数字孪生赋能的图书馆智慧学习网络空间构建研究

林良金

(福建江夏学院图书馆,福建 福州 350108)

图书馆智慧学习网络空间可以分为两大类:一类是基于5G、数字孪生、数智融合等技术的空间建设,另一类是基于用户信息接受规律的图书馆智慧化服务机制,如构建用户画像、搭建智慧化服务场景[1]。本研究聚焦以技术为驱动的第一类智慧学习网络空间构建,阐述数字孪生技术对图书馆建设的赋能。数字孪生指的是对物理空间和虚拟空间资源的整合与利用,可以说数字孪生是实体资源(文献资源、空间资源、人力资源、设备资源等)的数字化表示,是投射的虚拟版本,图书馆可利用实时数据实现虚拟空间对物理空间的理解与分析。目前,数字孪生技术逐渐得到广泛应用,业界取得了很多经验和成果,但不能否认的是作为一种新兴技术,数字孪生在图书馆智慧化服务结合过程中仍存在方向不明、挖掘不够深入等问题。为此,本研究尝试对数字孪生技术进行分析,构建数字孪生赋能的图书馆智慧学习网络空间,为图书馆的转型发展提供一定参考。

1 数字孪生赋能下图书馆智慧化服务的特点

1.1 虚拟空间与实体空间的交互融合

数字孪生视域下,物理空间与虚拟空间可以实现双向互动,即资源互通、场景共建,实现大数据的交互映射,见下页图1。数字孪生技术能够满足图书馆智慧化服务的需求,使虚拟数字空间发挥与物理空间同等的作用与功效,模拟仿真技术使虚拟空间的构建精细逼真,且增强了对物理空间场景优化的决策支持。同时,在数字孪生技术的驱动下,用户不必到图书馆即可通过VR进入图书馆的虚拟空间映射中,沉浸式获得阅读体验[2]。总之,数字孪生赋能下图书馆智慧化服务具有虚拟空间与实体空间交互融合的显著特点,这使其空间场景构建更具包容性、精准性与真实性。

图1 图书馆孪生数据交互映射结构图

1.2 实现深度学习与自主优化

智慧图书馆与数字孪生技术的融合使其功能更加智能,数据计算和数据整合的能力得到大幅提升。图书馆智慧空间建设能够依托海量数据实现深度学习和优化,具体来说,图书馆系统获取虚拟空间传递的数据,归纳一段时间内出现的规律和问题,将虚拟场景映射到实体空间内,有针对性地提高空间建设水平,优化空间的资源配置[3]。同时,数字孪生技术还能将用户真实的场景需求传送到虚拟空间,对学习网络空间进行快速、精准的转换与构建,达到线上线下、虚拟空间与实体空间的良性循环与智能性的迭代优化,充分把握数据规律,有效打造数据整合与深度学习机制。

1.3 合理配置各类资源

数据是图书馆构建智慧化学习网络空间的核心,也是实现数字孪生技术的必要前提。在数字孪生视域下,图书馆智慧化服务可以被解构为四个部分:一是物理实体,包括物理空间和实体资源。二是虚拟空间,指通过数字孪生技术实现的数据映射和构建的虚拟场景。三是服务系统,指支撑图书馆智慧服务的平台系统。四是三个部分融合运行而产生的数据,这是帮助图书馆作出决策的客观依据,是图书馆智慧化服务优化的参考。图书馆智慧化服务的数据被集中处理,又反馈到四个部分的各个环节,在此过程中能够通过循环验证得到较合理的资源配置方案,用较低的成本换取资源配置组合的收益最大化[4]。总之,数字孪生赋能下图书馆智慧化服务的特点十分明显,随之而来的是图书馆服务优势的突出,图书馆可凭借以上特点打造多样化的服务场景,使智慧学习网络空间的构建更加精细化、高效化。

