多智能体系统协同控制的智慧图书馆解决方案*——以天津商业大学图书馆出入一体化改造为例

赵霞琦，王 艳，张 倩

（天津商业大学图书馆，天津 300134）

1 引言

高校图书馆在新技术、新理念、新的发展目标、人文智慧和读者需求的基础上，不断呈现出新的功能形态，不断实现人性化便捷性和智慧化［1］。根据图书馆学五定律之“图书馆是不断发展的有机体”，其资源及空间服务等随着智慧化需求和管理不断发展进步。近年来，疫情防控的需求及后公共危机时代对高校图书馆治理能力和治理体系的要求必然推动高校图书馆的变革发展和服务创新［2］。“加快数字化发展，建设数字中国，建设智慧图书馆”等要求已经写入国家《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》［3］。高校图书馆以用户为中心，不断融合技术、资源、空间，为用户提供便捷无感知的智慧有机体势在必行。

基于多智能体系统（multi-agent system，MAS）的协同控制理论，天津商业大学图书馆通过对闸机、通道及座位管理等系统的联动改造，实现多智能体系统的协同控制，形成智慧互联，有效应用于疫情防控，保障资产安全，实现读者一体化服务［4］。这种联动改造可以根据图书馆使用情况合理配置座位资源，适当调整开放区域时间，实时调节馆内计算机、空调、灯源等耗能设备的使用时长，以达到节能减排的目标，提升图书馆智慧化服务水平［5］。

目前，天津商业大学图书馆已完成项目改造并投入使用，实践案例可为各高校图书馆基于多智能体系的协同控制改造、提升智慧化服务能力的建设提供参考。

2 基于MAS协同控制的智慧图书馆建设文献回溯

自2009年IBM公司首次提出智慧地球理念后，智慧城市、智慧图书馆等智慧服务随之兴起并不断发展。笔者检索知网发现，早期智慧图书馆研究是在物联网的发展基础之上［6］，结合图书馆智能设备及云计算等现代技术发展并逐步成熟。其中对于智慧图书馆解决方案集中在RFID技术的应用上，实现图书馆服务的智能化无人值守（以自助借还为典型），结合图书馆统一检索平台，建设智能化一体化的智慧服务平台［7］。文献回溯发现，近五年来智慧图书馆研究更是高速增长，2021年文献总量超过700余篇。学界对于智慧图书馆的研究主要集中在基本理论研究、新技术在智慧图书馆中的使用及实践案例、图书馆的智慧化服务以及智慧图书馆员的培养［8］，包括近期对于智慧图书馆服务平台建设讨论等［9］。对于本文提出的基于智慧互联，实现多智能体系的一体化建设，对闸机、通道及座位管理等协同控制，实现读者一体化服务研究尚未在相关文献中发现。因此，有必要开展基于协同控制及智慧互联的智慧图书馆建设的实践研究。

多智能体系统（MAS）,是在某个环境或场景中的多个智能体系的合集，是能够在环境中通过交互实现信息处理的组合体，通过协同工作可以降低能耗提高工作效率等［10］。而协同控制就是在一定的环境和网络中,通过相应的控制算法，达到各职能体系的一致性控制［11-12］。笔者检索知网发现，基于多智能体系统的协同控制多应用于工业控制中，将其技术应用于图书馆建设的实践中，只有朱李瑾、刘子忠等在2006年提出了基于多智能体的图书馆联盟建构方案［13］。因此，天津商业大学图书馆将出入管理、借还书系统管理以及预警管理、座位优化管理等多智能体系进行一体化改造，达到协同控制，提升图书馆的智慧化服务效能，具有一定的理论创新和应用价值。

3 MAS协同控制在智慧图书馆中的实施意义

在实现多智能系统协同控制前，图书馆各个系统彼此独立。目前，高校图书馆基本建设了便捷的出入口闸机和通道（防盗仪），实现一门禁式出入口一体化管理模式，通过RFID技术达到图书资料的自助借还和资源流通，通过座位预约系统实现座位与空间的管理。但是，读者进入图书馆还需要完成刷卡、选座、借还等一系列操作，且每种应用都需要登录各自独立的系统，使用单独账号密码。座位管理系统不能与闸机联动，特别在疫情防控等方面，很难实现读者的有效管理。在智慧化系统平台方面，由于每个系统都使用不同操作系统，管理员需要登录不同后台管理系统，进行用户行为统计分析、安全管理等操作。

