基于超高频RFID智慧图书馆视角下智能机器人建设研究
胡博越 王炳儒
【摘 要】本文研究的目的在于揭示超高频RFID对于智能机器人建设的重要意义，以及智能机器人对于推动建设智慧图书馆的重要作用。以南京大学图书馆首创的智能盘点机器人为案例，解析该馆对于智能机器人的研究、探索与应用。从而帮助图书馆更好的应用超高频RFID技术，指导智慧图书馆的建设以及推动智能机器人的应用。
【关键词】RFID;智慧图书馆;智能机器人;高校图书馆
【中图分类号】D669? ? ? ? ? ? ? 【文献标识码】A? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1001-0475（2019）09-0083-04
《墨子·尚贤》中篇提到“若使之治国家，则此使不智慧者治国家也，国家之乱，既可得而知已。”[1]这是我们目前可追述的最久远的“智慧”出处，而随着智能技术的迅猛发展，智慧图书馆、智慧旅游、智慧城市、智慧校园、智慧服务等概念相继出现，并慢慢改变着我们的生活。2003年芬兰奥卢大学图书馆学者发表了一篇文章题为《智慧图书馆：基于位置感知的移动图书馆服务》，指出“智慧图书馆是指一个不受空间限制且可被感知的移动图书馆，在任何有互联网和浏览器的地方都可以使用。”[2]这是西方国家对于“智慧图书馆”最早的探索，也是世界上首次提出这一概念，在此基础上，我国图书馆界于2005年也尝试踏入这一领域，例如服务中添加手机图书馆服务等。2010年，中国学者潘云鹤在第六届ICUDL会议上，做了题为《数字图书馆的重要进展：数据海和智慧图书馆》的演讲，掀起了国内图书馆学术界对于“智慧图书馆”研究的重视。他指出“如今，在数字图书馆科技领域正在发生两个重大变化，一个是从数据库到数据海的转变，另一个变化是从数字图书馆向智慧图书馆的转变。” [3]智慧图书馆从此成为中国图书馆界，尤其是高校图书馆界创新发展的新模式。华侨大学严栋老师发表的《基于物联网的智慧图书馆》一文指出“智慧图书馆=图书馆+物联网+云计算+智慧化设备，它通过物联网来实现智慧化的服务和管理”[4]，智慧化设备的发展是智慧图书馆创新的重要组成部分，完善智能化管理平台和优化服务环境是我们未来的发展方向。南京大学图书馆率先研发的智能盘点机器人等项目作为智慧化设备，实现了我国高校图书馆智慧化的发展和智能化的管理，在高校图书馆事业建设、发展的进程中起到了标杆的作用，具有里程碑式的重要意义。
一、智慧图书馆的探索与实践
（一）智慧图书馆内涵
从图书馆发展深层角度看，中国图书馆发展隐藏着许多危机，例如业务空心化、专业被淡化、服务浅层化、读者远离化、馆员边缘化、专家外行化。随着智慧图书馆的发展，高校图书馆总体来说呈现一派欣欣向荣的景象。“数字化、网络化和智能化是智慧图书馆的信息技术基础，人与物的互通互连是智慧图书馆的核心要素，而以人为本、绿色发展、方便读者则是智慧图书馆的灵魂与精髓……其内在特征是以人为本的可持续发展，以满足日益增长的读者的知识需求。”[5]智慧图书馆是依附于领先技术与领先服务理念的海量资源共治共享的综合智能系统。它的主要构成要素是智能设备、数据处理、网络传输和智慧服务。随着物联网、5G、虚拟化云计算、智慧化设备等新一代信息技术的迅猛发展，它可以是图书馆与读者的互联，如座位预约，也可以是书与书的互联，读者与读者的互联。
（二）新理念和新实践
“作为未来图书馆的新模式，智慧图书馆将成为图书馆创新发展、转型发展和可持续发展的新理念和新实践。”[6]智慧图书馆的新理念和新实践体现在多方面：1.全面立体地感知。智慧图书馆所运用的都是最新一代的信息技术，通过将互联网内的数字加工计算编码，主动感知信息对象，并将其用知识描述的方式信息完整的呈现出来，做到使前台读者能够实时地与后台馆员智能互联。通过情景感知，根据用户记录，推送读者喜爱的信息;通过传感设备，将地图指引等以三维立体方式达到全社会的感知。2.广泛地互联互通。智慧图书馆与传统图书馆的一个重要区别，就是打破了时空界限，借助移动性设备支持，用户可以在任何时间、任何地点获取信息资源，不用考虑节假日和开闭馆等因素的影响，利用具体感知场所和全面信息传送平台，在感知层中自主建网，实现外部社会、学校和图书馆之间的泛在深度互联互通。3.高效智慧地管理。智慧图书馆管理是由各要素组成的智能管理体系，通过安装的各传感节点、實时收集、自动检测，保存有指向性的资源，经后端的智能信息处理系统，实现高效智能化服务。其中包括文献资源管理、用户信息管理、设施维修管理和其他日常管理等，如日本一个图书馆，将温控传感器安装在馆内，实现了室内温度的智能化调控，既为读者营造温馨的学习环境，又不浪费资源，合理地节能减排。4.人性化的服务。将“以人为本”的宗旨发扬光大，逐步转变服务方式，主动迎合用户需求，制定专属服务，服务内容更为广泛、多元，服务形式更趋自动化和智能化。例如一些智慧图书馆，会在馆内布置自助设备、3D导航等人性化的服务设施，对温度、亮度、湿度也会做到智能调节。
