智能机器人图书盘点创新实践与思考——以南京大学图书馆为例

樊慧丽 邵 波

（1.南京大学图书馆 南京 210023；2.南京大学信息管理学院 南京 210023）

1 引言

机器人技术的日益成熟和普及，为智慧图书馆的理论研究与实践带来了新的机遇。智能机器人技术越来越多地被应用于图书馆建筑、管理和服务，以实现图书馆的智能化、智慧化和精准化服务。如何高效且经常进行图书盘点，及时更新图书位置信息，准确知道每一本书的位置，是我们需要讨论和解决的问题。将智能机器人技术引入图书盘点管理，能够有效改善图书盘点现状，提高读者找书成功率。

目前，国内外都有学者开展了关于机器人在图书盘点管理方面的理论、技术和应用研究探索，主要涉及两种技术实现方案：机器人与条形码的组合、机器人与RFID技术的结合。已有研究主要为技术方案的理论研究，技术实现的实验和应用研究，鲜有从实证分析的角度，与传统图书盘点实践相比较，对智能机器人在图书盘点方面的应用实践效果进行探讨。

笔者以图书典藏管理技术发展为主线系统回顾图书盘点技术发展历程，以南京大学图书馆图书盘点的创新实践为例，对智能机器人图书盘点进行实证分析，以研究智能机器人在哪些方面，在多大程度上能够改善目前的图书盘点现状，并且探讨智能机器人图书盘点实践工作中的局限以及未来的发展思考。

2 图书盘点技术发展回顾

通过分析图书盘点相关研究文献发现，图书盘点技术的发展演变，与图书典藏管理技术的更迭换代密切相关。以图书典藏管理技术的发展历程为线索，以卡片目录、条形码、RFID标签和机器人技术为主要节点，梳理图书盘点技术的发展脉络。

2.1 传统手工盘点

卡片目录时代，图书的盘点完全依赖手工进行。清点卡片目录能够掌握图书馆藏总体情况，但是无法分析和判断图书的馆藏状态。最典型的情况是，卡片目录与实际馆藏存在出入，比如有书无目或者无书有目。进一步比对卡片目录和实体馆藏，可以发现卡片目录与实际馆藏不符的问题并予以纠正。但是，传统的手工盘点方式相当低效且功能有限。

2.2 条形码图书盘点

条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。20世纪90年代之后,国内图书馆相继引入了自动化管理系统，条形码技术也逐渐开始应用于图书典藏管理。

条形码图书盘点技术，是通过条形码采集设备读取条码信息，并与馆藏记录进行比对实现图书盘点。在以往的图书盘点实践中，图书馆主要通过两种方式进行盘点：①离线采集图书条形码信息，然后批量将图书条码采集信息与馆藏数据库信息比对；②利用图书馆管理系统的图书清点模块在线进行动态盘点。

条形码技术在一定程度上解决了数据录入和数据采集的瓶颈问题。但是，条形码图书盘点是通过条形码采集设备的近距光学识别采集条形码信息，采集之前需要将书翻到条码所在页面，一次只能采集一本图书的信息。数据采集过程中，由于搬书、翻书等操作，很容易导致漏扫、重扫以及架位顺序的混乱。条形码图书盘点能够掌握图书的总体馆藏状况，按照图书状态进行分类汇总分析，但是不能识别判断采集的图书是否在正确的架位。

2.3 RFID图书盘点

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，又称无线射频识别，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，识别系统与特定目标之间无需建立机械或光学接触。RFID技术是一种快速、远距离、非接触式的自动识别技术，作为构建物联网的关键技术越来越受到人们的关注，目前已成功应用于物流管理、电子政务等多个领域。

与条形码相比，RFID标签在标签识别方面具有更加明显的优势。20世纪90年代后期，新加坡国立图书馆开始RFID在图书馆的应用试验，首开RFID技术在图书馆管理领域的应用先河。2006年，深圳图书馆、厦门集美大学等国内图书馆开始研究部署RFID系统。利用RFID技术进行图书盘点，一方面通过将图书的架位信息录入RFID系统，工作人员在日常巡架整架过程中就可以借助手持式阅读器及时发现乱架的图书，便于维持正常的书架秩序；另一方面可以实现馆藏动态盘点，准确获取图书馆藏状态，在一定程度上简化了图书馆的图书盘点管理工作，使得盘点工作更为高效、简单和方便[1-2]。

虽然RFID图书盘点具有非接触，同时扫描多本，识别图书架位，简便等优势，但是在图书盘点过程中，依然需要工作人员手持RFID阅读器逐排扫描书架。

2.4 智能机器人图书盘点

智能机器人，能够通过移动平台和传感器设备实现自主导航、定位和路径规划，且对周围环境具有一定的感知能力。从现有的研究来看，利用机器人技术实现智能化图书盘点的方式主要有两种：①机器人携带条形码阅读器采集图书信息，但需要条形码贴在图书外面，且在机器人可视范围内；②机器人携带RFID（或高频RFID，超高频RFID）阅读器采集图书信息。

