新一代通信技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)+智慧圖書館領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐

鄭 盛 唐建偉 李 龍 中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江西省分公司 南昌市 330096

0 前言

伴隨著新一代通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)圖書館也逐步邁進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+智慧圖書館領(lǐng)域，需要互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺和人工智能等方法，打造智慧圖書館平臺，構(gòu)建智慧化場館。同時(shí)，國家層面為進(jìn)一步推進(jìn)公共文化服務(wù)體系建設(shè)，發(fā)布了《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》和《“十四五”公共文化服務(wù)體系建設(shè)規(guī)劃》明確提出傳統(tǒng)圖書館服務(wù)功能需轉(zhuǎn)型升級，推動實(shí)施智慧圖書館平臺建設(shè)，打造面向未來的圖書館智慧服務(wù)體系和自有知識產(chǎn)權(quán)的智慧圖書館管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全國范圍公共圖書館智慧化升級和服務(wù)效能提升。

1 需求分析

江西省圖書館新館擁有網(wǎng)絡(luò)信息節(jié)點(diǎn)4000個(gè)，網(wǎng)絡(luò)帶寬1000兆，每日最大接待讀者達(dá)2萬人次，為滿足讀者的閱讀感受、管理手段的信息化，計(jì)劃將新一代通信技術(shù)引進(jìn)江西省圖書館新館，打造一套快速、高效、安全的智慧圖書館服務(wù)體系。

1.1 智慧圖書大數(shù)據(jù)資源平臺建設(shè)要求

平臺采用大數(shù)據(jù)平臺做為智慧圖書館的基礎(chǔ)，為圖書館復(fù)雜數(shù)據(jù)源提供一套開發(fā)界面，方便館內(nèi)工作人員使用數(shù)據(jù)平臺，簡化數(shù)據(jù)同步和數(shù)據(jù)開發(fā)任務(wù)，包含創(chuàng)建、發(fā)布、調(diào)度、運(yùn)維等，需通過統(tǒng)一的開發(fā)入口，實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的自動錄入、數(shù)據(jù)血緣關(guān)系的識別等。

1.2 人工智能系統(tǒng)開發(fā)

按照OneData數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)分為ODS（操作數(shù)據(jù)）層、CDM（公共維度模型）層、ADS（應(yīng)用數(shù)據(jù)）層。規(guī)劃設(shè)計(jì)江西省圖書館的數(shù)據(jù)生命周期，數(shù)據(jù)質(zhì)量保障策略，數(shù)據(jù)安全策略。規(guī)劃圖書館數(shù)據(jù)輸出的指標(biāo)體系，按照指標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)每層的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。按照One ID原則，關(guān)聯(lián)讀者和圖書為主體的ID映射。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)萃取層，提供數(shù)據(jù)的共享復(fù)用率，提供OneService接口設(shè)計(jì)。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺接入層能力建設(shè)

通過邊緣計(jì)算IoT網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)江西省圖書館物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低成本終端接入，設(shè)備雙向加密，實(shí)現(xiàn)安全通訊，IoTPaaS平臺提供實(shí)時(shí)計(jì)算、海量數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，對第三方開放統(tǒng)一的Open API接口，實(shí)現(xiàn)豐富的聯(lián)動化應(yīng)用場景。

1.4 智慧閱讀空間需求

智慧閱讀空間是用于讀者來體驗(yàn)未來閱讀方式的地方，通過大量智能化的IOT設(shè)備結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，給讀者以超科技感的體驗(yàn)感受。智慧空間內(nèi)部署智慧座席，讀者先通過場館預(yù)約系統(tǒng)對智慧座席的預(yù)約。然后在智慧空間門口通過人臉識別來實(shí)現(xiàn)簽到認(rèn)證。在座席內(nèi)，座席屏幕顯示的內(nèi)容和燈光，音量能根據(jù)讀者畫像以及之前設(shè)定進(jìn)行個(gè)性化的服務(wù)，讀者能對座椅舒適度進(jìn)行電動調(diào)節(jié)，通過智能語音設(shè)備能進(jìn)行語音交互和控制。

