基于信息服務(wù)的智慧圖書館數(shù)據(jù)管理框架設(shè)計研究

伍舜瓔

（廣東省立中山圖書館，廣東 廣州 510110）

1 智慧圖書館與信息服務(wù)

1.1 智慧圖書館理論

隨著科技的發(fā)展和用戶需求的不斷變化，智慧圖書館在傳統(tǒng)圖書館的基礎(chǔ)上重新審視了圖書館的功能需求和服務(wù)基礎(chǔ)，構(gòu)建出了全新的以用戶為主導(dǎo)的信息化服務(wù)[1]。智慧圖書館通過集成建筑、信息資源和智能硬件設(shè)備與技術(shù)，為不同的用戶提供信息推薦、共享和知識挖掘等各項服務(wù)。智慧圖書館的“智慧”體現(xiàn)在軟智慧和硬智慧兩個方面，軟智慧則包括在物理服務(wù)基礎(chǔ)上的管理服務(wù)、知識服務(wù)等內(nèi)在服務(wù)[2]，硬智慧包括了硬件設(shè)備、空間和技術(shù)等物理服務(wù)。智慧圖書館軟智慧和硬智慧相輔相成、相互依賴、包容統(tǒng)一，來為用戶提供智慧化解決方案，提升圖書館的服務(wù)水平。

智能技術(shù)的飛速發(fā)展為智慧圖書館在分析資源數(shù)據(jù)信息和用戶行為信息方面打下了基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建出智慧圖書館的跨空間服務(wù)，提升圖書館的資源利用率，智慧圖書館的信息化科技館員，要能夠為用戶提供各種信息和空間資源，獲取和組建硬智慧資源，并在硬智慧資源的基礎(chǔ)上構(gòu)建出軟智慧，從而為用戶提供更為完善的智慧化信息服務(wù)。智慧圖書館主要包括人工智能信息技術(shù)的應(yīng)用和圖書館知識服務(wù)的延伸拓展，這兩個關(guān)鍵點是智慧圖書館信息化服務(wù)的基礎(chǔ)。

1.2 智慧圖書館研究現(xiàn)狀

歐美國家圖書館率先提出了智慧圖書館的概念，并經(jīng)過長期的發(fā)展應(yīng)用至各類圖書館和博物館中[3]。悉尼科技大學(xué)最早采用了機(jī)器人作為圖書館的管理員，代替人工進(jìn)行密集的圖書管理工作；慕尼黑大學(xué)的資源傳送機(jī)器人，可以將圖書館各分館中的書籍資源快速傳遞到另一端；新加坡智能中心的智能機(jī)器人則可以在下班時間段進(jìn)行書架掃描，并描繪出圖書館整體書架的圖書館堆放情況，讓工作人員能夠快速地整理圖書館的書架，提升圖書館的書籍整理效率。

在國內(nèi)，智慧圖書館尚處于起步階段，大多數(shù)圖書館智慧服務(wù)還處于探索過程中。但是，受近年來科技的發(fā)展和政策的影響，我國智慧圖書館的建設(shè)開始得到重視，許多圖書館開始了智慧圖書館的嘗試[4]。其中，一些圖書館利用GPS定位技術(shù)來獲取圖書館的軟硬件資源，將這些資源通過手機(jī)APP或微信公眾號推送給用戶，提升了用戶獲取資源的效率。另外，還有一些圖書館采用智能溫控技術(shù)，通過傳感器自動調(diào)節(jié)圖書館的溫度和濕度，讓讀者的體驗更為舒適?？傮w來看，我國的智慧圖書館還處于初級建設(shè)階段，僅僅只是某個方向上的智能化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到真正意義上的智慧，還需進(jìn)行更多的嘗試和努力。

