智慧图书馆的定义、设计以及实现，本文主要内容关键词为：定义论文,图书馆论文,智慧论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
2009年初，IBM提出了智慧地球的概念。智慧地球的理念是把新一代的IT技术充分运用到各行各业中，即要把传感器装备到人们生活中的各种物体当中，并且连接起来，形成物联网，通过超级计算机和云计算将物联网整合起来，实现网上数字地球与人类社会和物理系统的整合。在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而达到智慧状态。在智慧地球上，人们将看到智慧的医疗、智慧的电网、智慧的油田、智慧的城市、智慧的企业等[1]。智慧地球的概念在全球范围内得到了巨大的肯定和支持。在智慧地球的宏观概念之下，如何定义、规划和建设智慧图书馆是图书馆界当前面临的一个主要问题。本文将以北京邮电大学智慧图书馆示范系统(BUPT-Smart Library Demonstration System，BUPT-SLDS)为例，对智慧图书馆的定义、设计与实现进行描述。
2 智慧图书馆的定义
实现智慧图书馆示范系统，首先应该明确智慧图书馆的定义。目前关于智慧图书馆的定义还没有一个统一的表达，部分文献从不同的角度给出了相应的描述。从智能建筑的角度：智慧图书馆是把智能技术运用在图书馆建设之中形成的一种现代化建筑，是智能建筑与高度自动化管理的数字图书馆的有机结合和创新[2]。从感知计算的角度：智慧图书馆=图书馆+物联网+云计算+智慧化设备，通过物联网来实现智慧化的服务和管理[3]。从数字图书馆服务的角度：充分利用ICT技术，不仅可能实现各种信息的电算化，还可远程进行阅览图书等资料、预约座位等操作的数字图书馆[4]。本文认为智慧图书馆应该是感知智慧化和数字图书馆服务智慧化的综合，如图1所示。
图1 智慧图书馆示意图
感知智慧化即通过传感器将图书馆的Internet网络延伸到图书馆的建筑环境、文献资源、设备以及读者证件等图书馆的所有管理对象上，真正达到人与人的对话、人与物的对话以及物与物的对话。感知智慧化包括三个方面的内容：
(1)深刻的感知：将传感器部署在需要感知、管理、服务或者遥控监测的图书馆管理对象上，这些各种类型的传感器相当于给图书馆增加了一层有“感觉”的皮肤，例如，温湿度传感器可以用于对机房的监控和预警、射频识别(Radio Frequency IDentification，RFID)感应系统可用于图书和文献的感知等。目前通过物联网连接的传感器涉及范围非常广泛，包括：手机、电脑、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等。
(2)更广泛的互联互通：数据采集端将各种各样的数据采集端通过包括互联网、移动互联网等网络互连，实现随时即时采集外部环境信息、物体动态信息，并将其转化为适合网络传输的数据格式，通过网络传输到图书馆的数据处理中心。
(3)基于感知的智慧化的管理和服务：图书馆数据处理中心对采集的数据分析和处理后，根据需要为读者和馆内工作人员提供智慧化的服务和管理平台。
目前，国内外一些图书馆已经基于物联网实现了图书馆的部分智慧功能，例如，2010年台北市立图书馆采用RFID技术建设了一个无人值守的智慧图书馆，其中，电子闸门通过感应装置实现用户的身份验证和图书的安防，自助借还机协助用户完成无人值守的借还操作。
数字图书馆服务智慧化即数字图书馆服务，不仅提供资源的服务，而且通过人和知识的融合，为用户营造一个和谐的知识生态环境，提供更高层次的知识服务。这需要充分运用语义Web、网格和本体等知识技术，对于分布异构的海量信息资源进行全面高效的知识发现与获取、组织与整合、开发与利用，根据用户应用环境和实际问题智慧化地提供被结构序化的知识资源服务[5]。目前数字图书馆的服务大多还停留在提供文献、信息服务的层次上，但是国内外一些组织和研究机构已经开始这方面的研究和开发，例如格但斯克(Gdansk)大学图书馆和DERI(Digital Enterprise Research Institute)国际组织联合开发的JeromeDL(e-Library with Semantics)。JeromeDL在传统数字图书馆的基础上，增加了语义Web的技术，利用RDF、FOAF和本体等描述信息资源和元数据，提升了查找和浏览的有效性和易用性，并且系统通过建立用户兴趣模型，对用户进行聚类，从而可以为用户有针对性地推荐相关资源[6]。
