物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧圖書館空間管理領(lǐng)域的應(yīng)用研究

李 慧，杜文龍

（西安航空學(xué)院 圖書館，陜西 西安 710077）

0 引 言

智慧圖書館是圖書館的新發(fā)展模式[1]，為數(shù)字環(huán)境下的用戶提供定制化、個(gè)性化和智能化的智慧服務(wù)成為智慧圖書館的建設(shè)目標(biāo)和發(fā)展定位[2]。人物連接、物物連接、數(shù)據(jù)交互的空間感知傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)的技術(shù)基礎(chǔ)[3]。為此，本文開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧圖書館空間管理的融合研究，探索具備全面感知、可靠傳遞和智能處理技術(shù)特征的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧圖書館空間管理領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值、應(yīng)用方向和應(yīng)用前景。

1 智慧空間布局

1.1 傳統(tǒng)空間布局模式

圖書館典型的空間布局思路主要參照館藏圖書的學(xué)科屬性、學(xué)科范圍和載體形態(tài)[4]。劃分后的空間布局為獨(dú)立的物理區(qū)域。實(shí)行大開間、廣流通的空間管理模式，在每個(gè)劃分后的空間區(qū)域中配置對(duì)應(yīng)的書桌、閱覽椅等用品，便于讀者學(xué)習(xí)和閱讀在架圖書。以上空間布局方式的優(yōu)點(diǎn)是便于引導(dǎo)讀者快速找到所需學(xué)科圖書的對(duì)應(yīng)樓層；缺點(diǎn)是空間劃分方法過(guò)于單一，空間劃分依據(jù)主要圍繞“讀者對(duì)圖書館紙質(zhì)圖書的閱覽和借閱”這一用戶需求，形成的閱讀環(huán)境和學(xué)習(xí)環(huán)境是“靜態(tài)”的紙質(zhì)圖書利用環(huán)境，尚未形成“有靜有動(dòng)、動(dòng)靜結(jié)合”的空間環(huán)境。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧空間布局

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的新技術(shù)、新思路、新方法和新舉措，重新思考和規(guī)劃圖書館的內(nèi)部空間和外部空間布局，使圖書館形成“智能感知、互聯(lián)互通（物物相連、人物相連、數(shù)據(jù)貫通）和內(nèi)外融合（內(nèi)部空間與外部空間）的智慧空間布局模式?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的圖書館智慧空間布局如圖1 所示。本研究設(shè)計(jì)和規(guī)劃的圖書館智慧空間布局由物品元素、系統(tǒng)元素、人員元素和設(shè)備元素四種元素組成，并運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的RFID、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能感知技術(shù)和智能互聯(lián)技術(shù)等核心技術(shù)將以上圖書館空間的四種元素連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)四種元素之間的互聯(lián)互通、協(xié)同控制和數(shù)據(jù)共享。其中物品元素由圖書館內(nèi)的智能圖書書架、圖書電子標(biāo)簽和智能圖書閱讀器等實(shí)體物品組成；系統(tǒng)元素由圖書館內(nèi)的智能圖書管理系統(tǒng)、智能業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和智能空間監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等用于空間管理、空間布局的系統(tǒng)組成；人員元素由館員、教師、學(xué)生和社會(huì)人員等圖書館的服務(wù)對(duì)象組成；設(shè)備元素由智能感知設(shè)備、智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和智能導(dǎo)航設(shè)備等用于館內(nèi)空間布局、空間服務(wù)的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備組成。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的圖書館智慧空間布局

圖書館智慧空間的布局思路是通過(guò)智能芯片、傳感器、智慧管理系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D 導(dǎo)航以及RFID 技術(shù)和智能終端等將圖書館內(nèi)的各個(gè)元素有效連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)圖書館建筑空間內(nèi)物體與物體、物體與人、館員與讀者的互聯(lián)互通和信息共享。同時(shí)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的傳感設(shè)備感知、監(jiān)測(cè)讀者的利用行為數(shù)據(jù)、圖書流通數(shù)據(jù)流、書架狀態(tài)、機(jī)房狀態(tài)等。通過(guò)云計(jì)算對(duì)感知獲得的海量行為數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等類型的大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和深度分析，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)回歸分析和處理后得出下一步的控制策略。根據(jù)讀者館內(nèi)閱讀數(shù)據(jù)規(guī)律分析形成圖書館閱讀導(dǎo)讀政策的決策依據(jù)。通過(guò)讀取智能書架上圖書電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)把握?qǐng)D書的借閱情況、閱覽情況和知識(shí)分類情況，為優(yōu)化圖書館紙質(zhì)圖書書架館藏分布、調(diào)整閱覽區(qū)座椅數(shù)量、增加或減少某類圖書復(fù)本量等提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。紙質(zhì)圖書通過(guò)通信終端、控制終端（如開關(guān)、通道、閥門等）給出相應(yīng)的控制對(duì)象的動(dòng)作響應(yīng)，使圖書館在無(wú)館員或者館員較少干預(yù)的前提下實(shí)現(xiàn)智能化空間控制、智能化空間管理和智能化空間調(diào)控。

