新基建背景下Eddystone智慧图书馆位置服务研究

周 杰

0 引言

自“新型基础设施建设（以下简称“新基建”）”在2018年12月中央经济工作会议上被首次提出以来，关于新基建的解读文件及政策不断涌现。2020年4月，国家发改委明确新基建的建设内容，即信息基础设施建设、融合基础设施建设及创新基础设施建设，2021年《政府工作报告》 指出，“坚持创新驱动发展，统筹推进传统基础设施和新型基础设施建设”,充分说明新基建发展的重要性[1]。图书馆界为引导和推动中国图书馆学会实现“十四五”时期的高质量发展，2021年9月6日学会印发《中国图书馆学会“十四五”发展规划纲要（2021—2025年）》，提出要促进智慧图书馆体系建设，需要加强基础保障能力，尤其是以新一代信息技术为主导的信息基础设施建设[2]。2021年7月，教育部等六部门联合发布《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》[3]，旨在加快教育新基建的建设步伐，构建高质量教育支撑体系，提出“六新”目标，新网络、新平台、新安全、新资源、新校园、新应用。由此可见，以5G、人工智能等新技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧图书馆创新研究和示范，推动新技术支持下图书馆智慧服务的模式变革和生态重构是未来的发展趋势。为此，文章以新一代无线技术为网络支撑，基于位置服务分析室内定位技术在图书馆中的应用现状、应用必要性，并选取新一代低功耗蓝牙技术Eddystone分析其在智慧图书馆建设中的优势及应用领域。

1 室内定位技术在图书馆中的应用现状

随着全国智慧图书馆建设联席会议第一次会议在北京的成功召开，以及新一代信息技术的不断发展，智慧化转型逐渐成为驱动图书馆高质量发展的主要动力[4]，标志着数字图书馆向智慧图书馆建设具有不可规避性。室内定位技术作为信息通信技术的一种，其在图书馆智慧化建设中也将扮演重要角色。在数字图书馆向智慧图书馆转型之初，针对多种室内定位技术的应用主要集中于RFID技术及与其他技术的结合、WLAN技术、二维码技术、iBeacon技术及与其他技术的结合、WIFI技术。利用基于信号强度的RFID ( Radio Frequency Identification，射频识别)及阅读器，可以实现对所需书籍的定位[5]，但因其定位对象单一、定位需求不明显，之后有学者利用LBS （Location-based Services，基于位置的服务）与RFID的结合解决馆藏资源的定位及位置导引问题[6]，但因架位信息更新不及时、隐私安全无法保障，未能得到广泛关注。WLAN作为移动互联网发展的产物，将其应用于图书馆室内定位中，并结合虚拟现实技术可以为读者实时提供所处位置与书籍导航[7]，但受图书馆空间结构的变化、空间转型的影响，WLAN在精确度方面尚有不足。此外，学者提出利用基于微信公众平台接口的二维码技术实现位置定位，微信使用率高，但却易产生二维码兼容性问题, 且对读者的终端操作能力有一定要求[8]。WIFI因技术具有一定高传输数据的能力，且安装简单等优势被应用于室内定位中，但因空间复杂度的增高，WIFI的信号衰减较为严重，即使定位精度高，误差最大也可达8米，同时未经授权的位置连接随意性，使得安全系数不高。为提高室内定位精度及终端适用性，以蓝牙为基础的Beacon（苹果的iBeacon与谷歌的Eddystone）技术应运而生，具备定位精度高、信息推送优势，有学者利用微信的摇周边与iBeacon的技术优势实现室内定位及推送功能[9]，但iBeacon广播信息单一，只发送单一UID，与目前的智能终端设备适配性有待提高，且随着微信摇周边功能暴露出的位置安全问题，在iBeacon信源设备监管、安全隐私数据保护方面尚有缺陷。为此，利用Eddystone的技术优势实现智慧图书馆位置服务是本研究的主要内容。

