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目前圖書館紙質(zhì)文獻的管理與流通占據(jù)圖書館員大部分工作時間,面對大量的紙質(zhì)文獻資源,圖書館迫切需要解決以下問題:(1)新書排架任務(wù)。按照一定的秩序需要將文獻資源進行排架。按照詳細(xì)編號插入到書架中,隨著社會信息資源更新速度加快,大量新書需要插入到書架中,且書架容量有限,不能適應(yīng)紙質(zhì)文獻快速增長的需求。(2)圖書排架管理問題。書架中的圖書是按照學(xué)科項目編號順次排序的,在讀者借閱過程中很容易將圖書順序搞亂,而圖書館員人手有限,不能及時按照原順序重新整理書架。(3)圖書歸架管理問題。在圖書借閱高峰,大量書籍?dāng)D壓在讀者手中,遇上還書高峰,大量書籍積壓在書庫中無法快速提取,面臨眾多限制。很多圖書館員開始尋求創(chuàng)新的圖書管理應(yīng)用模式,有學(xué)者提出:減少實體資源所占館藏資源比例,提高電子文獻儲量的方法。但是這種實踐思路不能真正解決圖書管理、圖書借閱服務(wù)等問題。在人工智能技術(shù)視域中如何實現(xiàn)圖書自動借閱歸還和自動管理成為了圖書館智能倉儲模型構(gòu)建與實踐的主旨思路[1]。

人工智能(Artificial Intelligence)英文簡稱“AI”,是研究、開發(fā)、利用計算機技術(shù)延伸人類智能的一門技術(shù),主要是以數(shù)據(jù)分析、模擬、信息橫向追蹤為核心的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。人工智能是計算機科學(xué)的一個分支,它試圖以計算機技術(shù)為中心探究智能的實質(zhì),希望借助計算機設(shè)備能模仿人類并制造出一種智能設(shè)備完全代替人類某些活動。主要研究領(lǐng)域包括智能機器人設(shè)計、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分布、語言識別、圖像識別、自然語言交互等。人工智能自誕生以來就以其獨特的理論體系和應(yīng)用價值受到了學(xué)者的關(guān)注,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。在可以預(yù)見的未來,人工智能將是人類智慧的數(shù)據(jù)庫;人工智能可以對人的思維活動、神經(jīng)活動進行全過程模擬,雖然不是基于生物系統(tǒng)形成的智慧體系,但可以在某種程度上像人那樣進行思考[2]。

人工智能本質(zhì)上就是用機器模擬人類思維活動的科學(xué)技術(shù),設(shè)想用包括計算機、系統(tǒng)工具、數(shù)據(jù)分析工具代替人類的某些勞動,或者是用某些具有創(chuàng)造力的機器代替人類完成風(fēng)險任務(wù)。研究表明,人工智能具有3個明顯特征:(1)具有自主學(xué)習(xí)能力。在人工智能領(lǐng)域機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)是經(jīng)常被提到的學(xué)術(shù)名詞,而在實踐中指的是如何通過人工技術(shù)賦予機器持續(xù)準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)能力并盡可能讓機器學(xué)會利用這種能力盡可能多的思考。(2)自我控制能力。當(dāng)機器具備一定學(xué)習(xí)能力之后會像人類一樣在社會系統(tǒng)內(nèi)積累經(jīng)驗并學(xué)會某種技能,而這種經(jīng)驗和技能都是長期持續(xù)的。機器在相應(yīng)的成長周期內(nèi)會與社會系統(tǒng)發(fā)生互動并決定在什么時間運用哪些技能解決問題,學(xué)會決策和自我控制。(3)不具備社會意識。生物群體在特定的社會環(huán)境中會形成群體意識,如人類的集體意識、家庭意識、候鳥遷徙、肉食性動物合作捕獵等,這些現(xiàn)象實質(zhì)上是生物社會意識的一種顯現(xiàn)?？梢钥隙ǖ氖侨斯ぶ悄軝C器是基于計算機網(wǎng)絡(luò)和算法工具形成的中樞系統(tǒng),對于機器本體而言,即使它們會獨立思考將也不會認(rèn)為可以以群體的方式進行活動,不同的機器個體通過編程指令進行操作,不具備社會意識[3]。

