基于情景感知的智慧图书馆服务探析

王 苑 ，徐莉莉

(1.合肥工业大学图书馆，安徽 合肥 230009；2.合肥师范学院图书馆，安徽 合肥 230601)

在泛在知识环境下，作为信息资源的庞大载体，高校图书馆的服务理念、服务模式、服务载体形态应不断创新。随着物联网和云计算技术的日渐成熟，以此技术为支撑的智慧图书馆建设提上日程。

1 智慧图书馆的核心和实现形式

目前，对智慧图书馆的核心表述，着重在感知的智慧化和智慧化的服务模式。相对于传统的数字图书馆来说，智慧图书馆有更透彻的全方位感知功能，有更便捷的互联互通和更人性化、智能化的管理与服务的优势。宏观上，智慧图书馆是建筑智能化在图书馆建设上的体现，是智能建筑与自动化系统图书馆的有机结合；微观上，智慧图书馆是依托物联网技术、云计算和无线网络集成和分析感应数据，完成资源与服务的无缝衔接。在泛在知识环境下，智慧图书馆实现了图书馆用户所追求的5A目标(任何图书馆在任何时间空间为任何用户提供任何服务)。图书馆要在泛在知识环境下寻求长期的可持续化发展，必须以用户的个性化需求为导向，通过感知的智能环境设施及数据传输，依托专业馆员的深层信息数据挖掘和技术分析，构建一个智能化的服务平台，为用户提供多元化、增值型信息服务。按目前的发展前景，智慧图书馆可以呈现为三个维度：

（1）突破时空限制的全方位、高渗透性感知图书馆的环境和变化。情景感知技术源于普适计算的研究，最早是由Schilit于1994年提出的。他将感知的语境分为三类：计算系统环境(包括网络连接、沟通成本、通信宽带)；用户上下文信息（包括人机交互历史，用户概要、位置等）；物理背景信息（包括照明、噪音程度和交通条件等）。

情景感知的过程就是通过传感器的数据采集，识别用户的信息和所处的环境，分析用户的情景信息，并根据需要提供适当的有针对性的业务服务。对于智慧图书馆而言，情景感知技术有更人性化的用户体验方式，为用户提供信息推送服务。

情景信息的感知和获取在于多样化和多类型的物理传感器的数据采集，包括动态传感器、温度传感器、光传感器、频率湿度传感器等，以及通过物联网技术的其他采集终端包括智能手机、电脑、RFID阅读器、红外感应器、蓝牙、GPS定位系统、激光扫描仪等。这种多触点的数据采集，相当于图书馆增添了一层灵敏感应的皮肤表层，可以在图书馆的安全预警、场景管控和日常业务工作方面实现预见性的调控，实现监控和管理一体化的智慧图书馆架构。

（2）畅通高速的信息传输层面，将实时采集到的多源异构的动态信息和数据流，转化为相应的数据格式，通过网络传输到图书馆的数据处理中心。

（3）智能化的管理服务平台。由传感器网络、Internet互联网和网络管理中心、云计算平台等构成智慧图书馆的中枢神经系统，在对情景感知数据进行存储、分析、逻辑计算和智能推理和预测后，获得高级的情景信息，实现图书馆各个系统的连动和反馈运作。智慧图书馆还能通过移动情景感知的自适应机制，动态地调整系统模式，根据预设的规则自动触发相应功能，调用相应服务。

2 目前国内外智慧图书馆的发展现状

目前，基于情景感知的智慧图书馆的服务模式在欧美等发达国家和地区应用较为广泛。其中，射频识别（RFID）技术的应用更为普遍和有成效。自2002年新加坡国立图书馆实行RFID系统以来，全球各地的公共图书馆和高校图书馆采用RFID技术实现了图书的流通、分拣与物流应用，RFID应用已成为图书馆的主流趋势，并以每年30%的速度在递增。截至2013年，我国已有百余家图书馆实现RFID技术的应用，其中高校馆20家，包括集美大学图书馆、合肥工业大学图书馆（以下简称我馆）等。RFID技术在图书馆的应用极大缓解了信息资源获取与人工管理方式之间的矛盾，实现自助借还、自动顺架和盘点、定位查找、安全防盗，使图书馆从自动化向智能化跨越成为可能。