笔者所在图书馆在项目改造前，出入口一体化管理水平相对欠缺，在读者入馆方式及在馆人员信息掌控方面，图书馆大门口仅安装有一组四通道单向闸机，读者刷校园卡进入图书馆，未实现手机扫码入馆等。后台管理系统只能对读者进馆情况进行记录和统计，不能反映读者出馆情况，管理人员不能掌握读者在馆信息。

在保障图书资产安全方面，图书馆已经完成RFID的改造，实现自助借还，但只安装了单通道书刊防盗仪，仅有声光报警功能，出现异常时不能显示报警的具体情况。

在座位管理方面，实现了座位的预约、签到及选座等功能。但由于建设时期较早，系统没有与学校信息门户对接，未实现统一认证，读者在预约座位时需使用单独的账户与密码；不能实现分时段预约，仍会出现占座现象，增加了人工管理的难度；未能实现与闸机联动，读者入馆后需二次签到，因选座机有限，仍存在排队现象；系统不能与闸机联动，在特殊时期对入馆读者无法控制。

在应用系统管理方面，各系统数据独立运行，没有统一标准，部分应用系统没有与校级统一接口服务集成，同时缺乏大数据平台统一管理，无法对各业务系统数据协同管理及大数据的挖掘分析，无法为上层业务应用提供数据支撑。

因此，无论是从顺应现代智慧图书馆管理模式，还是从提升管理手段的角度出发，图书馆均需将门禁控制组网、座位管理组网以及图书管理组网协同控制起来，构建一套基于多智能体系统协同控制的集闸机、通道与座位系统联动，保障资产安全，实现读者一站式服务的智慧图书馆管理平台。

4 多智能体系统协同控制的建设实践

4.1 建设总体方案

对多智能体系的协同控制，可实现读者出入馆、空间使用、日常业务处理及异常行为示警等集中统一管理，具备系统联动、手机扫码入馆、图书馆信息展示等功能，优化资源配置，提高空间管理效能，提升个性化服务水平，进一步发挥智慧图书馆的潜在效用和功能［14］。以天津商业大学图书馆出入口一体化多智能体系协同控制改造为例，其总体结构如图1所示。

图1 出入一体化多智能体系协同控制总体框架图

（1）协同控制管理平台。该管理平台包括以出入一体化为主的图书馆智慧空间使用平台，前端配备带有一卡通读卡器和二维码识别系统的双向通道闸机，基于RFID标签识别技术的防盗仪及座位管理机；后端管理采用协同控制，将出入一体化管理系统、座位管理、书刊防盗设备、大数据显示屏相结合，建立统一管理平台，可对出入馆读者进行身份识别，出入管理、座位使用管理，同时具有数据采集、数据分析以及数据展示功能，并配置大数据智能显示屏。同时，整合电子阅览室管理平台，将天津商业大学图书馆现有机房整体归纳到集群管理平台中，采用统一身份识别技术，使用高效自动化的机房管理软件，配备上网行为检测系统，实时查看电子阅览室每台客户端计算机的状态情况，记录每位使用者的上网信息，且能够进行远程管理等。

（2）闸机及门禁系统建设。配置双向六通道闸机一套(含门禁管理系统)，通过与校园信息门户对接，实现读者一卡通或手机二维码等多种出入馆方式，提高读者自助属性；智慧收集读者进出馆数据，实时掌握读者在馆情况。实现闸机与座位管理系统联动，开放数据接口，可以通过多样化参数设置，实现在特殊时期读者预约入馆，控制入馆人数、节省人力资源；可通过多样统计报表功能，实现数据的充分利用、分析与展示［15］。

（3）书刊防盗仪及报警系统建设。配置六通道书刊防盗仪一套（含报警系统软件，与天津商业大学图书馆自助借还系统对接（开放数据接口、管理机一台、抓拍摄像头若干）。将现有完善的RFID技术应用于烦琐的进出馆人员管理，有异常行为读者在通过安全门时，实现声光报警的同时启动摄像头进行抓拍，并通过屏幕显示报警信息，包括书刊信息、通道信息及抓拍的图片等，为管理人员提供相应处理依据，避免了读者与管理人员不必要的纠纷出现，提升读者服务体验。

