新一代通信技术在互联网+智慧图书馆领域的应用实践

郑 盛 唐建伟 李 龙 中国联合网络通信有限公司江西省分公司 南昌市 330096

0 前言

伴随着新一代通信技术的发展，传统图书馆也逐步迈进互联网+智慧图书馆领域，需要互联网、物联网技术、应用大数据平台和人工智能等方法，打造智慧图书馆平台，构建智慧化场馆。同时，国家层面为进一步推进公共文化服务体系建设，发布了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》和《“十四五”公共文化服务体系建设规划》明确提出传统图书馆服务功能需转型升级，推动实施智慧图书馆平台建设，打造面向未来的图书馆智慧服务体系和自有知识产权的智慧图书馆管理系统，实现全国范围公共图书馆智慧化升级和服务效能提升。

1 需求分析

江西省图书馆新馆拥有网络信息节点4000个，网络带宽1000兆，每日最大接待读者达2万人次，为满足读者的阅读感受、管理手段的信息化，计划将新一代通信技术引进江西省图书馆新馆，打造一套快速、高效、安全的智慧图书馆服务体系。

1.1 智慧图书大数据资源平台建设要求

平台采用大数据平台做为智慧图书馆的基础，为图书馆复杂数据源提供一套开发界面，方便馆内工作人员使用数据平台，简化数据同步和数据开发任务，包含创建、发布、调度、运维等，需通过统一的开发入口，实现元数据的自动录入、数据血缘关系的识别等。

1.2 人工智能系统开发

按照OneData数据设计将数据分为ODS（操作数据）层、CDM（公共维度模型）层、ADS（应用数据）层。规划设计江西省图书馆的数据生命周期，数据质量保障策略，数据安全策略。规划图书馆数据输出的指标体系，按照指标系统设计每层的数据表结构。按照One ID原则，关联读者和图书为主体的ID映射。设计数据萃取层，提供数据的共享复用率，提供OneService接口设计。

1.3 物联网平台接入层能力建设

通过边缘计算IoT网关，实现江西省图书馆物联网设备低成本终端接入，设备双向加密，实现安全通讯，IoTPaaS平台提供实时计算、海量数据存储、大数据分析以及数据可视化服务，对第三方开放统一的Open API接口，实现丰富的联动化应用场景。

1.4 智慧阅读空间需求

智慧阅读空间是用于读者来体验未来阅读方式的地方，通过大量智能化的IOT设备结合大数据分析，给读者以超科技感的体验感受。智慧空间内部署智慧座席，读者先通过场馆预约系统对智慧座席的预约。然后在智慧空间门口通过人脸识别来实现签到认证。在座席内，座席屏幕显示的内容和灯光，音量能根据读者画像以及之前设定进行个性化的服务，读者能对座椅舒适度进行电动调节，通过智能语音设备能进行语音交互和控制。

2 平台解决方案

江西省智慧图书馆项目作为江西省本地文化领域建设的重点工程，项目内容涵盖智慧场馆设施、智慧图书化应用、大数据以及图书馆业务应用等，平台采用业界成熟的解决方案、技术体系和技术架构，遵循“总体规划、分步实施”和“从上而下设计，从下往上实施”的原则，开发一套开放的API系统，支持江西省图书馆自定义开发，支撑用户根据自身业务需要进行新的应用设计、界面设计，平台具备持续满足图书馆业务运营需要的能力。平台结合AI、大数据、云技术、物联网等技术，实现场馆云上管理、无感借阅、人脸识别、图书智慧推介等，为管理层提供决策分析。

