数智赋能的智慧公共文化服务设计研究

窦金花，李 畅，张桂刚

(1.北京科技大学机械工程学院，北京 100083；2.中国科学院自动化研究所，北京 100090）

精神文化需求与全民健康素养紧密相关，在全面推进健康中国战略的背景下，关注人们的精神文化需求，深入发展公共文化服务体系，对于提高公众身体和心理健康具有重要的意义。公共文化服务是多元主体共同参与形成的公共产品供给、交互服务行为与公共文化空间的总称，以传播社会主义核心价值观、满足社会公共文化需求[1-2]。数字信息技术改变文化生态，催生新兴文化业态[3]。数字化、网络化、智能化是公共文化服务高质量发展的新路径、新特征[4-5]。随着人工智能等信息技术和文化大数据的快速发展，驱动传统公共文化服务的转型和升级，海量文化数据和先进智能计算分析技术，为公共文化服务模式的创新与应用提供支撑，使公共文化服务呈现新的形态，文化大数据伴随着物联网、云计算、人工智能、VR/AR、数字孪生等信息技术的应用，促进公共文化服务的智慧化发展，对智慧公共文化服务模式及关键技术的探索具有重要意义。

1 智慧公共文化服务的理论基础

图书馆、博物馆、文化遗产等领域纷纷经历了传统实体形态到数字形态的发展阶段，伴随着智慧城市的发展，智慧公共文化服务设施、产品、服务纷纷出现。学者从探讨智慧图书馆[6-8]、智慧博物馆[9-10]、智慧文化遗产[11]逐渐发展为对智慧公共文化服务这一新型公共文化服务形态理念及特征的研究。徐望[12]提出智慧公共文化服务是通过文化服务方式和文化传播手段的革新，实现文化资源数字化和文化服务智慧化。王淼和经渊[13]认为智慧公共文化服务是面向公众用户需求和公共文化服务均等化目标，基于智能化设备的使用、一切手段和资源的调动，完成系列智慧活动。韦景竹和王政[14]提出智慧公共文化服务是应用信息通信技术，自动感知用户需求，整合公共文化设施、资源及开放数据、个性化的文化空间，对其进行智能管理和利用的公共文化设施、文化产品、文化活动及其相关服务。金莹[15]提出公共文化服务智慧化供给模式依托互联网和大数据，在公共文化服务供给主体和接受主体之间建立对接通道，通过交互多元的参与方式满足公众需求，提升供给效率，具有精准识别、科学决策、合理配置、多元互动四大特征。郑建明和孙红蕾[16]研究智慧公共文化服务的内涵主要包含几个方面，智慧主体是服务供给者，智慧公共文化服务依托于智能技术，智慧公共文化服务依托于社会—技术情境。

纵观学者所论述的智慧公共文化服务理念，依据权威公共文化服务定义，本文认为数智驱动的智慧公共文化服务可以从几个层面进行阐述。首先，智慧公共文化服务是我国公共文化体系的重要组成部分，具有文化性、公益性、社会性。第二，智慧公共文化服务的主体具有多元化特征，其服务对象是广大人民群众，其根本目标是满足人们群众的基本文化需求。在本质特征、服务对象与服务目标上，智慧公共文化服务与现有公共文化服务具有一致性。第三，与传统公共文化服务及公共数字文化服务不同的是，数智驱动的智慧公共文化服务显著特征是对物联网、大数据、云计算、人工智能、数字孪生、5G技术以及各类智能终端等的依托和应用，以实现公共文化服务设施、资源的有效整合，智慧化的管理和运营，创新型的公共文化产品和服务。

■图1 数智驱动的智慧公共文化服务模式

2 数智驱动的智慧公共文化服务模式

2.1 智慧公共文化服务的利益相关者

数智驱动的智慧公共文化服务基于文化大数据与智能技术支撑，是与公共文化服务物理系统对应的赛博系统，是一系列能够自主运行的智慧文化服务Agent。智慧公共文化服务由各方利益相关者共同参与，主要利益相关者来自于公共文化服务供需两侧的用户。供给侧用户具有多元化特征，既有国家机构，也包含社会机构、内容提供商、志愿组织和个人，涵盖公共文化服务资源的建设者、管理者、经营者。需求侧用户包含文化传承人、文化研究机构、学者和具有公共文化服务需求的用户。公共文化服务资源的建设者、管理者、经营者、内容提供商的核心需求是促进文化资源的管理、组织、运营、展示、传播以及高质量的服务，提高公众文化活动的认知度和参与度，提升公共文化资源保护、传播、管理和服务的质量和效能。具有公共文化需求的群体用户、家庭用户或个人用户，其核心目标是快速获取所需要的文化知识，满足其文化欣赏、体验、学习等多层次的文化需求。对于文化传承人、文化研究机构、学者等用户来说，既是文化资源的建设者，也是文化资源的需求者，既有公共文化传播的需求，也有公共文化知识交流及知识获取的需求。