感知智慧化和数字图书馆的智慧化并不是相互独立的，其部分功能相互依赖和重叠。例如：感知到读者的存在，根据读者所在的聚类，提供相应的数字图书馆资源和知识服务。本文主要探讨基于感知的智慧图书馆的设计和实现。
3 BUPT-SLDS的设计与实现
在对智慧图书馆的定义有一个明确认识的基础之上，北京邮电大学于2009年底开始感知的智慧图书馆示范系统的项目研制工作，由北京邮电大学网络技术研究院和北京邮电大学图书馆合作研制。旨在研制一个感知的智慧图书馆的原型系统，探索和研究出利用物联网技术实现智慧图书馆的具有适应性和可扩展性的部署框架和模式，为图书馆的工作人员和读者提供一个真实的基于物联网的智慧图书馆的体验环境，为今后智慧图书馆的建设提供可行的参考模型。
3.1 BUPT-SLDS的设计思路
根据智慧图书馆的理念，BUPT-SLDS采用了以下设计思路：
(1)以智能手机作为读者服务的主要载体。智能手机(Smartphone)，是指像个人电脑一样，具有独立的操作系统，可以由用户自行安装第三方服务商提供的应用程序，并可以通过移动通信网络来实现无线网络接入的手机的总称[7]。目前，智能手机的操作系统主要有Symbian、Linux(包括Android，Web OS，MeeGo等)、BlackBerry OS、美国微软公司的Windows Mobile、苹果的iOS等。BUPT-SLDS选用了Linux操作系统、支持WiFi无线局域网接入的诺基亚智能手机。
(2)利用WiFi、ZigBee等无线通信技术感知和定位读者。通过智能手机以及WiFi、ZigBee等无线通信技术，读者可以被感知和定位，继而提供相应的图书馆的智慧服务。
(3)利用RFID技术实现感知和定位图书。RFID技术是物联网的主要技术之一，利用RFID技术实现图书的定位和管理在北美等发达地区已经逐渐得到了广泛的应用，国内图书馆近几年也逐渐开始了这方面的应用，例如国家图书馆、集美大学图书馆、武汉大学图书馆等。
(4)选择实现具有较强示范和体验效果的智慧图书馆的部分功能。为了能够更好地体现系统的示范性效果，BUPT-SLDS选择实现了智能的图书清点、感知的OPAC以及基于位置的读者信息推送等示范性较强的功能。
(5)与图书馆自动化系统无缝链接。BUPT-SLDS基于图书馆自动化系统的读者和图书数据以及OPAC检索系统，提供相应的智慧化服务。
3.2 系统框架
根据智慧图书馆在感知智慧化方面的定义，BUPT-SLDS采用的系统框架如图2所示。
(1)感知层：是BUPT-SLDS的皮肤和五官，负责识别物体，采集信息。通过感知层的智能手机和RFID标签感应装置实现了对读者和图书的感知。对图书的感知通过RFID标签感应装置实现，对读者的感知是以读者随身携带的智能手机为被感知对象，通过WiFi以及ZigBee等无线定位技术实现。
(2)网络层：是智慧图书馆的神经中枢和大脑，负责信息传递和处理。网络层将感知层获取的图书信息以及读者信息进行传递和处理，以提供相应的服务。
图2 BUPT-SLDS的系统框架
(3)应用层：是智慧图书馆的实际应用，在BUPT-SLDS中实现了智能的图书清点、感知的OPAC以及基于位置的读者信息推送等功能。
3.3 关键技术分析
BUPT-SLDS智能手机上的应用基于Qt平台开发，微机上的应用采用JSP开发，主要涉及以下关键技术：
(1)移动终端地图系统
移动终端上的地图系统可以让读者能够体验到精确的地图导航服务，引导读者快速地到达其所需资源的位置。BUPT-SLDS的移动终端地图系统是基于Qt的开发平台，利用Google Maps API开发的。Qt具有良好的跨平台特性，除支持大部分计算机操作系统之外，还支持Symbian、Maemo、MeeGo等手机操作系统，其WebKit引擎可以实现本地界面与Web内容的无缝集成。而Google Maps是一种新型的WebGIS设计模式，Google Maps APIs使用户能够快捷地开发WebGIS应用[8]。为了能够更精确地确定读者和图书的位置，BUPT-SLDS根据图书馆的建筑结构按层绘制了图书馆平面图，根据GPS定位结果，如果读者在图书馆内，则调用图书馆建筑的平面图；否则，则使用Google Maps。
(2)图书定位