2 平臺解決方案

江西省智慧圖書館項(xiàng)目作為江西省本地文化領(lǐng)域建設(shè)的重點(diǎn)工程，項(xiàng)目內(nèi)容涵蓋智慧場館設(shè)施、智慧圖書化應(yīng)用、大數(shù)據(jù)以及圖書館業(yè)務(wù)應(yīng)用等，平臺采用業(yè)界成熟的解決方案、技術(shù)體系和技術(shù)架構(gòu)，遵循“總體規(guī)劃、分步實(shí)施”和“從上而下設(shè)計(jì)，從下往上實(shí)施”的原則，開發(fā)一套開放的API系統(tǒng)，支持江西省圖書館自定義開發(fā)，支撐用戶根據(jù)自身業(yè)務(wù)需要進(jìn)行新的應(yīng)用設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)，平臺具備持續(xù)滿足圖書館業(yè)務(wù)運(yùn)營需要的能力。平臺結(jié)合AI、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)場館云上管理、無感借閱、人臉識別、圖書智慧推介等，為管理層提供決策分析。

2.1 智慧圖書大數(shù)據(jù)資源平臺

通過對江西省圖書館智慧圖書大數(shù)據(jù)資源平臺需求的理解，以及根據(jù)建設(shè)目標(biāo)、設(shè)計(jì)原則的考慮，采用基于大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺的架構(gòu)方案，來滿足平臺建設(shè)的要求。建立智慧圖書館大數(shù)據(jù)平臺的核心問題是解決省圖書館數(shù)據(jù)的“存”“通”“用”的問題，目的就是實(shí)現(xiàn)圖書館數(shù)據(jù)資產(chǎn)化，著力于打通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化的整條鏈路，真正讓江西省圖書館的數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值。通過平臺的建設(shè)，把江西省圖書館的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全部采集抽取到大數(shù)據(jù)資源平臺，再把更多的系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步到大數(shù)據(jù)平臺，通過OneData理念，以業(yè)務(wù)板塊+分析維度構(gòu)建圖書館公共大數(shù)據(jù)中心，并進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)整合，結(jié)合OneID建設(shè)方式，以業(yè)務(wù)+萃取標(biāo)簽維度，建立大數(shù)據(jù)服務(wù)模型，形成讀者大數(shù)據(jù)中心、圖書大數(shù)據(jù)中心、活動大數(shù)據(jù)中心等等，經(jīng)過OneService統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)中間件面向圖書館各項(xiàng)應(yīng)用提供服務(wù)。

圖1 大數(shù)據(jù)資源平臺技術(shù)架構(gòu)

2.2 智慧圖書館人工智能系統(tǒng)

數(shù)據(jù)集成人工智能系統(tǒng)主要通過大數(shù)據(jù)軟件產(chǎn)品開發(fā)套件的數(shù)據(jù)同步模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)從多個(gè)異構(gòu)的數(shù)據(jù)源（不同數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)化文件等）抽取數(shù)據(jù)，并加工成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，最后加載到數(shù)據(jù)倉庫中，形成江西省圖書館基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源體系。數(shù)據(jù)集成模塊是在各個(gè)存儲單元之間執(zhí)行數(shù)據(jù)交換的管道。數(shù)據(jù)集成可對MySQL、Oracle等數(shù)據(jù)源進(jìn)行讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，使用時(shí)僅需配置數(shù)據(jù)源的連接信息（例如填寫Oracle數(shù)據(jù)庫的JDBCURL、用戶名、密碼等信息），再配置對應(yīng)的數(shù)據(jù)同步任務(wù)即可。同時(shí)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、脫敏、轉(zhuǎn)換、稽查、合并、替換、過濾、校驗(yàn)等一系列操作保障數(shù)據(jù)集成的質(zhì)量。

2.2.1 讀者行為收集系統(tǒng)

當(dāng)讀者跟圖書館的業(yè)務(wù)發(fā)生交集的時(shí)候，通過各種手段來收集讀者的行為數(shù)據(jù)，在讀者使用圖書館的終端設(shè)備上比如APP、微信端頁面和檢索平臺增加信息點(diǎn)，收集客戶在終端的行為軌跡，幫助圖書館了解讀者當(dāng)前的關(guān)注點(diǎn)，以便更好的為讀者服務(wù)。

多場景數(shù)據(jù)分析，支持流量分析、頁面分析、事件分析、點(diǎn)擊分析、漏斗轉(zhuǎn)化、內(nèi)容分析、行為路徑、活動分析、用戶分群等多類型分析。全矩陣、全場景進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與可視化，助力圖書館，為圖書館創(chuàng)造價(jià)值。

