图书馆智慧化服务模式：关键技术解析

（一）感知识别层技术

1.传感器技术

应用于智慧图书馆感知层的传感器，主要通过对信号或刺激的接收，使自然环境或生产领域中待测的物理量、化学量发生转换并输出。物联网环境下，传感器主要用于对物和机器的感知，目前主要有：作为视觉的光敏传感器、作为听觉的声敏传感器、作为嗅觉的气敏传感器、作为味觉的化学传感器，以及作为触觉的压敏、温敏传感器等，他们就像是机器的感官，通过这些传感器的使用，可以获得外界的信息。随着智慧地球建设进程的推进，传感器技术已在各行各业得到广泛应用，例如环境保护、远洋探测、家居生活以及医学监护等，都综合应用了多种传感器。

2.RFID技术

RFID（射频识别）技术是利用射频信号，及其空间耦合、传输的特性，自动识别静物或移动物体的一种技术，目前多以芯片的形式存在。例如，通过对馆内图书、设备、建筑等嵌入RFID芯片，就可以减少人工干预，实时监管图书馆内的各项工作，并且根据反馈的实时数据，智能化地采取行动，实现自动化管理，节省资源，如自助借还服务、图书定位、自动盘点等。此外，还可以对读者进行芯片的嵌入，芯片中存储每个读者的个人信息，可以作为其身份的唯一标识，轻松通过馆内服务的识别认证，如借阅情况、学习记录等，都能通过此标志进行确认，为读者提供自助化、智能化的服务。同时，图书馆可以根据每个读者的标识信息，制定个性化的信息资源服务。

RFID是图书馆智慧化的关键技术基础，在智慧图书馆中的应用非常广泛，如照明采光、安全认证、防火通风等，未来的智慧图书馆建设中，将会更多地用到RFID技术。但基于RFID需要植入读者标签，这将牵扯到读者隐私保护问题，因此这将是RFID应用建设中的最大障碍，需要后续技术的发展，以及政府出台相应的法律政策，保障读者权益，杜绝读者隐私泄露。

3.Beacon技术

i Beacon是苹果公司开发的一套开放性协议，通过低耗能蓝牙技术即蓝牙4.0的应用，由i Beacon基站发射信号，创建一个信号区域，当携带移动设备的用户进入该区域时，便可通过具备i Beacon功能的设备与应用方进行通信。读者携带具备蓝牙功能的移动设备，能够进行信号采集和数据汇总，计算当前坐标，依据指纹信息库将读者定位，然后向服务器发送请求，以获取位置服务。因此，i Beacon技术的工作过程，大致可分为三个阶段，即连接阶段、数据采集阶段、定位阶段。其具体在智慧图书馆内的应用所实现的功能是：室内定位和室内导航。基于此技术，图书馆可以实现个性化的位置服务功能。针对读者，可对其进行精确定位，并基于其当前所在位置，进行信息推送、图书智能检索、向工作人员求助等，精度能达到0.5m；室内定位、导航功能，比GPS更精准。针对工作人员，通过Unity3D引擎软件，构建图书馆的虚拟场景，实时获取读者信息、馆区信息，对全境实施动态智能监管。目前，绝大多数的iPhone、Android新机，都可以作为i Beacon接收器或发射器，这将极大地方便智慧图书馆内人与人之间的交流，虽然短期内图书馆内诸多i Beacon技术应用的设想还不能实现，但i Beacon的时代也为时不远。

4.智能卡技术

智能卡通常是信用卡大小，一种内嵌微芯片的塑料卡。嵌有RFID芯片的智能卡，不需要物理接触读写器，便可识别持卡人信息。另外，智能卡之所以智能，是因为卡内的集成电路，主要包括：中央处理器、可编程只读存储器、随机存储器，以及固化在只读存储器中的卡内操作系统。因此，智能卡可以在不干扰主机工作的情况下，自行处理大量数据，并通过对错误数据的过滤，来减轻主机CPU的负担，一般用于较多端口数目、较高通信速度需求的场景。