图书定位的核心技术是RFID读写装置。在物理层，在图书和书架上分别贴上RFID标签，在每个书架上安装一台RFID读写设备。在逻辑处理层，基于图书馆自动化系统，增加书架、层架等图书位置信息的数据库保存和逻辑处理功能。图书定位的机理是书架上的FRID读写器获取到该架上的所有图书的标识信息，上传到数据库服务器，当用户检索到相关图书时，即可根据图书标识得知图书的地理存放位置。为了能够和图书馆自动化系统实现无缝链接，智慧图书馆示范系统提供了基于OpenURL的位置查询的APIs，调用获取位置的APIs返回XML代码格式，如下：
(3)用户定位
用户定位是以读者随身携带的智能手机为被感知对象，实现了室外定位和室内定位的无缝结合。室外定位采用的是GPS定位技术，室内定位则创新地使用了WiFi和ZigBee相结合的定位技术，采用接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，RSSI)技术实现。WiFi无线路由器和ZigBee无线传输节点都是无线发射装置，WiFi的发射功率较大，覆盖范围广，而ZigBee发射功率较小，覆盖范围小。图书馆的室内定位主要使用WiFi方式，ZigBee则作为WiFi方式的补充来提高定位的精度。
3.4 BUPT-SLDS的系统功能描述
BUPT-SLDS实现了图书自动盘点、感知的OPAC以及基于位置的推送服务等功能。
(1)智能的图书清点系统：通过RFID读写装置实现图书的自动清点功能，获知图书的在架情况。RFID读写装置在实现图书清点的同时，也能够实时更新数据库中图书的存放位置。
(2)感知的OPAC系统：感知的OPAC系统是在传统的OPAC系统上增加了感知定位功能。在BUPT-SLDS中对于不同类型的终端实现了不同程度的感知定位功能。对于微机终端来说，感知OPAC系统在传统的OPAC系统的基础上增加了感知图书的功能，并且能够以地图的方式提供给读者。对于智能手机的终端来说，BUPT-SLDS不仅能够感知图书的位置，而且还能够感知读者的位置，并且可以基于图书和读者的位置为读者提供相应的导航服务，如图3和图4所示。
图3 智能手机上的OPAC
图4 智能手机的导航服务
(3)基于位置的推送服务：基于位置的推送服务是感知读者所在位置时，向读者推送其感兴趣的信息。例如当用户手持智能手机走到图书馆附近时，用户的终端会接收到图书馆的近期热门图书、新书通报、馆内活动、催还等服务信息；当用户走到某一书架范围内时，用户终端会收到该架上的新书信息等。
4 智慧图书馆未来发展面临的问题
BUPT-SLDS已通过模拟环境下的测试，目前正处于实际示范环境部署阶段。BUPT-SLDS不仅为读者和馆内工作人员提供了一个智慧图书馆的体验环境，而且也可为将来开发和部署感知的智慧图书馆提供一定的策略指导。技术的进步使得建设真正意义上的智慧图书馆已经成为一种发展趋势，但是从物联网感知的角度来讲，还存在一些需要探讨和完善的问题：
(1)数据和应用的安全性问题。智慧图书馆应用物联网技术在读者、文献、资产、建筑环境等图书馆的各种管理和服务对象之间实现了互联互通，这不可避免地存在信息安全隐患。需要研究物联网安全关键技术，满足机密性、真实性、完整性、抗抵赖性4大要求，同时还需解决好物联网中的用户隐私保护与信任管理问题。这也是当前物联网应用面临的主要问题之一。
(2)互操作性、标准化问题：目前，物联网还没有建立统一的标准体系，由于它涉及技术较多，应用形式多样，其标准化工作分散在不同的标准组织，不同标准组织的工作侧重点不同，也有少量重叠和交叉，这不仅影响物联网产业的迅速发展，而且也将成为发展和建设智慧图书馆的一个障碍。国内外都已经意识到了建设物联网标准体系的必要性。2010年3月9日，中国物联网标准联合工作组筹备工作正式启动，目标是整合国内物联网相关标准化资源，联合产业各方共同开展物联网技术的研究，积极推进物联网标准化工作，加快符合中国发展需求的物联网技术标准[9]。
(3)政策监管问题：智慧图书馆的发展是在物联网普及发展的大前提下进行的，物联网的发展牵涉到多个行业与产业，这需要制定适合物联网发展的政策和法规，保证行业的正常发展。例如，对于持有RFID标签物品的用户来说，需要考虑确保其个人隐私不受侵犯的相关法律问题。
5 结语
BUPT-SLDS是从感知领域对建设智慧图书馆的一个探索和实践，为读者和图书馆工作人员提供一个智慧图书馆的体验平台。随着物联网技术的逐步发展以及建设成本的逐渐降低，BUPT-SLDS将基于此示范环境，进一步扩充新的智慧图书馆示范功能，逐步向实用化的系统演进。但是建设真正意义上的智慧图书馆，不仅需要从感知技术方向努力，而且还需要从知识组织和构建等数字图书馆智慧化的服务方向努力。