5G技术下智慧图书馆服务模型构建研究

赵 姗

(中共西安市委党校 图书馆，陕西 西安 710056)

0 引言

近三年来，智慧图书馆研究热度不减，截至到2021年12月，以知网论文数据为统计来源，2019年至今关于智慧图书馆相关的研究论文就有50多篇[1]。主要研究集中在：公共图书馆、高校图书馆和地方特色图书馆针对不同读者开展特色智慧服务；从数据角度展开的服务模式研究；关于智慧图书馆硬件、软件建设实践等。而结合5G技术特点开展智慧图书馆中智慧服务模式构建研究的文章数量处于上升期。本文以5G技术的广泛应用为社会背景，以5G迅速发展并向社会生活不同领域不断拓展的发展趋势为契机开展研究的。5G时代的到来对社会生活产生巨大影响。5G带来的新技术给图书馆管理、服务的智慧化提供了基础设施保证和技术支持，也使图书馆进入新的发展阶段。新一代的图书馆在人工智能、网络切片、边缘计算、设备到设备(Device-to-Device，简称D2D)通信、虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)和增强现实(Augmented Reality，简称AR)等技术的应用实践中，图书馆的管理服务也进入了智慧化实践阶段[2]。在5G环境下构建图书馆智慧服务模型对图书馆的智慧建设和服务创新发展具有重要的理论和现实意义，同时也为5G技术的应用提供了图书馆的应用样例。

1 5G技术对图书馆服务的影响

5G是第一个应用驱动的通信技术，基于5G技术的特点，5G技术主要有三大业务应用场景：增强型移动带宽(Enhance Mobile Broadband，简称eMBB)、海量物联网通信(Massive Machine Type Communication，简称mMTC)和高可靠低延时通信(Ultra Reliable Low Latency Communication，简称uRLLC)。增强型移动带宽(eMBB)，主要面向高清视频和大流量的宽带业务，让用户的体验感升级；海量物联网通信(mMTC)提供低成本、低功耗的海量连接服务，支持以传感器为基础，通过数据采集实现的互联互通应用服务；高可靠低延时通信(uRLLC)保证了端到端毫秒级的时延。基于5G技术特点图书馆的读者服务可以实现高效知识获取和知识感知体验，例如：宁波图书馆的首个5G阅读体验馆，推出了一系列5G+AR阅读、5G+智能书写系统以及5G+VR科普箱等5G智慧阅读的应用体验[3]，5G+服务有效提高了读者与图书馆服务平台的黏性，实现图书馆智能服务泛在化。

1.1 5G让图书馆数据资源组织方式变革

5G具有更高的传输速率、更低的网络时延和更大的用户连接能力等显著特征。5G技术将给图书馆数据资源的存储、组织和呈现形式带来巨大的变化。5G技术让图书馆的数据资源不再局限于单一的在线阅读形式。高速率的数据通信让数据资源存储不再局限于本地服务器，选择网络云端数据存储更加便捷、安全和易维护。面对无处不在的信息采集，对采集来的数据实现数据资源组织形式的自适应性，提高信息资源获取过程中的数据自动组织。虚拟现实和增强现实技术实现了资源数据呈现形式的巨大飞跃，新型数据呈现方式将带来更智能的体验和惠及大众的知识信息服务。

1.2 5G让图书馆资源呈现方式多元化

5G采用大规模密集型多输入多输出天线阵列(Massive Multiple-Input Multiple-Output，简称Massive MIMO)技术给每个用户分配专用电波，很好地解决了5G应用场景中信号延迟和卡顿的问题，让虚拟和现实场景可以完美融合，极大满足了视频影像的实时传输要求。图书馆一改以前静态、单一的资源展现方式，通过视频、实时在线互动、虚拟空间访问、在线课堂和超高清直播等形式，多元化地展示资源和服务，来满足不同读者需求。