2 室内定位技术应用于智慧图书馆的必要性

2.1 馆藏电子文献资源的增加

近日，教育部高等学校图工委发布 “2020年高校图书馆基本统计数据排行榜（2021年6月提取）”，其中一项为“图书馆电子资源购置费”，2019年此项购置费325.4万元，2020年购置费为342万元，另外电子资源在文献资源购置费中占比接近50%，这说明电子资源在各高校图书馆馆藏文献资源中占据重要位置。纸质资源虽较上一年度略有下降，但均值也达205.9万元[10]。馆藏文献资源的增加，尤其是电子资源的逐年攀升，正是数字图书馆转型升级的重要写照。但馆藏纸质资源数字化后，如何确保文献资源的合理利用，满足个性需求，是图书馆全面智慧发展的重要任务。从相关会议及文献研究中发现，利用技术或直接或间接实现对电子资源的展现、提取，是增加电子资源利用率的重要工具。室内定位利用其纬度计算特点，展现位置的技术优势，是馆藏资源得以平台化展现的又一举措，可利用其将纸电资源互为揭示、纸电资源与虚拟空间的完美嵌入，亦是馆藏零资源数据被发现的载体。

2.2 新型空间多样性

图书馆除了书架空间，还有更多的空间服务区域，读者可通过互联网在线浏览的方式，对图书馆的规章制度、近期宣传活动、实景空间进行“线上到馆”体验。在第三方数据开放的情况下，可以支持接入图书馆多平台数据服务，可适用于新书入馆教育、专题讲座、宣传展览等场景。中国图书馆学会于2021年7月22日在山西大学成功召开“面向智慧时代的图书馆空间服务创新学术研讨会”，会议主题为面向智慧时代的图书馆空间服务创新，会议的召开说明智慧时代图书馆空间转型升级已是图书馆全面智慧化的另一重要内容。若新型空间的功能多样性、定位多样性、创新多样性、内容多样性未能给读者有效的访问方式，将会影响读者的整体体验和图书馆想要带给的智慧服务。如何在提供最佳的空间服务的同时，满足读者获取所需资源的需求更为重要。正如会议的主题是面向智能时代的空间服务，那么面向手持各类型智能终端的读者建立最佳的空间服务方式，基于位置服务的室内定位在空间服务方式上就具有重要的实践意义。

2.3 馆员高效业务的需要

图书馆虽逐渐迈向智慧化，但纸质资源所占馆藏文献资源的比重却不会消失，这是图书馆历史所决定的，正如人工智能不能替代手工一样。在图书馆中，尽管迈向智慧化，但读者的碎片化阅读也会间接增加馆员工作的“三度”（重复度、冗余度、繁杂度）。碎片化阅读可表现为读者未必按照既定需求去寻找某一本书，或按照既定需求去找寻某一本书，但因临时起意或是未达个人满意度而放弃此本图书，这一过程往往会导致图书还架位置错误的可能，更有直接未还架乱放的可能，这无疑是给馆员徒增归类、上书和排架的无用之功，当然因为某些原因，这种现象也是难以避免的，但可利用某些手段减少业务的“三度”。在部署5G边缘计算的网络环境下，基于定位技术与借助图书馆的虚拟化能够为流通部门的内部业务需求增添助力。

2.4 传统基建的有效升级

图书馆新型基础设施是以数字化转型为引领，面向高质量创新智慧服务需求，聚焦新技术、数字资源、协同共享、创新服务等方面的新型基础设施体系。在5G高速率、高容量的网络下，基于低延迟、可扩展的边缘计算中心支撑下，Eddystone室内定位技术优势下，将是图书馆新基建的有效升级，是智慧图书馆在新信息、新融合、新应用的重要体现，也是图书馆实现资源、服务、空间、设施、管理等领域实现协同、融合、创新的基石与保障。图书馆传统基建的有效升级将助力智库、知识产权中心、科研学术中心、产教研协同中心的建立与发展。