（4）座位管理组网。配置座位管理系统一套，将读者信息与学校信息门户进行绑定与认证，并与门禁系统进行联动，即预约座位的读者进馆通过闸机时，刷卡(或二维码)可直接签到确认；不同情况下，读者暂时离馆均无须手动签离，通过闸机自动计时，未在规定时间内回馆系统自动释放座位，在提高座位利用率的同时避免占座。读者可以多终端进行查询、选座并签到确认；选座机可根据图书馆实际座位分布及使用情况展示座位信息，界面可视化程度高，查询方便，位置清晰。

座位管理系统的部署，可提高馆内座位利用率，避免因座位被长期无效占用导致使用率低下。灵活设置座位数量，避免人员聚集，在特殊时期满足疫情防控需要。通过与门禁系统进行联动，控制入馆人员数量，避免二次签到，提高用户体验。同时，智慧座位管理可以实现馆内的空间和能源控制，实现节能环保。智慧互联下读者出入馆流程如图2、图3所示。

图2 智慧互联读者入馆流程示意图

图3 智慧互联读者出馆流程示意图

（5）信息展示平台建设。配置大数据展示终端一套，包括显示屏、视频处理器、控制及配套设备等。利用图书馆现有业务系统大数据及智慧互联出入一体化资源，展示图书馆资源使用、空间利用、读者进出等各种基础数据。

4.2 多智能体系协同控制的技术方案

4.2.1 闸机门禁系统技术方案

（1）身份认证及识别。门禁系统实现对条码卡、IC卡以及二维码等多种身份读取与认证，与校园一卡通实现数据实时更新，同时可以将读者信息与学校信息门户实现单点登录功能。读者持证有效验证后，闸机开放，显示屏显示有效通行信息；反之，则禁止通行伴随声光报警，闸机显示屏显示多种无效信息提醒读者［16］。

（2）数据管理。门禁的数据库采用SQLSERVER数据库，结构开放，稳定易操作，维护方便。读者表以及进馆记录表保存在数据库中，并与学校一卡通等数据库实现定时的同步更新。

门禁系统统计软件以B/S结构Web方式运行，主程序安装在门禁系统服务器上，用户只需通过Web端，就可以根据各自的统计需求做各种统计报表。

（3）与书刊防盗仪信息交互。读者出馆时须先通过书刊防盗仪对图书资源进行RFID信息识别，防盗仪未报警时，读者刷卡或扫码后闸机扇门才能打开，如防盗仪报警，读者刷卡或扫码，闸机扇门不会打开。

（4）与座位管理系统信息交互。读者持有效通行信息通过闸机时，闸机系统将信息推送给座位管理系统，座位管理系统会根据进出馆信息做出相应处理。如接收到的是进馆信息，则显示读者为“已在馆”状态，同时判断读者是否预约座位或“暂离”。如读者已预约座位或按时返回则自动签到确认；如接收到的是出馆信息，则将读者状态修改为“未在馆”，同时判断读者是否为“履约中”；如读者座位正在使用中，则将读者的座位状态修改为“暂离”，并开始计时；如读者按时返回，则自动签到确认，如读者未能按时返回，则释放座位。

4.2.2 书刊防盗仪及报警系统技术方案

书刊防盗仪即RFID防盗通道，通过对图书资料的RFID标签状态的识别，确定报警或提示信息，可与闸机以及门禁系统实现信息互通，将异常行为信息传送给闸机系统，使闸机扇门无法打开。

实施的技术参数包括：（1）无源超高频标签。工作频率：920～925MHz（通用于全球UHF超高频频段），符合国际相关行业标准ISO18000-6C标准。（2）使用EAS报警模式，以非接触式，能够快速识别超高频RFID标签。（3）自带一体式嵌入式7寸液晶显示屏实时显示进出馆人数，自带流量统计功能。（4）系统在人员经过时，自动开启监测。在无人经过时，自动休眠。

4.2.3 座位管理系统技术方案

顾客感知视角的精益服务研究通过对顾客感知的调查和测量工具的开发识别顾客对“好服务”的评价标准，即“精益服务能为顾客带来哪些感知价值”或“顾客体验到的精益服务有哪些具体特征”，回应“什么是顾客认为的好服务”的问题（见表1）⑩ 邢博. 精益服务：理论构建与测量工具开发［M］. 天津：南开大学出版社，2017：185.。