2.4.1 机器人+条形码

条形码识别技术和机器人的结合为智能图书盘点提供了一种可能。Thirumurugan J等论证了线跟踪机器人在图书馆盘点系统中的应用，该机器人主要用于查找错架的图书，并且收集书架上所有图书的信息[3]。

机器人通过采集条形码信息来进行图书盘点，需要所有图书垂直摆放，所有图书的条形码是可见的，面向条码阅读器而且在同一个高度。但是，对于大多数图书馆，尤其是国内图书馆而言，条形码都贴在图书里面，机器人无法直接读取条形码信息。因此，对于国内图书馆来说，通过机器人技术与条形码的结合进行图书盘点基本上不具备可行性。

2.4.2 机器人+RFID技术

相比条形码技术，RFID技术与机器人的结合是实现智能图书盘点的更优技术方案。一方面，RFID技术具有快速、远距离、非接触的特性，简化了图书信息的读取；另一方面，RFID技术在精准定位方面具有一定的优势。

Ehrenberg I等进行了一个书架的小规模实验，通过高频RFID技术和移动机器人的结合进行图书盘点管理，不仅能发现错放的图书，而且能识别图书的架位顺序[4]。但是，该实验研究只是在可控的理想书架环境下进行，没有进入真实的图书馆场景。

新加坡A*STAR资讯通信研究院的研究人员设计出了一款AuRoSS（Autonomous Robotic Shelf Scanning System）机器人，利用激光和超声波自主导航，利用超声波传感器让机器人自己检测书架表面，并用它作为参考来规划路径，通过读取RFID标签来报告丢失或错架图书，图书馆工作人员可根据报告单整理相应的图书区域[5]。但是，随着超高频RFID在图书馆领域的广泛应用，将超高频RFID技术和智能机器人进行结合已是大势所趋，实时盘点数据基础之上的创新服务也需要考虑。

国内也有学者从理论研究的角度，探讨RFID技术与图书盘点机器人结合的可能性，并且从技术方案的角度，提出RFID图书盘点智能机器人的结构设计以及关键技术[6]。但是，此项研究未涉及盘点机器人的技术实现和实践应用。

利用机器人进行图书盘点，具有无人值守，非接触、高效等优势，可以突破传统图书盘点方式的瓶颈问题，比如人力、注意力、耐心、时间、设备、成本等，能够使图书盘点工作得到根本性的改善，也让常规化的图书盘点成为可能。已有的关于图书盘点机器人的研究，主要是通过机器人与条形码、RFID或高频RFID的结合来实现图书的智能盘点。就目前图书馆管理技术的发展来看，超高频RFID与智能机器人的组合是进行图书盘点更加可取的技术解决方案。因此，利用超高频RFID技术和智能机器人进行图书盘点创新实践具有重要的理论研究和应用价值。

3 南京大学智能机器人图书盘点创新实践

南京大学图书馆历史上曾进行过多次图书盘点，或因为大规模的图书搬迁，或因为小范围的馆藏地变更，或因为政策性的图书资产清查。2016年，财政部发布《关于开展工2016年全国行政事业单位国有资产清查工作的通知》，南京大学图书馆根据学校固定资产清查工作的统一部署，在暑假期间进行了鼓楼和仙林两个校区开放阅览区域图书的盘点工作。

现有的条件下，通过传统方式进行大规模的图书盘点还只能依赖人海战术。2016年的图书盘点采用闭馆的方式，动员全馆100多名馆员在5天之内对90多万册开架阅览图书进行盘点，条例码数据采集设备包括条码采集器和条码扫描枪。

览于传统图书盘点方式费时、耗力、低效、难以常态化等不足，以及图书馆管理服务中常见的用户抱怨——“找不到书”，南京大学通过馆系合作的方式自主研发了基于超高频RFID技术的智能图书盘点机器人系统[7]，实现图书盘点工作的智能化和常态化。

3.1 基于超高频RFID技术的智能机器人图书盘点

3.1.1 超高频RFID的环境部署

在超高频RFID技术发展的初始阶段，学术界曾对高频RFID和超高频RFID孰优孰劣的问题进行过热烈的讨论。然而，随着技术的日益成熟，相比高频RFID而言，超高频RFID具有更明显的优势。香港城市大学的研究表明，超高频RFID在标签读取速率、多标签检测、标签检测方向、自助借还机器的读取范围、防冲突等方面都优于高频RFID[8]。

