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目前圖書館紙質(zhì)文獻(xiàn)的管理與流通占據(jù)圖書館員大部分工作時(shí)間,面對大量的紙質(zhì)文獻(xiàn)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(xiàn)資源進(jìn)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(xiàn)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(xiàng)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(shí)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(shí)體資源所占館藏資源比例,提高電子文獻(xiàn)儲量的方法。但是這種實(shí)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(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支,它試圖以計(jì)算機(jī)技術(shù)為中心探究智能的實(shí)質(zhì),希望借助計(jì)算機(jī)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(jī)器人設(shè)計(jì)、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(dú)特的理論體系和應(yīng)用價(jià)值受到了學(xué)者的關(guān)注,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行思考[2]。

人工智能本質(zhì)上就是用機(jī)器模擬人類思維活動的科學(xué)技術(shù),設(shè)想用包括計(jì)算機(jī)、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(jī)器代替人類完成風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)。研究表明,人工智能具有3個(gè)明顯特征:(1)具有自主學(xué)習(xí)能力。在人工智能領(lǐng)域機(jī)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(shí)踐中指的是如何通過人工技術(shù)賦予機(jī)器持續(xù)準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)能力并盡可能讓機(jī)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(jī)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(yàn)并學(xué)會某種技能,而這種經(jīng)驗(yàn)和技能都是長期持續(xù)的。機(jī)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(shí)間運(yùn)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(shí)質(zhì)上是生物社會意識的一種顯現(xiàn)。可以肯定的是人工智能機(jī)器是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和算法工具形成的中樞系統(tǒng),對于機(jī)器本體而言,即使它們會獨(dú)立思考將也不會認(rèn)為可以以群體的方式進(jìn)行活動,不同的機(jī)器個(gè)體通過編程指令進(jìn)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(jìn)行文獻(xiàn)搜索,與其有關(guān)的信息記錄多達(dá)1 700余條,對全部文獻(xiàn)檢索結(jié)果進(jìn)行分析對比,歷年文獻(xiàn)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(jī)器人設(shè)計(jì)、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(jī)制建設(shè),結(jié)合了以光載無線交換機(jī)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(qiáng)化學(xué)習(xí)理論”為基礎(chǔ)將強(qiáng)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(jī)器人運(yùn)行模式進(jìn)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(yùn)應(yīng)用最為廣泛,大多數(shù)項(xiàng)目是基于上述兩種技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)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(jī)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(jìn)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(jì)了“基于高頻RFID的圖書館智能書架”,通過在每一本文獻(xiàn)讀物上粘貼電子標(biāo)簽進(jìn)行文獻(xiàn)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(jī)制、管理系統(tǒng)、應(yīng)用傳輸系統(tǒng)3個(gè)組織層面,主要應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(jī)器人實(shí)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(jì),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(jī)制。對于入館的每本圖書進(jìn)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(shí)上,圖書館資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是確定圖書信息檔案,將不同的圖書信息進(jìn)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(shí)現(xiàn)信息綜合處理,以便后期為用戶進(jìn)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(jī)、PDA等移動終端實(shí)現(xiàn)智能檢索。