在“中國知網(wǎng)”以“圖書館智能倉儲”為主題進行文獻搜索,與其有關(guān)的信息記錄多達(dá)1 700余條,對全部文獻檢索結(jié)果進行分析對比,歷年文獻數(shù)量在持續(xù)快速增長,關(guān)鍵詞顯示最多的是物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器人設(shè)計、RFID、無線網(wǎng)絡(luò)、Zig Bee、PLC等。北京理工大學(xué)王建生等人在相關(guān)學(xué)術(shù)著作中研究了基于人工智能的智能倉儲管理機制建設(shè),結(jié)合了以光載無線交換機為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計方法、RFID射頻識別、傳感器技術(shù)等;北京航空航天大學(xué)李文等人以“強化學(xué)習(xí)理論”為基礎(chǔ)將強化學(xué)習(xí)理論及方法引入到了智能倉儲管理模型中,結(jié)合遺傳算法對智能倉儲機器人運行模式進行規(guī)劃,全面提高智能倉儲的應(yīng)用效能;北京科技大學(xué)李威等人提出“智能倉儲系統(tǒng)是智能物流體系的重要組織架構(gòu)”,張薇薇和秦政等人“探討了關(guān)于便攜式終端在智能倉儲管理中的應(yīng)用方法”;余磊和徐匯等人提出了“基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能倉儲建設(shè)”,探討了智能倉儲模型在物流系統(tǒng)種的應(yīng)用方法[4]。目前,智能倉儲模型構(gòu)建中RFID技術(shù)、Zigbee技術(shù)運應(yīng)用最為廣泛,大多數(shù)項目是基于上述兩種技術(shù)研發(fā)設(shè)計的。

隨著近年來中國科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展,智能倉儲技術(shù)在圖書館領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如南京大學(xué)李陽等人研究了基于機器人的圖書館自動取書的理論及方法,該技術(shù)以周圍環(huán)境為參考坐標(biāo)系,構(gòu)建基于環(huán)境的二維地圖;東南大學(xué)楊牂等將RFID系統(tǒng)與數(shù)字圖書館建設(shè)聯(lián)系起來并進行深度交互整合,構(gòu)建了包括防盜、自助服務(wù)、書架自動整理于一體的綜合管理系統(tǒng);北京信息科技大學(xué)的張莉等人設(shè)計了“基于高頻RFID的圖書館智能書架”,通過在每一本文獻讀物上粘貼電子標(biāo)簽進行文獻精確定位;基于人工智能技術(shù)的圖書館智能倉儲模型包括感應(yīng)機制、管理系統(tǒng)、應(yīng)用傳輸系統(tǒng)3個組織層面,主要應(yīng)用計算機工具、算法工具、通訊設(shè)備等,通過在每本書上加裝電子標(biāo)志物以確定每本書的詳細(xì)位置,利用輔助機器人實現(xiàn)智能分類管理[5]。

基于人工智能技術(shù)形成的圖書館智能倉儲模型最重要的環(huán)節(jié)是館藏資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計,就是將每本圖書的基本信息錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之中,形成網(wǎng)格狀的圖書信息管理機制。對于入館的每本圖書進行信息綜合錄入(圖1),包括確定圖書名稱、內(nèi)容數(shù)據(jù)、出版單位、館藏狀態(tài)等,給每本書建立信息檔案,方便后期用戶精確查找。事實上,圖書館資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計是確定圖書信息檔案,將不同的圖書信息進行入庫管理,要將附件、導(dǎo)語、信息載體狀態(tài)等信息錄入到圖書信息檔案中,借助可視化技術(shù)實現(xiàn)信息綜合處理,以便后期為用戶進行綜合信息檢索提供支撐。與傳統(tǒng)圖書館館藏目錄數(shù)據(jù)庫相比,這種建立圖書檔案的資源管理方式更加精準(zhǔn)化、便捷化,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中不僅包含了圖書信息的封面圖片、物理信息、使用狀態(tài)等,還具有明顯標(biāo)志性的電子標(biāo)簽,以便用戶利用手機、PDA等移動終端實現(xiàn)智能檢索。

