智慧图书馆的物联网识别技术比较研究*

张迎春 陆 康 刘 慧

(1南京工业职业技术学院图书馆，江苏南京 210016；2南京晓庄学院图书馆，江苏南京 211171)

1 引言

当前，以互联网、大数据、人工智能(AI)为代表的新一代信息技术日新月异，给各国经济社会发展、国家管理、社会治理、人民生活带来重大而深远的影响。现代信息技术的深入发展和广泛应用，深刻改变着人类的生存方式和社会交往方式，深刻影响着人们的思维方式、价值观念和道德行为[1]。互联网技术的创新，让数字图书馆向智慧图书馆的转变成为可能。智慧图书馆依托互联网的新技术变革而实现服务的创新与发展，其中大数据、物联网、AI、云计算以及虚拟现实等技术实现了图书馆的文献资源组织与管理的智慧化，空间服务与业务管理的数据化，用户服务的精准化，并推动着下一代图书馆系统全面升级，从而提升了图书馆整体的运行效率。图书馆通过构建互联网信息服务与空间保障服务等多元化信息服务的“智慧”体系，形成了下一代图书馆的模式—智慧图书馆。高校图书馆智慧服务的发展也需要依托在数字图书馆基础上，建立业务数据统计分析运算的智能化，以及通过多维度的业务数据汇聚分析以感知用户需求以及关联文献资源与用户需求进行持续数据分析与智能推送服务。高校图书馆的智慧服务体系的建立，主要依托物联网为基础的(1)自助借阅系统，如纸质图书的自助借阅机(一维码、RFID等)，电子图书的自助借阅机(二维码)等；(2)自助服务系统，如盘点机器人(RFID)，咨询机器人(语音识别)等；(3)空间定位系统，包括无线网络的用户接入监测定位(网络识别)，座位管理系统的空间定位管理(二维码)；(4)移动互联网服务，如移动图书馆(二维码)，微信图书馆(二维码、指纹识别)等新媒体平台的文献资源服务；(5)3D、VR、AR技术支持的馆内导航服务等。其中，用户身份识别(IC卡、二维码、人脸识别等)与文献资源的识别作为有效用户判别与文献资源服务的连接通道，贯穿于整个智慧图书馆的业务体系，识别的准确性、安全性与稳定性直接关系到业务实施的效果。图书馆领域物联网，作为连接物品的网络，将人、物以及互联网关联起来，形成一套用户身份识别、文献资源识别、数字资源服务推送以及空间、网络保障的综合服务体系，进而为图书馆“智慧”的体现，提供了基础保障。

2 识别技术综述

2.1 IC技术

IC卡(Integrated Circuit Card，集成电路卡)，也称智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微电路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡与读写器之间的通讯方式可以是接触式，也可以是非接触式。根据通讯接口把IC卡分成接触式IC卡、非接触式IC和双界面卡(同时具备接触式与非接触式通讯接口)[2]。IC卡被广泛运用于银行卡、公交卡、校园卡等，是当今社会使用率较高的身份识别技术之一。高校数字图书馆作为数字化校园系统的组成部分，IC技术较早使用的用户识别方式，并一直延续使用至今。

2.2 条码技术

一维条码简称一维码，是指条码条和空的排列规则。常用的一维码的码制的不同，可以分为：EAN码、39码、交叉25码、UPC码、128码、93码，ISBN码以及Codabar(库德巴码)等[3]。条码是由一组规则排列的“条”“空”和相对应的字符组成。条和空所组成的数据即表达不同的信息，被特定的设备所读取，能够被转换成计算机所能够识别的二进制或信息。对于同一个物品，作为身份识别工具的一维码是唯一的。但是一维码的简单性也造成了其容易被复制，从而被不法分子获得，伪造商品信息等。一维条形码不能够表示汉字和图像信息，这也不符合当前互联网时代机构对用户识别技术需求。图书馆在纸质图书的识别上，较早使用一维码作为身份工具。二维码即二维条码，常见的二维码称为QR Code，QR全称Quick Response，是一种基于移动互联网的编码方式，相对于传统的Bar Code条形码能够存储更多的信息，也支持更多的数据类型[4]。二维条码(2-dimensional bar code)是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息。其中在代码的编制上，能够与计算机逻辑基础的“0”与“1”二进制比特流的概念相匹配，使用了若干个与二进制相对应的几何图形来表示相应的文字数值信息。读取方面，通过图像输入设备或者光电扫描设备自动识别图形并读取，实现了信息的自动处理。二维码也具有条码技术的特性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化点[5]。支付宝、微信等互联网应用，广泛使用二维码用于用户身份识别以及支付验证。高校数字化校园系统则引入二维码作为补充IC卡识别、认证、支付应用的一个方式，部分高校图书馆则将二维码作为验证用户借阅身份的一种方式，并逐渐推广至电子书的识别、下载等应用。二维码技术逐渐成为图书馆用户身份识别、文献资源识别的重要的方法。

