智能機(jī)器人在圖書館開架書庫中應(yīng)用研究

　　來源：新世紀(jì)圖書館 2022年6期

　　作者：王義翠;楊愛華

　　摘 要 智能機(jī)器人進(jìn)入開架書庫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存取和全程服務(wù)，其可行性和效率亟待研究。論文不完全回顧國內(nèi)智能機(jī)器人開架書庫應(yīng)用研究，探討圖書館用戶行為、開架書庫實(shí)體及人工智能技術(shù)發(fā)展對智能機(jī)器人開架書庫工作的影響，提出現(xiàn)階段策略供業(yè)界參考：整體設(shè)計(jì)，聯(lián)合研究;人機(jī)兼容，穩(wěn)定有序;設(shè)立小規(guī)模智能開架書庫體驗(yàn)區(qū)。

　　關(guān)鍵詞 圖書館;開架書庫;智能機(jī)器人;人工智能

　　智能機(jī)器人技術(shù)，是機(jī)械、信息、材料、控制、工程等多學(xué)科交叉融合的科學(xué)和工程技術(shù)，已成熟應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。目前智能機(jī)器人已進(jìn)入圖書館管理領(lǐng)域，其在圖書館開架書庫的自動(dòng)存取和全程服務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域，仍處于摸索階段，能否成功運(yùn)行并大規(guī)模推廣還需進(jìn)一步探索。

　　1 我國智能機(jī)器人開架書庫管理相關(guān)研究

　　以“圖書館人工智能+開架書庫”“圖書館智能機(jī)器人+開架書庫”“機(jī)器人+開架書庫”為主題詞，筆者在CNKI、維普、萬方三大學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，截至2021年3月26日，僅有兩篇學(xué)術(shù)期刊論文。智能機(jī)器人在圖書館應(yīng)用，與智慧圖書館概念和RFID技術(shù)密不可分，是基于RFID技術(shù)在圖書館應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。開架書庫是人工智能面對用戶最直接且廣泛的應(yīng)用場景，關(guān)于圖書館開架書庫智能管理的實(shí)踐和研究需求逐漸凸顯。擴(kuò)大搜索范圍，以“機(jī)器人+圖書館”“圖書館智能機(jī)器人”“圖書館人工智能”“智慧圖書館+開架書庫”“RFID+開架書庫”等為主題詞，在三大學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫搜索論及人工智能開架書庫管理的相關(guān)文章，作不完全回溯如下。

　　早在2005年，我國就有研究者對智能機(jī)器人應(yīng)用于圖書館書庫的可行性進(jìn)行研究。王晶等提出利用可編程控制器PLC對圖書館作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行控制的總體設(shè)計(jì)思路，并給出相應(yīng)硬件配置和軟件設(shè)置，以控制機(jī)器人自動(dòng)完成圖書上架工作[1]。通過十多年發(fā)展，智能機(jī)器人在圖書館書庫的應(yīng)用研究與設(shè)計(jì)逐漸成為一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

　　圖書館書庫管理業(yè)務(wù)，主要包括書架圖書排架整序、圖書盤點(diǎn)、讀者圖書取閱。智能機(jī)器人應(yīng)用于書庫，目的是實(shí)現(xiàn)圖書定位與導(dǎo)航、圖書拾取及圖書盤點(diǎn)等作業(yè)智能化，提高書庫管理效率。因此，構(gòu)建圖書館書庫智能機(jī)器人系統(tǒng)，亟需掌握的三項(xiàng)主要關(guān)鍵技術(shù)是圖書定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、拾取圖書的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)[2]。方建軍等較為全面地闡述了圖書館機(jī)器人自動(dòng)識別、導(dǎo)航、圖書存取機(jī)械手設(shè)計(jì)及機(jī)器人移動(dòng)裝置[3]。楊學(xué)睿提出一種實(shí)現(xiàn)圖書智能拾取的圖書館機(jī)器人自動(dòng)取書方案并研究相關(guān)技術(shù)[4]。書庫機(jī)器人盤點(diǎn)應(yīng)用研究是最活躍的研究主題，并得到實(shí)際應(yīng)用。沈奎林等人在2016年研究設(shè)計(jì)了智能圖書盤點(diǎn)機(jī)器人系統(tǒng)，用于查找書庫錯(cuò)架書與圖書盤點(diǎn)[5]，該機(jī)器人系統(tǒng)已在多家圖書館得到實(shí)際應(yīng)用。比如，夏正偉等從智能盤點(diǎn)機(jī)器人在武漢大學(xué)圖書館的應(yīng)用情況出發(fā)，指出應(yīng)完善應(yīng)用場景，增加糾錯(cuò)功能，改進(jìn)人機(jī)界面，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析[6]。

