了改革的內(nèi)在驅(qū)動力，也實現(xiàn)了圖書館技術(shù)壁壘的跨越，可以實現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)的交互與高精度的虛擬仿真，在5G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。然而，需要明確和注意的是，雖然數(shù)字孿生技術(shù)具有一定的成熟度，也有較為充足的實踐支撐，但這種技術(shù)不能完全取代人工，圖書館可以將其作為重要的輔助手段，將其便利和智能的優(yōu)勢納入資源共享體系當(dāng)中，推動圖書館館藏資源的共建共享更加完善與精準(zhǔn)。