2 数字孪生技术赋能图书馆智慧学习网络空间的应用场景

2.1 依托虚实交互场景,拓展数字服务新领域

在数字孪生赋能下,图书馆应用多感官混合设备、智能感知和数据挖掘等技术,构建了智能化的显示系统,该系统以图书馆实际服务情况和运行进度为基准,采用不同的表现手法将馆藏资源和图书馆服务分门别类地进行展示,可以分为书籍推荐、学术态势、图书馆动态、智能服务、热点追踪等板块,使线下线上同步联动、动态更新,揭示不同场域下图书馆的服务情况。此外,数字孪生技术以数据的挖掘、重组和流通为核心,其最大的优势在于将物理空间以数字化形态表现出来,拓展了数字服务的新领域和新功能,并借助AI、VR等先进技术,用直观的视觉图像展现出虚实交互的流动状态,表达出数据资源的流通情况[5]。图书馆借助三维的建模技术还能打破虚拟空间和实体空间的壁垒,使虚拟空间坐标和物理空间坐标准确对应,完成1:1还原的虚拟镜像。总的来说,数字孪生技术在图书馆智慧学习网络空间场景的应用是宏观尺度与微观尺度的交互,精准还原实体空间的资源,赋予了图书馆智慧服务的内核,将多种科技元素和服务纳入虚拟空间,使网络空间的建设和服务能够得到有效提升[6]。

2.2 助力业态体系重塑,实现图书馆服务创新

在数字孪生技术赋能下,图书馆能够借助文本、音视频等资源对数据进行萃取、挖掘、整理和分析,应用智能算法工具准确获取图书馆用户的记录,包括用户个人基本信息、行为轨迹、阅读偏好、历史数据等,并将这些个人数据映射到虚拟空间,聚合成为用户数据集[7],图书馆则可以整合用户数据集与图书馆资源数据集,通过关联算法挖掘用户潜在的信息需求,进一步提升图书馆智慧学习网络空间的精准化服务效率。同时,通过对两个数据集的计算和比对,图书馆有能力实现服务的创新,如:服务方式的创新可以为用户提供个性化指导、全程嵌入帮助、预测性服务等,使智慧学习网络空间的覆盖面更广,打造立体的业态体系。总之,基于数据孪生技术的基本原理,孪生数字系统能够变身为用户的随身小帮手,为用户量身打造资源内容和服务手段,依据用户对学习网络空间的需求创新多种场景,构建差异性明显、个性化增强的学习模型,契合不同学科或不同领域的学习逻辑。同时,这种学习模型并不是一成不变的,而是在数字孪生技术动态获取数据的过程中进行实时检测、及时调整的,真正实现了图书馆的创新和蜕变,落实以用户为主体、智慧化定制学习网络空间服务的原则,进一步助推业态体系的重塑,提升了用户知识信息萃取与转化的能力。

2.3 实现智慧化管理,有效修补空间漏洞

数字孪生赋能的图书馆在进行智慧学习网络空间的构建与服务过程中,强调针对性和精准性,即针对用户的实际情况,复制独属于用户的孪生体。从微观视角看,数字孪生技术使图书馆能够拓展虚拟空间,打造出无数个用户专属的虚拟图书馆,在这一过程中,虚拟图书馆不断积累特定用户的兴趣偏好、阅读习惯、情绪特征、心理特征等,将这些数据都纳入数字孪生体上,构建类似于用户画像的数据库,勾勒用户的虚拟形象,从多个维度和层面清晰反映用户的整体面貌。同时,图书馆在数字孪生的虚拟空间中与用户的数字孪生体形成映射关系,虚拟空间可以根据用户个人的数字孪生体反馈的数据,对图书馆服务状态进行有效检测[8]。以上过程基本上是自动完成的,图书馆只需设置数字孪生运行系统参数,即可在短时间内形成有序的运行规律,实现图书馆的智慧化管理。一旦在某一个环节出现了异常,系统能够智能判断症结所在并迅速作出反馈,图书馆则能准确并有效地进行漏洞修补,如修补用户数字孪生体或修补系统平台的漏洞,保障图书馆智慧学习网络空间全领域的智慧服务。

3 数字孪生视域下图书馆智慧学习网络空间的构建

由以上分析可知,数字孪生赋能的图书馆智慧学习网络空间构建所必需的三个要素为物理空间、虚拟空间及数字孪生技术,具体框架见图2。

图2 数字孪生赋能图书馆智慧化学习网络空间框架

3.1 物理空间

物理空间指图书馆智慧服务生态体系的实物合集,包括空间资源、馆员、服务设备等内容。在图书馆智慧学习网络空间构建过程中,物理空间是基础,负责整个系统的协调和承转。一方面,物理空间为虚拟空间的映射提供各类实时数据,如用户数据、环境数据,使数字孪生技术的计算有必要的数据支撑和决策依据;另一方面,物理空间也具备比较强大的数据融合能力,使学习网络空间建设融合了系统、环境等多方要素,可以为用户服务提供智慧化、精准化保障[9]。

