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    基于人工智能技术的图书馆智能仓储模型研究

      信息来源:   发布时间:2021-12-09  点击数:

    目前图书馆纸质文献的管理与流通占据图书馆员大部分工作时间,面对大量的纸质文献资源,图书馆迫切需要解决以下问题:(1)新书排架任务。按照一定的秩序需要将文献资源进行排架。按照详细编号插入到书架中,随着社会信息资源更新速度加快,大量新书需要插入到书架中,且书架容量有限,不能适应纸质文献快速增长的需求。(2)图书排架管理问题。书架中的图书是按照学科项目编号顺次排序的,在读者借阅过程中很容易将图书顺序搞乱,而图书馆员人手有限,不能及时按照原顺序重新整理书架。(3)图书归架管理问题。在图书借阅高峰,大量书籍挤压在读者手中,遇上还书高峰,大量书籍积压在书库中无法快速提取,面临众多限制。很多图书馆员开始寻求创新的图书管理应用模式,有学者提出:减少实体资源所占馆藏资源比例,提高电子文献储量的方法。但是这种实践思路不能真正解决图书管理、图书借阅服务等问题。在人工智能技术视域中如何实现图书自动借阅归还和自动管理成为了图书馆智能仓储模型构建与实践的主旨思路[1]

    1 人工智能技术的含义及特征

    1.1 人工智能技术的含义

    人工智能(Artificial Intelligence)英文简称“AI”,是研究、开发、利用计算机技术延伸人类智能的一门技术,主要是以数据分析、模拟、信息横向追踪为核心的一门综合性科学技术。人工智能是计算机科学的一个分支,它试图以计算机技术为中心探究智能的实质,希翼借助计算机设备能模仿人类并制造出一种智能设备完全代替人类某些活动。主要研究领域包括智能机器人设计、深度学习、神经网络分布、语言识别、图像识别、自然语言交互等。人工智能自诞生以来就以其独特的理论体系和应用价值受到了学者的关注,应用领域不断扩大。在可以预见的未来,人工智能将是人类智慧的数据库;人工智能可以对人的思维活动、神经活动进行全过程模拟,虽然不是基于生物系统形成的智慧体系,但可以在某种程度上像人那样进行思考[2]

    1.2 人工智能技术的特征

    人工智能本质上就是用机器模拟人类思维活动的科学技术,设想用包括计算机、系统工具、数据分析工具代替人类的某些劳动,或者是用某些具有创造力的机器代替人类完成风险任务。研究表明,人工智能具有3个明显特征:(1)具有自主学习能力。在人工智能领域机器学习、深度学习是经常被提到的学术名词,而在实践中指的是如何通过人工技术赋予机器持续准确的学习能力并尽可能让机器学会利用这种能力尽可能多的思考。(2)自我控制能力。当机器具备一定学习能力之后会像人类一样在社会系统内积累经验并学会某种技能,而这种经验和技能都是长期持续的。机器在相应的成长周期内会与社会系统发生互动并决定在什么时间运用哪些技能解决问题,学会决策和自我控制。(3)不具备社会意识。生物群体在特定的社会环境中会形成群体意识,如人类的集体意识、家庭意识、候鸟迁徙、肉食性动物合作捕猎等,这些现象实质上是生物社会意识的一种显现。可以肯定的是人工智能机器是基于计算机网络和算法工具形成的中枢系统,对于机器本体而言,即使它们会独立思考将也不会认为可以以群体的方式进行活动,不同的机器个体通过编程指令进行操作,不具备社会意识[3]

    2 智能仓储研究现状

    2.1 智能仓储技术在我国的发展

    在“中国知网”以“图书馆智能仓储”为主题进行文献搜索,与其有关的信息记录多达1 700余条,对全部文献检索结果进行分析对比,历年文献数量在持续快速增长,关键词显示最多的是物联网、人工智能、机器人设计、RFID、无线网络、Zig Bee、PLC等。北京理工大学王建生等人在相关学术著作中研究了基于人工智能的智能仓储管理机制建设,结合了以光载无线交换机为基础的网络系统设计方法、RFID射频识别、传感器技术等;北京航空航天大学李文等人以“强化学习理论”为基础将强化学习理论及方法引入到了智能仓储管理模型中,结合遗传算法对智能仓储机器人运行模式进行规划,全面提高智能仓储的应用效能;北京科技大学李威等人提出“智能仓储系统是智能物流体系的重要组织架构”,张薇薇和秦政等人“探讨了关于便携式终端在智能仓储管理中的应用方法”;余磊和徐汇等人提出了“基于物联网系统的智能仓储建设”,探讨了智能仓储模型在物流系统种的应用方法[4]。目前,智能仓储模型构建中RFID技术、Zigbee技术运应用最为广泛,大多数项目是基于上述两种技术研发设计的。

