曹　軼（上海市寶山區(qū)圖書館）

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三維智慧圖書館的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)——以寶山圖書館為例

曹軼
（上海市寶山區(qū)圖書館）

摘要：隨著對(duì)數(shù)據(jù)管理、隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)分析、開放共享的重視，RFID、CSS、人臉識(shí)別等信息技術(shù)對(duì)圖書館的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)型發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，打造新時(shí)代三維智慧圖書館已成為主流趨勢(shì)。本文介紹了智慧圖書館的相關(guān)概念，以寶山圖書館為例提出了三維智慧圖書館的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)框架，并提出了實(shí)施過程中遇到的問題。

關(guān)鍵詞：智慧圖書館；RIFD；CSS；人臉識(shí)別；智能終端

隨著RFID、CSS、人臉識(shí)別等信息技術(shù)的深入發(fā)展，數(shù)據(jù)的管理、隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)分析、開放共享等方面也對(duì)圖書館的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，將信息技術(shù)的運(yùn)用提升到戰(zhàn)略高度，打造新信息技術(shù)時(shí)代的立體互聯(lián)、360°全方位感知、智慧服務(wù)這三個(gè)維度的三維智慧圖書館已成為主流趨勢(shì)。智慧圖書館的特征主要包括互聯(lián)、感知、泛在，而且管理服務(wù)交流等各方面實(shí)現(xiàn)智慧化。［1］

1　智慧圖書館的概念

芬蘭奧盧大學(xué)圖書館的AittolaM首次提出智慧圖書館（Smart Library）的概念，指出Smart Library是一個(gè)不受空間限制、可被感知的移動(dòng)圖書館服務(wù)，它可以幫助用戶找到所需圖書和相關(guān)資料。［2］Miller MC等學(xué)者指出智慧圖書館是指運(yùn)用大量軟件質(zhì)量工程（Software Quality Engineering）的實(shí)踐，力圖使用戶和開發(fā)人員避免犯各類錯(cuò)誤，包括使用配置安裝中的錯(cuò)誤以及因應(yīng)用程度的變化而導(dǎo)致的績(jī)效下降或死鎖等方面的錯(cuò)誤。［3］筆者認(rèn)為智慧圖書館是利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的管理、保護(hù)、分析、共享，利用CSS、WIFI、人臉識(shí)別等信息和感應(yīng)技術(shù)，形成新一代讀者和圖書館系統(tǒng)信息精準(zhǔn)交互的可持續(xù)化發(fā)展的移動(dòng)圖書館。

2　寶山智慧圖書館結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)框架

通過對(duì)寶山智慧圖書館（Baoshan Smart Library簡(jiǎn)稱BSSL）的探索和研究，旨在建立一個(gè)可以推廣、拓展的三維智慧圖書館原型模型和系統(tǒng)框架，為讀者和館員帶來基于大數(shù)據(jù)、CSS無線定位、RFID技術(shù)等新時(shí)代信息通信技術(shù)和人臉識(shí)別、溫濕度感應(yīng)器等感應(yīng)技術(shù)的新一代智慧圖書館的體驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

2.1BSSL的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

BSSL三維智慧圖書館具有立體互聯(lián)、360°全方位感知、智慧服務(wù)這三個(gè)維度。其中，立體互聯(lián)、全面感知是技術(shù)基礎(chǔ)，智慧服務(wù)是管理基礎(chǔ)。

⑴立體互聯(lián)。立體互聯(lián)就是講書、人、物相互聯(lián)系起來，形成書書、人書、書物、人人、人物、物物互聯(lián)的立體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

書書互聯(lián)是將各個(gè)部門及各館的印刷型、數(shù)字型、網(wǎng)絡(luò)型等文獻(xiàn)進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)集群管理。將各類文獻(xiàn)之間建立起跨系統(tǒng)應(yīng)用集成、跨部門信息共享、跨庫網(wǎng)轉(zhuǎn)換互通、跨媒體深度融合、跨館際物流速遞的服務(wù)與管理新形態(tài)。［4］

人書互聯(lián)是指：人的想法問題可以通過視頻、聲音或者交互動(dòng)畫瞬間在“書本”①這里的書指的是一種有交互式功能的綜合電子和紙張的書，可以通過WIFI，Harold Bluetooth連接到互聯(lián)網(wǎng)，并通過鏈接查看書中的術(shù)語在Wikipedia上的條目，可以播放音樂、視屏等多媒體資料。上得到反饋，從而達(dá)到互動(dòng)的目的。書物互聯(lián)是指通過射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、智能嵌入技術(shù)、全球定位系統(tǒng)激光掃描器等信息設(shè)備，將書同裝有智能芯片的固定讀寫機(jī)、智能桌椅、智能安全門、自助借還機(jī)等智能化設(shè)備相聯(lián)系。