1.3 智慧圖書館的信息服務(wù)模式

智慧圖書館信息服務(wù)的目的是為用戶提供更便捷的數(shù)字資源服務(wù)，并提升圖書館各項服務(wù)的規(guī)模和水平，滿足用戶日益增長的各項需求[5]，主要包括構(gòu)建先進(jìn)的服務(wù)平臺，創(chuàng)建智能信息服務(wù)以及實現(xiàn)智慧個性化服務(wù)系統(tǒng)。其中，先進(jìn)的信息服務(wù)平臺能夠通過智能軟硬件設(shè)施提供快速檢索和資源傳遞服務(wù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)圖書館以文獻(xiàn)檢索和查找為基礎(chǔ)的服務(wù)，信息服務(wù)平臺能夠統(tǒng)籌各種平臺和資源，快速為用戶查詢到各種形式的資源，并給予快速反饋；智能信息服務(wù)則是建立在大數(shù)據(jù)分析、RFID電子標(biāo)簽等新興技術(shù)之上，通過對圖書館中的資源數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛分析和挖掘，提取出具有統(tǒng)計意義的資源列表，用戶通過資源列表能夠更快速地定位需求資源，從而進(jìn)一步提升資源利用率；智慧個性化服務(wù)系統(tǒng)要求智慧圖書館能夠主動滿足不同用戶的個性化需求，通過收集用戶的各項行為數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中挖掘出用戶的真實需求并預(yù)測用戶對新信息變化的反應(yīng)，提供針對性的信息資源服務(wù)。智慧個性化服務(wù)系統(tǒng)有很強(qiáng)的針對性、指向性，并且主動為用戶提供當(dāng)前興趣范圍內(nèi)的服務(wù)，能夠有效提升用戶對智慧圖書館的滿意程度。

2 基于信息服務(wù)數(shù)據(jù)管理的智慧圖書館功能框架

智慧圖書館信息服務(wù)數(shù)據(jù)管理功能框架包括環(huán)境數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)3個方面。

2.1 智慧圖書館的數(shù)據(jù)管理總體框架

圖1 智慧圖書館的數(shù)據(jù)管理總體框架

數(shù)據(jù)是智慧圖書館中最重要的內(nèi)容之一，以數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，構(gòu)建智慧圖書館的信息服務(wù)，能夠解決智慧圖書館的最根本問題，從而形成各類創(chuàng)新和特色服務(wù)（見圖1）。智慧圖書館中的數(shù)據(jù)流包括3個重要部分，分別是環(huán)境數(shù)據(jù)的管理、用戶數(shù)據(jù)的管理和資源數(shù)據(jù)的管理。在環(huán)境數(shù)據(jù)中，主要包括圖書館中的各項監(jiān)控數(shù)據(jù)、人口密集程度數(shù)據(jù)、場館內(nèi)外溫度、濕度和空氣參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；用戶數(shù)據(jù)則包括用戶的各項行為數(shù)據(jù)、興趣和偏好數(shù)據(jù)；資源數(shù)據(jù)代表的是整體圖書館中電子書籍、影像、期刊、圖片和音頻等各種形式的數(shù)字化資源。針對上述的3種不同形式的數(shù)據(jù)流動，構(gòu)建出3種不同的功能應(yīng)用框架：在環(huán)境方面，主導(dǎo)的是環(huán)境調(diào)劑和安全保護(hù)；在用戶方面，主導(dǎo)的是資源檢索、導(dǎo)航和借還服務(wù)；在資源方面，主導(dǎo)的則是館藏資源采購、管理和業(yè)務(wù)管理等。實際上，在構(gòu)建各項功能應(yīng)用時，其背后是各種數(shù)據(jù)的流動，每種功能的實現(xiàn)實際上是各項數(shù)據(jù)流動綜合完成的結(jié)果。因此，在智慧圖書館的資源功能應(yīng)用下，需要優(yōu)化圖書館館藏、用戶和數(shù)據(jù)收集的結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)管理的生命周期中形成更多、更高效的信息服務(wù)。

2.2 環(huán)境數(shù)據(jù)在智慧圖書館中的功能應(yīng)用

智慧圖書館中的環(huán)境數(shù)據(jù)包括各種監(jiān)控設(shè)備、傳感器設(shè)備提供的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠構(gòu)建出各類功能應(yīng)用[6]。首先，基于監(jiān)控設(shè)備提供的監(jiān)控數(shù)據(jù)，可以采用多點關(guān)聯(lián)分析的方法從半結(jié)構(gòu)化的監(jiān)控數(shù)據(jù)中進(jìn)行識別，再對識別結(jié)果進(jìn)行協(xié)同過濾和關(guān)聯(lián)分析，從監(jiān)控視頻流中挖掘出異常行為數(shù)據(jù)，以其作為樣本，構(gòu)建出突發(fā)事件預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)防圖書館突發(fā)事件。其次，在監(jiān)控設(shè)備中，智慧圖書館還能夠提取人口流動數(shù)據(jù)，從中分析出圖書館中的人流軌跡、數(shù)據(jù)量和密集情況。通過監(jiān)控中的人口流動數(shù)據(jù)再輔以傳感器進(jìn)行人口軌跡行為特征分析，能夠有效地獲得人工密集度較大的區(qū)域和人口行為異常的區(qū)域，從而構(gòu)建出風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)。最后，針對智慧圖書館中的各項傳感器，構(gòu)建出圖書館中的流量實時監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控圖書館水電使用情況的同時，還能夠保證智慧圖書館中的水電安全。另外，針對溫度、濕度和空氣傳感器的反饋數(shù)據(jù)，能夠構(gòu)建出智慧圖書館中的自適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的中央調(diào)控，控制圖書館的整體溫度、濕度和空氣在可適應(yīng)范圍內(nèi)，自動為用戶提供舒適的場館環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，能夠讓智慧圖書館與用戶之間的交互和感知變得更為密切，在不斷滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)人與圖書館的互聯(lián)。

