智慧图书馆关键技术分析

牛莉侠

(陕西国防工业职业技术学院 档案室, 西安 710300)

0 引言

智慧图书馆的产生需要借助科技技术的发展和运用，智慧图书馆实践发展的脉络如下：2003年到2004年，澳大利亚、芬兰、加拿大等国的图书馆界也积极地投入到对智慧图书馆的研巧，美国图书馆协会也在杂志中设立专栏时时关注智慧图书馆最新的研究动态；2009年8月，温家宝总理提出了与此相关的提议，即“尽快建立中国的传感信息中心”。在物联网技术、云计算技术、大数据技术发展极具前景的整体环境之下，我国的智慧图书馆建设也开始了实践热潮，众多学者对其进行了研究。

1 传统图书馆面临的严峻挑战及智慧图书馆优势分析

1.1 传统图书馆面临的严峻挑战

随着社会的发展和变迁及信息技术的变革，尤其是近些年来云计算技术、移动互联网技术、物联网技术及大数据技术的不断成熟和应用，图书馆也面临着严峻的挑战。具体如下：

一是，电子资源对纸质资源的冲击越来越大，由于传统的图书馆存在必须实物借还、信息处理效率低及检索困难等问题，导致图书馆纸质资源的吸引力减弱，而电子资源的应用率逐渐升高，纸质资源阻滞了传统图书馆的发展。

二是，传统图书馆的服务缺乏个性化。在知识经济的今天，受众对各种知识信息提出了越来越复杂的要求，在获得需要的信息资源的同时，还希望满足自己的独特需求，提升图书馆服务的个性化、专业化和人性化水平，但是当前传统图书馆不能实现这一目标。

三是，资源管理方式落后。图书馆采用传统的计算机加磁条等技术手段对图书馆进行管理，容易出现信息处理效率低、数据采集不完整、人工成本费用高昂等问题[1]。

1.2 智慧图书馆优势分析

智慧图书馆是一个无人值守并由读者自助借还书的自助阅览室，这是一种新型智能图书馆，集联网技术，云计算技术，互联网通信技术，远程监控技术等为一体的24小时自助服务平台。该平台通过网络通讯与云计算技术，可与市、区、学校图书馆之前进行馆藏资源共享，信息交互，通过自助的方式享受借书、还书、阅读、办证，续借、预约等自助服务。通过智能安防技术，提供安全保障，智慧图书馆也给读者们创造了一个优雅，安静的阅读氛围。

芬兰奥卢大学图书馆的学者提出，“智慧图书馆”(smart library)是一种基于位置感知的移动图书馆服务，这种服务能帮助读者从图书馆找到他们所需要的书籍和其他资料；北京邮电大学董晓霞等人认为：智能图书馆是利用物联网等感知技术让图书馆的建筑环境、资产设备、文献资源及读者等主要构成因素能够“说话”，即能够实时主动地获取相关感知数据，并在对感知数据分析和处理的基础上，为图书馆工作人员提供一个智能化的管理平台，为读者提供一个无处不在的智能化的服务环境。河北大学刘丽斌认为:智慧图书馆是数字图书馆的延续和发展，是通过物联网为用户提供智慧化服务和管理的一种数字图书馆的高级发展形态。智慧图书馆由人、资源、空间三要素构成，以技术为基础，以服务为灵魂。智慧图书馆具有以下优势：

1) 开放性，包含了丰富的电子资源。系统化，智慧图书馆的数据中心存储了大量的数据，任何时间和地方都可获得信息服务，为学校、图书馆和外部世界提供一个相互感知和交流的接口，这个开放的系统包含丰富的电子信息资源。

2) 个性化，服务水平不断提高。智慧图书馆可以根据用户当前的学习、研究、工作内容主动推送相关信息，实现个性化服务。

3) 智慧化，资源管理方式先进。智慧图书馆应用最为先进的虚拟化云计算技术、物联网技术等，可以实现用户的自助借阅服务，加强了图书管理的安全监控和图书保存条件的自动监测，通过各种专用的传感节点采集各类信息，数据采集完整，采集的数据通过智慧图书馆后端的信息综合处理系统进行处理，提高了信息的处理效率，实现对图书馆管理过程的智能化控制。智能盘点、图书精准定位很好的解决了馆员以往盘点工作量大、图书乱错架的整理等问题[2-3]。