圖1 圖書館館藏資源數(shù)據(jù)庫組織機(jī)制  下載原圖

圖書信息匹配是圖書館實(shí)現(xiàn)圖書文獻(xiàn)智能倉儲分配的重要環(huán)節(jié),具體指由某個(gè)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(gè)信息元素都能與圖書館管理單元實(shí)現(xiàn)交互和匹配,移動終端任意信息信號出現(xiàn)時(shí)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(jì)算機(jī)工具進(jìn)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(jìn)行電子化綜合處理的前提下實(shí)現(xiàn)實(shí)體館藏資源存放位置的詳細(xì)記錄。這種物理信息機(jī)制是把圖書館的書架分格子狀,對每個(gè)格子進(jìn)行信息記錄,每個(gè)格子有單獨(dú)的數(shù)字編號,每一個(gè)格子就是書籍文獻(xiàn)的單獨(dú)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(jìn)行編號,從01開始依次遞增。格子設(shè)計(jì)可參考圖書館普通書架的空間劃分,根據(jù)書籍規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(jì)的文獻(xiàn)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(jī)器人工具實(shí)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(jī)器人自動取書過程。圖書館書籍自動存儲機(jī)器人有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié);一是機(jī)器手的自動控制,二是機(jī)器人要實(shí)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(jī)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(shí)施標(biāo)記,方便機(jī)器人直接定位。利用二維碼系統(tǒng)對機(jī)器人的運(yùn)動路徑進(jìn)行規(guī)劃,要針對書籍的不同存儲位置實(shí)現(xiàn)合理規(guī)劃路線,借助二維碼實(shí)現(xiàn)移動引導(dǎo),以保障機(jī)器人快速運(yùn)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(shí)體資源檢索查詢效率應(yīng)在全面應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工具的前提下設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)層面應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)橫向連接,數(shù)據(jù)信息要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(gè)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(jìn)行檢索,也可利用掃描設(shè)備實(shí)現(xiàn)可視化檢索。其次是系統(tǒng)管理層,這個(gè)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(jī)制等,可根據(jù)用戶所輸入關(guān)鍵詞及錄入圖片進(jìn)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(shí)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(gè)應(yīng)用類子系統(tǒng),既要實(shí)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(jī)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(shí)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(jī)制和機(jī)械系統(tǒng)工具兩部分組成,程序機(jī)制包括控制系統(tǒng)、信息反饋系統(tǒng);機(jī)械系統(tǒng)工具包括執(zhí)行工具(智能機(jī)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(jī)器人取書、書籍歸還的動作機(jī)制形成,還是用戶利用智能工具實(shí)現(xiàn)信息查詢都需要自動控制系統(tǒng)進(jìn)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(jī)器人可根據(jù)存儲格子的編號實(shí)現(xiàn)智能識別,利用機(jī)械臂或是升降機(jī)進(jìn)行書籍管理。自動控制系統(tǒng)就是在協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)功能的前提下進(jìn)行綜合決策,以便及時(shí)操控智能工具進(jìn)行書籍管理。執(zhí)行工具包括機(jī)器人和與之配套的機(jī)械系統(tǒng),主要是利用動能機(jī)制及機(jī)械代替人力勞動的方法實(shí)現(xiàn)書籍歸類整理。信息反饋系統(tǒng)對智能機(jī)器人書籍管理效果動態(tài)信息實(shí)現(xiàn)全面評估,將機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)、測距儀等,一方面是輔助機(jī)器人能自主規(guī)劃路線,另一方面是幫助機(jī)器人及時(shí)搜集環(huán)境信息,基于環(huán)境變化進(jìn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為信息傳輸中樞,以智能機(jī)器人及相關(guān)機(jī)械系統(tǒng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),識別系統(tǒng)用于規(guī)劃路線輔助圖書館員進(jìn)行書籍管理。事實(shí)上,圖書館作為社會信息服務(wù)機(jī)構(gòu)有著大量實(shí)體資源,圖書館為了有效利用這些實(shí)體資源并使其發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)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(jìn)行改造升級,使其具有信息化特點(diǎn),以便智能機(jī)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(jìn)行路線標(biāo)注,以便智能機(jī)器人自動規(guī)劃出最佳運(yùn)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(diǎn):(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(shí)現(xiàn)自動化,輔助用戶快速查詢文獻(xiàn)信息。(2)圖書可實(shí)現(xiàn)自動控制及管理,無需人工支持,機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對號入座。(3)圖書館書庫可實(shí)現(xiàn)自動化管理,利用機(jī)器人對書籍信息自動匹配,消除人工影響。上述3點(diǎn)表明,圖書館已完全實(shí)現(xiàn)了自動化、智能化書籍文獻(xiàn)管理,不僅文獻(xiàn)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(shí)體資源管理水平,實(shí)現(xiàn)智能化建設(shè)。