1.3 5G丰富图书馆服务平台服务功能

5G技术支持的智慧图书馆应用服务平台可以包含数据云端存储、多设备兼容互通、增强带宽、边缘计算和AR/VR等创新技术的融合应用。适合5G标准的云服务平台将会取代应用服务APP成为图书馆资源组织展现新模式。搭建在5G网络上的图书馆服务平台应具备多设备连接端口，配合图书馆的开放的公共查询目录OPAC(Open Public Access Catalogue)，实现图书馆间的资源数据共建共享。图书馆服务平台综合应用5G网络、虚拟/增强现实、GIS 定位等技术实现空间的虚实融合，使用户在应用服务平台进行学科咨询、虚拟交互等各项智能信息服务时体验多维感知乐趣，再通过大数据分析让用户感受差异应用体验。图书馆智慧服务云平台作为信息知识传播中心，应该整合更加广泛的资讯信息，建立多馆资源联合共享平台，实现资源的合理配置，推动数字资源的普及使用。通过与高校、科研院所合作提高信息资源和视频资源的专业性和针对性，实现数字资源体系化建设、智能学习空间规模化、大学课程开放、最新科研成果和数据有序开放呈现、数字资源与用户的深度融合[4]，为“大众创业万众创新”提供知识保证。

1.4 5G让图书馆服务无处不在

5G技术的高可靠低时延和海量物联通信特征，让更多的通信终端通过5G网络联系到一起。海量连接的智能设备让图书馆的数据库越来越丰富，数据共享率越来越高。多元化的移动终端连接引起图书馆数据内容和组织形式的变革，同时又作用于用户使用智能终端的行为[5]。依托5G技术、多元化设备连接，让图书馆服务无处不在。

1.5 5G让读者获得新体验

5G的创新技术有效地推进了物联网、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、无线传感和知识平台领域的快速发展和智能平台应用的研发与推广[5]。图书馆建立5G体验馆既可以让读者直观地感受5G技术，又可以在读者查询、检索、知识获取和决策分析等方面感受5G技术与图书馆服务的融合，让用户实现高质量的信息服务体验感。AR/VR技术和穿戴设备的利用让图书馆的知识交互更加开放，让读者与知识深度融合，给读者提供丰富的情感反馈服务[6]，让读者的信息获取感知拥有全新体验。

2 5G技术和图书馆智慧服务融合应用

在创新驱动下，5G技术必然融入图书馆智慧服务模型构建，应用5G多场景应用服务推动图书馆服务智慧化升级。5G技术与图书馆的服务应用融合，有利于资源优化统筹、合理配置，满足对用户知识服务的精准推送和准确定位，还可实现集科研、教学、智库决策于一体的全面知识服务，使图书馆的知识服务拓展范围的同时向纵深发展。

2.1 5G技术支持下的智慧图书馆场景应用模型

5G技术的快速落地实施，需要各个领域的积极探索融合方式，推动5G创新技术的大范围应用[7]。5G技术、人工智能和大数据等技术的快速融合发展促使社会生活生产的各方面发生改变。5G等技术与各行业的有机结合，不但拓展应用服务领域的边界，更创造出新的应用服务模式和全新应用服务平台，让用户在虚拟构架中满足真实感体验，最终改变智慧城市、智慧生产生活等诸多场景服务模式。智慧图书馆的建设是智慧城市建设的重要组成，把智慧图书馆建设作为5G技术落地试点具有重要的实践意义。5G技术和智慧图书馆服务的融合主要包括图书馆相关的基础服务应用、拓展领域服务应用和图书馆管理应用三个方面。其中基础服务应用仍旧是图书馆智慧服务的重点，它包含了智慧馆舍建设、创客空间建设和用户行为数据分析等服务功能。业务拓展领域的场景应用是智慧图书馆智慧服务的发展方向；管理应用场景则是新时代图书馆高效便捷服务的前提条件。融合5G技术的智慧服务应用场景可以拓展图书馆服务的范围，提高服务效能，涵盖更广用户，提供更优质的知识服务体验。下图1为5G技术下的图书馆智慧服务主要应用场景。

Fig.1 Main application scenarios of library intelligent service under 5G technology图1 5G技术下图书馆智慧服务主要应用场景

