三维智慧图书馆的设计和实现——以宝山图书馆为例

曹　轶（上海市宝山区图书馆）



三维智慧图书馆的设计和实现——以宝山图书馆为例

曹轶
（上海市宝山区图书馆）

摘要：随着对数据管理、隐私保护、数据分析、开放共享的重视，RFID、CSS、人脸识别等信息技术对图书馆的创新驱动及转型发展起到了至关重要的作用，打造新时代三维智慧图书馆已成为主流趋势。本文介绍了智慧图书馆的相关概念，以宝山图书馆为例提出了三维智慧图书馆的结构特点、设计思路和系统框架，并提出了实施过程中遇到的问题。

关键词：智慧图书馆；RIFD；CSS；人脸识别；智能终端

随着RFID、CSS、人脸识别等信息技术的深入发展，数据的管理、隐私保护、数据分析、开放共享等方面也对图书馆的创新驱动转型发展起到了至关重要的作用，将信息技术的运用提升到战略高度，打造新信息技术时代的立体互联、360°全方位感知、智慧服务这三个维度的三维智慧图书馆已成为主流趋势。智慧图书馆的特征主要包括互联、感知、泛在，而且管理服务交流等各方面实现智慧化。［1］

1　智慧图书馆的概念

芬兰奥卢大学图书馆的AittolaM首次提出智慧图书馆（Smart Library）的概念，指出Smart Library是一个不受空间限制、可被感知的移动图书馆服务，它可以帮助用户找到所需图书和相关资料。［2］Miller MC等学者指出智慧图书馆是指运用大量软件质量工程（Software Quality Engineering）的实践，力图使用户和开发人员避免犯各类错误，包括使用配置安装中的错误以及因应用程度的变化而导致的绩效下降或死锁等方面的错误。［3］笔者认为智慧图书馆是利用云计算、物联网、大数据等新一代信息技术对数据的管理、保护、分析、共享，利用CSS、WIFI、人脸识别等信息和感应技术，形成新一代读者和图书馆系统信息精准交互的可持续化发展的移动图书馆。

2　宝山智慧图书馆结构特点、设计思路与系统框架

通过对宝山智慧图书馆（Baoshan Smart Library简称BSSL）的探索和研究，旨在建立一个可以推广、拓展的三维智慧图书馆原型模型和系统框架，为读者和馆员带来基于大数据、CSS无线定位、RFID技术等新时代信息通信技术和人脸识别、温湿度感应器等感应技术的新一代智慧图书馆的体验模式。

2.1BSSL的结构特点

BSSL三维智慧图书馆具有立体互联、360°全方位感知、智慧服务这三个维度。其中，立体互联、全面感知是技术基础，智慧服务是管理基础。

⑴立体互联。立体互联就是讲书、人、物相互联系起来，形成书书、人书、书物、人人、人物、物物互联的立体互联网络。

书书互联是将各个部门及各馆的印刷型、数字型、网络型等文献进行整合实现集群管理。将各类文献之间建立起跨系统应用集成、跨部门信息共享、跨库网转换互通、跨媒体深度融合、跨馆际物流速递的服务与管理新形态。［4］

人书互联是指：人的想法问题可以通过视频、声音或者交互动画瞬间在“书本”①这里的书指的是一种有交互式功能的综合电子和纸张的书，可以通过WIFI，Harold Bluetooth连接到互联网，并通过链接查看书中的术语在Wikipedia上的条目，可以播放音乐、视屏等多媒体资料。上得到反馈，从而达到互动的目的。书物互联是指通过射频识别技术（RFID）、传感器技术、智能嵌入技术、全球定位系统激光扫描器等信息设备，将书同装有智能芯片的固定读写机、智能桌椅、智能安全门、自助借还机等智能化设备相联系。

人人互联包括读者和读者互联，读者与馆员互联，馆员和馆员互联，是一种以人际关系为导向的人际互联网。可以更好地整合每个人的知识储备，形成网状的咨询平台，达到知识共享的目的。

人物互联指的是将读者、馆员的智能可穿戴物同自动预定选座系统、自动导航系统等图书馆设备，形成智慧服务的管理体系。利用可穿戴技术的信息处理技术，即信息反馈报警功能，以及人机交互功能和人体感知功能实现对弱势群体的帮助和公平服务。［5］

物物互联顾名思义就是讲各种图书馆终端设备和读者、馆员的私人智能终端如智能手机、IPAD、手提电脑等相连，达到立体互动的目的。

（2）360°全方位感知。智慧图书馆通过4G网络、物联网、大数据等信息技术将手机、电脑、射频识别装置、人脸识别、红外感应器、全球定位系统等感知设备对书和各种虚拟资源进行感知和传输，对用户需求进行分析和管理，对于图书馆运营状态进行测量和调整，从而达到360°全方位感知。

（3）智慧服务。智慧图书馆经过对数据的分析和处理之后为读者和馆员提供在任何时间、任何地点、任何距离的以智慧为内容和方式的服务，从而满足读者和馆员的深层次需求。

2.2BSSL的设计思路

（1）用三维条形码和RFID来共同感知和定位图书。三维条形码是新一代条形码，有自动识读以实现信息自动处理、信息量大、无辐射的特点，用于少儿类图书定位。RFID定位其他类别图书。可以通过工业级PDA（Personal Digital Assistant）多功能手持盘点机（可以同时支持RFID读写和条码扫描功能）共同扫描。［6］