圖1 圖書館館藏資源數(shù)據(jù)庫組織機制  下載原圖

圖書信息匹配是圖書館實現(xiàn)圖書文獻智能倉儲分配的重要環(huán)節(jié),具體指由某個信息元素匹配出具體信息元所描述圖書狀態(tài)的過程。館藏資源中每本圖書的信息元素是多種多樣的,內(nèi)容豐富、種類繁多,如封面、題名、編著信息、出版發(fā)行單位、物理地址、分類號等,每個信息元素都能與圖書館管理單元實現(xiàn)交互和匹配,移動終端任意信息信號出現(xiàn)時都可以自動匹配出圖書單元,用戶借助移動端口輸入信息,接口數(shù)據(jù)可快速傳遞到數(shù)據(jù)庫,通過系統(tǒng)匹配及數(shù)據(jù)交互讓用戶自動獲得圖書單元信息,經(jīng)計算機工具進行可視化處理,便于讀者自動選擇與獲取。

基于人工智能技術(shù)構(gòu)建的圖書館智能倉儲模型中物理信息地址是在館藏資源進行電子化綜合處理的前提下實現(xiàn)實體館藏資源存放位置的詳細(xì)記錄。這種物理信息機制是把圖書館的書架分格子狀,對每個格子進行信息記錄,每個格子有單獨的數(shù)字編號,每一個格子就是書籍文獻的單獨存儲空間,而數(shù)字編號就是書籍位置號碼,將傳統(tǒng)的書架分成格子狀。書籍編號由橫向數(shù)字和縱向數(shù)字兩部分組成,前半部分編號表示水平方向格子的位置,后半部分表示書籍的縱向排列位置,每一層按從左到右進行編號,從01開始依次遞增。格子設(shè)計可參考圖書館普通書架的空間劃分,根據(jù)書籍規(guī)格進行設(shè)計。

南京科技大學(xué)李惠利等人通過各種學(xué)術(shù)工具搜集了國內(nèi)外基于人工智能技術(shù)圖書館智能倉儲設(shè)計的文獻與學(xué)術(shù)成果,系統(tǒng)梳理了人工智能技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用問題。他們指出人工智能技術(shù)應(yīng)用到圖書館書籍管理中,能有效解決圖書館管理與服務(wù)中的讀者滿意度問題。北京科技大學(xué)陳建國等人在詳細(xì)論述人工智能識別系統(tǒng)上就機器人工具實現(xiàn)自動導(dǎo)航展開了研究。華東科技大學(xué)楊濤等學(xué)者詳細(xì)論述了基于人工智能技術(shù)的機器人自動取書過程。圖書館書籍自動存儲機器人有兩個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié);一是機器手的自動控制,二是機器人要實現(xiàn)自動導(dǎo)航,能夠合理的規(guī)劃路線。從目前智能技術(shù)的應(yīng)用模式來看,圖書館智能倉儲模型構(gòu)建應(yīng)以智能機器人合理抓取書籍為主,借助二維碼或是電子信息標(biāo)簽對書籍實施標(biāo)記,方便機器人直接定位。利用二維碼系統(tǒng)對機器人的運動路徑進行規(guī)劃,要針對書籍的不同存儲位置實現(xiàn)合理規(guī)劃路線,借助二維碼實現(xiàn)移動引導(dǎo),以保障機器人快速運動到書籍所在位置。

作為社會信息集成體及學(xué)術(shù)資源存儲中心,圖書館基于人工智能技術(shù)提高實體資源檢索查詢效率應(yīng)在全面應(yīng)用計算機輔助工具的前提下設(shè)計智能倉儲模型,建立包括智能輔助系統(tǒng)、甄別工具、定位系統(tǒng)、圖書檔案管理系統(tǒng)在內(nèi)的智能倉儲模型。該模型應(yīng)由3個數(shù)據(jù)層組成,包括用戶感應(yīng)層、系統(tǒng)管理層和指令執(zhí)行層,各個層面應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)橫向連接,數(shù)據(jù)信息要實現(xiàn)實時交互,各子系統(tǒng)應(yīng)保持穩(wěn)定聯(lián)系。首先是用戶層,這個數(shù)據(jù)層是基于網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)及移動終端構(gòu)建形成的,包括還書借書輔助工具,用戶可利用各種移動終端輸入書籍信息進行檢索,也可利用掃描設(shè)備實現(xiàn)可視化檢索。其次是系統(tǒng)管理層,這個數(shù)據(jù)層包括圖書檔案數(shù)據(jù)庫、資源管理工具、信息匹配機制等,可根據(jù)用戶所輸入關(guān)鍵詞及錄入圖片進行書籍查詢,根據(jù)書籍檔案庫所持有的記錄性數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息匹配,以便于用戶垂直查詢。最后是系統(tǒng)執(zhí)行層,系統(tǒng)執(zhí)行層應(yīng)包括多個應(yīng)用類子系統(tǒng),既要實現(xiàn)書籍信息索引,也要針對用戶的潛在知識訴求提供查詢指南,智能機器人會根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供的物理地址信息執(zhí)行操作系統(tǒng)發(fā)出的取書或還書指令,以保障及時獲得信息資源。