2.2.2 標(biāo)簽系統(tǒng)

根據(jù)江西省圖書館業(yè)務(wù)需求，針對業(yè)務(wù)屬性和數(shù)據(jù)類型開發(fā)一套用戶標(biāo)簽，建立一套面向讀者、圖書、活動的標(biāo)簽樣本庫、標(biāo)簽的數(shù)據(jù)分析算法。每日標(biāo)簽生產(chǎn)的周期性數(shù)據(jù)自動根據(jù)每日新增數(shù)據(jù)更新相關(guān)標(biāo)簽。

2.2.3 讀者智能推薦系統(tǒng)

江西圖書館要建設(shè)新的智慧圖書館，要立足于更好的服務(wù)讀者，需要與時(shí)俱進(jìn)采用新的技術(shù)來把文化資源與讀者的合適匹配，既能讓館內(nèi)的文化資源得到更多機(jī)會展現(xiàn)給讀者，同時(shí)又讓讀者能輕易得到自己喜歡的圖書資源。利用自然語言處理、人工智能、概率統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)對海量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，根據(jù)讀者的興趣特點(diǎn)和借閱行為，向讀者推薦讀者感興趣的東西。

2.2.4 分析和決策系統(tǒng)

圖書館需要對日常運(yùn)營情況進(jìn)行掌控，需要各種維度的分析決策報(bào)表，通過大數(shù)據(jù)平臺和報(bào)表工具，可以對日常數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線分析服務(wù)支持自助查詢操作、提供了豐富的可視化效果，降低數(shù)據(jù)的獲取成本和使用門檻，能夠讓一般業(yè)務(wù)人員操作。

2.2.5 智慧管理——圖書館大數(shù)據(jù)智慧墻

大數(shù)據(jù)智慧墻經(jīng)過后臺設(shè)計(jì)與分區(qū)數(shù)據(jù)展示，形成特色化的智慧墻展示界面。以獨(dú)有的分布式區(qū)域管理技術(shù)對多種服務(wù)數(shù)據(jù)分區(qū)展示，真正實(shí)現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系鏈實(shí)時(shí)分析，統(tǒng)一為圖書館提供信息的發(fā)布、活動、場地發(fā)布設(shè)置等各類動態(tài)圖文信息和導(dǎo)引信息。

圖2 大數(shù)據(jù)智慧墻

2.2.6 人臉識別系統(tǒng)

采用世界領(lǐng)先的深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉建模、比對、檢索等功能實(shí)現(xiàn)人臉實(shí)時(shí)報(bào)警、軌跡分析、人臉檢索等應(yīng)用。通過人臉識別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖書館內(nèi)人臉識別，讀者在系統(tǒng)中注冊在了人臉之后，可以在人臉無感借閱通道、出入智慧閱讀空間等時(shí)提供人臉識別服務(wù)。

2.27 無感識別系統(tǒng)

將射頻識別技術(shù)（RFID）、人臉識別技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成在智慧圖書館的智能借還設(shè)備上，讀者帶書經(jīng)過通道即可完成借書或還書的業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)讀者借書、還書零操作，系統(tǒng)高度智能化，借還效率是傳統(tǒng)圖書自助借還機(jī)的10倍以上。

圖3 無感識別系統(tǒng)

2.2.8 客流統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

各個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，客流統(tǒng)計(jì)攝像機(jī)安裝在圖書館出入口，中心管理平臺部署在監(jiān)控中心，圖書館管理人員可以通過中心管理平臺對客流統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行配置和管理，并實(shí)現(xiàn)客流數(shù)據(jù)報(bào)表的生成、查詢和導(dǎo)出等功能，具體包括：客流統(tǒng)計(jì)、智能追蹤、抗干擾、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢等。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)Paas平臺接入層能力建設(shè)

智慧圖書館物聯(lián)網(wǎng)平臺是在圖書館設(shè)施自動化、智能化管理需求不斷提高的情況下，以“一體化服務(wù)平臺+積木式應(yīng)用模塊”的應(yīng)用架構(gòu)和“專業(yè)化運(yùn)營+市場化服務(wù)”的管理體系為核心方式，建立的專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開放平臺和智能圖書館ISV生態(tài)圈。促進(jìn)圖書館產(chǎn)業(yè)服務(wù)、品質(zhì)提升領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)施共用、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用支持，以滿足新型智能圖書館建設(shè)要求。物聯(lián)網(wǎng)開放平臺支持各建筑智能化系統(tǒng)主流接口標(biāo)準(zhǔn)，包括OPC，DDE，RS232/RS485，LonWorks、BACnet、Socket等。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)將RS-232、RS-485接口協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議，即將RS232/485/422接口數(shù)據(jù)封裝在TCP/IP包里，進(jìn)行協(xié)議變換，然后通過IP網(wǎng)絡(luò)傳給系統(tǒng)集成服務(wù)器。