目前，智慧图书馆正在许多高校内尝试创建，发展前景也是无限广阔，在给高校图书馆带来无限曙光的同时，也带来了许多挑战，因此要想合理建设和充分利用智慧图书馆，更要注重技术支持和观念更新。
二、图书馆RFID技术
（一）RFID构成
RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术是利用射频信号，及其空间耦合、传输的特性，自动识别静物或移动物体的一种技术，目前多以芯片的形式存在。[7]其由三部分构成：RFID标签、RF阅读器和天线。它是物联网核心组成部分，解决了传统意义上“条形码+磁条”的图书管理技术所带来的缺陷，将在图书盘点、定位、排架、借还过程中出现的效率低、易污染、易出错、不便捷等问题进行有效解决。
（二）RFID分类及特点
搭建高校智慧图书馆建设的层次模型包括感知识别层、数据汇聚层、网络传输层和应用服务层。RFID技术属于感知识别层，而感知识别层是其根本构建层，因此建设智慧图书馆离不开RFID的支撑和保障。基于此技术，完成馆内书籍、环境、用户身份、位置等情景物的感知，再将收集到的数据信息传递给数据汇集层，为其提供数据支持。按照工作频率分，RFID可分为低频系统，高频系统、超高频系统和微波系统，按照不同的情景模式可以选取不同的频段系统产品来满足客户的需求。超高频系统常在300MHz-3GHz之间工作，一般会选取915MHz作为固定工作频率，之所以选择超高频系统作为制造高校图书馆智能机器人的首选，是由其自身特点决定的，相较于其他频段，超高频系统具有传输距离远、可靠性强、使用寿命长、稳定性好、存储容量大，非接触阅读、读写速度快的特点，但其也有不足，例如信号穿透性较差等。
RFID技术在高校图书馆能够被广泛使用主要有以下优点：1.效率高、速度快。在单位时间内可以扫描多本书籍，同时为更多用户提供借还书服务。2.节能环保。因标签内部的EEPROM能够被反复读写，因此标签可以反复使用。3.不易损坏。因其体积小，发送的无线电磁波可通过阅读器的天线接收，一般都放置在书籍中，穿透力强，不会被轻易污染。4.安全性高。需用专业的RF阅读器解码，不会被轻易篡改，在一定程度上保证了图书安全。5.扩展性强。因其本身具有数据存储功能，因此可以不用将基本数据信息存贮到服务器端。6.传输距离远。阅读器和标签之间的距离最少可达3m。7.操作便捷。可通过修改标签信息达到所借图书状态的改变。
三、南京大学对于RFID技术的应用
基于RFID技术南京大学图书馆的系统组成主要分为三个部分：超高频RFID安全门禁系统、超高频RFID技术图书定位技术、智能图书盘点机器人。超高频RFID安全门禁系统：单通道模式，门禁面板上可实时显示过往用户未办理的图书信息，通过超高频RFID技术，通过无线电波进行报警，替代了传统磁条的报警功能。超高频RFID技术图书定位技术：“对智能推车进行室内定位，在智能推车显示屏上显示图书馆室内地图及其推车的当前位置，可以对操作人员进行导航”[8]，“在书架上安装RFID设备，书架可以读取架上每一本图书的RFID标签，使其达到对每层书架上的图书进行遍历读取的目的。”[8]从而实现对馆藏图书的典藏颗粒精细到每一本书，掌握每一层图书的准确排列顺序。智能图书盘点机器人系统完美地把机器人技术、互联网技术和RFID技术结合在一起，可实现图书馆盘点的自动化作业[9]。此外南京大学图书馆还开发了超高频RFID智能图书信息管理技术，手机App图书查找系统，用户借阅行为分析系统等。通过对超高频RFID技术的运用，南京大学图书馆在超高频RFID智能图书自助管理技术、超高频RFID智能图书安全监测技术、智能图书盘点机器人技术、超高频RFID智能图书信息管理技术等方面保持领先优势。并且南京大学图书馆的发明应用对于我馆也有很好的借鉴意义，将进一步实现我馆智慧化图书馆的探索与实践。RFID技术是智慧图书馆的技术支撑，在未来智慧图书馆建设中也会得到更广泛地应用。
（一）智能机器人的分类
按照系统功能的差异，高校图书馆智能机器人服务大体可以分为以下五种：自助图书馆、机器人与立体仓库的结合应用系统、图书搬运机器人系统、全自主智能图书存取机器人系统、智能参考咨询机器人[12]。
南京大学的智慧图书馆实践是從2012年开始的，2012年是第一期，2017年是第二期，即五年一个周期，五年内他们做了五个项目，其中有两个可行性比较高，一个是多模态智能图书盘点机器人，一个是云机器人，云机器人因为难度比较大，还有大量的样本要训练，因此他们还在深度研发中，目前比较成熟的是多模态智能图书盘点机器人。