2.3 用戶數(shù)據(jù)在智慧圖書館中的功能應(yīng)用

在智慧圖書館中，一旦用戶獲取了服務(wù)，將會產(chǎn)生各種類型的用戶數(shù)據(jù)，主要包括導(dǎo)航數(shù)據(jù)、檢索數(shù)據(jù)和行為數(shù)據(jù)。智慧圖書館通過GPS和藍(lán)牙等技術(shù)為用戶提供的室內(nèi)定位和導(dǎo)航服務(wù)，能夠清楚地記錄用戶在場館中的行動軌跡，通過分析大量用戶的行動軌跡數(shù)據(jù)，可以挖掘出最優(yōu)路徑，然后反饋給導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)能夠更精準(zhǔn)地為用戶提供服務(wù)[7]。用戶的行動軌跡數(shù)據(jù)結(jié)合館藏資源分布數(shù)據(jù)還能夠用于優(yōu)化圖書館館藏資源，調(diào)整資源分布讓館藏更容易查找。另外，用戶在檢索圖書和閱讀圖書過程中，會產(chǎn)生各種行為數(shù)據(jù)，檢索系統(tǒng)能夠收集到用戶的檢索、下載內(nèi)容，檢索過程和關(guān)鍵詞，以及訪問日志和借還信息，再配合導(dǎo)航系統(tǒng)的室內(nèi)定位，確定用戶在圖書館中各個區(qū)域的停留時間。針對這些用戶行為數(shù)據(jù)，通過關(guān)聯(lián)分析方法、聚類分析方法等數(shù)據(jù)挖掘算法，挖掘出用戶、資源和空間位置之間的深度關(guān)系，構(gòu)建用戶畫像模型。用戶畫像模型可以用于協(xié)同推薦，針對不同用戶推薦不同的檢索功能、方法和技巧的指導(dǎo)，還能統(tǒng)計館藏下載數(shù)量，為館藏的采購和資源管理提供有力的指導(dǎo)，優(yōu)化圖書館的資源結(jié)構(gòu)。另外，智慧圖書館的用戶統(tǒng)計數(shù)據(jù)還能夠構(gòu)建出知識中轉(zhuǎn)站，鏈接外部資源，通過分析和整理外部資源，并將新的資源推薦給不同畫像的用戶，提升檢索關(guān)鍵詞的命中率。

2.4 資源數(shù)據(jù)在智慧圖書館中的功能應(yīng)用

智慧圖書館的資源服務(wù)不應(yīng)僅限于傳統(tǒng)圖書館提供的書籍和文獻(xiàn)層面，還應(yīng)該深入到知識提供層面，利用各種信息分析和知識挖掘工具提升數(shù)字資源的知識獲取和分享[8]。在資源的數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)程中，針對同一個專業(yè)方向的內(nèi)容可以進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的挖掘，再結(jié)合資源基本數(shù)據(jù)和用戶興趣與偏好數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同分析和挖掘，挖掘結(jié)果能夠用于館藏資源采購和管理的指導(dǎo)，在不同發(fā)展時期合理地優(yōu)化館藏。此外，針對資源使用情況和用戶行為數(shù)據(jù)還能夠統(tǒng)計分析出用戶的閱讀習(xí)慣模型，通過對不同用戶在場館區(qū)域、時間和閱讀持續(xù)時間的分析，能夠為同種類型的用戶優(yōu)化出閱讀推薦方案，提升閱讀的效率。另外，資源數(shù)據(jù)中的科學(xué)數(shù)據(jù)是智慧圖書館賴以生存的重要數(shù)據(jù)形式之一，針對科學(xué)數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以為用戶提供各學(xué)科研究熱點的最新進(jìn)展和研究方向，并提供有效、合理的決策參考。智慧圖書館應(yīng)該以科學(xué)知識為起點，以研究學(xué)者為中心，構(gòu)建出各個學(xué)科研究方向上的知識關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提供科研資訊和協(xié)助。依靠智慧圖書館的強(qiáng)力后盾和知識挖掘技術(shù)，科學(xué)研究工作將變得更方便、有效。