2.3 RFID技术

射频识别[6]，RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。射频的波段一般是微波，在1-100GHz之间，适用于短距离信息识别。RFID读写器根据使用方式的不同可分为移动式和固定式两种。目前RFID技术应用很广，例如：图书馆的纸质图书标签，门禁系统，食品安全溯源等。在图书馆领域，RFID作为纸质资源与互联网关联的一个重要的识别工具，被广大图书馆所运用，并拓展了应用领域范围，例如图书定位，图书盘点等。南京大学图书馆的盘点机器人就是利用RFID信号对图书等资源盘点而设计开发的自动化设备，降低了纸本图书的错架率。

2.4 生物识别技术

所谓生物识别技术就是通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，(如指纹、脸像、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定[7]。指纹识别广泛应用于智能手机、考勤系统以及各种安保系统中。人脸识别技术近期被图书馆广泛应用于门禁等系统[8]，作为用户身份识别工具的一个补充，也是图书馆不断创新以适应互联网环境下的文献资源与空间服务一种方式。

无论是用户身份识别还是文献资源的识别都是图书馆数字化系统的一个必不可少的工具。无论是RFID等电子标签芯片支持的识别方式，还是以生物识别技术、二维码识别技术方式，数据可读写性是提高特征数据使用率的基础，同时也是数据安全存在的问题。随着图书馆智慧服务的逐步开展，识别技术也越来越重要。然而技术应用的发展避免不了安全的问题，用户的生物特征数据的保护也增加了图书馆的管理成本。智慧图书馆的数据安全、数据隐私等问题随着图书馆业务数据圈的形成而日趋严峻。

3 识别技术在图书馆的现状分析

图书馆由于自身管理的需要，借助于一些技术和方法对用户和文献资源进行管理。图书馆管理系统是图书馆的核心部分，例如部分图书馆使用的汇文系统等。管理系统需要对用户身份识别与对文献资源的识别，以关联用户与资源之间的行为。而识别技术成为两者的中间件，以对应用户与文献资源的关系。然而随着图书馆功能与服务的不断改变，空间管理已经成为图书馆新的服务内容，门禁系统、座位管理系统以及研修间管理系统等空间管理系统在高校图书馆逐渐被使用，其中用户身份识别以及和各系统之间的数据关联，同样需要识别技术支持，例如IC技术，动态二维码技术、指纹技术与人脸识别技术等都成为用户身份识别的应用工具。图书馆文献资源服务一直是重要的服务项目，文献资源有序管理与有效识别是图书馆管理水平高低重要参数。条码技术、RFID技术等仍然是文献资源识别重要工具。图书馆是多种识别技术综合运用的场景之一，其中识别效率与准确成为评价识别技术优劣的重要指标。

3.1 图书馆用户身份识别

在知识共享的时代，图书馆虽然提供文献资源保障服务的功能，但是也需要适当对用户进行管理，以保障图书馆文献资源等相关物质、财产以及系统的安全。用户管理制度成为图书馆履行服务职责，向用户明示其拥有的权利与义务的文字性表述。而用户身份的识别，需要通过互联网工具得以实现，例如IC技术，移动门户或者APP中的动态二维码进行身份识别以及生物识别技术的指纹与人脸等。图书馆的用户流通量较大，指纹技术的识别速度达不到高效的目的，所以较少有图书馆使用指纹技术来识别用户身份。用户身份识别技术的选择用以验证有效用户的身份，其识别的准确性、高效性与安全性成为图书馆选择的重要评判指标，也是用户所关注的问题之一。