■图2 基于深度学习的公共文化用户画像建立方法

■图3 智慧书法文化资源服务模式

■图4 中科智能书法台外观设计

■图5 中科智能书法台人机交互（缩放）

2.2 智慧公共文化服务模式

根据智慧公共文化服务利益相关者的需求，设计构建数智驱动的智慧公共文化服务模式，包含智慧公共文化资源聚合、资源管理和资源服务应用三个重要的组成部分。服务模式模型如图1所示。

公共数字文化资源聚合：公共数字文化资源体量庞大、种类繁多，既包括文本，也包括静态图像、动画、视频、音频、音乐等，既有结构化数据，也包含非结构化数据。智慧公共文化资源聚合支持多个社会主体进行公共数字文化资源的共建共享，实现国家资源和社会资源的共享聚合。提供公共数字文化资源的社会主体是智慧公共文化服务的利益相关者，既包括国家机构和社会机构，也包括内容提供商、志愿组织及个人，如国家公共文化服务中心，各地区、各级别的文化馆、博物馆、图书馆、美术馆等。文化大数据分散在不同的数据中心，通过智慧公共文化资源聚合可实现来自于不同社会主体、不同数据存储中心的文化大数据资源的汇聚。

智慧公共文化服务资源管理：智慧公共文化服务资源管理可实现公共数字文化资源的智慧集成、网络分发和业务管理功能，能够基于已经建成的市（地、州）、县级区域的公共文化服务平台，实现公共数字文化资源的有效集成和整合，并汇集到以国家中心、省级分中心为基础的公共文化共享服务平台。智慧公共文化服务资源管理系统具有智慧管理公共文化资源库、用户行为日志库等各类公共数字文化资源，具有用户登录、资源获取权限等功能，可实时根据用户需求进行公共数字文化资源的集成、调度和分发。

智慧公共文化资源服务应用：可实现为公共文化资源需求侧的用户提供公共文化产品与服务内容。公共文化资源需求侧的用户包括个人用户、家庭用户和群体用户等，涵盖不同年龄段与个体特征，既有普通用户群体，也有特殊用户群体。智慧公共文化资源服务应用基于各种智能产品载体或媒介（例如大屏展示终端、PC、手机、iPad、智能电视、公共文化智慧体验设备），为用户提供公共文化资源互动体验、智慧文化搜索、智慧阅读、影视视频/音频资源欣赏、公共文化辅导、网络社区文化交流等多种文化服务内容，满足用户多样化的文化需求。

3 数智驱动的智慧公共文化服务模式关键技术

3.1 公共文化数字资源库建设

文化大数据是文化生产者、文化经营者、文化消费者在文化实践过程中所产生的，与文化产品或文化服务的创作生产、推广传播、市场运营、最终消费过程相关的各种类型数据的总称[2,17]。公共文化数据类型包括文本数据、图像数据、视频、音频数据，来自于各级别、各地区的公共文化资源数据库，官方历史统计数据，以及来自于互联网社区、论坛、新闻、微博等渠道的公共文化相关网络数据。公共文化数据蕴含了大量的公共文化知识，例如在非物质文化遗产数据中，描述非遗项目属性的文本数据，包括项目名称、项目类型、相关人员、组织、地点、时间、技能、手工艺品、文化空间和其他文化知识等，描述非遗传承人属性的文本数据，包括传承人的名称、年龄、申报区域、性别、传承项目名称和传承项目类型等。

公共文化数字资源库的建设技术包括对文化数据资源进行梳理、聚合、编目和分类归档，制定公共数字文化资源采集、加工、汇聚、传输、应用的通用技术标准规范，同时根据用户需求和使用场景制作适用于不同互动体验应用终端的互动资源，实现公共数字文化共享服务资源的聚合、组织和制作，建立公共文化数字资源库，形成公共文化资源的统一云目录。