目前，智慧图书馆内应用的“智能一卡通”，大多是以智能卡技术为核心，通过计算机技术、通信技术将图书馆智能建筑内的设施互联，使其成为一个有机的整体，用户只需一张“智能一卡通”，即可实现最简单的钥匙、考勤功能，以及复杂的资金结算或操作某些控制，并可根据需要实时监控管理各部门，各局部系统、终端可自动收集信息进行归纳整理，以供图书馆系统进行查询和汇总、管理和决策。互联网环境下的智能卡，又可以相互沟通，不仅能实现独立的智能管理，而且可以保证一致的整体管理。例如，城市公共图书馆之间，通过智能一卡通，实现图书的通借通还，真正给读者的生活带来便利，是智慧城市中文化建设的重要组成部分。

（二）数据汇聚层技术

1.数据汇聚技术

智慧图书馆感知层的微型传感器，通过自组织的方式，形成无线传感网络。通过无线传感网络，对馆内的环境、监测对象进行实时监测、感知以及相关数据采集，获取信息，进而为用户提供智慧服务。由于无线传感器网络存在局限，如有限的能量、有限的计算资源等，需要运用数据汇聚技术，以减少能量消耗，消除数据冗余，达到增加有用信息流、延长网络寿命的目的。

以数据为中心的路由协议，是数据汇聚技术的主流。根据所监测到的原始数据的特征、表现形式，以及未来应用的不同，在不同协议层对数据含义进行理解，汇聚数据，但一般容易丢失大量信息。如信息协商传感协议，主要是在传送数据之前，通过传感器节点之间的协商，不同节点的资源自适应，确保数据传输的效率和质量。在各个节点之间，通过发送元数据进行交流、协商，从而避免盲目使用资源，同时，相对于传输采集的数据而言，传输元数据又可极大地节省能量消耗。另外还有定向传播路由、基于簇的层次路由协议、基于平衡汇聚树的路由协议等，都可以达到数据汇聚的目的。

聚集函数，主要包括COUNT（计数）、AVG（平均值）和SUM（求和）等。由于感知层的传感器节点空闲时，多处于关闭状态；接到指令或监测对象出现时，才产生传感数据。因此，感知层获取的数据具有阵发性、持续性、不可预知性等特点，可以与流数据类比，处理方法也可参照流数据，即与事件相关的时空查询。聚集函数的使用，虽然可以节省能量，但数据的原始结构发生很大变化，故存在一定的弊端。

2.Ad-hoc技术

Ad-hoc技术是一种点对点的模式，P2P的连接，类似于直线双绞线。Ad-hoc是一种特殊的无线移动网络协议，即在网络中没有中心控制结点，每个结点地位相同，形成对等式的网络，每个结点能够进行报文转发，并且具有普通移动终端的功能。同时，因为所有结点可以自由加入、离开网络，所以，某一结点发生障碍，整个网络仍能正常运行，即有较强的抗毁性。Adhoc网络不依赖任何预设设施，而是在分层协议、分布式算法的基础上，各个结点协调各自的行为，结点开机后，会自动形成一个独立的网络。另外，不在同一覆盖范围内的结点通信时，只需要普通的中间结点的多跳转发，不需要专用的路由设备。

Ad-hoc技术的主要应用有两个，即传感器网络、个人局域网。智慧图书馆中的传感器网络，多使用无线通信技术，但因为体积、节能等因素限制，传感器的发射功率一般较小，无法与控制中心进行通信。而分散各处的传感器作为结点，可以组成Ad-hoc网络，进而实现多跳通信。应用了Ad-hoc技术的个人局域网，可以实现用户平板电脑、手机等的相互通信，还可以像蓝牙技术中的超网，实现个人局域网之间的多跳通信。

3.传感器中间件技术

中间件是一个软件层，介于底层通信协议、各种分布式应用程序之间，主要作用是：使软件模块之间建立一种互操作机制，屏蔽底层复杂、异构的分布式环境，为上层应用软件提供运行、开发环境。基于感知层的应用特征，传感器中间件提供一种开发平台，主要用于隔离物理网络、上层应用。图书馆内的设备因为来源于不同的制造商，造成通信协议、数据格式不同，便可通过传感器中间件技术，提供统一的数据处理、网络监视，以及服务传送接口。面对图书馆感知层的复杂结构，以及大规模应用开发需要，中间件技术能够提供通用的视图、开发接口，帮助简化开发过程，进而提高效率。