对于智能图书盘点而言，超高频RFID技术与智能机器人的结合是一个更加可取的技术方案。南京大学自主研发了超高频RFID技术，可实现图书典藏粒度到每一本书，可以获取每一层图书的排列顺序。在图书馆真实环境部署超高频RFID，对杜厦图书馆外文阅览室的图书进行超高频RFID标签转换，将RFID标签嵌入图书中，便于盘点机器人对图书信息的准确读取和图书的准确定位。

3.1.2 智能图书盘点机器人的工作模式[9-10]

2.开展系列活动。高职院校应通过开展系列活动，如在师德和业绩上开展评优评先活动，发挥优秀教师的先锋模范作用，使高职教师树立正确的价值观、教育观、职业观，将行业和企业的团结合作精神带入学校，培养教师忠于职守［6］、爱校爱岗和无私奉献的精神。同时，还可以让教师组织各类创客空间，引导学生不断创新，提高自身的创新创业能力，满足“双创”时代的需求，促进科研成果的转化。

在导航定位方面，智能图书盘点机器人利用激光导航传感器实现更加精确的定位导航，不需要改变现有的图书馆环境。激光导航传感器通过发射和接受激光脉冲信号进行测距与定位，确定机器人的具体位置。智能图书盘点机器人借助激光导航传感器进行定位并自动规划最优路径，从当前位置出发遍历需要进行图书盘点的书架，在行进过程中完成图书盘点任务。

在图书盘点方面，智能图书盘点机器人通过可升降超高频RFID读写天线逐排逐层读取书架上的图书RFID标签信息，包括图书RFID标签的EPC号，RSSI值，读取时间t。当机器人经过一个书架时，通过可控式升降装置和安装在该装置两端的RFID天线同时盘点两层图书，作业完成后升降装置将自动升高（或降低）一个单位距离继续下一个盘点作业，循环往复直到完成所有盘点任务。

在图书定位方面，对图书盘点读取到的数据进行清洗，建立训练模型，根据模型识别每个图书RFID标签的位置顺序，以此对图书进行排序定位。利用RFID标签信号的RSSI值能够将图书盘点的精度精确到每本书在一层书架中的顺序，方便图书馆馆员和读者查找图书。

在盘点时间方面，智能图书盘点机器人不仅能够在白天进行图书盘点，夜间也可工作。智能机器人续航时间长达9小时，盘点过程中当电量不足时能够自主充电，突破了传统图书盘点在时间方面的局限。

3.1.3 智能机器人的图书盘点实践效果

智能图书盘点机器人历经数次迭代升级，在系统功能、结构设计、运行性能、外观设计等方面都日臻完善，特别是在图书的定位精度和读取率方面。目前，在定位精度达到97%，漏读率不超过1%的情况下，按照每次扫描两层书架的工作模式，1台智能盘点机器人每小时可以读取1万册图书的信息。智能图书盘点机器人可以实时更新图书位置信息，便于读者通过查询系统准确知道所需书籍的架位，提高找书成功率，而且在数据分析之后会生成丢失或错架图书的报告清单，方便管理人员后期进行图书整理。利用智能机器人和超高频RFID技术不仅实现了无人值守的高精度图书盘点，而且在一定程度上颠覆了原有的严格按照索书号顺序寻书的模式。

3.2 智能机器人盘点图书的优势

南京大学图书馆的智能图书盘点实践表明：与传统图书盘点方式相比较，智能机器人图书盘点在盘点成本、盘点效率和准确率、盘点工作的常态化、创新服务等方面都具有一定的优势。

成本。虽然智能图书盘点机器人需要初始的部署成本投入，但在成本效益方面比传统图书盘点方式更具有优势。2016年10月，北京中医药大学图书资产清查项目的招标成交金额为18.9万元，清查项目为13万册左右期刊，95万册左右图书[11]。2016年暑假，南京大学图书馆对90多万册图书进行了盘点，若计算人工费用，盘点成本也是相当可观。最关键的是，传统图书盘点的成本支出都是一次性的，每执行一次盘点都需要投入相应的成本。智能图书盘点机器人的部署成本投入不是一次性，而是会持续发挥效益。从长远来看，智能机器人图书盘点在成本方面更具优势。

盘点效率与准确率。以南京大学图书馆图书盘点为例，100多名馆员参与，5天时间完成90多万册图书盘点。由于盘点工作强度大，工作人员连续工作时间不能很长。新西兰大学图书馆为了保证盘点的准确率，要求参与图书盘点的都是熟练的工作人员，而且每次盘点最多持续1小时，以保持正常的注意力和专注度[12]。但是，智能图书盘点机器人平均每小时盘点1万册，除了充电以外不需要休息，1台机器人在相同的时间几乎可以完成同等的工作量。在图书盘点过程中，不管是图书馆馆员，还是外包公司人员，都容易受到体力、耐心和注意力的影响，从而导致盘点准确率和效率的下降。而机器人不会受这些因素干扰，会不知疲倦且高效地进行图书盘点。