人人互聯(lián)包括讀者和讀者互聯(lián)，讀者與館員互聯(lián)，館員和館員互聯(lián)，是一種以人際關(guān)系為導(dǎo)向的人際互聯(lián)網(wǎng)?？梢愿玫卣厦總€(gè)人的知識(shí)儲(chǔ)備，形成網(wǎng)狀的咨詢平臺(tái)，達(dá)到知識(shí)共享的目的。

人物互聯(lián)指的是將讀者、館員的智能可穿戴物同自動(dòng)預(yù)定選座系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等圖書館設(shè)備，形成智慧服務(wù)的管理體系。利用可穿戴技術(shù)的信息處理技術(shù)，即信息反饋報(bào)警功能，以及人機(jī)交互功能和人體感知功能實(shí)現(xiàn)對(duì)弱勢(shì)群體的幫助和公平服務(wù)。［5］

物物互聯(lián)顧名思義就是講各種圖書館終端設(shè)備和讀者、館員的私人智能終端如智能手機(jī)、IPAD、手提電腦等相連，達(dá)到立體互動(dòng)的目的。

（2）360°全方位感知。智慧圖書館通過4G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)將手機(jī)、電腦、射頻識(shí)別裝置、人臉識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等感知設(shè)備對(duì)書和各種虛擬資源進(jìn)行感知和傳輸，對(duì)用戶需求進(jìn)行分析和管理，對(duì)于圖書館運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，從而達(dá)到360°全方位感知。

（3）智慧服務(wù)。智慧圖書館經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理之后為讀者和館員提供在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何距離的以智慧為內(nèi)容和方式的服務(wù)，從而滿足讀者和館員的深層次需求。

2.2BSSL的設(shè)計(jì)思路

（1）用三維條形碼和RFID來共同感知和定位圖書。三維條形碼是新一代條形碼，有自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理、信息量大、無輻射的特點(diǎn)，用于少兒類圖書定位。RFID定位其他類別圖書?？梢酝ㄟ^工業(yè)級(jí)PDA（Personal Digital Assistant）多功能手持盤點(diǎn)機(jī)（可以同時(shí)支持RFID讀寫和條碼掃描功能）共同掃描。［6］

（2）利用CSS、WIFI等無線通信技術(shù)定位讀者和設(shè)備。通過讀者攜帶的智能用戶終端、可穿戴智能設(shè)備如手機(jī)、谷歌眼鏡（Google Project Glass）、智能電腦和CSS、WIFI相連接定位讀者以便提供最終的智慧服務(wù)。

（3）利用人臉識(shí)別技術(shù)、溫濕度感應(yīng)器提高基藏、古籍、機(jī)房等基地的安全性和舒適度，從而提高智慧圖書館的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

（4）在功能上使用GPS書目自動(dòng)傳遞、書目自動(dòng)清點(diǎn)上架、系統(tǒng)導(dǎo)航、自動(dòng)訂座、館員自動(dòng)識(shí)別等新一代技術(shù)。

（5）利用云計(jì)算處理超容量信息，為用戶端提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展的虛擬化資源。

（6）本系統(tǒng)需要盡量與原先的技術(shù)做到無縫對(duì)接，并預(yù)留升級(jí)接口。

2.3BSSL的系統(tǒng)架構(gòu)

通過對(duì)智慧圖書館需求分析和構(gòu)架規(guī)劃，BSSL的系統(tǒng)構(gòu)架分為感知控制層、數(shù)據(jù)處理層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層（見圖）。

圖　BSSL系統(tǒng)架構(gòu)

（1）感知控制層。各種類型的傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，形成智能化的自我協(xié)同、自我定位，從而獲取物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)信息。其中，用來感知物的有三維條形碼、RFID標(biāo)簽、溫濕度感應(yīng)器。感知人的有人臉識(shí)別器、智能用戶終端。定位的有CSS定位系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、WIFI定位器、RFID讀寫器和PDA多功能手持盤點(diǎn)機(jī)。