在智慧图书馆的建设中，基于物联网的大规模网络构建，各类图书馆应用的开发，甚至整个中间体系结构，都要综合考虑开发需求和传感器的特点，即感知层不同传感器的特征，以及应用服务层所要实现的服务目标。同时，还要考虑中间件的模型、角色构建。图书馆内的传感器中间件技术，在物联网网关的支撑下，可以细粒度调整不同感知设备的功能，配置分布式应用。另外，通过节点的可编程性，以及任务的重新调度，使节点侧、网关侧相互关联，传感器中间件以其特殊的结构特点，能够以服务的形式满足这一要求。因此，传感器中间件技术在智慧图书馆建设中，发挥着承上启下的作用。

（三）网络传输层技术

1.移动通信技术

随着便携式个人通信设备的广泛应用，图书馆用户对短距离的无线网络、移动通信有了更高要求，如无线局域网技术、蓝牙技术、Wi-Fi技术，以及超宽带（UWB）技术、Zig Bee技术等，以其各自不同的技术特点，在需要的场合发挥作用。图书馆智慧性、泛在性的实现，必然离不开无线网络技术。

Wi-Fi技术又可称为无线保真技术，是一个高频无线信号。目前，图书馆基本实现Wi-Fi全覆盖，且绝大多数的智能手机和平板电脑、笔记本电脑，都可支持无线保真上网。因此，图书馆用户通过携带的PC、PAD、手机等，都可以通过无线进行连接上网，进而实现馆内各种用户数据的汇聚、整合。Wi-Fi技术以其独特的优越性，已成为应用最广的技术之一。UWB技术不同于带宽较窄的传统无线系统，如蓝牙、WLAN等，UWB能在宽频上发送低功率脉冲，因此具有较强的抗干扰性，并且在室内无线环境应用中具备很好的性能，同时还具有较高的传输速率，较大的系统容量等特点。Zig Bee是一种无线传输协议，Zig Bee技术具有可靠安全、复杂度低、功耗小、低速率时延短，以及网络容量大、成本低等特点，成为无线传感网络的关键技术。因此，电子设备之间的数据传输，特别是周期性、间歇性、低反应时间的数据传输，为实现短距离、低传输速率、低功耗的目的，多应用Zig Bee技术。智慧图书馆内基于Zig Bee技术的应用也很多，主要是用于实现馆内的智能消防监控系统。

目前，绝大部分图书馆已实现无线互联网全覆盖，并在此基础上推出各种移动服务，读者通过自己携带的移动设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑等，登录图书馆主页，使用图书馆的服务。生活节奏的加快，微阅读成为大势，各大高校图书馆的“手机图书馆”“移动图书馆”也应运而生。SMS服务、WAP服务、APP服务、网络广播服务等被读者所喜爱，并广泛使用。例如，中国国家图书馆的手机图书馆——掌上国图，不仅能够查看轮播消息、公告新闻，还可以使用服务和资源。随着5G技术的稳步发展，未来图书馆中的服务建设，将更加的智能化、多元化。^[1](www.xing528.com)

2.异构网融合技术

异构网融合是指：电信网、互联网及广播电视网，向宽带通信网、下一代互联网和数字电视的发展中，通过技术改造，使这三大网络的功能、业务范围趋于一致，从而实现网络互联、资源共享。智慧图书馆的物联、协同，是通过泛在网实现的。智慧图书馆的泛在网，主要包括两个方面：能够实现人、书、设备和场馆之间互联的物联网；能够实现服务参与方之间数据交换的数据互联网。智慧图书馆通过异构网的融合，实现多种网络通信技术的集成，进而实现任何时间、任何地点为任何用户，提供任何图书馆的任何信息资源的泛在智慧服务。

随着全国范围内异构网融合技术的发展和投入应用，图书馆建设中已出现成功应用异构网融合技术的案例，如杭州市图书馆——文澜在线。异构网融合之后，一方面，图书馆用户可使用的上网终端将更多，用户对图书馆资源的访问，如数字文献、多媒体资料以及数字期刊等，不受网络形式和地域限制，在任何地方都能通过多种设备访问资源。另一方面，不同网络间的互联互通，不仅使各部门业务上能够渗透合作，而且统一通信协议的使用，使图书馆资源的共建共享变得更加便利。