2.1.1 基础服务应用场景

(1)智慧馆舍建设

智慧馆舍建设令图书馆借阅证办理、书籍资料查询检索、图书借阅归还都可以借助自主设备完成，大大节约了图书馆的人力成本。在5G技术驱动下的智慧图书馆建设应该包含传统区域建设和智慧创客空间建设：首先图书馆入口处安装人脸识别器，通过采集信息与后台数据库读者信息比对，快速对入馆读者进行身份识别，方便读者快速通过门禁闸机，实现多个用户多重身份快速验。馆舍内部在不同位置安装电子显示屏，方便新入馆用户信息咨询；馆舍内全覆盖感应器、定位仪并在图书馆所有硬件设施和馆藏图书内置RFID芯片，实现图书馆用户流量、环境数据实时检测，保证用户预定座位和馆藏图书的导航，以及馆舍结构导览等功能。同时要保证馆舍内的监控设备在图书馆的服务空间安全运行。实现与馆内的智能书架、智能座位、行为检测器、门禁闸机的全息互联，方便读者实现阅览室及书库的自助借还流程，系统后台自动完成验证与流通程序。同时，应用精准定位导航与AR技术，用户可通过终端应用程序或特定设备实现系统定制的3D自动导航导览服务，在馆内特定功区接收特色资源与服务推介，享受智能座位导航与自助参考咨询服务等[8]。

(2)智慧创客空间建设

创客空间建设除了基本识别、导航、定位和模拟仿真硬件设备之外，还应该集成多领域最新科研设备和科技研究成果，运用实体应用模型和网络传感技术，对创客空间进行全虚拟映射，加强空间的虚实融合，构建高效、全面感知的沉浸式体验和无线的泛在服务，形成自由开放的智慧创客生态系统。在大的创客生态系统下划分多个专业单元，在多领域协同共享的前提下，提供学科探索式深度研究服务，实现学科的全方位深度洞察和创意探索以及创新。

(3)用户行为数据分析

这是智慧图书馆与大数据结合的又一特色，是实现满足用户需求，发觉用户潜在兴趣的关键性分析。在5G技术的加持下，用户行为数据分析可以通过5G的低延迟性实现实时互动，不断通过用户行为反馈修正分析结果达到精准的个性化知识推荐。

2.1.2 业务拓展领域应用场景

(1)直播在线教育

5G时代，图书馆的信息中心地位日渐凸显，与各部门、各科研院所的协同合作日渐密切，形成数字资源共建共享、智能空间一投多用和科研数据动态开放的新型信息资源使用模式，加速资源与用户的融合。在此模式下，直播在线教育成为不同用户群的优质资源选择途径，利用智慧图书馆的优质硬件资源实现虚拟现实模式下的智能课堂，以课程为划分单元，完成多学科的内容整合，面向不同的用户在线同步直播。5G的低延迟完美地解决了课堂互动环节的体验感问题，利用虚拟增强技术，让直播在线教育的学习效果大幅度提升。

(2)服务智慧城市建设

智慧城市(Smart City)不仅需要物联网、云计算等新一代信息技术的支撑，更要培育面向知识社会的下一代创新驱动力(创新2.0)[9]。图书馆作为知识信息服务中心，在智慧城市建设的背景下，肩负着文化标志作用，更是承担着信息知识组织、传播、加工、分析处理以及提高市民信息素养的重要责任，是智慧城市生态系统中的重要组成。图书馆依托5G网络基础设施，以5G技术、人工智能、虚拟仿真等最新科技成为集数据查阅、信息获取、全媒体展示、综合服务等功能于一体的综合服务中心，成为智慧城市重要的文化性标志；图书馆信息收集、归纳、分析的文献与数据资源成为智慧城市建设重要信息资源支撑；智慧图书馆实时多样的知识服务为市民提供了免费终身学习资源，成为建设全面创新社会的重要保障。

2.1.3 管理应用场景

(1)智慧场馆管理

智慧场馆管理在满足用户沉浸式体验感之外，还要协调5G技术及各类技术(人脸识别、人工智能、边缘计算、大数据分析和数字孪生等技术)，做好后台的数据监控和实时的系统维护，保证图书馆泛在的智慧知识空间功能[9]。图书馆借鉴5G在工业互联网领域的成功应用经验，其智慧场馆管理包含多设备接入管理、智能设备智能互通管理、图书和创客空间智能预约管理、图书馆内部空间导航管理、创客空间资源配置管理、虚拟人机交互管理和智能借还机器人管理等。

(2)智慧安防管理

5G技术对智慧图书馆管理系统安全提出了更高的要求，智慧图书馆的安全体系应该包含图书馆门禁的人脸识别管理、馆舍监控系统管理、人流检测管理、风险预警管理、突发事件报警管理和多系统联动控制管理等。智能馆舍的安全防御系统在5G技术的应用场景使用下，形成实时反馈、智能数据分析、危险预警和智能应急处理等智慧安防立体体系。