3 Eddystone在智慧图书馆的应用优势

Eddystone 蓝牙信标可以广播四种信标数据包类型。这些也被称为Eddystone 协议规范中的“帧”：Eddystone-UID（唯 一ID）、Eddystone-TLM（遥测）、Eddystone-URL（统一资源定位器）、Eddystone-EID（临时标识符）[11]。在图书馆智慧服务建设中，数据包将在位置标识、隐私保护、数据编织、资源标识发挥重要作用，为图书馆智能向智慧转变建构应用桥梁。

3.1 智慧图书馆+Eddystone-UID将强化位置标识，优化环境服务

Eddystone-UID 帧包含一个字段，以允许校准信标用于广播的信号强度，标识一组信标。应用于智慧图书馆中，能够凭借其标识优势，用于触发图书馆在前台或后台运行的移动应用程序中的操作。在5G通信网络下，图书馆得以应用5G+实现智慧化革新。而伴随空间智慧化的发展，图书馆空间结构变得更加灵活复杂，UID在唯一标识方面给予图书馆各区域位置标识与定位的强力支撑，为图书馆改善各区域环境服务提供具体方案。一方面有利于图书馆各楼层、各区域、各学科的位置标识及精确定位所带去的优质资源推送（以语音、文字、视频等弹窗信息）。另一方面，在5G及边缘计算平台的支持下，借助UID标识获取所处环境状况，为提升优质环境服务及未来基于5G技术的环境计算服务添砖加瓦。

3.2 智慧图书馆+Eddystone-EID将增强隐私保护，提升服务信任

在网络信息环境下，图书馆处在以文献为中心到智慧图书馆以人为中心的服务理念转变上，图书馆需要注重对用户隐私数据的保护。Eddystone下的EID模式对网络数据将给予更多隐私安全保护考虑。Eddystone室内定位是基于位置的新型服务方式，其在定位基础上对用户行为数据的获取上拥有独特优势。对于读者而言，授权是读者使用馆内位置服务的信任之锁。根据调研发现，其他的室内定位技术诸如WIFI、iBeacon等并不具有对数据保护的功能，Google从隐私安全考虑（Google 会定期更改 MAC 地址和临时帧的 ID 11 以只能由授权实体解密的方式，以便未经授权的第三方无法进行破解），给予了Eddystone充分的考虑。而在数据被获取方面，Eddystone基于用户授权意愿情况下，获取数据以便为用户提供精准化、个性化、环境化的服务，为提升用户对图书馆服务信任奠定基础。

3.3 智慧图书馆+Eddystone-TLM可读取编织数据，服务决策管理

Eddystone-TLM（遥测）为信标提供了一种标准化的方式（基于信号强度TX power）来管理电池电量、温度、自开机或重启以来的时间、以及读者授权后的数据获取（信标设备借助URL发送授权须知）。TLM遥测管理是Eddystone的一大特色，借助厂商配套的管理平台与TLM优势，在实体图书馆虚拟化建设的空间规划、馆藏布局、资源分布等方面将发挥优势。空间规划方面，基于信标管理的图书馆区域测定、地图描述、矢量绘制等方面给予效率提升及管理的网格化。馆藏布局方面，借助TLM获取数据，如区域位置停留数据、URL访问数据、调研数据、素养教育认知量等，为以用户需求为主的周期性馆藏调整及资源均衡调配提供可能。Eddystone-TLM是智慧图书馆利用室内定位实现服务全面升级的重要基础，科学化助力图书馆资源重组、数据编织等业务能力提升，更好服务决策管理智慧化。