3.虚拟专用网络技术

VPN是一种虚拟专用网技术，通过ISP互联网服务提供商，和其他NSP网络服务提供商，利用隧道技术，遵循一定的隧道协议，在公网中建立私有专用网。通俗地讲，VPN是指：接入因特网的两个或多个机构，因所处地理位置的不同，通过对通信协议的特殊加密，在他们的内部网之间，建立一条能够通信的专有线路的技术。智慧图书馆运用VPN技术构建虚拟化的图书馆内部专线。

虚拟专用网络不同于公用网络，是对通信进行加密。信息化时代，知识情报变得异常关键，加之VPN低成本、易使用的显著特点，使得在企业网络中应用非常广泛。VPN网关，主要通过两个方法实现远程访问：对数据包加密，转换数据包目标地址。按照应用的不同，可将VPN进行分类，有远程接入VPN、内联网VPN、外联网VPN三种。针对图书馆内部存在大量的数字信息资源、设备资源，以及泛在环境下用户的个人信息等资源，并且不间断在各用户与用户之间、用户与馆员之间进行流动，这就需要能够保证信息安全的专用网络发挥作用。

4.数据管理与存储技术

智慧图书馆中数据的显著特征是：数据增长迅速，总量较高；开放性致使数据需24×365小时保持就绪状态；完全开放，只受安全机制管理。为提供智慧化服务，图书馆需要建立各种关联数据库，用于存放不同来源和用途的数据。对于海量智慧数据的管理，需要基于语义网的内容管理、元数据存储和检索技术，以实现数据资源的智慧化。

语义网是一种智能网络，是一种个性化的网络，它不仅可以理解词语、概念，还能判断词语之间的逻辑关系，根据用户的喜好，自动过滤掉不可靠的信息，提高了交流的效率和价值，用户在使用中可以对其高度信任。目前，在语义网实现技术的研究中，RDF（资源描述框架）、Ontology（本体）是研究的热点。内容管理不同于传统的资源管理方式，是基于组织机构内部资源的有序化管理过程，根据其格式、媒体类型的不同，进行组织、分类、管理。

元数据检索技术，首先按照文件要求，把数据资源划分成块进行管理。划分成固定大小数据块的文件，在DHT（分布式哈希表）网络的节点上分散存储。元数据描述，不仅是系统的语义基础，更是数据资源语义化的基本方式。利用元数据收割工具，从图书馆系统节点中，将元数据采集并提取出来进行处理、整合，然后保存在元数据库中，通过元数据注册系统的使用、查询、映射、转换元数据，以便上层进行元数据检索。

（四）应用服务层技术

1.云计算技术

云计算，是一种超级计算模式，因其云状的拓扑结构图而得名。远程云计算数据中心里，大量的电脑、服务器相互连接，形成一片电脑云，通过系统资源的划分，为需要处理资源的单位，动态分配计算机资源。作为一种新兴的共享基础构架方法，云计算的目的是实现更加安全、更低成本的IT服务。目前，在国外，有IBM和亚马逊等公司；在国内，有无锡软件园、中化集团等机构或公司，都成功建立了自己的云计算中心。

云计算最基本的特性是：虚拟化、整合化和安全化。一方面，面对大规模的数据存储，TB甚至PB级别，需要海量信息处理能力，智慧图书馆利用云计算，可以轻松地进行智慧信息处理，而且对于数据的应用，灵活建立跨单位的语义关联，对用户终端发出的需求，进行智能化回复，用户无需了解复杂环境，便可简单、随意地利用资源。另一方面，云计算可以有效地解决“数字图书信息孤岛”问题，通过将数字图书资源链接至云中心，形成一个数字资源的“虚拟资源池”，用户借助云计算，在虚拟资源池中进行检索，从根本上打破传统图书馆之间的“信息壁垒”。智慧图书馆作为海量数字资源的存储基地，云计算的出现，特别是云存储技术的应用，为其实现各种方便、快捷、高效的智能化服务，提供技术支持。

智慧图书馆应用云计算服务，如基础设施服务、平台服务、软件服务等，都可直接从云计算提供商处获得。分析当前学者们的研究可知，目前，云计算在图书馆内的应用，主要通过两种方式：租用云计算服务，构建基于云计算服务的平台。因为租用服务，在提高图书馆计算服务效率的同时，能节省更多的人力、物力、财力等资源，充分提高了智慧图书馆的运作、服务效率，因此应用更为广泛。