3 基于信息數(shù)據(jù)管理的智慧圖書館創(chuàng)新服務(wù)模式

智慧圖書館應(yīng)大力發(fā)展云計算、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能和知識發(fā)現(xiàn)與決策等新興技術(shù)，從一站式資源服務(wù)、知識發(fā)現(xiàn)服務(wù)、決策支持服務(wù)和智能分析服務(wù)等方面構(gòu)建創(chuàng)新服務(wù)模式。

3.1 基于云計算的一站式資源服務(wù)

智慧圖書館集成各種數(shù)據(jù)、技術(shù)和軟硬件一體化，其運營中的數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，以及學(xué)科中的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還包括與用戶相關(guān)的各種半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了讓智慧圖書館能夠提供一站式的資源服務(wù)，需要針對不同類型的數(shù)據(jù)構(gòu)建出統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理和分析平臺。首先，從各種渠道收集需要的數(shù)據(jù)，然后利用云存儲平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，清洗數(shù)據(jù)主要針對半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，將其中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分離出來，剩下的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。數(shù)據(jù)收集并清洗完成后，再將預(yù)處理完的數(shù)據(jù)輸入云計算系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，最后推送所挖掘到的信息和數(shù)據(jù)來解決智慧圖書館的各種需求。為了解決一站式資源服務(wù)，需要對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，并將整理好的數(shù)據(jù)和存儲融為一體，最終完成基于云計算的一站式資源服務(wù)。在實踐過程中，一方面智慧圖書館可以快速獲取用戶畫像、用戶偏好模型以及館藏資源分布模型，通過這些模型的協(xié)同分析，為用戶提供個性化的檢索服務(wù)，針對用戶所在的學(xué)科和行業(yè)，推送其所需的資料；還可以根據(jù)用戶提供的關(guān)鍵詞，結(jié)合用戶背景和知識方向，推薦用戶所需要的資源，幫助用戶快速切入資源主體，提升資源閱讀效率；另一方面，智慧圖書館還為用戶提供定位、導(dǎo)航、環(huán)境等服務(wù)，真正做到一站式的資源服務(wù)，增強(qiáng)用戶的滿意度，提升智慧圖書館的用戶黏性。

3.2 基于數(shù)據(jù)挖掘的知識發(fā)現(xiàn)服務(wù)

智慧圖書館數(shù)據(jù)管理框架的基礎(chǔ)為數(shù)據(jù)，因此構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是必不可少的功能之一，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和協(xié)同分析等技術(shù)，從海量的圖書館數(shù)據(jù)信息中挖掘出有意義的知識，篩選出潛在的有價值信息，智慧圖書館將能夠為不同用戶提供個性化的信息，幫助用戶挖掘和提煉知識，提供具有優(yōu)勢的知識發(fā)現(xiàn)服務(wù)。在挖掘知識信息方面，智慧圖書館可以將收集到的數(shù)據(jù)之間的隱性知識和關(guān)聯(lián)性知識挖掘出來，不但能夠為科研工作者提供深層次的數(shù)據(jù)支持，還能夠為普通用戶提供知識服務(wù)。在知識提煉過程中，智慧圖書館將科學(xué)研究、圖書館教學(xué)和活動中隱藏的知識提煉出來。一般來說，圖書館教學(xué)和活動有眾多參與者，每個參與者在活動中會產(chǎn)生大量的行為數(shù)據(jù)和興趣偏好數(shù)據(jù)。針對活動參與者產(chǎn)生的這些數(shù)據(jù)，再結(jié)合活動的主題資源數(shù)據(jù)和參與者在圖書館數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，挖掘出活動參與者一些興趣偏好的變化，以及通過教學(xué)和活動產(chǎn)生的用戶行為軌跡的變化。通過對這些隱藏數(shù)據(jù)的提煉，將其轉(zhuǎn)化為與用戶高度相關(guān)的顯性知識，不但可為用戶所用，還能夠為改進(jìn)、改善智慧圖書館的信息服務(wù)所用。不難看出，在數(shù)據(jù)管理框架基礎(chǔ)上構(gòu)建的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，不但擁有海量的圖書館相關(guān)數(shù)據(jù)作為支撐，還能夠通過各項數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)聯(lián)和影響，反過來為圖書館提供知識發(fā)現(xiàn)和信息提煉服務(wù)。

3.3 基于人工智能的決策支持服務(wù)