美国卡内基梅隆大学CMU开发和实验的一个基于情景感知的移动服务项目—Campus项目，是在语义Web环境下开发而成的，通过自主发现和访问代理服务器不间断搜集用户信息（包括定位追踪、日程安排、喜好习惯等），针对性地提供情景感知的web服务信息。韩国的LG上南图书馆则通过NFC（Near Field Communication，近距离无线通信技术），实现语音数字图书馆的自动识别和认证。设备只需经过用户手感触摸，通过ID验证后，就自动链接到图书馆的主页面。用户可自行在手机等移动设备上安装NFC阅读器，收听所选的语音图书，或以文本形式下载到手机等终端上。美国伊利诺伊大学香槟分校的Gaia项目，则将计算机系统延伸至环绕各种设备和机器的物理空间，建立一种虚实交互的新型物理空间环境，传统操作系统的功能也会拓展到语境和针对性活动空间的多种功能上。Gaia项目还设计了智能化空间的模型，配备情景感知的现代化设备，包括可编程环绕音响系统、投影仪、网络摄像头、HDTV(高清电视)、IR信标(Beacon)、虹膜扫描仪、X10设备、蓝牙功能、无线以太网、智能手机、射频设备和Ubisense定位技术等。Gaia的目标是用中间件操作系统来管理物理空间中的资源。

3 基于情景感知的智慧图书馆架构设计

基于情景感知的高校图书馆系统构建的宗旨，在于以高校师生的科研和信息需求为导向和驱动，通过对图书馆用户角色的聚类和量化分析，灵敏感知多源异构的动态信息并给出相关反应，为图书馆个性化服务的实现提供有效的技术支撑，实现了高校图书馆以人为本的服务导向(见图1)。

（1）自动感知层。该层是智能图书馆感应外界的“皮肤”表层，通过各种方式和手段包括条形码、电子TAG、红外线、摄像头、各种传感器感应和识别外界事物，随时随地采集、获取信息。一般感知的信息分为三个方面：①对图书的感知。通过RFID系统的电子TAG感应装置来实现，无方向性，无接触式，高效读取是其最大特点；②对到访读者的感知。以读者随身携带的智能手机为信息感知对象，通过接入图书馆局域网的手机定位系统来识别读者的动态和需求；③对图书馆物理环境的感知。前端采用智能传感器控制节点采集各种数据并调节各种被控对象，实现物理环境的可协调性。

图1智慧图书馆设计架构

（2）网络传输层。该层是智能图书馆的“神经中枢”。通过ZIGBEE、WIFI、3G网络接入智能网关，以通信网络为传输载体，实现跨越时空的信息交互和共享，并且将采集和获取到的各种信息数据传输至云端服务器，进行海量数据分析和处理并反馈给控制器，实现智能化的决策和调节。

（3）应用服务层。该层是智能图书馆的实际操作应用，体现在图书馆的业务管理（包括自助借还、自动清点等）和读者的信息推送个性化服务、感知的OPAC系统和图书馆危机管控系统等方面。

4 智慧图书馆的集成功能模块分析

4.1 基于RFID技术的智慧图书馆流通管理

目前，高校图书馆的RFID技术由探索走向实践应用，实现了由传统条形码扫描到电子标签感应的大转变。将RFID技术应用于图书馆可大幅提高图书馆的管理水平与工作效率。RFID技术被认为是构建智慧型图书馆服务的基石。我馆在2013年度实现了南区图书馆的RFID系统构建和数据迁移，运行至今，统计数据表明流通部的图书借阅率提升了15%。在高峰时段，借还书的时间较以往缩短了32%，图书馆的业务工作更加高效。

目前，我馆的藏书量为250.94万册，与之相匹配的使用了UHF的超高频电子标签。它兼具识别距离远、识读率高、抗干扰性强、可扩展性好等特性，读卡距离可达3 m～10m，每秒可读100张卡.电子标签的识别流程如图2所示。