2.3.1 智慧圖書館物聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺

智慧圖書館物聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺打造了一個(gè)面向設(shè)備和應(yīng)用的一站式開發(fā)使能平臺，面向設(shè)備端提供AliOS Things、SDK，配套ICA物模型能力，解決物聯(lián)網(wǎng)中的“物”超級碎片化的問題。同時(shí)通過邊緣計(jì)算，將聯(lián)通沃云在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能的優(yōu)勢拓寬到更靠近端的邊緣節(jié)點(diǎn)上，打造云、邊、端一體化的協(xié)同計(jì)算體系。

（1）實(shí)現(xiàn)面向圖書館設(shè)備池的標(biāo)準(zhǔn)化接入和沉淀的物聯(lián)基礎(chǔ)管理、面向圖書館標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用池的接入和市場上架的生態(tài)服務(wù)支撐、面向業(yè)務(wù)的通用能力輸出。

（2）實(shí)現(xiàn)圖書館/樓宇場景中異構(gòu)系統(tǒng)和設(shè)備的接入集成，同時(shí)針對邊緣數(shù)據(jù)計(jì)算場景提供邊緣數(shù)據(jù)存儲、AI分析、規(guī)則引擎、橫向級聯(lián)、OpenAPI等服務(wù)。

（3）運(yùn)營服務(wù)中心提供面向圖書館智能化場景集成、運(yùn)營、方案輸出、能力開放提供完整工具和服務(wù)，包括基礎(chǔ)服務(wù)、設(shè)備資產(chǎn)中心、數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心、智能服務(wù)中心、方案配置中心。

（4）可落地面向具體業(yè)務(wù)場景的數(shù)據(jù)智能、場景解決方案、本地業(yè)務(wù)集成等豐富智能化SaaS。

2.3.2 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入

智慧圖書館物聯(lián)網(wǎng)平臺是依據(jù)接入平臺的設(shè)備數(shù)量和相關(guān)數(shù)據(jù)要求進(jìn)行性能分配和授權(quán)的，在本項(xiàng)目中為江西省圖書館項(xiàng)目賬號進(jìn)行書數(shù)據(jù)授權(quán)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)授權(quán)滿足賬號和空間要求，針對三方應(yīng)用的進(jìn)行了2000個(gè)設(shè)備的授權(quán)。

智慧圖書館物聯(lián)網(wǎng)平臺產(chǎn)品提供標(biāo)準(zhǔn)接口和必要的技術(shù)支持，需具備接口如下：

（1）可通過邊緣網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品對接，可以支持opcua（設(shè)備供應(yīng)商系統(tǒng)需提供opcua server），websocket（設(shè)備供應(yīng)商系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)websocket client）和modbus tcp（設(shè)備供應(yīng)商系統(tǒng)需提供modubs tcp server）三種協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)對接。

（2）可直接通過物聯(lián)網(wǎng)套件產(chǎn)品對接，支持mqtt方式（設(shè)備供應(yīng)商系統(tǒng)作為mqtt client）進(jìn)行數(shù)據(jù)對接。

2.4 智慧閱讀空間建設(shè)

智慧閱讀空間用于讀者體驗(yàn)智慧閱讀方式的地方，通過大量智能化的IOT設(shè)備結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，給讀者以超科技感的體驗(yàn)感受。

3 結(jié)束語：閱讀點(diǎn)亮夢想，書籍滋潤人生

江西省智慧圖書館平臺是全國首批將5G技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、VR、人臉識別等新一代通信技術(shù)進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)打造的一個(gè)集科技、智慧、安全的智慧圖書館，項(xiàng)目已成為“智慧圖書館”領(lǐng)域的一個(gè)樣板，可被廣泛推廣到文化館、博物館、科技館等場景，矗立于贛江之濱的江西省智慧圖書館新館像一本打開的圖書，面向贛江翻開，已成為江西新的文化地標(biāo)。