3.2 图书馆文献资源识别

文献资源的管理是图书馆基础的工作之一。中图法、科图法等文献资源的分类体系被国内各类图书馆对纸质文献规范管理的依据。然而数字图书馆发展至今，资源的数字化程度越来越高，数字资源的管理逐渐成为图书馆的重要工作之一。数字图书馆传统的纸质文献的识别，从较早使用的一维码标签到后续的RFID电子标签，近期部分图书馆尝试运用二维码技术替代一维码进行纸质资源的资源识别，其主要目的就是与对应的数字资源相统一，做到纸、数一体化。而数字文献资源的识别，随着移动互联网的发展，二维码的识别成为其重要的途径之一。图书馆文献资源管理，因地制宜选取适合识别的工具，加强了纸质资源的数字化管理，提高了文献资源的识别效率，也为用户与资源的有效关联提供了途径。

3.3 系统之间身份的识别

数字图书馆的发展，由各类型的业务系统所组成，从最初的图书馆管理系统，对用户、纸质资源的管理，到后续的门禁系统、座位管理系统、研修间管理系统等空间的管理，以及互联网门户、移动服务平台等集文献、资源与服务一体的互联网综合服务平台等。大数据、云计算以及人工智能等技术被互联网领域广泛使用，图书馆也不例外，近些年来智慧服务、智慧图书馆等概念被学界广泛探讨，智慧图书馆的基础是数据的支持，多维度的业务数据支持是实现智慧服务的关键。系统之间需要进行关联与整合，数据的流动成为智慧服务环境下各类业务实施的基础。系统之间的身份识别需要通过响应的接口实现，例如CSI、API等。

智慧图书馆出于管理、服务的需要，需要适当引入与业务内容相匹配的识别工具，借此维护图书馆系统、空间与文献资源应用的安全实施。用户认证、文献资源管理等支持业务实施的基本规范，识别工具应该具备高效、稳定、准确、安全、便利的特征。业务接入的关联性与准确性，识别工具较为关键。智慧服务过程对用户、文献资源的精确识别与关联，是智慧图书馆各业务系统之间数据融合最主要的节点之一。

4 物联网识别技术比较

识别技术作为互联网发展过程中的一种工具，其应用范围与特点都围绕着具体的应用。例如IC技术最初用于银行卡与电话卡的应用，安全保密性与存储容量大是其特点，随着移动互联网的发展，收集银行等安全技术也在逐步提高，与银行卡关联的收费系统，如支付系统，停车管理系统、医疗保障系统，交通系统以及校园管理系统，逐渐转向移动应用平台，同时广泛运用二维码技术作为身份识别工具。技术的普及程度高低与用户的接受程度相关。安全、方便、稳定的工具容易被用户所接受。RFID技术广泛应用于门禁系统等物联网领域，穿透性、大容量记忆与扫描速率高使得该技术被高速公路等系统所接受使用。图书馆领域也曾经掀起一波RFID技术应用的热潮，部分学者甚至将物联网直接与RFID画上等号，但是高成本、低安全(相对于磁条防盗而言)等问题让众多图书馆望而却步。一维码应用在图书馆时间较早，并且较为普及，其中从较早的借阅证件的读者身份识别，到纸质图书中的书目信息识别，都采用了一维码技术。迄今为止，仍然有许多图书馆采用一维码应用于纸质图书的信息识别。而二维码不仅被应用于物体的身份识别，也被应用于移动支付的授权凭证。高校的数字化校园、移动校园的业务应用，也受此启发，将二维码运用到用户身份识别与支付业务中，例如门禁的身份验证以及替代IC卡进行校园消费等。不同的识别工具拥有不同的特点与应用领域，如表1所示。

生物识别技术中的虹膜识别、人像识别与指纹识别已广泛应用于智能手机的用户身份认证系统，并逐渐成为标准配置。图书馆也使用了人物识别(人像识别)系统，应用于门禁系统，自助借阅系统等用户的认证部分。出于个人生物特征隐私保护等顾虑，部分用户对人像识别等生物识别特征数据采集的担忧仍然存在。用户对每种技术都存在着偏好，不同的识别技术都存在着各自的优点、也存在着不足之处，智慧图书馆对于识别工具的选择，首先需要考虑利弊问题，尽可能使用管理手段与其他技术方案来淡化技术使用过程的弊端，保障业务的运行与安全管理。