    2.2 智能仓储技术在图书馆中的应用

    随着近年来中国科学技术快速发展,智能仓储技术在图书馆领域得到了广泛应用。例如南京大学李阳等人研究了基于机器人的图书馆自动取书的理论及方法,该技术以周围环境为参考坐标系,构建基于环境的二维地图;东南大学杨牂等将RFID系统与数字图书馆建设联系起来并进行深度交互整合,构建了包括防盗、自助服务、书架自动整理于一体的综合管理系统;北京信息科技大学的张莉等人设计了“基于高频RFID的图书馆智能书架”,通过在每一本文献读物上粘贴电子标签进行文献精确定位;基于人工智能技术的图书馆智能仓储模型包括感应机制、管理系统、应用传输系统3个组织层面,主要应用计算机工具、算法工具、通讯设备等,通过在每本书上加装电子标志物以确定每本书的详细位置,利用辅助机器人实现智能分类管理[5]

    3 基于人工智能技术的图书馆仓储模型的设计要点

    3.1 馆藏资源数据库设计

    基于人工智能技术形成的图书馆智能仓储模型最重要的环节是馆藏资源数据库设计,就是将每本图书的基本信息录入到系统数据库之中,形成网格状的图书信息管理机制。对于入馆的每本图书进行信息综合录入(图1),包括确定图书名称、内容数据、出版单位、馆藏状态等,给每本书建立信息档案,方便后期用户精确查找。事实上,图书馆资源数据库设计是确定图书信息档案,将不同的图书信息进行入库管理,要将附件、导语、信息载体状态等信息录入到图书信息档案中,借助可视化技术实现信息综合处理,以便后期为用户进行综合信息检索提供支撑。与传统图书馆馆藏目录数据库相比,这种建立图书档案的资源管理方式更加精准化、便捷化,数据库系统中不仅包含了图书信息的封面图片、物理信息、使用状态等,还具有明显标志性的电子标签,以便用户利用手机、PDA等移动终端实现智能检索。

    图1 图书馆馆藏资源数据库组织机制

    图1 图书馆馆藏资源数据库组织机制  下载原图


    3.2 图书信息分配

    图书信息匹配是图书馆实现图书文献智能仓储分配的重要环节,具体指由某个信息元素匹配出具体信息元所描述图书状态的过程。馆藏资源中每本图书的信息元素是多种多样的,内容丰富、种类繁多,如封面、题名、编著信息、出版发行单位、物理地址、分类号等,每个信息元素都能与图书馆管理单元实现交互和匹配,移动终端任意信息信号出现时都可以自动匹配出图书单元,用户借助移动端口输入信息,接口数据可快速传递到数据库,通过系统匹配及数据交互让用户自动获得图书单元信息,经计算机工具进行可视化处理,便于读者自动选择与获取。

    3.3 物理信息地址

    基于人工智能技术构建的图书馆智能仓储模型中物理信息地址是在馆藏资源进行电子化综合处理的前提下实现实体馆藏资源存放位置的详细记录。这种物理信息机制是把图书馆的书架分格子状,对每个格子进行信息记录,每个格子有单独的数字编号,每一个格子就是书籍文献的单独存储空间,而数字编号就是书籍位置号码,将传统的书架分成格子状。书籍编号由横向数字和纵向数字两部分组成,前半部分编号表示水平方向格子的位置,后半部分表示书籍的纵向排列位置,每一层按从左到右进行编号,从01开始依次递增。格子设计可参考图书馆普通书架的空间划分,根据书籍规格进行设计。

    3.4 智能辅助工具

    南京科技大学李惠利等人通过各种学术工具搜集了国内外基于人工智能技术图书馆智能仓储设计的文献与学术成果,系统梳理了人工智能技术在图书馆中的应用问题。他们指出人工智能技术应用到图书馆书籍管理中,能有效解决图书馆管理与服务中的读者满意度问题。北京科技大学陈建国等人在详细论述人工智能识别系统上就机器人工具实现自动导航展开了研究。华东科技大学杨涛等学者详细论述了基于人工智能技术的机器人自动取书过程。图书馆书籍自动存储机器人有两个关键技术环节;一是机器手的自动控制,二是机器人要实现自动导航,能够合理的规划路线。从目前智能技术的应用模式来看,图书馆智能仓储模型构建应以智能机器人合理抓取书籍为主,借助二维码或是电子信息标签对书籍实施标记,方便机器人直接定位。利用二维码系统对机器人的运动路径进行规划,要针对书籍的不同存储位置实现合理规划路线,借助二维码实现移动引导,以保障机器人快速运动到书籍所在位置。