（2）利用CSS、WIFI等无线通信技术定位读者和设备。通过读者携带的智能用户终端、可穿戴智能设备如手机、谷歌眼镜（Google Project Glass）、智能电脑和CSS、WIFI相连接定位读者以便提供最终的智慧服务。

（3）利用人脸识别技术、温湿度感应器提高基藏、古籍、机房等基地的安全性和舒适度，从而提高智慧图书馆的整体竞争力。

（4）在功能上使用GPS书目自动传递、书目自动清点上架、系统导航、自动订座、馆员自动识别等新一代技术。

（5）利用云计算处理超容量信息，为用户端提供动态易扩展的虚拟化资源。

（6）本系统需要尽量与原先的技术做到无缝对接，并预留升级接口。

2.3BSSL的系统架构

通过对智慧图书馆需求分析和构架规划，BSSL的系统构架分为感知控制层、数据处理层、网络传输层和应用服务层（见图）。

图　BSSL系统架构

（1）感知控制层。各种类型的传感器组成网络，形成智能化的自我协同、自我定位，从而获取物理世界中发生的物理事件和数据信息。其中，用来感知物的有三维条形码、RFID标签、温湿度感应器。感知人的有人脸识别器、智能用户终端。定位的有CSS定位系统、GPS导航系统、WIFI定位器、RFID读写器和PDA多功能手持盘点机。

三维条码：通过条形码在空宽度变化、条空颜色变化和纵向排列表示信息，能在有限的几何空间内表示更多的书目信息。［7］贴有RFID技术标签的设备在书、设备上可以很好地进行大规模数据采集，并且具有简便易行的特点，可以实现从“精细管理”到“集约管理”的转变，从而极大地提高数据采集效率。

温湿度感应器：用于对古籍、基藏等珍贵资料库房的温湿度感应。通过感应端感应干湿度和CSS定位系统进行定位接收，在云端给出计算识别温度，自动调节温度，避免因为高温湿热对纸张造成酸性渐变，降低保护的难度。

人脸识别器：人脸识别技术可以运用到机房、基库等重要通道上，可以更好地提供安全。当使用者进入门禁系统检测范围时，系统会自动获取使用者的身份信息以确定其是否为合法用户，同时启动摄像机获取人脸图像并实施人脸认证，还可以记录进出人员信息并对非法入侵者发出报警信号，防止读者误入馆藏、机房等重要场所。［8］

智能用户终端：对读者的感知是以智能用户终端实现的，通过CSS、WIFI等无线定位技术对读者定位感知。

CSS定位系统: CSS技术的无线传感网定位系统将参考节点固定在网络内。［9］标签在RFID应用中是最基础也是最重要的部分。［10］读者、馆员将携带移动节点作为标签节点进行活动。在活动过程中，移动节点和参考节点之间进行通信，并确定相隔距离,然后再通过网关传送到图书馆私有云处进行计算,最终实现定位功能。标签点必须进行统一的管理避免碰撞的发生，且该管理算法必须保证整个系统的平等性与高效性。CSS定位系统克服了大规模局域网中GPS在室内由于建筑物阻挡而导致定位精度下降的问题。

GPS导航系统：用于A馆到B馆图书交互时进行的精准定位，以减少路途偏移而导致的时间延迟，从而让全球书库立体互联成为可能。

WIFI无线定位：作为CSS定位的补充，小范围内使用。

RFID读写器和手持终端：RFID读写器由射频天线、收发器、控制单元和应用系统这四个模块组成，用来接收和发射RFID信号。

PDA多功能盘点机：有扫描三维码和RFID芯片的功能，传送给云端进行计算和处理。

（2）数据处理层。智慧图书馆数据来源众多，数据格式、编码、类型和特征均存在差异，海量的数据资源呈现出分布式、异构化、多样化的特征。［11］利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术和能力超级强大的中心计算机组群，对CSS传输的数据、人脸识别的数据、RFID传输的数据进行分析和计算，并对少量的跨地域、跨部门的GPS信息数据进行分析和整合，最终达到智能化决策和控制的目的。

（3）网络传输层。它是根据应用需求来传递独立于通信子网的、可靠、透明的数据传输服务，也是将来自数据处理层已经处理好的各类信息通过4G、互联网、M2M（Machine to Machine）等传输到应用服务层，达到网络互连传输的目的。

（4）应用服务层。在这一层中我们实现了联机公共目录查询系统（Online Public Access Catalogue，简称OPAC）、GPS书目自动传递、书目自动清点上架、系统导航、自动订座、馆员自动识别等功能。

3　智慧图书馆在实施过程中可能遇到的问题

BSSL体系已经在模拟测试过程中，虽然它在这个阶段遇到了技术上，标准上的一些困难，但是智慧图书馆已经成为图书馆行业的主流趋势。对于一个新兴出现的事物，在它的变化和发展过程中还有很多地方需要我们不断完善和加强。

