基于数字孪生技术的图书馆馆藏资源共享模式研究

王 娜

[深圳大学城图书馆（深圳市科技图书馆），广东 深圳 518055]

随着信息技术和智能技术的不断发展，人们生产生活方式发生了极大的变化，基于人工智能技术的各类设备被广泛应用于生产生活当中[1]。数字孪生技术是智能技术的基础技术，通常来讲，该技术是一种利用数字化和模型化的技术。在虚拟空间中构建与实体属性相同的物理模型，进而研究实体全生命周期各项特征。这项技术不仅可以实现对物理世界的虚拟映射，而且作为一种可视化工具还被广泛应用于社会生活的各个领域。例如3D 技术可以被应用在建模、交互模拟上，三维地理空间可以实现空间的一体化管理和可视化效果。数字孪生技术的广泛运用推动了它与图书馆服务的有机融合，数字孪生技术通过虚拟模型与读者用户形成交互，利用技术手段将知识转化为更容易被读者获取和接受的可视化形态，降低了读者获取资源的难度，提高了读者利用资源的效率。在未来，智慧图书馆建设成为大势所趋，将图书馆的智能性与数字孪生技术结合起来，可以推动图书馆建设达到一个更高级的阶段。从微观上看，在数字孪生技术赋能下，图书馆能够形成人与物的孪生格局，使图书馆的资源和服务更加具象化和精准化。从宏观上看，图书馆应用数字孪生技术，可以实现与社会其他领域的无障碍互联，将资源共建共享工作置于更大的格局之下，解锁更多的可能。基于此，笔者将重点分析数字孪生技术在图书馆馆藏资源共享方面的应用。

1 数字孪生技术概念与特征

随着智能技术的不断发展，数字孪生技术逐步得到广大研究学者的关注，由于该技术正处于研究初期阶段，不同学者对其有着不同的定义和理解[2]。笔者通过研读大量文献，总结归纳了数字孪生技术的概念和特征。

1.1 数字孪生技术概念

关于数字孪生技术的概念，国内外学者并没有达成统一意见。中国电子信息产业发展研究院推出的《数字孪生白皮书（2019）》中明确指出：“数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，需要通过软件对其进行定义，包括对物理空间的描述、诊断与预测。”简言之，数字孪生技术是一种通过传感器获取物理实体特征数据，构建反映实体整个生命周期的虚拟模型。该虚拟模型集成了物理实体的多维度、多物理量特征数据，是对物理实体在虚拟空间的完美映射[3-4]。该技术是一种面向对象的可视化管理工具，利用模型构建语言对物理实体或者系统动态信息进行描述，进而为物理实体或者系统提供系统化、智能化的服务管理方案。在此基础上，通过对虚拟模型进行数据交互、数据分析、决策优化等处理，进一步拓展了物理实体的功能。

1.2 数字孪生技术特征

（1）实时数据交互。实时数据交互特征是数字孪生技术的重要特征，该技术实现的基础是所采集的物理实体数据，以及这些数据的分析和解释数据；数字孪生技术实现的外在形态是各种可视化的虚拟仿真模型，这类仿真模型可根据基础数据的变化而实时变化[5]。也就是说，虚拟模型数据与实体数据是相互关联与投射的，任何一种数据变化必将带来与之对应的数据的变化。

（2）高精度虚拟仿真。在5G 技术和分布式运算的综合运用下，数字孪生技术可以根据不同物理实体、虚拟实体中的不同孪生对象、统一孪生对象的不同运行阶段的实际需求，进行有针对性的交互实时数据的变化，使得物理实体基础数据和虚拟模型各形态表征数据匹配趋近于一致。数据的一致性带来的是实体空间功能要素表达的完整性，这也进一步使得虚拟模型更加逼真。诚然，高精度的虚拟仿真分析结果贴合实际也正是这一技术的关键所在。

（3）自主学习能力。大数据和人工智能技术的应用，使得利用数字孪生技术所构建的虚拟模型可以根据专家经验、知识库等进行数据自我更新，运用人脑的计算法则和训练规则，达到虚拟模型自我辨识、自我调整的目的。该目的是利用数字孪生技术构建虚拟模型自主学习能力的外在表现。自主学习能力不仅提升了虚拟模型的自适应性，使虚拟模型能够随着技术的提高不断实现自我优化，而且为情景感知下的虚拟仿真模型客观认知奠定基础。