　　智能機(jī)器人應(yīng)用于圖書館開架書庫管理，依賴于書庫真實(shí)場景[7]，特別是書架排列結(jié)構(gòu)及圖書排架方式。馮銀花提出智能機(jī)器人入駐圖書館，需將書庫劃分為格子狀，并按所在行列編號，每本書所獲編碼，即其在書架上實(shí)體地址[8]。楊愛華等人經(jīng)實(shí)證研究指出，智慧圖書館中開架書庫應(yīng)建立以“列”為閾值的管理單位，列內(nèi)圖書既可有序排架，亦可無序管理[9];開架書庫圖書分類不能簡單表述為進(jìn)行到某一級，需要多方協(xié)同，尋求以“閾值”為單位的多方兼容線性管理體系，明確原有細(xì)排架人機(jī)兼容特性，重新制定智慧圖書館內(nèi)部管理與外部評估標(biāo)準(zhǔn)[10];開架書庫排架方式以“列”為閾值單位的靜態(tài)定位方法，能與閉架書庫管理和人工智能耦合，與多種排架法兼容，實(shí)行精確整架法和模糊整架法兩種整架方式并行[11]。

　　智能機(jī)器人全面進(jìn)入開架書庫，管理工作必將發(fā)生重大變革，需要研究論證，厘清相關(guān)影響因素。

　　2 智能機(jī)器人在開架書庫工作相關(guān)影響因素

　　智能機(jī)器人應(yīng)用于開架書庫，可能會(huì)改變智能機(jī)器人現(xiàn)有圖書定位、圖書盤點(diǎn)等封閉式內(nèi)部業(yè)務(wù)。空間的開放性將促使開架書庫成為用戶借助智能機(jī)器人進(jìn)行圖書借閱的人機(jī)交互空間。因此，智能機(jī)器人應(yīng)用所面臨的環(huán)境既要應(yīng)對不同用戶行為，還要面對開架書庫中各種客觀物理實(shí)體的影響，且受到人工智能技術(shù)發(fā)展的制約。

　　2.1 圖書館用戶行為

　　用戶進(jìn)入開架書庫，主要是完成圖書的選擇與取閱，其行為主要有兩種形式：無目的圖書瀏覽行為與有目的圖書搜索取閱行為。這兩種不同用戶書庫搜索行為形式，都影響智能機(jī)器人在開架書庫應(yīng)用。

　　2.1.1 用戶無目的圖書瀏覽行為

　　用戶無目的圖書瀏覽行為是用戶出于休閑需求，或不明確自身搜索目標(biāo)，隨意在其感興趣知識領(lǐng)域的開架區(qū)域隨機(jī)抽取讀物瀏覽，非中意書籍放回原處，滿足需求的讀物則攜帶至自助機(jī)或服務(wù)臺完成借閱。這一類型行為的用戶對開架書庫知識分類和書架分布了解程度不一，他們通過無目的瀏覽獲取所需讀物，加深對書庫布局和知識分類的理解記憶，并期待下一次在該區(qū)域的搜索瀏覽更順利。雖然這部分用戶大多不需要借助人工智能設(shè)備完成搜索，隨機(jī)完成借閱活動(dòng)，但他們對書庫布局和書架秩序穩(wěn)定性有所要求，這種要求正是智能機(jī)器人應(yīng)用所需要。經(jīng)常變動(dòng)的書庫布局和書架秩序，對用戶的無目的性圖書搜索瀏覽行為顯然不利，也無益于智能機(jī)器人開架書庫工作。