2.2 5G技术支持下的图书馆智慧服务平台构建

融合5G应用特点，将给图书馆的智慧服务带来巨大好处。5G技术下图书馆应该以读者需求为中心，以智慧服务为特点，通过联盟协作共享，在社会生活方面形成更大的影响辐射。图书馆以智慧服务平台为中心，协调图书馆的各类服务应用和图书馆管理职能，包含智能密集书库管理、资源画像、数据分析、科研评价、生物信息识别、智能楼宇管理、数据空间管理等[10]。

2.2.1 智慧服务平台特征

(1)技术特征

建设基于5G技术的跨系统、广覆盖的智慧服务平台是5G在应用场景选择上的重要保证。相比之前的技术，5G具备的技术优势包括：根据不同的应用场景提供定制化网络资源的网络切片；在靠近移动用户位置上提供信息技术服务环境和云计算能力的移动边缘计算技术；通过大规模天线阵列以及波束赋形技术对每个用户分配专用电波的Massive MIMO技术。这些技术的创新让网络由原先的紧密耦合式平台系统架构发展成兼容性强的开放式松耦合平台系统架构。该服务平台向外提供外部服务入口，令设备等硬件可自由接入，实现跨平台服务，实现动态、高效的开源特性，满足服务平台架构能不断升级优化的需求。以此为基础创建支持用户、资源、服务的智慧服务云空间，组建元数据资源库、分布式智慧服务库和平台智慧管理库，以实现智慧平台在5G技术支持下的服务特色体现。

(2)平台运营特征

智慧服务平台以AR/VR和全息影像作为服务特色，通过后台智慧馆舍控制模块完成馆内所接设备实时在线调配，其中包括馆舍空调温度和湿度调控、电梯服务策略智能适应、馆舍监控系统控制和创客空间资源调配，以及馆舍资源环保绿色节能智慧控制等。通过5G的低延时高可靠连接(uRLLC)技术，图书馆AR/VR体验模块可实现有关虚拟现实和增强现实场景应用，如主题会展、少儿阅读、以及智慧推送等服务。智慧平台的数据存储采用并收的多元异构知识库，对联盟馆资源协同开发，各类资源共享。智慧服务平台提供公用接口，可以对平台上的应用服务随时增减，嵌入关注度高的热点教育资源系统，在服务过程中面向用户需求，不断完善平台内容，提供多领域深度知识推荐，为读者量身订制个人图书馆服务。

(3)安全特征

在5G等多元技术背景下，通过智能安防监控模块控制实现包括摄像头联网、人流监测、风险预警、网络报警和应急联动处置等功能。智慧服务平台通过安全监测数据信息实现图书馆安全性能保障，并可以通过云服务商对图书馆智能安防系统进行专业服务，实现智能安防模块自主控制和高质量数据监测。

2.2.2 智慧图书馆服务平台架构

新一代智慧图书馆服务平台应结合5G优势，以网络切片技术、大规模智能天线、微基站、智能检索等5G技术为依托，以用户需求为图书馆服务主要驱动力，融合纸质资源和数字资源，以知识发现为主要功能，能提供多种设备接口。新一代智慧图书馆服务平台部署在云端既有利于数据前后端分离，便于管理，也能支持应用服务模块化，为应用服务提供统一接口，满足用户多元化服务需求。就像布置在云端的资源数据管理中心，平台的开放系统架构，支持多种元数据载入和数据联机分析，支持异地数据编目、读者学习轨迹全流程采集、跨平台数据检索和多终端接入等功能。智慧服务平台配合5G技术，实现服务业务流程模块的协同重组和数据资源存储升级，以形成新的服务方式。其中，数据资源依托数据资源库建设，让编目、存储和检索统一读取路径，实现同时异步协同服务，一站式检索各类资源并能通过用户信息采集和深度挖掘形成用户数据资源库，以用户数据资源为分析基础，实现用户的个性化精准信息资源推送。如图2所示，为基于5G技术的图书馆智慧服务平台架构。

Fig.2 Architecture of library intelligent service platform based on 5G图2 基于5G技术的图书馆智慧服务平台架构