2 智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)的可行性分析

圖書館的環(huán)境監(jiān)測(cè)是圖書館生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。圖書館室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)方法、手段和工具的智能化、智慧化程度直接關(guān)系著監(jiān)測(cè)的效率和質(zhì)量[5]。在圖書館實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，圖書館管理者更多關(guān)注的是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)帶寬、路由器、交換機(jī)、存儲(chǔ)器、虛擬網(wǎng)絡(luò)空間、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、UPS 和網(wǎng)站等與圖書館運(yùn)行相關(guān)的軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。受管理理念、管理機(jī)制和經(jīng)費(fèi)等因素的影響，僅有少數(shù)圖書館采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)搭建機(jī)房運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、供電環(huán)境和安全環(huán)境，可以通過(guò)智能感應(yīng)設(shè)備、智能供電系統(tǒng)、智能應(yīng)急系統(tǒng)和智能環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書館機(jī)房的安全穩(wěn)定運(yùn)行的全天候動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于圖書館機(jī)房運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)大幅度提高了監(jiān)測(cè)的科學(xué)性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性，能夠使圖書館機(jī)房處于比較安全和穩(wěn)定的物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間。如果環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大、準(zhǔn)確率低將會(huì)影響圖書館業(yè)務(wù)系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的運(yùn)行。

隨著圖書館對(duì)閱覽環(huán)境、機(jī)房環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和空氣環(huán)境的關(guān)注和重視越來(lái)越多[6]，為了最大程度地降低各種環(huán)境中存在的風(fēng)險(xiǎn)，圖書館將尋求更加科學(xué)、更加規(guī)范、更加高效的室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測(cè)手段和系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)為圖書館環(huán)境監(jiān)測(cè)的智能化、智慧化轉(zhuǎn)型提供了可能性[7]。圖書館可以運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)。館內(nèi)的建筑設(shè)施、智能設(shè)備能根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)的環(huán)境變化數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)、靈活、實(shí)時(shí)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。如通過(guò)安裝在館內(nèi)的環(huán)境感應(yīng)設(shè)備獲取溫度、濕度、亮度、空氣質(zhì)量等環(huán)境運(yùn)行數(shù)據(jù)，環(huán)境感應(yīng)設(shè)備獲取到感應(yīng)數(shù)據(jù)后傳遞至物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和智能判斷，經(jīng)過(guò)智能分析后形成下一步行動(dòng)的指令方案，如根據(jù)太陽(yáng)光線智能調(diào)節(jié)閱覽室內(nèi)照明設(shè)備的亮度，根據(jù)閱覽區(qū)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷設(shè)備的控制溫度，根據(jù)空氣中二氧化碳的含量自動(dòng)調(diào)控新風(fēng)系統(tǒng)或者空氣凈化設(shè)備。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備安全環(huán)境監(jiān)測(cè)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于圖書館的設(shè)備安全環(huán)境管理中，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧設(shè)備保障體系。通過(guò)感知設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)圖書館內(nèi)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)、檢索機(jī)、歌德機(jī)和工作機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備的異常狀況并及時(shí)進(jìn)行智能處理。如遇到設(shè)施故障、設(shè)備損壞等情況自動(dòng)觸發(fā)警示器，并將故障信息以及設(shè)備屬性信息發(fā)送至維護(hù)人員進(jìn)行處理。