座位管理系统采用开源Linux MySQL技术方案，并且配合Docker部署模式，实现7X24稳定运行。用户可以使用触屏机、手机APP、微信、网页等多种方式完成座位查询、预约、签到等功能。为保证系统访问的安全性，系统可提供基于HTTPS方式的IOS客户端通信认证用户和服务器。

4.2.4 协同控制机制技术方案

（1）统一接口服务。智慧图书馆所有的应用系统都应提供与校级信息门户相统一的接口服务，实现各个平台独立运行、统一管理的模式，通过对微服务应用的统一接口集成，利用馆内的各种环境和空间感知设备以及各基础数据的采集，实现应用系统和服务系统的一体化管理。

（2）标准数据服务。将图书馆各项数据存储业务统一归入校园网，由学校网信部门统一管理，通过云服务构建基础数据支撑，并提供标准化数据管理和分析，同时需要具备可扩展性和持续迭代性。

（3）可接入的系统集成平台。各个应用系统采用校内统一集成标准，通过统一的API接口服务，实现应用集成、消息集成与数据集成，同时可实现跨空间、跨地域、跨云的远程管理模式。

（4）智能设备互联互动统一管理。通过对图书馆的各智能体与空间、座位、人员等的智慧互联，以RFID、动态二维码识别、智能监控等感知手段，依托协同控制对资源、环境、人员等实现全面感知，实现图书馆的人性化、智慧化服务。

5 解决方案的创新及应用价值

5.1 设计原则与建设标准

（1）安全稳定可兼容。在设计和选择网络架构、硬件设施和应用程序时，坚持安全性和稳定性原则，针对关键点充分考虑设备的冗余备份和故障预案。RFID防盗安全门可实现与图书馆现有的图书馆管理软件进行无缝连接。

（2）界面友好易维护。用户界面采用中文图形用户界面（GUI），系统的前端产品和系统软件坚持人性化设计，通过菜单、提示提醒、行业规范术语等，具有良好的易学习性和可操作性。系统内已设置自检模式，参数发生改变时设备会自动进行维护操作。

（3）开放性易扩展。系统利用目前先进的三层架构，通过开放设计和通用的标准协议，支持不同的系统、数据和不同网络的互联。支持多种工作模式，具有较好的操作灵活性，各应用通过微服务架构，方便整合到图书馆集成管理系统中，具有易扩展性。

（4）可分析易管理。系统采取B/S架构，前端使用Web浏览器，只显示事务性逻辑且无须安装软件，实现不同用户访问不同界面即可完成和后台的交互。主逻辑层和数据层架构在云端服务器，实现“云技术+云平台+云管理+云监测”，提供多维度大数据分析功能。

5.2 项目实施的应用价值

根据实际情况，系统建设充分利用图书馆已有设备和技术，充分考虑现有管理模式，利用定制化开发，在现有的软硬件基础上，进行软硬件和系统的更新和改造。同时，充分考虑用户需求和技术发展方向，满足系统将来的扩容。

项目实施构建具有互联、高效、便利的智慧图书馆，从前端应用、支撑平台以及基础设施等多方面进行变革，做到智能设备互联互通，保障图书馆智慧化建设的先进性和可持续性。

在充分利用图书馆现有资源与智能技术基础上，结合业务需求，进一步完善图书馆智慧空间基础建设、网络安全体系化建设、信息数据标准化建设，提升图书馆软硬件配置水平，更好地服务教学科研，以服务信息化促进学校教育智慧化发展。

6 结语

在项目实施中，天津商业大学图书馆设置专门的组织机构，明确项目中各级主要负责人及其工作职责，配备专业技术人员全程跟进，制订完整的实施方案。项目实施前对备料、供料以及物流情况严格控制，项目实施过程中保证电力供应、空间协调、物资准备等协调工作。建设过程中不影响图书馆正常读者服务，能够保障读者数据不丢失、图书馆固定资产不流失，且噪声污染符合我国《声环境质量标准》，做到节能减耗、减少资源浪费，各项设备使用达到国家规定碳排放标准。

多智能体系统协同控制，实现系统间智慧互联，实现读者出入、空间使用、日常业务处理、座位预约签到确认、异常行为示警等集中统一管理。手机扫码入馆、信息展示等功能，提升图书馆个性化服务水平。以数据分析指导读者服务工作，合理配置座位与空间资源，适当调整图书馆开放区域以及开闭馆时间。同时，调整馆内计算机、空调、室内灯等耗能设备的使用时长等，提升图书馆智慧化服务。