三維條碼：通過條形碼在空寬度變化、條空顏色變化和縱向排列表示信息，能在有限的幾何空間內(nèi)表示更多的書目信息。［7］貼有RFID技術(shù)標(biāo)簽的設(shè)備在書、設(shè)備上可以很好地進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)采集，并且具有簡(jiǎn)便易行的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)從“精細(xì)管理”到“集約管理”的轉(zhuǎn)變，從而極大地提高數(shù)據(jù)采集效率。

溫濕度感應(yīng)器：用于對(duì)古籍、基藏等珍貴資料庫房的溫濕度感應(yīng)。通過感應(yīng)端感應(yīng)干濕度和CSS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位接收，在云端給出計(jì)算識(shí)別溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，避免因?yàn)楦邷貪駸釋?duì)紙張?jiān)斐伤嵝詽u變，降低保護(hù)的難度。

人臉識(shí)別器：人臉識(shí)別技術(shù)可以運(yùn)用到機(jī)房、基庫等重要通道上，可以更好地提供安全。當(dāng)使用者進(jìn)入門禁系統(tǒng)檢測(cè)范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取使用者的身份信息以確定其是否為合法用戶，同時(shí)啟動(dòng)攝像機(jī)獲取人臉圖像并實(shí)施人臉認(rèn)證，還可以記錄進(jìn)出人員信息并對(duì)非法入侵者發(fā)出報(bào)警信號(hào)，防止讀者誤入館藏、機(jī)房等重要場(chǎng)所。［8］

智能用戶終端：對(duì)讀者的感知是以智能用戶終端實(shí)現(xiàn)的，通過CSS、WIFI等無線定位技術(shù)對(duì)讀者定位感知。

CSS定位系統(tǒng): CSS技術(shù)的無線傳感網(wǎng)定位系統(tǒng)將參考節(jié)點(diǎn)固定在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。［9］標(biāo)簽在RFID應(yīng)用中是最基礎(chǔ)也是最重要的部分。［10］讀者、館員將攜帶移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)進(jìn)行活動(dòng)。在活動(dòng)過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，并確定相隔距離,然后再通過網(wǎng)關(guān)傳送到圖書館私有云處進(jìn)行計(jì)算,最終實(shí)現(xiàn)定位功能。標(biāo)簽點(diǎn)必須進(jìn)行統(tǒng)一的管理避免碰撞的發(fā)生，且該管理算法必須保證整個(gè)系統(tǒng)的平等性與高效性。CSS定位系統(tǒng)克服了大規(guī)模局域網(wǎng)中GPS在室內(nèi)由于建筑物阻擋而導(dǎo)致定位精度下降的問題。

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)：用于A館到B館圖書交互時(shí)進(jìn)行的精準(zhǔn)定位，以減少路途偏移而導(dǎo)致的時(shí)間延遲，從而讓全球書庫立體互聯(lián)成為可能。

WIFI無線定位：作為CSS定位的補(bǔ)充，小范圍內(nèi)使用。

RFID讀寫器和手持終端：RFID讀寫器由射頻天線、收發(fā)器、控制單元和應(yīng)用系統(tǒng)這四個(gè)模塊組成，用來接收和發(fā)射RFID信號(hào)。

PDA多功能盤點(diǎn)機(jī)：有掃描三維碼和RFID芯片的功能，傳送給云端進(jìn)行計(jì)算和處理。

（2）數(shù)據(jù)處理層。智慧圖書館數(shù)據(jù)來源眾多，數(shù)據(jù)格式、編碼、類型和特征均存在差異，海量的數(shù)據(jù)資源呈現(xiàn)出分布式、異構(gòu)化、多樣化的特征。［11］利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等各種智能計(jì)算技術(shù)和能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)組群，對(duì)CSS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、人臉識(shí)別的數(shù)據(jù)、RFID傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，并對(duì)少量的跨地域、跨部門的GPS信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整合，最終達(dá)到智能化決策和控制的目的。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。它是根據(jù)應(yīng)用需求來傳遞獨(dú)立于通信子網(wǎng)的、可靠、透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，也是將來自數(shù)據(jù)處理層已經(jīng)處理好的各類信息通過4G、互聯(lián)網(wǎng)、M2M（Machine to Machine）等傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)層，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)互連傳輸?shù)哪康摹?/p>