（二） 南京大学智能机器人的功能及优点
南京大学图书馆智能机器人实际上是一个跨界技术，是由南京大学计算机科学与技术系、计算机软件新技术国家重点实验室陈力军教授课题组研制的。2013年开始，南大智慧图书馆经历了第一代智能机器人，需要图书馆员手动推车到上架位置。2017年他们研制开发了第二代，相比较于第一代，第二代融合了超高频RFID、互联网、物联网、人工智能、三维导航等技术，可对整个图书馆藏书进行自动化盘点，检查是否存在错架图书、藏书和丢失等现象，实时更新图书位置信息，告知读者所需图书在书架哪一层以及在该层第几本，极大地减少了读者查找书籍时间。该产品不仅在国内属于首创，在国际上也处于领先位置[13]。第三代获得了三项发明专利：基于RFID技术的自动式图书智能盘点上架机器人、基于RFID技术的图书馆机器人智能3D导航上架系统、基于RFID技术的自动式图书智能盘点机器人，还获得国内专利27项，国际专利4项。智能机器人实际上也是互联网在图书馆应用的一个形式，此外他们还做了语音机器人，得到广大师生的喜爱，足以证明用户体验是最好的回答。
（三）南京大学智能机器人运行的技术支持
南京大学图书馆主要从两方面着手实现图书馆自动化的管理进展，一方面，运用超高频RFID提升底层感知技术，改善传统条码低效的识别方式。另一方面，研发设计智能机器人，实现去人工化管理。未来图书馆发展模式是机器人和机器人交往，人和机器人交往，这主要基于四个方面的技术支持：1.基于多模态图书信息特征识别技术研究。图书信息识别和图书定位是实现图书盘点功能的基础，该研究主要从信号感知和图像感知两方面切入。2.基于多模态图书姿态特征探测技术研究。对全馆的图书标签进行数据采集，基于采集到的数据和预先已知的图书状态，通过数据挖掘分类器算法，如SVM、决策树等，训练出正常竖放的图书和横放的图书的决策模型。3.基于多模态SLAM算法研究。主要通过分析具体的应用环境，将各个算法优缺点相结合，从而得到适用于复杂环境下的SLAM算法。整体研究方案主要分为算法研究和实验论证两方面。4.基于多模态机器人即时定位技术研究。为了实现图书馆室内定位功能，拟计划预先绘制出室内地图信息，以便于机器人定位时进行信息匹配，从而确定定位信息。南京大学图书馆做智能机器人最基本的愿景是让盘点机器人做图书馆员不愿意做的事、让服务机器人做图书馆员不容易做的事，让机器人系列做图书用得起的机器人。
四、南京大学图书馆智能机器人研发对当代图书馆智慧化建设的启示
智慧图书馆是基于复合型图书馆和数字化图书馆而衍生出的新一代图书馆发展模式，无障碍地实现读者与书本之间的智能连接。随着智能机器人的日益发展和广泛使用，智能机器人已经走入现代人的生活轨迹，其核心技术——RFID，极大地方便了图书馆的管理与服务，南京大学的智能机器人研发，对于我国图书馆提升智慧化服务具有重大历史意义。有的高校图书馆在2015年引进RFID技术，RFID类型为高级标签及超高级标签，此外，还配有馆员工作站和手持盘点机，随着智慧图书馆的建设和发展，这已无法满足图书馆日益发展的步伐。因此，图书馆建设将不断创新，计划采购推车式盘点车，该车采用一体化设计，配有无线WIFI及触摸屏，较手持盘点机更加方便快捷;购买馆员工作站（标签转换站），实现图书流通，辅助业务处理;引进自助借还系统，支持多本图书同时操作，一卡兼容。随着发展，图书馆还会进一步通过应用超高频RFID技术，通过无线电波进行智能安全门禁的升级和应用，最大限度地为读者提供自由，缩减得到图书资源的成本，简化手续和规定，并且提高读者和文献资料的安全性。相信在南京大学智能机器人的研发下，我国图书馆对于智能机器人的引进与使用，对于智慧图书馆的建立将会提前到来。
五、结语
印度图书馆学之父阮冈纳赞说：“图书馆是生长着的有机体。”[13]智能机器人的研发和使用，不仅在管理方面，而且在服务方面，都极大地提高了未来智慧图书馆的效率和节奏。虽然当下的高校智慧图书馆建设在前进的路上仍布满荆棘，但相信随着物联网、机器人、人工智能等科技的提升，高校智慧图书馆建设将迈向高端的智慧化模式，从而实现全社会的创新发展。
参考文献：
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[12]南京大学智慧图书馆二期智能机器人正式发布[EB/OL].[2017-05-19].http：//news.rfidworld.com.cn/2017_05/d653237dfe3361a5.html.
[13]（印）阮冈纳赞.图书馆学五定律[M].夏云等，译.? ? 北京：书目文献出版社， 1988.
[责任编辑：马雅兰]