決策支持服務(wù)是智慧圖書館必不可少的服務(wù)內(nèi)容之一，建立在數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)之上，通過人工智能技術(shù)構(gòu)建出的決策智能服務(wù)，能夠滿足絕大多數(shù)的決策需求，為不同用戶提供個性化的決策支持服務(wù)。實際上，智慧圖書館的數(shù)據(jù)管理框架中存在海量的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)是構(gòu)建決策的基礎(chǔ)之一。智慧圖書館提供的決策支持服務(wù)包括兩個方面，一方面是針對圖書館平臺的知識圖譜型決策服務(wù)，另一方面是針對用戶的專家學(xué)者型決策服務(wù)。在數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，通過人工智能算法構(gòu)建決策系統(tǒng)，為圖書館提供解決方案，是圖書館產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)最好的反饋方式之一。例如，智慧圖書館在不斷運營過程中產(chǎn)生的海量用戶行為數(shù)據(jù)和館藏變化數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘出來后，通過人工智能算法針對這些關(guān)系擬合出知識圖譜模型。隨后，通過改變不同的用戶行為數(shù)據(jù)，即可從知識圖譜模型中決策出館藏優(yōu)化的最好方案。另外，針對用戶的專家學(xué)者系統(tǒng)的構(gòu)建，則是通過針對某個學(xué)科的相關(guān)研究熱點資源的挖掘，再通過人工智能算法完成的決策系統(tǒng)。在用戶使用專家系統(tǒng)進(jìn)行決策的時候，首先需要輸入待解決問題，專家系統(tǒng)首先進(jìn)行問題匹配，一般采用隱馬爾可夫模型進(jìn)行關(guān)鍵詞的匹配，匹配完成后專家系統(tǒng)調(diào)用人工智能算法選擇匹配度最高的決策結(jié)果，并反饋給用戶。一般情況下，專家系統(tǒng)提供的決策僅僅只有支持和參考的價值，并不能完全為用戶提供決策，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更優(yōu)的決策分析。

3.4 基于用戶數(shù)據(jù)的智能分析服務(wù)

用戶是圖書館的主體，在智慧圖書館中，基于用戶數(shù)據(jù)的智能分析服務(wù)是一項重要的信息服務(wù)功能。在智慧圖書館的數(shù)據(jù)管理框架中，基于用戶數(shù)據(jù)的智能分析服務(wù)包括分析用戶需求、構(gòu)建用戶信息相關(guān)的管理服務(wù)，以及為用戶提供信息跟蹤和評估服務(wù)。21世紀(jì)的用戶需求逐漸朝著信息化、智能化和個性化方向發(fā)展，智能圖書館通過用戶歷史需求數(shù)據(jù)、用戶行為數(shù)據(jù)和用戶閱讀數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，從中挖掘出用戶真正需求和潛在需求，并以此為基礎(chǔ)為用戶構(gòu)建定制化、專業(yè)化的信息服務(wù)。在用戶信息管理服務(wù)中，智能圖書館依托于強(qiáng)大的云計算和云存儲功能，為用戶構(gòu)建專門的檔案，從挖掘出的需求信息和行為數(shù)據(jù)中構(gòu)建相關(guān)性模型，獲取與該用戶個體相關(guān)的人才培養(yǎng)方案和學(xué)科研究方案，并將方案反饋給用戶。在用戶信息跟蹤和評估服務(wù)上，智慧圖書館通過專門的檔案追蹤用戶不斷變化的需求，并根據(jù)具體的需求推送信息參考、前沿技術(shù)以及專業(yè)技術(shù)等信息服務(wù)。在追蹤閱讀行為的過程中，為用戶提供信息評估服務(wù)，讓用戶更了解自己。

4 結(jié)語

智慧圖書館的發(fā)展離不開數(shù)據(jù)的管理和信息服務(wù)的創(chuàng)新。在數(shù)據(jù)管理框架下，從云計算和數(shù)據(jù)挖掘入手，構(gòu)建基于云計算的一站式資源服務(wù)、基于數(shù)據(jù)挖掘的知識發(fā)現(xiàn)服務(wù)、基于人工智能的決策支持服務(wù)以及基于用戶數(shù)據(jù)的智能分析服務(wù)，通過智慧圖書館的創(chuàng)新型服務(wù)，給讀者帶來更具個性化的便捷體驗，增強(qiáng)用戶對智慧圖書館的黏性，使得圖書館在用戶工作和學(xué)習(xí)中不可或缺。今后的研究主要應(yīng)從人工智能的方向入手，在信息服務(wù)和數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，通過人工智能強(qiáng)大的分析和決策能力，促進(jìn)智慧圖書館的不斷發(fā)展完善。