（4）應(yīng)用服務(wù)層。在這一層中我們實(shí)現(xiàn)了聯(lián)機(jī)公共目錄查詢系統(tǒng)（Online Public Access Catalogue，簡(jiǎn)稱OPAC）、GPS書目自動(dòng)傳遞、書目自動(dòng)清點(diǎn)上架、系統(tǒng)導(dǎo)航、自動(dòng)訂座、館員自動(dòng)識(shí)別等功能。

3　智慧圖書館在實(shí)施過程中可能遇到的問題

BSSL體系已經(jīng)在模擬測(cè)試過程中，雖然它在這個(gè)階段遇到了技術(shù)上，標(biāo)準(zhǔn)上的一些困難，但是智慧圖書館已經(jīng)成為圖書館行業(yè)的主流趨勢(shì)。對(duì)于一個(gè)新興出現(xiàn)的事物，在它的變化和發(fā)展過程中還有很多地方需要我們不斷完善和加強(qiáng)。

（1）技術(shù)的應(yīng)用和后期維護(hù)。在智慧圖書館中需要運(yùn)用到三維條形碼技術(shù)、CSS無線定位技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等技術(shù)，這些是一些站在科技前沿的技術(shù)，技術(shù)人才還比較少。智慧圖書館體系中的技術(shù)與知識(shí)管理和服務(wù)等多個(gè)智慧型目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都離不開人的智慧參與。［12］因此，在智慧圖書館的應(yīng)用和發(fā)展過程中可能會(huì)出現(xiàn)人才短缺的現(xiàn)象，并且后期的維護(hù)也比較困難。這些新技術(shù)的運(yùn)用也對(duì)館員提出了一定的要求，需要館員在實(shí)踐過程中不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)提高技能。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立和對(duì)接。目前，智慧圖書館甚至智慧體系都尚未有明確的規(guī)范，其標(biāo)準(zhǔn)化建立還是個(gè)比較漫長(zhǎng)的過程，這也導(dǎo)致部分地方圖書館、部分供應(yīng)設(shè)備的廠商有自己獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，難免會(huì)遇到接口不對(duì)應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)重疊的問題。如何預(yù)留未來升級(jí)的接口，如何與其他館對(duì)接也成為當(dāng)下急待解決的難題。

（3）數(shù)據(jù)的安全問題。如今，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的使用將促進(jìn)數(shù)字圖書館運(yùn)行模式和服務(wù)方式發(fā)生深刻變化。這個(gè)過程中帶來了數(shù)據(jù)安全問題。［13］作為信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全性顯得尤為重要。在對(duì)智慧圖書館的數(shù)據(jù)深度挖掘和傳遞的同時(shí)，如何保障數(shù)據(jù)的安全，如何保障讀者的隱私也成為值得我們關(guān)注的問題。

智慧圖書館是利用RFID、CSS、人臉識(shí)別等信息技術(shù)對(duì)圖書館進(jìn)行創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，在以圖書館核心價(jià)值及基本職能為主的前提下，進(jìn)行技術(shù)上的升級(jí)，防止以下幾種智慧缺失，如，“根基不穩(wěn)”、“價(jià)值偏離”、“急功近利”等，［14］從而打造新一代讀者個(gè)性化的智慧圖書館。智慧圖書館發(fā)展是圖書館從技術(shù)智能到行業(yè)智慧的變革，本質(zhì)是圖書館服務(wù)的深刻變化。寶山智慧圖書館的探索和研究及扎實(shí)推進(jìn)智慧圖書館建設(shè)，為新一代智慧圖書館開啟了探索模式。

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The Design and Implementation of Three Dimensional Smart Library——Taking Baoshan Library as Example

Cao Yi

Abstract:Much attention has been paid to data management, privacy protection, data analysis, data sharing and openness recently, which led to absolutely critical roles of the technologies such as RFID, CSS, face recognition and so on for public libraries during innovation and development.Three dimensional smart library has become a mainstream trend as a result of applying information technologies to a strategic level.Firstly, the article introduces the concepts of smart library.Secondly, it describes the characteristics of structure, some design ideas and the system framework of three dimensional BSSL smart library.Finally, it puts forward some problems that were metduring implementation.

Keywords:Smart Library; RIFD; CSS;Face Recognition; Intelligent Terminal

［收稿日期］2015－10－18［責(zé)任編輯］菊秋芳

［作者簡(jiǎn)介］曹軼（1984－），女，碩士，上海市寶山區(qū)圖書館工程師，研究方向：智慧圖書館。

中圖分類號(hào)：G250.76；G258.22

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005－8214（2016）02－0089－04