2.1 智慧图书大数据资源平台

通过对江西省图书馆智慧图书大数据资源平台需求的理解，以及根据建设目标、设计原则的考虑，采用基于大数据基础平台的架构方案，来满足平台建设的要求。建立智慧图书馆大数据平台的核心问题是解决省图书馆数据的“存”“通”“用”的问题，目的就是实现图书馆数据资产化，着力于打通业务数据化和数据业务化的整条链路，真正让江西省图书馆的数据产生价值。通过平台的建设，把江西省图书馆的业务数据全部采集抽取到大数据资源平台，再把更多的系统数据同步到大数据平台，通过OneData理念，以业务板块+分析维度构建图书馆公共大数据中心，并进行数据关联整合，结合OneID建设方式，以业务+萃取标签维度，建立大数据服务模型，形成读者大数据中心、图书大数据中心、活动大数据中心等等，经过OneService统一数据服务中间件面向图书馆各项应用提供服务。

图1 大数据资源平台技术架构

2.2 智慧图书馆人工智能系统

数据集成人工智能系统主要通过大数据软件产品开发套件的数据同步模块进行实现。实现从多个异构的数据源（不同数据库、结构化文件等）抽取数据，并加工成统一的数据格式，最后加载到数据仓库中，形成江西省图书馆基础数据资源体系。数据集成模块是在各个存储单元之间执行数据交换的管道。数据集成可对MySQL、Oracle等数据源进行读取或写入数据，使用时仅需配置数据源的连接信息（例如填写Oracle数据库的JDBCURL、用户名、密码等信息），再配置对应的数据同步任务即可。同时，可进行数据清洗、脱敏、转换、稽查、合并、替换、过滤、校验等一系列操作保障数据集成的质量。

2.2.1 读者行为收集系统

当读者跟图书馆的业务发生交集的时候，通过各种手段来收集读者的行为数据，在读者使用图书馆的终端设备上比如APP、微信端页面和检索平台增加信息点，收集客户在终端的行为轨迹，帮助图书馆了解读者当前的关注点，以便更好的为读者服务。

多场景数据分析，支持流量分析、页面分析、事件分析、点击分析、漏斗转化、内容分析、行为路径、活动分析、用户分群等多类型分析。全矩阵、全场景进行数据分析与可视化，助力图书馆，为图书馆创造价值。

2.2.2 标签系统

根据江西省图书馆业务需求，针对业务属性和数据类型开发一套用户标签，建立一套面向读者、图书、活动的标签样本库、标签的数据分析算法。每日标签生产的周期性数据自动根据每日新增数据更新相关标签。

2.2.3 读者智能推荐系统

江西图书馆要建设新的智慧图书馆，要立足于更好的服务读者，需要与时俱进采用新的技术来把文化资源与读者的合适匹配，既能让馆内的文化资源得到更多机会展现给读者，同时又让读者能轻易得到自己喜欢的图书资源。利用自然语言处理、人工智能、概率统计和机器学习等技术对海量信息数据进行分析后，根据读者的兴趣特点和借阅行为，向读者推荐读者感兴趣的东西。

2.2.4 分析和决策系统

图书馆需要对日常运营情况进行掌控，需要各种维度的分析决策报表，通过大数据平台和报表工具，可以对日常数据进行实时在线分析，数据实时在线分析服务支持自助查询操作、提供了丰富的可视化效果，降低数据的获取成本和使用门槛，能够让一般业务人员操作。

2.2.5 智慧管理——图书馆大数据智慧墙

大数据智慧墙经过后台设计与分区数据展示，形成特色化的智慧墙展示界面。以独有的分布式区域管理技术对多种服务数据分区展示，真正实现对海量数据进行关系链实时分析，统一为图书馆提供信息的发布、活动、场地发布设置等各类动态图文信息和导引信息。

图2 大数据智慧墙

2.2.6 人脸识别系统

采用世界领先的深度学习技术实现人脸建模、比对、检索等功能实现人脸实时报警、轨迹分析、人脸检索等应用。通过人脸识别系统实现图书馆内人脸识别，读者在系统中注册在了人脸之后，可以在人脸无感借阅通道、出入智慧阅读空间等时提供人脸识别服务。

2.27 无感识别系统

将射频识别技术（RFID）、人脸识别技术、移动互联网技术集成在智慧图书馆的智能借还设备上，读者带书经过通道即可完成借书或还书的业务流程，实现读者借书、还书零操作，系统高度智能化，借还效率是传统图书自助借还机的10倍以上。