3.2 虚拟空间

虚拟空间是物理空间的全面映射,能够借助虚拟技术和网络平台实现物理空间受限的功能,拓展图书馆智慧学习网络空间服务的深度与广度,是图书馆创新发展与智能化转型的重要表现。虚拟空间包含用户数据模型、空间数据模型、图书馆运行模型等内容,融合了线下的资源空间基础与线上的数据驱动,一方面对物理空间和服务进行了延伸;另一方面也对物理空间的管理和发展、智慧学习网络空间服务的逻辑性和发展性给予了充分保障,使图书馆智慧学习网络空间这一较为复杂的运行体系能够形成一定的发展规律,使运行命令数字化、组织化[10]。虚拟空间与物理空间在用户服务、态势感知等层面深入融合并双向交互,全面优化图书馆智慧学习网络空间建设。

3.3 数字孪生技术

数字孪生技术是图书馆智慧学习网络空间构建的核心,是技术支撑,更是物理空间与虚拟空间交互的必要桥梁。从图2可知,物理空间与虚拟空间受到数据的驱动,数字孪生技术则可实现数据预处理与数据的挖掘整合。在数字孪生技术赋能下,图书馆利用云存储、神经网络等技术工具实现大数据的融合,为学习网络空间建设搭建了多种场景、数字资源、知识推送、数字应用等,使学习网络空间成为一个立体化、集成式、嵌入式的服务系统。通过应用数据孪生技术,对数据进行实时监测和调度,图书馆既可以对智慧学习网络空间的整体运行态势进行部署,又能够优化智慧学习网络空间的流程及图书馆空间的设施布置,推进虚拟空间的智能化和自主迭代优化[11],使图书馆服务保持良性循环。

4 数字孪生视域下图书馆智慧化服务的优化路径

4.1 资源:优化实体资源和数据资源的整合

图书馆资源分布较为分散是一个公认的事实,资源重叠、“信息孤岛”等问题同时存在。在数字孪生技术下,为了构建全面完整的智慧化学习网络空间,图书馆要打通相互独立的数据库,实现高性能的协同资源建设,充分应用数字孪生技术为深度学习与自我优化提供计算力的支撑。目前来看,常见的数字资源整合平台有DL、ARC等[12],图书馆通过边缘计算等技术对物理空间与虚拟空间的资源进行自动甄别、分类、传送与存储,优化实体资源和数据资源的整合,对元数据进行规范化处理,便于终端的输出,为提供一站式智慧化图书馆服务奠定坚实的基础。

4.2 服务:为用户提供智慧化、多元化服务

数字孪生技术使搭建多种场景成为现实,能够以较低的成本建成用户所需的学习空间,提供用户需要的学习场景。借助数据技术的优势,图书馆可以创新服务方式,提供精准化、智能化的空间服务,如为医学生构建模拟操作空间、为生物研究者提供模拟实验室服务等,这不仅是对物理空间资源的延伸,更是为用户提供了沉浸式的学习空间,解决了用户的难题。数字孪生技术能够在描述用户需求的基础上,提供个性化、多元化的服务,使图书馆智慧化学习网络空间建设更具针对性,更能契合不同学习场景或领域的特点,为用户提供切实的帮助。

4.3 空间:打造万物互联的学习网络空间

数字孪生赋能的图书馆能够打造一体化感知的监测系统,包含感知设备、感知平台等,使物理空间的设备与虚拟空间的技术能够实现互联[13],进一步拓展学习网络空间的功能。用户可以穿着感知设备在虚拟环境下进行操作,让用户感受到沉浸式三维体验。用户虽然在感觉上是身临其境的,但接触的人、物、事并非真实的,其好处就是给用户提供了犯错的机会,让用户在学习空间中不断磨炼,以低成本换取高熟练度,为其真正在现实中正确操作打下基础。在空间建设上,图书馆要充分挖掘数字孪生技术的优势,将图书馆资源、馆内设备、馆员等资源有效融合起来,搭建虚实交融、万物互联的新空间。

5 结语

综上所述,数字孪生技术与图书馆智慧化服务相融合赋予了图书馆新的能量和思路,通过物理空间与虚拟空间的实时映射、双向交互,使图书馆的数据处理能力大大增强,拓展了图书馆智慧化服务领域。数字孪生技术视域下的图书馆智慧化学习空间网络建设实现了数字化标识、自动感知、万物互联等应用,因此,图书馆服务与之前相比更加立体和多元,能够为用户搭建多种场景,提供多样化的智慧服务。展望未来,数字孪生技术与图书馆的融合将不断深化,并取得跨越式发展,更好地服务于用户。