　　2.1.2 用戶有目的搜索取閱行為

　　用戶有目的搜索取閱行為，是用戶明確知曉需要某冊或某類書籍，根據(jù)對標(biāo)的熟悉程度，展開搜索行為，并采取某種方式完成圖書瀏覽與取閱。

　　在傳統(tǒng)開架書庫中，用戶有目的搜索取閱行為主要有兩種形式。一是直接去自己熟悉的區(qū)域?yàn)g覽取書。這是最便捷的文獻(xiàn)獲取方式，用戶對檢索標(biāo)的和開架書庫布局非常熟悉，并且記憶清晰，可以不借助任何搜索工具，直接到開架書庫抽取所需借閱標(biāo)的。二是使用搜索工具查詢后瀏覽取書。以已知信息路徑為入口，輸入搜索詞，使用搜索工具查詢后，得知所需書的分類和館藏地址，然后按照館藏布局瀏覽摸索，逐步靠近搜索標(biāo)的，取走所需讀物，完成借閱。這是現(xiàn)在較為普遍的一種搜索方式，整個(gè)搜索過程是以用戶對搜索標(biāo)的和館藏布局不清晰為前提，需要借助搜索工具完成借閱。

　　當(dāng)智能機(jī)器人參與圖書館開架書庫業(yè)務(wù)活動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一種新的用戶有目的搜索取閱行為，即借助智能機(jī)器人全程服務(wù)取書。這要求智能機(jī)器人具有定位、導(dǎo)航、機(jī)械手抓取等技術(shù)特征。雖然，目前智能機(jī)器人全程服務(wù)取書功能尚未成熟，但隨著技術(shù)進(jìn)步，智能機(jī)器人進(jìn)入開架書庫全程服務(wù)指日可待。

　　筆者對上述幾種行為形式進(jìn)行用戶問卷調(diào)查，以了解用戶在人工智能進(jìn)入開架書庫全程服務(wù)后，各種行為形式的選擇傾向。通過對430份有效問卷的統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

　　從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：(1)直接去自己熟悉的區(qū)域?yàn)g覽取書的這類讀者所占比例最低，整個(gè)搜索過程依賴用戶對搜索標(biāo)的和開架區(qū)域的熟悉，對開架書庫的穩(wěn)定性和有序性具有較高要求;另外，這類讀者可能無需借助智能機(jī)器人服務(wù)，他們借助智能機(jī)器人操作，很大程度上是滿足體驗(yàn)感;(2)雖然目前智能機(jī)器人在開架書庫全程服務(wù)取書尚未成熟，但仍有一部分用戶有意愿借助智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全程服務(wù);(3)近一半用戶選擇以上三種都會(huì)使用，說明有目的圖書搜索取閱行為存在隨機(jī)性和多樣性;不同用戶的搜索習(xí)慣和閱讀傾向不一，并非所有用戶都會(huì)選擇智能機(jī)器人(全程)服務(wù)，更多表現(xiàn)出按需隨機(jī)采用多種混合搜索取閱方式。

　　受用戶圖書搜索取閱行為隨機(jī)性和多樣性的影響，智能機(jī)器人應(yīng)用于開架書庫，除了要滿足智能機(jī)器人機(jī)械手抓取動(dòng)作的便捷性，也要兼顧用戶圖書搜索取閱方式差異性，而書庫書架排架方式的穩(wěn)定性和有序性是基本要求。