3.2 智慧公共文化知识图谱构建技术

知识图谱由谷歌公司提出，通过语义搜索功能从各种数据来源收集信息来增强其搜索引擎的搜索结果。采用知识图谱技术能够从大量文化大数据中挖掘实体和关系，建立公共文化数据库，辅助公共文化知识的组织、管理和服务。建立公共文化知识图谱首先需要构建、规范公共文化领域本体模式，基于领域本体和标准化公共文化元数据，构建公共文化知识体系。其关键技术包括深度学习、自然语言处理技术等，实现对公共文化知识的抽取，获取公共文化实体、关系和属性等知识，构建公共文化知识三元组。通过公共文化知识的融合、推理和校验，构建公共文化知识图谱数据库，为智慧公共文化服务应用系统的运行奠定基础。

■图6 中科智能书法台的使用情境

■图7 研发过程中的测试情境

3.3 公共文化大数据分析技术

公共文化大数据分析的目标是挖掘用户对公共文化资源的需求，对其进行个性化公共文化资源推荐，实现公共文化资源与用户需求的精准匹配。例如挖掘分析基于地区的公共文化资源访问类型、基于时间的公共文化资源访问热度，挖掘不同类型用户群体对公共文化资源的关注热点、兴趣偏好以及潜在需求。

公共文化数据分析所采用的方法包括聚类/分类算法、关联规则、深度学习算法等。如图2展示了一种基于深度学习的公共文化用户画像建立方法。建立公共文化用户画像是进行公共文化资源智慧分析、精准推荐和个性化服务的基础。该方法首先采用自动编码器方法挖掘公共文化用户数据的深层特征，用于描述样本特征，例如公共文化用户信息、公共文化用户行为特征、公共文化服务访问时间偏好等。然后利用带有标签的样本训练分类器，将公共文化用户标签进行类别设定（例如：低访问频率-低访问时间停留、低访问频率-高访问时间停留、高访问频率-高访问时间停留、高访问频率-低访问时间停留），采用反向传播算法不断优化各层参数，最终形成可用于公共文化用户（包括个人用户和机构用户）预测的用户画像模型。

3.4 智慧公共文化服务的人机交互技术

由于公共文化服务面向公众用户需求，其用户群体具有多样性特征，智慧公共文化服务的人机交互界面需要具有较高的包容性，使得老年用户和残疾用户等特殊用户群体也能够平等的获取公共文化资源信息。自然人机交互技术例如情感计算、情境感知、语音交互、手势交互、实体交互技术、AR/VR技术是智慧公共文化服务交互界面的典型关键支撑技术，以实现智慧公共文化服务更加自然、人性化的人机交互，基于文化大数据信息可视化、AR/VR技术的虚拟展示技术，可视化呈现公共数字文化资源，增强公众认知。在具体的应用场景中，智慧公共文化服务支持图形用户界面与自然用户界面混合的多模态用户界面，为用户提供多通道信息交互方式，实时感知用户身体姿态、手势、情感、语音、情境并给出适当的智慧交互反馈，提供给用户更加直观的信息表征方式，展现满足用户文化需求、具有良好互动体验的服务内容。

4 实例研究—面向书法文化资源的智慧公共文化服务设计

中国书法是我国优秀的传统文化遗产、民族文化的瑰宝，具有代表性的文化符号。中国书法采用笔、墨、纸、砚通过汉字书写进行信息交流，蕴含了人们的思维方式、人格精神和情感内容，体现了中国书法独特的文化精神和丰富的文化内涵。中国书法艺术蕴含广博的书法文化知识，包括书法流派、书法家、书法作品，中国书法的艺术特征、书写方法、书写工具、书写姿势、执笔姿势、笔画、笔触、间架结构、章法布局等，形成了丰富的汉字书法文化资源。随着社会和科技的发展，中国书法文化的传承及发展受到严峻挑战，主要问题有几点：（1）现代社会先进科技的发展使得信息输入和传播的方式发生深刻变化，人们已经不再依赖于传统笔、墨、纸、砚的文字书写方式进行信息传达和交流，中国书法艺术赖以生存的生态环境受到冲击。（2）对书法艺术作品保护需要人力、资金、场地等多方面支持，保护难度较大。（3）汉字书法的数字化保护是一种有效手段，前期通过调研发现目前已有的汉字书法数字文化资源分散，碎片化信息较多，缺少系统化的中国书法知识体系。汉字书法文化保护、传播、教育是促进中华优秀传统文化传承、发展的必要途径，而在书法学习推广过程中，具有书法学习需求的用户多样化，既包括学生、年轻人，也包括老人和残疾人。书法学习过程比较枯燥，需要长时间坚持学习才能很好地掌握这项技能。学习书法的主要方式包括线下课堂学习、自学和在线视频学习等。线下课堂学习往往受到时间、地点限制，这对老年人、残疾人等特殊群体来说非常不方便，自学和在线视频学习便利，但由于缺乏教师在地指导，很难快速掌握学习方法。书法学习过程需要掌握执笔方法、汉字的笔画顺序、结构和布局，然而，许多书法初学者由于缺乏正确的指导和反馈养成了错误的书写习惯[18]。