2 数字孪生技术在图书馆应用的必要性

数字孪生技术以数据的流动来实现物理空间的资源优化配置，能够形成物理空间和虚拟空间的实时交互，同时以标准化的格式对物理空间进行真实行为的反射，并通过自身的自主学习功能进行规则计算，形成可以被物理空间参考的智能决策，这些特点都与图书馆智能化、数字化转型的需求相吻合，因此，图书馆应用数字孪生技术是十分必要的。

2.1 图书馆智慧化建设的需要

图书馆建设是一个系统工程，应用系统间的融合、业务管理、数据管理等都将对图书馆建设产生重要影响。当前，图书馆建设存在较多问题，比如应用系统间集成效果较差，不同系统间数据传输还存在壁垒，个别系统仍存在信息孤岛情况；各业务管理模块间信息联络较差，存在线上线下业务模块内容不一致情况，这对图书馆运行状态、物理设备、用户使用等数据监控提出挑战；用户使用数据、馆藏资源等大量数据被存储在图书馆中，这些数据对图书馆数据处理能力提出了较高要求，然而图书馆实际数据收集分析处理能力却未同步提高。数字孪生技术是一种虚实同步技术，它可以实现图书馆的精细化管理，通过大数据和云计算的协同融合，可以切实增强图书馆系统各要素的协调运行、业务平台的精细化管理及数据资源的深度处理。

2.2 满足用户需求的需要

图书馆用户的需求是多种多样的，并且会随着情境的变化而变化，因此在开展图书馆用户个性化需求分析时，要梳理用户在不同情境下的需求信息，进而挖掘用户潜在的隐性需求。利用数字孪生技术，不仅可以构建虚拟图书馆，模拟出图书馆不同情境，而且可以构建出用户孪生体。通过对用户孪生体在虚拟图书馆不同情境下的需求来分析用户的隐性需求。由此可以看出，利用数字孪生技术可以挖掘用户隐性需求，预测分析用户潜在需求，这将为用户提供预见性服务、准确推送个性化知识产品奠定基础。与此同时，用户在虚拟图书馆中可以全感官体验虚实互动、可视化阅读等服务，丰富图书馆的用户阅读体验。

2.3 图书馆智慧化管理的需要

智慧化管理是图书馆未来发展的重要方向。智能化、自动化和精准化的服务系统不仅可以提升图书馆馆藏资源管理效率，而且能够满足读者用户多样化的个性需求。充分利用数字孪生技术，可以建立起虚拟图书馆模型，将现实图书馆所有要素精准映射到虚拟空间当中，此外，通过对虚拟图书馆各要素的实时监测，图书馆也能够实现流程体系自我诊断、系统缺陷自动排查，这将为图书馆节省大量的人力资源和经费，同时能够对图书馆各功能要素开展实时调控，为图书馆智慧化管理的实现提供有力支撑。

3 数字孪生技术在图书馆的应用分析

将数字孪生模型和技术与图书馆资源体系建设进行有机融合，可以实现基于实体图书馆的数字孪生体，进而完成图书馆资源的数字化转变和共享系统的完善，使图书馆物理空间与虚拟空间形成映射与交互（见图1）。通过这一模型，图书馆可以通过虚拟空间主动感知用户行为特征，主动检测馆藏资源管理、知识服务等效果。数字孪生技术在图书馆中的应用将进一步推动图书馆虚实空间的构建，为图书馆实现精准服务、实时互动交流奠定基础。

图1 数字孪生技术与图书馆资源建设融合的模型

3.1 作为可视化工具

创客空间是图书馆虚拟空间构建的重要组成部分，是对图书馆物理空间的高度仿真，用户在创客空间中可以享受到现实图书馆实时提供的各种服务。数字孪生技术在图书馆中的应用，丰富了图书馆创客空间的各项功能。例如，在创客空间中，用户可以利用模拟修改工具对虚拟孪生体各类数据进行修改、调用，并对数据修改后系统进行可视化体验，创客空间的调试是为实际修改奠定基础，因此可以助力图书馆各项服务系统优化升级。在满足用户对技能、知识信息需求的同时，为用户实现个性化需求提供一定的容错性。

3.2 作为评估工具

数字孪生技术在图书馆中的应用可以多维度提高用户画像的精准度，使图书馆避免依赖传统经验对用户进行评价。图书馆在获取和分析用户动态数据的基础上，利用数字孪生技术，构建图书馆用户孪生体，不仅可以准确掌握用户的兴趣爱好、行为习惯、认知偏好，多角度了解用户行为特征，还可以对用户资源使用、个性化需求、阅读行为等进行仿真模拟，检验用户对图书馆各系统功能的适应性，为图书馆全方位服务提升奠定基础。