　　2.2 開架書庫實(shí)體

　　圖書館正在向智慧圖書館轉(zhuǎn)型，構(gòu)建圖書館智慧空間。圖書館智慧空間是集成物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等Web3.0核心技術(shù)，以用戶體驗(yàn)為中心，通過感知、分析、記憶、服務(wù)用戶，整合資源、設(shè)備、技術(shù)、服務(wù)及整個(gè)圖書館網(wǎng)絡(luò)，由物理空間、虛擬空間、用戶感知空間等構(gòu)成的多維空間系統(tǒng)[12]。開架書庫作為圖書館智慧空間的基本組成部分，智能機(jī)器人在開架書庫應(yīng)用，提高書庫智能化，依賴于書庫信息基礎(chǔ)設(shè)備、書架等基礎(chǔ)設(shè)施完善。

　　2.2.1 書庫信息基礎(chǔ)設(shè)施

　　我國很多圖書館在信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，還不能滿足圖書館智慧空間的要求，開架書庫亦是如此。目前，絕大多數(shù)圖書館的開架書庫都與讀者閱覽區(qū)相連，融藏書、借閱、學(xué)習(xí)功能為一體。智能機(jī)器人應(yīng)用其中，需要有完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境。在智慧化環(huán)境下，作為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要內(nèi)容之一，信息基礎(chǔ)設(shè)施至少包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的基本通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，依托人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等技術(shù)為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施，以支撐智能機(jī)器人等新興智能化設(shè)備或系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　在智慧圖書館環(huán)境下，開架書庫的發(fā)展趨勢是以用為主，以藏為輔，更加注重用戶使用體驗(yàn)，更加智能化，需要信息基礎(chǔ)設(shè)施作為技術(shù)應(yīng)用支撐。智能機(jī)器人應(yīng)用于開架書庫，參與智慧書庫內(nèi)部業(yè)務(wù)與用戶服務(wù)，對所需信息基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)有明確規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，才能實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人在圖書館應(yīng)用。然而，對有關(guān)建筑物內(nèi)部信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還很缺乏，沒有依據(jù)可以遵循。據(jù)不完全調(diào)查，只有一些地方性標(biāo)準(zhǔn)，如《貴州省建筑物信息基礎(chǔ)設(shè)施建筑規(guī)范(DBJ52_T097-2019)》《黑龍江省建筑物信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DB23/T 2746-2020》等。從行業(yè)層面看，在圖書館行業(yè)內(nèi)部，雖然一些新建館舍(如江西省圖書館新館)應(yīng)用了萬兆光纖、WIFI、Zigbee、5G等新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，但每個(gè)圖書館在信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上千差萬別，也缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不利于智能機(jī)器人在圖書館的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模化落地應(yīng)用。

　　2.2.2 書架

　　目前，應(yīng)用于圖書館開架書庫的書架主要有傳統(tǒng)書架和智能書架兩種類型。由于受到成本等因素制約，應(yīng)用最廣泛的是傳統(tǒng)書架。智能機(jī)器人應(yīng)用于開架書庫，書架對其應(yīng)用也有重要影響。

　　(1)傳統(tǒng)書架的影響。從全面應(yīng)用RFID技術(shù)的大型館開架書庫管理來看，傳統(tǒng)書架的圖書定位、排架問題已經(jīng)得到解決。將智能機(jī)器人應(yīng)用于開架書庫，理論上傳統(tǒng)書架也能適應(yīng)機(jī)器人機(jī)械手夾取圖書動(dòng)作。在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)書架引入智能機(jī)器人時(shí)，為了保證書本直立和方便抓取，要對每本書加裝類似文件夾的裝置。此種操作的難點(diǎn)在于圖書原位歸還時(shí)需重新插入，操作會(huì)有障礙，因?yàn)閳D書抽出后書架上的圖書始終處于動(dòng)態(tài)形態(tài)，有可能是過密過緊，也有可能處于過松的“倒伏”狀態(tài)，即使是松緊適度，無論從生活經(jīng)驗(yàn)還是實(shí)驗(yàn)，此種操作機(jī)械手原位歸還圖書的難度大于抽取圖書。保證每本書直立，書與書之間有適當(dāng)間隙，是減少人工智能機(jī)械手操作難度的關(guān)鍵，也是傳統(tǒng)書架的改造方向。

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