基于人工智能技術(shù)構(gòu)建的圖書館智能倉儲模型應(yīng)由程序機制和機械系統(tǒng)工具兩部分組成,程序機制包括控制系統(tǒng)、信息反饋系統(tǒng);機械系統(tǒng)工具包括執(zhí)行工具(智能機器人)、識別裝置、人工調(diào)節(jié)/測試工具等(圖2)。其中控制系統(tǒng)是核心,無論是機器人取書、書籍歸還的動作機制形成,還是用戶利用智能工具實現(xiàn)信息查詢都需要自動控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析和發(fā)布指令。已知圖書館新設(shè)置的倉儲模式是有編號的網(wǎng)絡(luò)格子,智能機器人可根據(jù)存儲格子的編號實現(xiàn)智能識別,利用機械臂或是升降機進行書籍管理。自動控制系統(tǒng)就是在協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)功能的前提下進行綜合決策,以便及時操控智能工具進行書籍管理。執(zhí)行工具包括機器人和與之配套的機械系統(tǒng),主要是利用動能機制及機械代替人力勞動的方法實現(xiàn)書籍歸類整理。信息反饋系統(tǒng)對智能機器人書籍管理效果動態(tài)信息實現(xiàn)全面評估,將機器人執(zhí)行命令信息的動態(tài)效果反饋給控制系統(tǒng),便于自動控制系統(tǒng)針對機器人執(zhí)行失誤的地方快速調(diào)整。識別裝置是安裝在智能機器人上的傳感器以及信息搜集設(shè)備,包括紅外識別裝置、攝像機、測距儀等,一方面是輔助機器人能自主規(guī)劃路線,另一方面是幫助機器人及時搜集環(huán)境信息,基于環(huán)境變化進行動作調(diào)整,以便直接規(guī)劃路線。

圖書館基于人工智能技術(shù)構(gòu)建智能倉儲模型要以計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為信息傳輸中樞,以智能機器人及相關(guān)機械系統(tǒng)作為執(zhí)行機構(gòu),識別系統(tǒng)用于規(guī)劃路線輔助圖書館員進行書籍管理。事實上,圖書館作為社會信息服務(wù)機構(gòu)有著大量實體資源,圖書館為了有效利用這些實體資源并使其發(fā)揮出應(yīng)有的價值,建設(shè)智能倉儲是必然趨勢。一方面圖書館要對現(xiàn)有的書架進行改造升級,使其具有信息化特點,以便智能機器人可與之智能化對接,快速收取書籍。另一方面,圖書館應(yīng)利用二維碼構(gòu)建信息路徑,合理進行路線標(biāo)注,以便智能機器人自動規(guī)劃出最佳運營路線,快速搜集書籍。

圖2 圖書館智能倉儲模型框架  下載原圖

智能倉儲圖書館與傳統(tǒng)圖書館相比較具有以下特點:(1)圖書館已經(jīng)沒有了原傳統(tǒng)意義上的書籍管理部門,圖書管理及歸還借閱完全實現(xiàn)自動化,輔助用戶快速查詢文獻信息。(2)圖書可實現(xiàn)自動控制及管理,無需人工支持,機器人實現(xiàn)對號入座。(3)圖書館書庫可實現(xiàn)自動化管理,利用機器人對書籍信息自動匹配,消除人工影響。上述3點表明,圖書館已完全實現(xiàn)了自動化、智能化書籍文獻管理,不僅文獻檢索、查詢效率更高,館藏資源結(jié)構(gòu)也能得到優(yōu)化,有助于圖書館提高實體資源管理水平,實現(xiàn)智能化建設(shè)。