盘点工作的常态化。传统盘点模式下，图书馆图书盘点工作的常态化很难实现,鲜有图书馆定期进行常规性的图书盘点，通常都是需要在闭馆条件下进行。不像传统的人工盘点那样需要人海战术，智能机器人可以自主导航，自主充电，图书盘点过程不需要人工干预，不会影响正常的读者服务。智能机器人图书盘点，可以实现图书盘点的常态化，且不影响图书馆的正常开放。

创新服务。通过智能机器人进行图书盘点，能够准确知道每一本书的位置。利用实时盘点数据，智能图书盘点机器人可以为读者提供智能寻书服务，通过超高频RFID定位能够规划最优路径，引导读者或馆员找书。相关的手机APP、微信公众平台投入使用之后，也会帮助读者规划最短的找书路径。

3.3 智能机器人盘点图书的不足

尽管智能机器人图书盘点具有无人值守、高效等优势，能够实时更新图书位置信息，告知读者所需图书在书架的哪一层以及在该层的第几本，甚至能提供智能寻书等创新服务，但是目前的智能机器人图书盘点在以下两个方面仍然存在一定的局限。

与馆员互动协作尚存一定差距。以南京大学智能图书盘点机器人为例，虽然目前的盘点模式能够有效提高读者找书成功率，但是从长远来看，书架依然需要维持正常的秩序。因此，智能图书盘点机器人除了提供数据分析报告外，还需要考虑工作过程中与馆员的互动交流与协作。目前，一线馆员比较难以掌握机器人的具体操作，与盘点机器人的互动协作需要依赖技术馆员。

图书馆开放区域的机器人图书盘点。目前，智能图书盘点机器人虽然已经应用于图书馆真实场景，但工作范围还只是在固定的图书馆区域，在全馆范围内甚至更加开放的区域投入应用，尚不能很好地适应沙发、桌椅等家具位置变动带来的环境复杂性，同时在定位精度和漏读率等方面还面临一些挑战，需要进一步改进机器人的机械装置和系统性能。

4 总结与思考

南京大学智能图书盘点机器人的实践创新，是一个从理论研究到应用实践探索，再到研究成果产品化的渐进成熟过程。通过馆系合作的模式，能够使机器人的研发更加贴近实际应用需求，有利于促进科研成果的转化，推动机器人技术在图书馆管理与服务中的广泛应用。智能图书盘点机器人历经了最初的原型、1代、2代、直到2017年5月发布的第3代这样一个迭代升级的过程，逐步完善机器人系统功能、运行性能、外观设计、续航能力以及噪音控制等。

基于超高频RFID技术的智能图书盘点机器人是南京大学智慧图书馆二期的重要组成部分。一方面，智能图书盘点机器人能够高效、动态、实时盘点图书，准确知道每一本书的准确位置，提高读者找书成功率；另一方面，更加重要的是，利用实时盘点数据能够为读者提供精准的智能寻书服务。

笔者以南京大学图书馆的智能图书盘点创新实践为例，主要对智能机器人图书盘点的实践效果进行分析研究与思考，没有深入涉及智能图书盘点机器人管理系统的其他创新服务。智能机器人图书盘点在成本、盘点效率和准确率、盘点工作常态化、创新服务等方面比传统图书盘点更具优势，但是在与馆员的互动协作、图书馆复杂动态环境的适应方面依然面临一些挑战。

随着智能机器人技术和超高频RFID技术的成熟与应用，智能、动态、实时盘点将是图书盘点的一个必然趋势。在未来，智能机器人图书盘点研究实践需要思考以下三个方面：

图书盘点机器人移动速度和盘点准确率的平衡。当机器人在更大区域范围工作时，盘点速度和准确率必然会受到更大的挑战。如何把握机器人移动速度和盘点准确率之间的最佳平衡点，如何更加高效且准确地进行图书盘点，在技术层面和实践层面都还需要进一步的探索和实践。

人工智能与盘点机器人的结合。一方面，人与机器在同一工作环境中和谐相处，盘点机器人可以与馆员和读者进行社交互动；另一方面，让机器人分身有术，夜间进行图书盘点，白天变身服务机器人面向读者提供智能咨询、智能寻书等服务，甚至可以通过语音解析读者请求帮助找书。

对图书馆原有典藏模式和寻书模式的颠覆。传统的图书管理模式下，管理和寻找图书主要有两种模式：索书号模式与流水号模式。这两种模式都需要严格按照一定的顺序来管理和寻找图书，将智能机器人应用于图书盘点，能够实时获取图书的准确架位信息，只要书在书架上就能够找得到，而索书号或流水号对于查找图书不再那么重要。从长远来看，智能机器人图书盘点在一定程度上可能会颠覆原有的图书管理和寻书模式。

（来稿时间：2017年10月）