3.4 智慧图书馆+Eddystone-URL可分类标识资源，适配实物网建设

Eddystone-URL 信标可以使用配置服务进行配置，该服务允许修改信标 URL、调整广播频率。重启电源或激活物理配置按钮时，信标会进入配置模式。URL作为互联网的统一资源定位符，根据其命名规则，其目的地可以为某个文件名、目录名或者某台计算机的名称，这对于图书馆结构多样的资源具有标识的作用，也让读者接收到的URL具有辨别资源类型的作用。UID的唯一性使得广播的URL链接便于根据图书馆各区域资源、空间的不同加以事先规划。Eddystone URL 为图书馆带来了数字到物理的融合，通过配置好的特定URL经由浏览器便可访问相关资源。同时在5G网络环境驱动下，Eddystone-URL将是快速连接纸质资源与电子资源的桥梁，是某区域纸电资源互为匹配、互为补充、互为映射的关键，同时也为虚实空间融合建立了某种协议与推进剂。未来，伴随5G的发展，物联网终将会向着实物网方向发展，万物互联将得以实现，图书馆作为智能设备革新的典型场所，其实物网的建立更是一种趋势，URL的协议特性必将从中扮演重要的角色。

4 Eddystone在智慧图书馆中的应用实践

4.1 5G网络覆盖全域化，加快业务流通性

在新型信息基础设施下，以新技术与算力信息基础设施为代表的5G和边缘计算，其二者的结合将弥补图书馆校园网信号衰减的缺陷及终端响应的延迟，两者的技术优势增强了图书馆的数据传输容量、服务灵活性和高效率的业务管理。5G通信具有高速率、高可靠的优势，边缘计算具有低时延、高拓展性的优势，两者结合互惠互利。5G边缘计算下的Eddystone智慧图书馆整体数据传输方式如图1所示。

图1 智慧图书馆Eddystone整体数据传输方式架构图

5G边缘计算环境下，将在低延迟和始终在线连接方面满足读者更高的及时需求，边缘计算助力5G低延时，同时5G也为边缘计算强化了传输速率。而后，Eddystone将在5G边缘计算强大的网络计算环境支持下，充分发挥定位优势，助力智慧图书馆在资源利用、阅读推广、空间应用、业务管理方面得以拓展应用。

4.2 馆藏资源可视化，助力纸电资源精准匹配

传统的浏览方式是通过中图法分类，具有太专业，太枯燥，数据不细化等不足。在调研了读者用户最真实的线下场景，大部分读者建议智能终端流行的当下，应将其对应线上使用。为满足线下场景线上体验的需求，应在虚拟图书馆建设的基础上实现资源可视化及区域纸电资源的精准匹配，并配合Eddystone-TLM遥测技术实现读者位置的确定（根据前期研究，采用Eddystone-TLM改进质心三边定位算法，优化待测点外围参考点无法确定而导致的误差，经仿真实验，改进后的定位方法精度较高，位置与实际场符合，达到精准定位的作用[12]），达到线上线下融合体验的效果。虚拟图书馆馆藏文献资源可视化Eddystone-URL的支持下，与电子资源链接，纸质馆藏数字化匹配；通过位置服务，读者可发现周边的好书。读者利用终端通过点击分类标签锁定命中书架，同时也可以按地标方位随意浏览，一直细化到各书架的主题词和热搜词，各类热搜词和主题词会在云端按时按需运营并下发到边缘计算中心（靠近边缘端/终端，具有存储、计算的能力，有效缩减数据延迟），传输到用户。

4.3 阅读数据个性化，优化阅读推广深度

伴随智能终端的增多，图书馆碎片化阅读占比逐年升高，学科区域碎片化阅读亦是如此，但碎片化阅读并不一定都是浅阅读群体，在碎片化里也存在深度读者或碎片重组需求读者。当然在学科领域、科研合作领域，碎片重组需求需要靠某种技术手段或某一组织方能实现。按中图分类法排架的图书馆，学科分类区域性明显，深度读者较其他学习机构个性需求也更为凸显，而基于位置的深度读者个性服务是智慧图书馆的新需求。基于位置能够实现深度读者的此种需求，以区域某一点为位置参考点构建社会网络或科研合作网络是其满足深度读者的有力手段。如以Eddystone室内定位为基础，5G基站为通道，当读者按需求进入某一区域，终端通过图书馆微信小程序或App到达所需区域内精准触发，以语音、文字、视频、URL等弹窗信息，直观、生动的描述资源，阅读完成写下书评，返回至边缘数据管理中心，经数据编织后，将书评整理、评选后同步至虚拟图书馆，留存读者优秀书评，形成图书馆的优质用户生成内容，并加以揭示，形成区域图书书评交流域，当有用共同学科认知的读者便可通过位置加入兴趣团体，丰富了馆藏数字化虚拟资源，为智慧图书馆的虚实结合奠定坚实基础。