    4 智能仓储模型

    4.1 模型构建思路

    作为社会信息集成体及学术资源存储中心,图书馆基于人工智能技术提高实体资源检索查询效率应在全面应用计算机辅助工具的前提下设计智能仓储模型,建立包括智能辅助系统、甄别工具、定位系统、图书档案管理系统在内的智能仓储模型。该模型应由3个数据层组成,包括用户感应层、系统管理层和指令实行层,各个层面应用网络系统横向连接,数据信息要实现实时交互,各子系统应保持稳定联系。首先是用户层,这个数据层是基于网络共享系统及移动终端构建形成的,包括还书借书辅助工具,用户可利用各种移动终端输入书籍信息进行检索,也可利用扫描设备实现可视化检索。其次是系统管理层,这个数据层包括图书档案数据库、资源管理工具、信息匹配机制等,可根据用户所输入关键词及录入图片进行书籍查询,根据书籍档案库所持有的记录性数据实现信息匹配,以便于用户垂直查询。最后是系统实行层,系统实行层应包括多个应用类子系统,既要实现书籍信息索引,也要针对用户的潜在常识诉求提供查询指南,智能机器人会根据数据库提供的物理地址信息实行操作系统发出的取书或还书指令,以保障及时获得信息资源。

    4.2 模型框架

    基于人工智能技术构建的图书馆智能仓储模型应由程序机制和机械系统工具两部分组成,程序机制包括控制系统、信息反馈系统;机械系统工具包括实行工具(智能机器人)、识别装置、人工调节/测试工具等(图2)。其中控制系统是核心,无论是机器人取书、书籍归还的动作机制形成,还是用户利用智能工具实现信息查询都需要自动控制系统进行数据分析和发布指令。已知图书馆新设置的仓储模式是有编号的网络格子,智能机器人可根据存储格子的编号实现智能识别,利用机械臂或是升降机进行书籍管理。自动控制系统就是在协调各个子系统功能的前提下进行综合决策,以便及时操控智能工具进行书籍管理。实行工具包括机器人和与之配套的机械系统,主要是利用动能机制及机械代替人力劳动的方法实现书籍归类整理。信息反馈系统对智能机器人书籍管理效果动态信息实现全面评估,将机器人实行命令信息的动态效果反馈给控制系统,便于自动控制系统针对机器人实行失误的地方快速调整。识别装置是安装在智能机器人上的传感器以及信息搜集设备,包括红外识别装置、摄像机、测距仪等,一方面是辅助机器人能自主规划路线,另一方面是帮助机器人及时搜集环境信息,基于环境变化进行动作调整,以便直接规划路线。

    4.3 模型实施策略

    图书馆基于人工智能技术构建智能仓储模型要以计算机网络系统为信息传输中枢,以智能机器人及相关机械系统作为实行机构,识别系统用于规划路线辅助图书馆员进行书籍管理。事实上,图书馆作为社会信息服务机构有着大量实体资源,图书馆为了有效利用这些实体资源并使其发挥出应有的价值,建设智能仓储是必然趋势。一方面图书馆要对现有的书架进行改造升级,使其具有信息化特点,以便智能机器人可与之智能化对接,快速收取书籍。另一方面,图书馆应利用二维码构建信息路径,合理进行路线标注,以便智能机器人自动规划出最佳运营路线,快速搜集书籍。

    图2 图书馆智能仓储模型框架

    图2 图书馆智能仓储模型框架  下载原图


    5 结语

    智能仓储图书馆与传统图书馆相比较具有以下特点:(1)图书馆已经没有了原传统意义上的书籍管理部门,图书管理及归还借阅完全实现自动化,辅助用户快速查询文献信息。(2)图书可实现自动控制及管理,无需人工支撑,机器人实现对号入座。(3)图书馆书库可实现自动化管理,利用机器人对书籍信息自动匹配,消除人工影响。上述3点表明,图书馆已完全实现了自动化、智能化书籍文献管理,不仅文献检索、查询效率更高,馆藏资源结构也能得到优化,有助于图书馆提高实体资源管理水平,实现智能化建设。

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