图3 无感识别系统

2.2.8 客流统计系统

各个网络终端通过网络交换机连接，客流统计摄像机安装在图书馆出入口，中心管理平台部署在监控中心，图书馆管理人员可以通过中心管理平台对客流统计产品进行配置和管理，并实现客流数据报表的生成、查询和导出等功能，具体包括：客流统计、智能追踪、抗干扰、数据存储、数据查询等。

2.3 物联网Paas平台接入层能力建设

智慧图书馆物联网平台是在图书馆设施自动化、智能化管理需求不断提高的情况下，以“一体化服务平台+积木式应用模块”的应用架构和“专业化运营+市场化服务”的管理体系为核心方式，建立的专业物联网开放平台和智能图书馆ISV生态圈。促进图书馆产业服务、品质提升领域的物联网感知设施共用、数据共享和应用支持，以满足新型智能图书馆建设要求。物联网开放平台支持各建筑智能化系统主流接口标准，包括OPC，DDE，RS232/RS485，LonWorks、BACnet、Socket等。具体实现时将RS-232、RS-485接口协议转换成TCP/IP协议，即将RS232/485/422接口数据封装在TCP/IP包里，进行协议变换，然后通过IP网络传给系统集成服务器。

2.3.1 智慧图书馆物联网PaaS平台

智慧图书馆物联网PaaS平台打造了一个面向设备和应用的一站式开发使能平台，面向设备端提供AliOS Things、SDK，配套ICA物模型能力，解决物联网中的“物”超级碎片化的问题。同时通过边缘计算，将联通沃云在云计算、大数据、人工智能的优势拓宽到更靠近端的边缘节点上，打造云、边、端一体化的协同计算体系。

（1）实现面向图书馆设备池的标准化接入和沉淀的物联基础管理、面向图书馆标准应用池的接入和市场上架的生态服务支撑、面向业务的通用能力输出。

（2）实现图书馆/楼宇场景中异构系统和设备的接入集成，同时针对边缘数据计算场景提供边缘数据存储、AI分析、规则引擎、横向级联、OpenAPI等服务。

（3）运营服务中心提供面向图书馆智能化场景集成、运营、方案输出、能力开放提供完整工具和服务，包括基础服务、设备资产中心、数据资产中心、智能服务中心、方案配置中心。

（4）可落地面向具体业务场景的数据智能、场景解决方案、本地业务集成等丰富智能化SaaS。

2.3.2 物联网设备接入

智慧图书馆物联网平台是依据接入平台的设备数量和相关数据要求进行性能分配和授权的，在本项目中为江西省图书馆项目账号进行书数据授权，产品数据授权满足账号和空间要求，针对三方应用的进行了2000个设备的授权。

智慧图书馆物联网平台产品提供标准接口和必要的技术支持，需具备接口如下：

（1）可通过边缘网关产品对接，可以支持opcua（设备供应商系统需提供opcua server），websocket（设备供应商系统实现websocket client）和modbus tcp（设备供应商系统需提供modubs tcp server）三种协议进行数据对接。

（2）可直接通过物联网套件产品对接，支持mqtt方式（设备供应商系统作为mqtt client）进行数据对接。

2.4 智慧阅读空间建设

智慧阅读空间用于读者体验智慧阅读方式的地方，通过大量智能化的IOT设备结合大数据分析，给读者以超科技感的体验感受。

3 结束语：阅读点亮梦想，书籍滋润人生

江西省智慧图书馆平台是全国首批将5G技术、云计算、大数据、物联网、人工智能、VR、人脸识别等新一代通信技术进行整合，设计打造的一个集科技、智慧、安全的智慧图书馆，项目已成为“智慧图书馆”领域的一个样板，可被广泛推广到文化馆、博物馆、科技馆等场景，矗立于赣江之滨的江西省智慧图书馆新馆像一本打开的图书，面向赣江翻开，已成为江西新的文化地标。