2.数据挖掘技术

数据挖掘，顾名思义是从一堆数据中挖掘出有价值的知识的过程。严格来讲，是从大量模糊的、随机的、不完全的数据库中，提取出人们预先未知的、有价值的、潜在知识的过程。数据挖掘的过程较复杂，但大致可分为主要的三个阶段：数据准备→数据挖掘→结果分析。数据挖掘的方法较多，如：关联分析、预测建模，聚类分析、异常检测等。另外，对于同一个挖掘方法又可以有多种算法，因此实际应用中就较灵活、多变，具体问题具体分析。大数据环境下，海量的数据资源，使得数据挖掘技术成为公司企业、单位机构发现知识的重要工具。

图书馆作为大量信息的存储机构，随着信息技术的应用，图书馆内的资源变得更加丰富，智慧图书馆环境下，不仅有知识资源，还有用户的身份信息、借阅记录等，这些都属于结构化的信息。另外，还有用户的行为痕迹，如检索方式、存储行为等，这些属于半结构化或非结构化信息。但无论是结构化、半结构化，还是非结构化数据，都是静态存在的资源，要实现智慧化、泛在化，就要通过数据挖掘技术，将各种数据动态串联，以挖掘其深层次的价值。例如，运用数据挖掘技术，综合分析用户的学历、年龄，以及检索历史、借阅情况信息，可以判断用户的阅读偏好，可主动为其推送满足用户喜好的信息，提供个性化服务。还可通过数据挖掘技术，分析有相同偏好的用户群，进而向该群体主动推送书目信息，变“一人独占”为“群体共享”。此外，对新注册的用户，按照其年龄、专业等信息，推断其可能感兴趣的书目，并主动推送或方便用户分类定制、个性化检索等，使图书馆服务变得智慧化、个性化。图书馆运用数据挖掘技术还可研究其用户群的变化，预测未来发展等，以便及时做出决策。

3.主动推送技术

信息推送技术，是遵循一定的技术标准或协议，以用户为中心，根据用户在终端设置的个性化需求，服务器主动将符合要求的信息，发送到用户终端供用户随时查看、使用。因此，信息服务方式有较强主动性，服务内容有较强的针对性。

在传统邮递服务的基础上，在Web信息传送中引入“订阅”概念，是信息推送技术的一大特点，通过用户的订阅，主动为用户传送数据。信息推送服务系统由三部分构成：①用户需求管理数据库。根据用户填写信息需求表，由服务器进行统计分析，建立用户需求数据库。②信息数据库。建立信息库，根据用户需求从Web上收集信息，并分类、整理，制定个性化的信息标准，确定信息都能依照标准进入信息库。③服务器信息推送（PUSH）。作为第三代浏览器的关键技术，能有效缓解信息过载。

不同于传统图书馆的被动服务，智慧图书馆最大的特点之一是主动服务，这就离不开信息推送技术的支持，且推送的信息不仅专业性极强，而且有较高的专指性、针对性，在提高图书馆资源使用率的同时，又减轻网络传输负担、扩大用户范围，实现真正意义上的泛在服务、智慧服务。

4.机器人技术

机器人是一种能够自主控制、自给动力执行任务的机器，是人工智能的一种。它综合运用了多种学科，如仿生学、机械电子科学，以及材料科学、控制论理论、计算机科学等，是将科学技术应用于实践的产物。

目前，根据各行各业的需求，具备不同功能的机器人应运而生，有适用于军事活动、工业生产的，也有适用于医疗救助、农业劳作的。机器人的投入使用，不仅节省了大量资源，更以其高的工作效率取得了显著的效果。图书馆也在发展变化中应用此技术，虽然尚未有较成熟的机器人技术应用，但机器人技术的引入，必将提高图书馆的智慧化程度，减少馆员劳动量、劳动时间。例如，在保安保洁岗位、迎宾岗位，以及报刊信件签收分发、信息咨询等，设置具备相应功能的机器人，解放馆员劳动力的同时，还起到事半功倍的效果。但是，任何事物的出现都有两面性，机器人引入图书馆各项工作中，虽然能带来便利，但会造成一定的经济、社会问题，需要考虑其解决措施。