图2 RFID系统响应流程

通过RFID技术的应用，高校图书馆流通管理领域服务品质极大提升，实现了以下多方面的高效服务管理：(1)读者自助借还书。尤其在假期前后的借还高峰期，在图书馆有限的人力资源情况下，自助借还书大大简化了借阅流程，增进流通速率。（2）快速盘点清架。RFID的批量读取标签和无线实时传输数据的特性，使盘点工作真正做到高效、准确，避免图书错架和漏放情况的出现。(3)防盗门禁系统。RFID的EAS(电子防盗)系统将防盗信息存储在电子标签中，通过安全门禁不间断地感应检测标签状态，实现对异常标签的监控，达到防窃目的。

4.2 图书馆环境监测与危机管理

高校图书馆是服务教学科研的信息交汇与共享平台。作为一个人员密集、知识密集和设备设施密集的地方，高校图书馆的环境监测和危害预警尤为重要。

(1)馆藏纸质文献的保护。馆藏纸质文献的保护环境对温度、湿度和光线、灰尘、空气都有一定的要求。目前，在图书文献资料保护方面，利用无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)节点(见图3)采集书库内的温湿度和光照强度等实时数据，通过智能化判断，自动控制通风系统的开关、窗帘的开合等，能保证存书环境的最优化设置。

图3传感器网络体系结构

2011年底，美国国家仪器有限公司(National Instrument，简称NI)与上海交通大学新图书馆合作，构建了国内首个高校图书馆室内环境监测与节能系统。借助NI的无线传感器网络产品自行搭建系统，实现了对该馆三层楼环境整体的三维联动显示模型，通过数据采集和三维建模分析，实现对图书馆空间内温湿度和空气质量的监测以及火灾的预警。

（2）应用环境敏感的安全服务。通过提供安全服务位置感知的传感器，可识别用户的位置、行为和活动。位置感知的传感器可以帮助用户应对危险情况下通过检测人，以确定他们的运动智能空间。如图4所示，假设用户无意识地倒在地板上角落里，图书馆系统通过使用位置感知的传感器和红外传感器收集信息如用户的位置、运动和体温，如果图书馆系统检测到的任何用户卧躺在地板上超过30秒钟后,系统会发送一条信息来紧急提示图书馆工作人员。

图4环境敏感的安全应用服务

(3)支持移动端的OPAC感知系统。为了将图书馆的资源和服务有效进行整合，构建基于移动互联网的智慧图书馆，为读者提供WAP方式的快捷信息服务，越来越多的高校图书馆都致力于移动图书馆的开发和实践。其中，支持手机客户端访问的OPAC(Online Public Access Catalogue，联机公共检索目录 )系统是应用最广泛的服务模式。

我馆的OPAC系统目前已经支持不同操作系统手机通过扫描二维码下载”移动图书馆”客户端，使读者无论在任何地点都可以实现快速查询功能，具有PC机客户端的大部分功能。通过APP访问，可以实现基本字段检索、书目查询、阅读全文、新书预约、图书续借、新书通报、关注等主要功能，还拥有独有的提示书籍阅读期限到期等提醒功能。

智能化的OPAC系统是将自动感知定位功能赋予在传统形式的OPAC系统中，包括图书定位和用户定位。图书定位是通过RFID的定位技术来实现的，通过阅读器获取该层书架上所有书籍的标识信息，包括书目信息和空间位置，上传到数据库服务器，根据需要实时调用；用户定位则通过室外GPS定位和室内WIFI+Zigbee定位的无缝结合技术，来实现对到访读者所携智能手机的感知。当读者通过手机客户端检索到相关图书后，OPAC系统发起图书定位请求，继而利用RFID系统定位图书，获取图书标识后，通过内嵌的移动终端地图系统，即可智能导航到相应的地理存放位置，实现最优化的查找。

5 结语

数字环境造就的智慧图书馆，其所依托的正是基于情景感知信息的多元化和个性化服务方式。作为教育资源和科研信息的发布中心，高校图书馆如何通过技术手段和环境升级，促进用户进行知识重组和构建，营造以人为本的信息环境，并使用户以快捷便利的自然交互的方式获取信息，是值得探讨的课题。

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