（1）技术的应用和后期维护。在智慧图书馆中需要运用到三维条形码技术、CSS无线定位技术、云计算、大数据统计等技术，这些是一些站在科技前沿的技术，技术人才还比较少。智慧图书馆体系中的技术与知识管理和服务等多个智慧型目标的实现都离不开人的智慧参与。［12］因此，在智慧图书馆的应用和发展过程中可能会出现人才短缺的现象，并且后期的维护也比较困难。这些新技术的运用也对馆员提出了一定的要求，需要馆员在实践过程中不断加强学习提高技能。

（2）标准化体系的建立和对接。目前，智慧图书馆甚至智慧体系都尚未有明确的规范，其标准化建立还是个比较漫长的过程，这也导致部分地方图书馆、部分供应设备的厂商有自己独立的标准，难免会遇到接口不对应、标准重叠的问题。如何预留未来升级的接口，如何与其他馆对接也成为当下急待解决的难题。

（3）数据的安全问题。如今，大数据、云计算、物联网等新兴技术的使用将促进数字图书馆运行模式和服务方式发生深刻变化。这个过程中带来了数据安全问题。［13］作为信息系统的核心和基础，数据库中数据的安全性显得尤为重要。在对智慧图书馆的数据深度挖掘和传递的同时，如何保障数据的安全，如何保障读者的隐私也成为值得我们关注的问题。

智慧图书馆是利用RFID、CSS、人脸识别等信息技术对图书馆进行创新转型，在以图书馆核心价值及基本职能为主的前提下，进行技术上的升级，防止以下几种智慧缺失，如，“根基不稳”、“价值偏离”、“急功近利”等，［14］从而打造新一代读者个性化的智慧图书馆。智慧图书馆发展是图书馆从技术智能到行业智慧的变革，本质是图书馆服务的深刻变化。宝山智慧图书馆的探索和研究及扎实推进智慧图书馆建设，为新一代智慧图书馆开启了探索模式。

［参考文献］

［1］刘煦赞．我国智慧图书馆研究述评与思考［J］.图书馆理论与实践，2015（5）：32－36.

［2］AittolaM，et al.SmartLibrary：Location-Aware MobileLibraryService［J］．International Symposiumonuman Computer Interactionwith Mobile Devices and Services，2003（5）：411－415.

［3］Miller MC，etal．Smart Libraries：Best SQEPractices for Libraries with an Em-phasis on ScientificComputing ［EB/OL］.［2011－11－15］．https://e-reports-extllnl.gov/pdf/314914.Pdf.

［4］王世伟．未来图书馆的新模式——智慧图书馆［J］.图书馆建设，2011（12）：1－6.

［5］刘喜球，王灿荣．可穿戴技术：构建智慧图书馆的助推器［J］.图书馆论坛，2015（6）：105－108.

［6］手持PDA．百度百科［EB/OL］.［2015－07－22］.http://baike.baidu.com/item/%E6%89%8B%E6%8C% 81PDA

［7］刘宁钟，杨静宇．三维条码的编码理论和设计［J］．计算机学报，2007，30（4）：686－692.

［8］李勇．基于RFID与人脸识别技术的智能门禁系统研究与设计［D］.重庆：重庆大学，2009：3－4.

［9］Winkler M R．Chirp signals for communication［C］.IEEE WESCON Convention Record．Los Angeles，California，USA：1962.

［10］陈嘉懿.智慧图书馆的构建之道——浅谈高校图书馆RFID技术应用新思路［J］.大学图书馆学报，2013（1）：54－58.

［11］陈远，许亮．面向用户泛在智慧服务的智慧图书馆构建［J］.图书馆杂志，2015（8）：4－9.

［12］骆嘉．智慧型图书馆与智慧城市协作共建模式探析［J］.图书馆工作与研究，2014（12）：9－12.

［13］程风刚．基于云计算的数据安全风险及防范策略［J］．图书馆学研究，2014（2）：15－18

［14］李燕波．国内智慧图书馆研究中的“不智慧”［J］．国家图书馆学刊，2014（1）：63－68.

The Design and Implementation of Three Dimensional Smart Library——Taking Baoshan Library as Example

Cao Yi

Abstract:Much attention has been paid to data management, privacy protection, data analysis, data sharing and openness recently, which led to absolutely critical roles of the technologies such as RFID, CSS, face recognition and so on for public libraries during innovation and development.Three dimensional smart library has become a mainstream trend as a result of applying information technologies to a strategic level.Firstly, the article introduces the concepts of smart library.Secondly, it describes the characteristics of structure, some design ideas and the system framework of three dimensional BSSL smart library.Finally, it puts forward some problems that were metduring implementation.

Keywords:Smart Library; RIFD; CSS;Face Recognition; Intelligent Terminal

［收稿日期］2015－10－18［责任编辑］菊秋芳

［作者简介］曹轶（1984－），女，硕士，上海市宝山区图书馆工程师，研究方向：智慧图书馆。

中图分类号：G250.76；G258.22

文献标志码：B

文章编号：1005－8214（2016）02－0089－04