5 三种识别技术应用的数据对比

图书馆空间管理模式的创新，是一个动态的过程，例如用户的接受程度也需要一个缓慢的适应过程。图书馆利用移动互联网的平台，在进行文献资源与信息服务的同时，嵌入动态二维码进行身份识别与授权，是适应顺应移动服务潮流开展服务创新的举措，也是图书馆人拥有着与时俱进的态度。

5.1 数据的获取

智慧图书馆通过各业务系统之间的识别、认证、关联，将数据汇聚成图书馆的“数据圈”。以“数据圈”中数据为基础[9]， 通过数据决策，以指导智慧服务工作的开展。本次通过南京晓庄学院图书馆的智慧图书馆大数据平台获取相关数据，如图1所示。以2018年7月-2018年12月半年的入馆数据为分析样本，从数据库中分别选取IC卡、二维码、人脸识别三种用户的不同入馆识别工具，如图2所示，将各自的用户使用数据进行分析、比较，得到如表2的用户月度使用不同识别工具通过门禁的人次信息。

表1 识别技术的特点与应用范围

5.2 数据的分析

图书馆同一个系统提供不同的用户识别工具，方便了用户。用户可以自行选择适合自己的方法进入图书馆，以配合图书馆的空间管理需要。通过智慧图书馆大数据平台获取门禁系统用户使用数据，如表2所示，对该数据进行可视化比较，得到图3。

图1 智慧图书馆的“数据圈”

图2 门禁系统三种访问方式

表2 三种不同识别技术应用情况量化表

从图3可以发现半年内，用户使用IC与二维码进入图书馆的方式相差无几。而采用人脸识别进入图书馆的方式呈逐渐上升趋势。用户对新技术使用也存在着缓慢适应的过程，同时通过技术方法，测试IC识别、二维码识别以及人脸识别三种方式的认证速率，结果发现IC识别、二维码识别的速率相当，都高于人脸识别的速率。

图3 三种识别技术在同一门禁系统上使用情况统计

通过使用同一平台集成三种识别方式，对同一群体用户进行测试，发现用户对稳定、高效的识别方式比较青睐，对新技术比较向往，但是用户的偏好性主要还是偏向于其习惯。人脸识别技术的认证速率等问题还需要进一步完善，以达到或者超越传统认证方式的效果。识别的精度与速率能够影响到图书馆业务的实施，多样化应用工具的使用，让用户拥有较多的选择余地，是智慧图书馆业务高效实施的初衷，也是图书馆智慧服务贴合用户互联网思维的一种模式。

6 智慧图书馆识别技术实践存在隐患

6.1 安全性需要进一步提升

图书馆在身份识别等业务实施过程中，用户核心数据的安全保护成为业务开展的重要环节。蕴含用户身份信息的二维码，在实际应用过程中可以建立划分权限读取的方式。其中标准化的软件读取公开信息，特定应用(如身份识别、支付应用)可以通过定制软件读取机密信息。身份验证信息，这些信息是动态变化的，通过二维码进行展示，不同的用户在不同时间内获取的二维码也不相同，以达到提高安全性的目的。机密性、权限管理与完整性是二维码技术应用安全性的三个重要参数。一些学者为了提高二维码技术应用安全性，提出了一种新的应用框架：在二维码中嵌入隐藏信息，实现二维码的权限读取与完整性保护。信息安全与用户隐私保护成为图书馆智慧服务工作所要关注的内容之一。人脸识别等生物识别技术的引入，用户的身份特征信息的收集、存储、使用与发布等整个流程数据的完整性、安全性与稳定性，成为智慧图书馆关注的问题之一。数据隐私、数据伦理等问题伴随着智慧服务的实施而不可回避[10]。智慧图书馆不仅是图书馆领域的人工智能技术与业务的融合，也是图书馆人文领域、管理领域的创新发展。图书馆安全问题不仅是技术角度的保护，也是制度角度的保障。