3.3 构建馆员孪生体

基于数字孪生技术的图书馆能够为用户提供虚拟化的阅读空间，用户可以身临其境地享受到现实图书馆所有服务功能，体验各种要素服务。同时，在虚拟图书馆空间中，数字孪生技术还可以构建馆员孪生体，使用户在虚拟图书馆中可以和馆员孪生体进行实时互动交流，为用户解答各类问题，提供多样化服务。馆员孪生体是用户与虚拟图书馆互动交流的媒介与桥梁，用户通过馆员孪生体向虚拟图书馆系统传递需求内容，同时虚拟图书馆根据用户需求进行调整，并通过馆员孪生体向用户进行表达。

4 基于数字孪生技术的图书馆馆藏资源共享模式

数字孪生技术具有同步性、智能化和数字化等显著特点，在构建基于数字孪生技术的图书馆馆藏资源共享模式时，要充分发挥数字孪生技术的优势，为馆藏资源的数字化建设赋能，为资源的共建共享提供更加多元和开放的平台。通过对数字孪生技术与图书馆资源共享工作的梳理，笔者认为，二者结合的模型由以下几个主体要素构成：数字孪生平台、实体图书馆与图书馆数字孪生体（见图2）。基于数字孪生技术的图书馆馆藏资源共享模式就是3个主体部分之间由实到虚、及时反馈、智能操控的关系，通过这一循环，达到图书馆资源共享、数据融合、交互运转的最优态势。

图2 基于数字孪生技术的图书馆馆藏资源共享模式[6]

4.1 信息资源合理分布实现共建共享

数字孪生平台一方面对实体图书馆有驱动作用，能够创建同实体图书资源等价的虚拟模型，并对其运行状态实行实时监控，另一方面又对虚拟数字馆藏资源进行仿真的分析算法，同时负责收集图书馆数字孪生体的反馈并对其进行有效的操控，为后续的实体图书馆的改进提供具有针对性且客观的决策。通过数字孪生技术，图书馆能够全面把握资源建设动态情况，通过信息资源合理配置来优化资源库的建设布局，从而实现共建共享。

4.2 信息生产者之间的合作实现资源共建共享

数字孪生平台在一定程度上放大了资源流通的透明度，增加了资源之间的交互性，在图书馆数字孪生体这一部分，包含人、物、环境等多个方面的生产要素数据，依托网络的便利性，图书馆资源共享系统可以为信息生产者提供直接的合作平台，包括个体间的合作、机构间的合作。同时，图书馆馆藏资源共享系统可以依据其复杂的运行方式和发展规律建立起智能的优化、溯源、评估规则，保障资源共享的合法性和完整性。总之，图书馆数字孪生体应用数据格式的优势实现全面的数字化建模，推动信息生产者之间的合作，使信息资源共享渠道更加丰富，方式更加灵活。

4.3 通过引入市场机制实现资源共建共享

图书馆采用数字孪生技术按照一定规则对馆藏资源进行共建共享，图书馆馆藏数量多、种类全，且含有一些特色的珍贵的古籍和地方史志，这些都增加了实体图书馆资源的价值。图书馆引入市场机制，以经济付费的方式大量吸引高价值的实体文献，进一步应用数字孪生技术对其形成映射，丰富数字资源库的构建。同时，数字孪生技术为虚拟的数字资源能够大范围流通提供了可行性[7]，这就拓宽了高价值资源的流通范围，提升了图书馆资源共建共享的成效。

5 结语

数字孪生作为一种先进智能的技术，与图书馆的融合是十分可行且必要的，具有重要的现实意义。一方面，能够促进图书馆数字化转型，另一方面，也能够助力资源的共建共享，惠及更多读者用户，不断满足读者与日俱增的阅读需求。数字孪生技术在与图书馆馆藏资源共享服务的深度融合中，既为图书馆人力资源、文献资源提供了改革的内在驱动力，也实现了图书馆技术壁垒的跨越，可以实现虚拟数据的交互与高精度的虚拟仿真，在5G 网络环境下发挥巨大的优势。然而，需要明确和注意的是，虽然数字孪生技术具有一定的成熟度，也有较为充足的实践支撑，但这种技术不能完全取代人工，图书馆可以将其作为重要的辅助手段，将其便利和智能的优势纳入资源共享体系当中，推动图书馆馆藏资源的共建共享更加完善与精准。