2.3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的消防安全監(jiān)測(cè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在圖書館的消防工作和安全保障工作也具有很大的應(yīng)用價(jià)值。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的傳感技術(shù)構(gòu)建圖書館智能消防感知預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備報(bào)警、信息錄入、視頻重放、數(shù)據(jù)分析、智能顯示報(bào)警具體位置及消防設(shè)備擺放位置等功能。報(bào)警器的終端系統(tǒng)采取物聯(lián)網(wǎng)的感知傳感技術(shù)，報(bào)警終端系統(tǒng)與報(bào)警接收系統(tǒng)、消防安全工作應(yīng)急系統(tǒng)之間采用無(wú)線通信的方式。因此圖書館智能消防感知預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、系統(tǒng)、全面監(jiān)測(cè)圖書館運(yùn)行的消防安全環(huán)境，一旦發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)情況時(shí)，圖書館內(nèi)安裝的智能傳感器就會(huì)第一時(shí)間自動(dòng)將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至報(bào)警接收器，報(bào)警接收器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，完成自動(dòng)報(bào)警。與此同時(shí)，圖書館智能消防感知預(yù)警系統(tǒng)會(huì)準(zhǔn)確記錄報(bào)警時(shí)間，系統(tǒng)桌面終端會(huì)自動(dòng)顯示報(bào)警的準(zhǔn)確位置、該區(qū)域人員的分布情況、消防設(shè)施在該區(qū)域的位置和最近的消防通道等詳細(xì)信息，能自動(dòng)響應(yīng)并打開應(yīng)急通道、應(yīng)急照明和語(yǔ)音播報(bào)等，協(xié)助圖書館工作人員第一時(shí)間引導(dǎo)讀者有序撤離，保障讀者人身安全和減少圖書館財(cái)產(chǎn)損失。隨著電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和視頻音頻處理技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，圖書館從傳統(tǒng)意義上僅依靠人力的安全保障時(shí)代正在向信息化、智能化安全保障模式過(guò)渡。物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)、傳感技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和3D 實(shí)時(shí)定位及圖像顯示等技術(shù)是圖書館安全保障智能化轉(zhuǎn)型的助推器。傳統(tǒng)意義上的安全保障模式為依靠安保人員有序地在各個(gè)圖書館區(qū)域走動(dòng)巡視，通過(guò)肉眼發(fā)現(xiàn)館內(nèi)的水、電、暖、消防通道、消防設(shè)施和讀者用電等方面的安全隱患。由于缺乏智能化檢測(cè)設(shè)備和工具，總會(huì)出現(xiàn)巡視人員意識(shí)不到或者疏忽的地方，圖書館的消防安全事故時(shí)有發(fā)生，最主要的原因是從安全巡視開始到發(fā)現(xiàn)具體某個(gè)著火點(diǎn)存在較大的時(shí)間差，缺乏對(duì)火災(zāi)事故發(fā)生之前的預(yù)警和火災(zāi)事故發(fā)生中的報(bào)警能力。智能化的安全保障系統(tǒng)可以第一時(shí)間檢測(cè)傳統(tǒng)意義上人視覺上無(wú)法看出的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)用傳感設(shè)備、智能定位系統(tǒng)、智能監(jiān)控設(shè)備和環(huán)境感知設(shè)備全天候檢測(cè)圖書館的安全環(huán)境，最大程度上發(fā)現(xiàn)和規(guī)避各種安全隱患[8]。如根據(jù)智能監(jiān)控設(shè)備可以檢測(cè)閱覽區(qū)的閱覽環(huán)境，出現(xiàn)讀者發(fā)生沖突時(shí)可以第一時(shí)間向工作人員進(jìn)行預(yù)警，提醒其及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)處理，維護(hù)安靜、安全、和諧的閱覽環(huán)境。

3 智能座位管理

3.1 傳統(tǒng)座位管理模式的弊端

圖書館的閱覽區(qū)和自修區(qū)是讀者可以公平、平等利用的公共資源，但有限的學(xué)習(xí)自修空間自然不能滿足每一位讀者[9]。高校圖書館、公共圖書館的座位數(shù)與所服務(wù)讀者總?cè)藬?shù)的比例一般為1 ∶5。在日常狀況下基本可以滿足讀者的座位使用需求，如出現(xiàn)讀者集中利用圖書館閱覽區(qū)的高峰期，或者疫情防控期間圖書館采用“間隔就坐、同向就坐、分散就坐”的防疫措施，則會(huì)出現(xiàn)閱覽區(qū)座椅數(shù)量嚴(yán)重不足的問(wèn)題。特別是在高校圖書館，每逢考試、畢業(yè)期間，圖書館自修區(qū)和閱覽區(qū)就會(huì)出現(xiàn)占座現(xiàn)象，屢禁不止，讀者的無(wú)序占座則會(huì)造成圖書館閱覽空間資源無(wú)法合理利用和座位資源使用秩序的混亂。如果不加以有效引導(dǎo)和合理控制，則會(huì)出現(xiàn)讀者之間為了搶座位而發(fā)生沖突的情況。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的座位管理模式