6.2 功能性需要进一步细化

二维码身份识别应用于纸质图书的自助借阅，用户身份的门禁识别，图书欠款的自助缴费的业务以及移动互联网中的移动图书馆、微信图书馆嵌入式的资源服务(数字文献识别、用户身份识别)。以二维码替代索书号标签的方式，实现图书定位，盘点以及获取相应电子书的信息已被部分高校图书馆所实践。书架等空间设施的二维码标识，也为图书馆的空间管理带来的新的技术方法。一维码、RFID与二维码的书目信息的转换、共享，是实现以二维码作为中间件关联业务系统。标准码与定制码的组合将用户服务、管理逐一细化，能够替代部分图书馆纸质资源的业务工作，并实现与数字资源的充分融合。人脸识别技术的身份认证，目前仅限于门禁系统、自助借阅系统的用户身份识别等，其空间定位等功能的拓展，仍然没有得到有效的实践。移动图书馆逐渐成为文献资源服务新的实践平台。二维码多样化的商业模式与成功案例，也将为图书馆技术创新与业务拓展提供了借鉴与启发[11]。二维码不应该局限于图书馆用户身份识别、文献资源识别等应用，更应该在图书馆空间服务——室内定位、信息推送等图书馆服务创新方面起到促进作用。移动阅读推广与服务应用成为图书馆资源服务的重要平台[12]。物联网技术仍然是智慧图书馆文献资源关联、用户身份认证的重要技术保障，数字芯片等技术随着安全性与稳定性提升[13]，普及率逐步提高，单体价格降低的背景下，智慧图书馆的大规模普及物联网的技术指日可待。智慧图书馆的业务实施，不仅需要技术创新的保障，也需要成熟的技术方法支持，并不断与传统业务的充分融合，达到服务效率提升的目的。

物联网、新媒体等互联网发展的“衍生品”随着社会化广泛使用而得以改进，并且安全保障也逐步得到加强。智慧图书馆离不开成熟的新技术、新平台的支持，数据存储与发布、学术记录等与文献资源服务、信息服务保障相关的技术都得到图书馆领域的关注[14]，物联网的识别技术也是如此。图书馆紧随互联网的发展而不断进步，从数字图书馆发展至今天的智慧图书馆，大量自助设备、平台的使用提高了文献资源的使用效率，也从多平台、多角度展示了图书馆的文献资源与空间环境，让用户从不同的角度来了解图书馆，使用图书馆，依赖图书馆。

7 结论与展望

本次选择在同一平台(设备)上，提供三种验证身份的方式供用户随机选择，以六个月的数据为样本，发现用户对人脸识别的使用处于缓慢适应的状态，其中存在着用户对自身的生物特征——人脸等用户个人数据隐私的安全性担忧程度已经超越了对新事物、新技术的好奇心。人脸识别等生物识别技术在实践过程中，识别速率、生物特征的安全性仍然是用户的关注点。通过实践研究表明，人脸识别的使用率并非与预测相识——使用率逐渐提高，生物特征等用户数据隐私安全问题，随着社会层面隐私泄露事件的频发而备受关注。移动互联网为图书馆提供了技术与方法，诸如移动图书馆、微信图书馆等服务借助移动互联网得以实施，并且实现了文献资源的在线阅读以及提供用户身份终端功能(生成二维码以识别用户身份)。迄今为止，图书馆的纸质资源、用户服务等传统业务尚未得到有效的改变，一维码等仍然是非RFID图书馆首选文献识别工具之一。而条码技术、生物识别技术等识别工具虽然会随着物联网实践到智慧图书馆中，进而改变了传统的图书馆业务，但是进展较慢。二维码技术仍然停留在用户身份识别，并未广泛涉及文献资源识别。用户受互联网思维的影响，其生活方式也逐渐发生改变，方便、快捷成为互联网用户快节奏生活的基础，图书馆需要紧密围绕用户的需求，在服务方法上要紧跟用户的互联网思维，只有这样才能使得身处日益边缘化的图书馆得到用户认可，才能够抓住用户所需，提高用户的满意度、忠诚度。二维码等物联网识别技术对图书馆文献资源进行有效管理，将纸质资源与电子资源充分融合，提供给用户多种资源获取的途径，是RFID投入成本与业务功能都不能达到的状态。而人脸识别技术对图书馆空间、服务方式的改变，提高了图书馆空间服务效率，同时也为图书馆空间进行有效管理。智慧图书馆通过业务数据感知用户资源、空间、服务的需求，是精准开展智慧服务的有效方式之一。智慧图书馆的发展需要多样化安全稳定的识别工具支持，也实现物联网、大数据在智慧图书馆领域的深入融合发展，从而不断提升图书馆的文献资源、空间服务的水平与质量。