4.4 空间资源平台化，巩固拓展空间创新成果

图书馆所需要的智慧图书馆，将不仅仅停留在资源电子化、设备电子化，而是在这两者的基础上进一步加工信息和资源，利用空间将其资源平台化，为读者节约寻找资源所需要的时间，进而智慧感知读者的需要，主动提供所需，甚至成为读者科研道路上的智慧助手。智慧图书馆在空间部署、应用创新、绿色建筑等方面成果显著，但如何去巩固和拓展空间创新成果应是关键。空间平台化是图书馆创新空间满足读者需求最有利的方法，而室内定位能够放大空间平台化的价值。以Eddystone为基础，实现空间与资源、设备的有效衔接。如在定位服务的支撑下，读者能够根据模拟演示路径找到图书馆的创新空间及空间内的设备使用说明，进而满足读者对于新型空间、智能设备、潜在资源的使用、理解及阅读需求。如在基于位置服务的空间平台下，融合虚拟技术，建立虚拟个人书享空间（在应用程序的基础上，根据用户设定的阅读偏好类别，向用户推送个性化的新书推荐及学科活动），以馆内区域学科阅读位置归集偏好图书、提高文献资源使用效率，同时基于位置服务激活睡眠读者，可提升读者在馆服务体验及活跃度。Eddystone的精准位置服务能力结合5G+AR实景可视化，巧妙的将精准位置服务技术与AR技术融合在一起，应用在App和小程序端，可为读者带来沉浸式体验互动，深入体验空间。提供场景精准可视化服务，提升数据价值，为用户提供更好的操作体验，将是图书馆拓展空间利用的最佳方案。

4.5 业务管理数据化，支持服务决策数字化管理

基于Eddystone的位置服务，将为馆员业务管理提供高效流通。借助边缘数据中心平台，逐步建立用户群体画像和个体画像，辅助教学，辅助图书馆资源采选工作，优化馆藏资源，以提供图书馆用户个性化服务和精准服务为目标。运用计算分析、学习读者的海量行为数据，如点击、收藏、搜索等，测绘个体行为画像和群体行为画像，综合考虑冷门资源、用户基础信息、专业背景等信息，进行权重排序，从而为用户提供智慧推荐，不仅根据用户设定的阅读偏好类别，向用户推送个性化热门资源，也能智慧推荐冷门资源，从而实现用户与资源的惊喜偶遇。在图书馆服务方面，可基于TLM、EID通过后台直接对馆内地图以及现场设备进行管理，对地图属性进行自定义修改，对设备点位进行增加或删减场景内热力分布，可查看对应每一个区域热力分布，实现对应智能调度与遇到突发应急热力数据与对应数据结合，同时保证被授权读者的隐私数据保护。也可以通过Eddystone数据感知硬件和边缘数据分析平台的结合，收集图书馆区域中决策者最关心的数据，为每个实体场景构建数据化资产用户自定义时间段，随时查看人员历史轨迹，多维度搜索，快速锁定人员轨迹。

5 结语

受益于科学技术的不断进步，图书馆阅读环境的基础设施、文献资源、信息化应用也实现了飞速发展。另国家对通信网络基础设施的加大投入与研发，使得以数字化为基础的设施建设大规模普及，将致力于构建更加精细化、具有可靠性、实时性、融合性的数字世界。未来在新基建更多成熟案例的落地及发展基础上，新一代网络技术将为基于位置服务图书馆提供更多的创新服务的可能，将持续提升读者对于基于位置的服务的体验感、沉浸感、获得感。