针对上述存在的问题，设计构建了智慧书法文化服务模式，如图3所示，在大数据基础设施的支持下，通过系列计算分析实验相互作用，智慧书法文化服务模式可实现书法文化资源聚合，书法文化资源集成、调度和分发，书法文化资源的服务应用。书法文化云数据库由多个社会主体通过书法文化资源共享整合，版权合作、交易的形式共同建设，社会主体包括开设书法专业的高等院校、各级别公共文化服务平台，各地区、各级别的书法家协会和社会组织，书法文化服务公司、书法工具生产者，书法文化志愿组织以及书法文化爱好者等。书法数字文化资源聚合可实现多种类型的书法文化资源数据库的聚合和存储，实现书法文化数据元数据库、书法作品资源数据库、书法知识图谱数据库、书法文化历史统计数据库以及书法文化其它相关数据库的有机融合。书法文化资源管理支持书法文化资源的集成、调度和分发。智慧书法文化资源服务结合智能产品载体，为用户提供多种类型的书法文化服务应用，基于云计算、大数据采集与分析等技术建立书法文化资源用户画像，挖掘用户需求，实时调整书法文化资源服务内容。服务应用具有包容性的多模态人机交互界面，支持老年人、残疾人、学生等多样化用户使用鼠标、键盘、语音、触摸手势以及实体用户界面进行信息输入，进行书法文化欣赏、学习、体验、交流和创作等活动。

智能书法台实践产品由中国科学院自动化研究所研制、中科君胜出品，笔者作为设计开发团队成员参与了智能书法台的创新设计过程。中科智能书法台是典型的智慧书法文化服务产品，包括书法文化智慧云服务平台和书法体验终端，可应用于健康养老、教育等多个服务领域。智能书法台基于海量汉字书法数据资源库，采用大数据分析、云计算、人工智能、知识图谱等技术，通过对文化大数据的采集、处理和智能计算分析，根据用户需求提供个性化服务内容，智能书法台在服务内容上包括自由书写、经典临摹、书法文化、书法字典、书法游戏、本馆资源等几个功能模块，为用户提供书法欣赏、书法学习、书法体验、书法创作、书法知识搜索和书法作品交流等智慧化服务，如图4至图7所示。

中科智能书法台的交互方式真实还原了中国汉字书法的书写环境和书写过程，用户采用实体毛笔进行书写，采用人工智能、图像识别等技术、创新毛笔书写算法，实现笔迹、笔画的精准呈现，智能书法台设计了电子砚台，用户书写过程中当笔墨变淡时可以使用电子砚台蘸笔，待书写完毕后用户可以对作品进行盖章、保存、打印和线上分享交流。同时，智能书法台也支持用户采用触摸手势与系统进行交互，触摸手势交互设计基于用户的先验知识，用户可以在触摸屏上进行选择、缩放、旋转、翻页等多种操作，自然的多通道人机交互界面使老年人、儿童、青少年、普通用户都能很好地操作智能书法台，具有良好的交互体验。目前，该智能书法台已经广泛应用到博物馆、图书馆、科技馆、美术馆、文化馆、学校等场所。

5 结语

文化大数据与智能技术发展驱动公共文化服务智慧化发展，智慧公共文化服务是公共文化服务的新形态。数智驱动的智慧公共文化服务是对大数据、云计算、人工智能等信息技术以及各类智能终端等的依托和应用，以实现公共文化服务设施、资源的有效整合，智慧化的管理和运营。智慧公共文化服务的利益相关者，既包括国家机构和社会机构，也包括内容提供商、志愿组织及个人，构建面向多利益相关者的智慧公共文化服务模式，提出数智驱动的智慧公共文化服务模式关键技术，包括数字资源库建设、公共文化知识图谱构建技术、公共文化大数据分析技术、智慧公共文化服务的人机交互技术，通过智能书法台实践案例展现智慧公共文化服务系统呈现形式。所提出的理论、服务模式、研究的关键技术和设计实例，为建设人性化、高质量的公共文化服务提供参考。后续将持续进行数智驱动的智慧公共文化服务应用内容和交互界面的深入探索，并进行更多实践产品的设计研发。