通过上述分析可知，当前传统图书馆面临的问题应用智慧图书馆可以解决，因此，大力推进智慧图书馆的建设，加强智慧图书馆的研究势在必行。

2 智慧图书馆

2.1 硬件组成

智慧图书馆具有广泛的互联互通、高度的智能化、全面的智慧化、可持续的绿色发展的特点，具有以下功能：

(1) 书籍位置的实时查询；

(2) 无人化借书还书；

(3) 书籍所在书架错误提醒；

(4) 新书扫描条形码即可快速录入数据库；

(5) 在架书籍基本信息快速查询；

(6) 一个快速可靠的图书馆数据库；

(7) 一个使用方便，功能齐全的图书馆网站，可以实现读者注册、登录、用户信息编辑与查询、馆藏书籍查询、书籍逾期未归还提醒等功能；

(8) 感知图书馆环境，温度、烟尘传感器等采集相关信息。

2.2 系统架构

智慧图书馆的系统架构如图1所示。

基础层是保障智慧图书馆运行所必需的设备(自助借还机、移动还书箱、综合导航检索平台)、服务器、数据库系统以及通信网络等软硬件。

感知层是智慧图书馆系统的五官和皮肤，负责进行环境感知，采集提供智慧管理所需的各类基础数据，包括温湿度感知、烟尘感知以及提供资源定位的便携盘点设备、智能书架、RFID标签、RFID安全门、监控摄像头等。

图1 智慧图书馆的系统架构

数据层是智慧图书馆运行的“血液”，包括各类结构化、非结构化的馆藏大数据，以资源目录为主的外馆大数据，包含环境数据和用户数据的管理大数据。

平台层是为智慧图书馆各类应用提供基础支撑的保障系统，包括统一用户认证、统一权限控制和统一安全管理的基础服务平台，信息共享、数据交换和应用整合的交换共享平台，数据中心管理、内容管理和门户管理的支撑管理平台。

应用层是承载各项应用的系统，它提供智慧图书馆各类业务的管理、维护和操作，包括智慧感知、智慧推荐、泛在图书馆、智慧集群服务、智慧反馈交互等。

服务层是通过互联网门户网站、移动端App等途径，面向读者、馆员等提供各类专业服务，满足各类型用户对象的需求。

3 智慧图书馆关键技术

3.1 感知识别层技术

智慧图书馆中应用的信息采集技术主要包括RFID技术、传感器技术，这些都属于物联网信息采集技术的范畴，具体论述如下。

3.1.1 传感器技术

当前应用在智慧图书馆感知层的传感器主要包括化学传感器、气敏传感器、声敏传感器、温湿度传感器等，以温湿度传感器为例对其应用进行分析。

温湿度监控管理具体的功能：

温湿度阈值设置：设置智慧图书馆室内温湿度数据采集报警阈值，根据采集的信息判定是否加热或除湿。

温湿度数据采集：采集智慧图书馆室内温湿度数据；

温湿度数据记录：记录智慧图书馆室内温湿度数据、曲线图。具体的应用流程如图2。

图2 温湿度传感器应用流程

3.1.2 RFID技术

(1) 图书定位

通过对馆内图书、设备、建筑等嵌入RFID芯片，就可以减少人工干预，实时监管图书馆内的各项工作，如自助借还服务、图书定位、自动盘点等[4-5]。

在图书和书架上分别贴上 RFID标签，在每个书架上安装一台 RFID读写设备 。图书定位的机理是书架上的 FRID读写器获取到该架上的所有图书的标识信息，上传到数据库服务器，当用户检索到相关图书时，即可根据图书标识得知图书的地理存放位置。关键代码如下:

#纬度

#经度

#书架所在楼层

#所在书架的行号

#所在书架的列号

#指示书架的哪一侧

#指示是否是实时位置信息

(2) 自动盘点

盘点的工作流程是阅读器发射频段信号后，RFID电子标签接收信号并通过天线把标签内存储信息反馈给阅读器，阅读器上显示出各图书所在位置以及该频段内现有的图书总量。在阅读器接收到反馈信息后，需要对发生位置变化的图书做出提示，并进行更新，更新的是从上次盘点到这次盘点期间发生的图书总量的变化。更新完成后与总数据库进行图书数量的匹配，匹配的原则主要是对现有数量以及借出数量是否与总数量保持一致，匹配没有问题时则对现有数据进行更新，若出现差错则显示出错。智慧盘点流程图见图3所示。

图3 智能盘点流程图

(3) 门禁控制管理

RFID门禁控制管理主要是通过采集人员刷卡数据，设置人员开门权限，刷卡时通过上位机门禁设备开门或关门。具体流程如图4所示。

图4 门禁控制管理流程

3.2 服务层技术

3.2.1 云计算技术

云计算(Cloud Computing)，是一种超级计算模式，最基本的特性是：虚拟化、整合化和安全化。智慧图书馆利用云计算，通过将远程数字图书馆的相关资源上传至图图书馆私有云节点，形成虚拟资源池，用户在资源池中进行信息检索，可以轻松地进行智慧信息处理，解决“图书馆信息孤岛”的问题[6]。由于云计算的建设成本昂贵，因此当前智慧图书馆在构建过程中大多租用云计算服务，通过云计算技术充分提高了智慧图书馆的运作、服务效率，技术应用如图5所示。

3.2.2 数据挖掘技术

智慧图书馆环境下，除了图书馆的知识信息资源还包括用户的基本身份信息、借阅记录等结构化的信息，此外还包括用户的存储行为、检索方式等半结构化或非结构化信息，这些静态资源要实现泛在化、智慧化需要运用数据挖掘技术，采用各种推荐算法综合分析用户的学历、借阅情况及检索历史等信息，判定用户的阅读喜好，感知用户位置、情境、以及用户意图，主动实现智慧推送，提供个性化服务，同时社交网络、移动互联网与图书馆推荐服务与知识智能获取相融

图5 智慧图书馆中云计算技术应用技术模型

合，以提高读者用户对智慧推荐的黏着性。此外，对于新注册的用户，也可以根据专业和年龄等信息，推断其感兴趣的书目，还可研究其用户群的变化，预测未来发展等，以便及时做出决策。 大数据智慧推荐系统的技术模型如图6所示。

图6 智慧图书馆大数据智慧推荐系统

4 应用分析

4.1 应用实现

智慧图书馆的功能模块众多，由于篇幅的限制，以基于RFID技术的图书定位功能对其应用实现进行分析。读者进入图书馆之后，可以输入相关图书名称，利用终端查询界面进行图书情况，如是否借出、图书位置等进行查询，查询界面如图7所示。随时随地都可以指引读者到达目标，十分高效、方便。

图7 查询界面

4.2 应用效果分析

随着信息的发展，智慧图书馆的应用也越来越广泛，智慧图书馆投入使用之后，选取选取20图书馆工作人员和50名读者进行访谈，有92%的读者表示对于传统的图书馆书籍查询模式，需要借助电脑终端，查询位置不精确，费时费力，基于RFID技术的图书定位、盘点方法，可以快速确定智能书架上的图书位置，提高了图书馆的使用效率。有95%的工作人员表示基于RFID技术进行门禁管理在一定程度上确保了图书馆的图书安全。有80%的工作人员认为云计算技术的应用提高了智慧图书馆的运作效率，通过数据挖掘技术可以更好的为读者服务，满足读者的个性化需求。

5 总结

智慧图书馆是随着云计算技术、物联网技术、大数据技术的发展而出现的图书馆发展的高级阶段，其智慧性可以更好的满足用户的需求，泛在的智慧服务可以不断创新、优化服务模式，使用户服务日渐完善。当前智慧图书馆建设还处于初步探索阶段，其构建和应用需要不断进行探索，本文提出了泛在智慧服务智慧图书馆的层次模型，以期为智慧图书馆的建设与研究提供借鉴。