物聯(lián)網(wǎng)的傳感技術(shù)、定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為圖書館座位的智能化、智慧化和科學(xué)化管理提供了有效的技術(shù)解決方案[10]。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以構(gòu)建智能化、智慧化的座位管理系統(tǒng)。該智能座位管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)館內(nèi)座位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控與智能管理，具體做法為：對(duì)圖書館的所有座位進(jìn)行數(shù)據(jù)字段描述，描述的字段包括具體位置、開放性、專用性、預(yù)約信息、使用時(shí)長(zhǎng)和使用規(guī)定等，將形成的元數(shù)據(jù)或者電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至圖書館智能座位管理系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。與此同時(shí)，為了方便未預(yù)約座位的學(xué)生在館內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)查閱座位的相關(guān)信息，將每一個(gè)座位的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)生成二維碼并嵌入對(duì)應(yīng)座位中，到館的讀者通過(guò)掃描二維碼便可以快速查詢?cè)撟坏念A(yù)約情況、讀者信息、規(guī)定使用時(shí)長(zhǎng)和已使用時(shí)長(zhǎng)等信息。如果該座位尚未被其他讀者預(yù)約或者使用時(shí)間已經(jīng)超過(guò)規(guī)定的時(shí)長(zhǎng)，讀者可以現(xiàn)場(chǎng)提交預(yù)約信息并進(jìn)行使用。如果尚未達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的使用時(shí)長(zhǎng)但讀者需提前結(jié)束使用，讀者則需要掃碼結(jié)束座位使用。如果在已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的使用時(shí)長(zhǎng)之后，仍然需要繼續(xù)使用該座位，讀者需要再次掃碼進(jìn)行座位預(yù)約和使用確認(rèn)。圖書館的座位電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)與實(shí)際利用情況保持高度一致和同步，對(duì)于讀者而言可以通過(guò)智能座位管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程查看圖書館的座位分布以及剩余座位數(shù)量，從而更合理地規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃和閱讀計(jì)劃。對(duì)于座位管理者而言有助于提高圖書館座位的管理效率和使用效率，圖書館可以根據(jù)閱覽區(qū)座位的預(yù)約信息、座位利用量等數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)靈活地調(diào)整書庫(kù)館藏?cái)?shù)量和閱覽區(qū)座椅數(shù)量。按照理想狀態(tài)，圖書館的智能座位管理系統(tǒng)會(huì)處于自我管理、自我更新和自我適應(yīng)的狀態(tài)。但是考慮到讀者的時(shí)間觀念和遵守座位使用規(guī)定的自覺性等復(fù)雜因素的影響，圖書館在設(shè)計(jì)和開發(fā)智能座位管理系統(tǒng)時(shí)需充分考慮引入座位利用行為信譽(yù)分機(jī)制，類似于支付寶系統(tǒng)的“螞蟻積分”，所有讀者在使用智能座位管理系統(tǒng)時(shí)獲得一個(gè)初始積分，如果讀者存在違反圖書館座位管理規(guī)定的行為將會(huì)按照信譽(yù)分機(jī)制對(duì)應(yīng)扣分。座位信譽(yù)分低于最低控制時(shí)將會(huì)限制讀者的座位預(yù)約次數(shù)、縮短座位使用時(shí)長(zhǎng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

空間管理為智慧圖書館建設(shè)體系中的關(guān)鍵因素，基于RFID、GPS、LoRA 和M2M 等關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建全面感知、數(shù)據(jù)交互、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、人物互聯(lián)和虛實(shí)結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)空間網(wǎng)絡(luò)體系，對(duì)智慧圖書館的空間環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、消防安全、讀者數(shù)據(jù)（包含靜態(tài)閱讀傾向和動(dòng)態(tài)行為數(shù)據(jù)）和館藏資源進(jìn)行感知、監(jiān)測(cè)、互聯(lián)，深度挖掘空間環(huán)境中的運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，為優(yōu)化智慧圖書館空間管理提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。