(1)感知层

这层包含各类的摄像头、温度/湿度传感器、人脸识别仪、门禁装置以及流量监测仪等设备。硬件设备的架设通过5G网络实现数据的高速传输，让这类设备组成智能服务平台的神经末梢，突破网络带宽的限制，实时感应外界信息，把采集到的信息快速通过传输层，将清洗后的数据存储到数据层。

(2)数据层

该层主要保存数据，是智慧服务平台的资源数据中心。智慧服务的实施离不开大数据的决策支持。以数据为核心的应用服务离不开数据的高效采集、存储、调用。5G技术解决了在数据的采集、存储时间延迟上的问题，保证了数据实时性和同步性。图书馆采用分布式文件管理系统作为数据存储工具，把现有图书、报刊、电子资源和通过感知层采集到的用户行为数据组建成为图书馆自有资源库；通过大数据和挖掘算法形成包含用户行为数据和新知识数据的数据挖掘发现库，实现对用户的精准定位和知识的创新。

(3)技术层

该层包括5G传输协议、API网关、网络切片、人工智能、大数据语义分析、边缘计算和可视化、VR/AR等各项功能。技术层依托5G通信技术，使用网络切片技术形成虚拟逻辑独立的功能单元，在每个切片上可显著提高逻辑模块性能。通过对数据层元数据的映射管理，在数据共享的前提下实现数据跨库检索和用户身份统一认证。通过数据挖掘技术和大数据分析，对用户发现库的信息整合聚类，关联相关知识库数据，实现用户和知识库关联，对图书馆资源动态排序，为用户提供个性化服务，同时还能对用户的反馈数据进行预测，提高服务平台的服务质量。

(4)业务层

业务层主要实现各类应用服务的业务逻辑，包含图书管理系统以及各类服务应用app。既包含了传统的图书馆服务——联机编目、馆藏查询、自助流通、馆际互借和资源共享等服务；又有通过数据挖掘和大数据分析，实现的用户画像、读物精准推送的智能荐读、创客空间推荐和教学研究评测的科研分析等功能；还有通过5G的海量互联网通信，实现了智慧馆舍的布置，让以传感器和数据采集为目标的应用场景提供相应服务[7]。位置导航和智能门禁就是采用智能感应器和数据地图实现的功能。业务层的服务是5G创新服务的集中应用的体现，通过数据的深度挖掘和用户信息的全面采集，实现了图书馆传统功能的优化和拓展服务的创新。实现基于数据特征的个性服务功能、用户需求预判和决策服务分析等功能。

(5)表现层

该层注重用户体验感。根据不同终端设备的显示尺寸和屏幕特性，利用开源工具的前端架构，使用H5自适应实现不同终端显示的视觉完美感受。该层依托云服务、密集异构网络和自组网的云模式构建人机多层次智慧交互，实现资源模拟仿真空间、数据和用户实时交互、馆舍智慧运行。智慧服务平台的表现层提供应用接口以适合各类语言开发的服务APP，为资源共享和跨平台数据交互提供基础。最终使用直观、亲切的可视化技术实现用户和平台管理员之间的交互。界面根据用户登录信息可生成个性化服务界面。智慧人机交互破除了阻碍智能图书馆万物互联的壁垒，为更多用户提供服务。

3 结束语

在5G技术的应用为构建智慧图书馆提供了巨大机遇的同时，5G的创新技术不断改变着社会生活方式，图书馆作为知识服务中心往往是新技术实践的实验地。依托5G多场景应用和网络切片、MIMO、边缘计算等创新技术，以及移动智能技术大范围应用，构建智慧图书馆的应用场景和智慧服务平台，实现个性化和高效精准的智慧服务。智慧图书馆的建设是多方面协作的成果，不仅需要5G技术、AI技术、大数据、云计算等技术的支撑，更需要精通图书馆业务又熟知智慧管理的跨专业融合性人才。专业人才和新技术的融合共生才能更好地发展智慧图书馆应用。有专业的图书馆馆员做智慧图书馆的顶层设计、服务模式架构、智慧平台构建，实现对教学、科研、决策精准分析的知识推送，再由馆员提供人文服务，提高智慧环境下图书馆的人文气息，实现智慧图书馆集新技术、高效率和情感互动于一体，智慧服务平台多方联动、资源协同调配的良好知识服务创新体系[11]。使智慧服务真正惠及广大用户，充分发挥图书馆在城市化建设过程中的重要作用。