智能機器人在圖書館開架書庫中應用研究

　　來源：新世紀圖書館 2022年6期

　　作者：王義翠;楊愛華

　　摘 要 智能機器人進入開架書庫實現自動存取和全程服務，其可行性和效率亟待研究。論文不完全回顧國內智能機器人開架書庫應用研究，探討圖書館用戶行為、開架書庫實體及人工智能技術發展對智能機器人開架書庫工作的影響，提出現階段策略供業界參考：整體設計，聯合研究;人機兼容，穩定有序;設立小規模智能開架書庫體驗區。

　　關鍵詞 圖書館;開架書庫;智能機器人;人工智能

　　智能機器人技術，是機械、信息、材料、控制、工程等多學科交叉融合的科學和工程技術，已成熟應用于諸多領域。目前智能機器人已進入圖書館管理領域，其在圖書館開架書庫的自動存取和全程服務應用領域，仍處于摸索階段，能否成功運行并大規模推廣還需進一步探索。

　　1 我國智能機器人開架書庫管理相關研究

　　以“圖書館人工智能+開架書庫”“圖書館智能機器人+開架書庫”“機器人+開架書庫”為主題詞，筆者在CNKI、維普、萬方三大學術數據庫中進行檢索，截至2021年3月26日，僅有兩篇學術期刊論文。智能機器人在圖書館應用，與智慧圖書館概念和RFID技術密不可分，是基于RFID技術在圖書館應用的進一步發展。開架書庫是人工智能面對用戶最直接且廣泛的應用場景，關于圖書館開架書庫智能管理的實踐和研究需求逐漸凸顯。擴大搜索范圍，以“機器人+圖書館”“圖書館智能機器人”“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，在三大學術數據庫搜索論及人工智能開架書庫管理的相關文章，作不完全回溯如下。

　　早在2005年，我國就有研究者對智能機器人應用于圖書館書庫的可行性進行研究。王晶等提出利用可編程控制器PLC對圖書館作業機器人進行控制的總體設計思路，并給出相應硬件配置和軟件設置，以控制機器人自動完成圖書上架工作[1]。通過十多年發展，智能機器人在圖書館書庫的應用研究與設計逐漸成為一個重要研究領域。

　　圖書館書庫管理業務，主要包括書架圖書排架整序、圖書盤點、讀者圖書取閱。智能機器人應用于書庫，目的是實現圖書定位與導航、圖書拾取及圖書盤點等作業智能化，提高書庫管理效率。因此，構建圖書館書庫智能機器人系統，亟需掌握的三項主要關鍵技術是圖書定位技術、導航技術、拾取圖書的結構設計技術[2]。方建軍等較為全面地闡述了圖書館機器人自動識別、導航、圖書存取機械手設計及機器人移動裝置[3]。楊學睿提出一種實現圖書智能拾取的圖書館機器人自動取書方案并研究相關技術[4]。書庫機器人盤點應用研究是最活躍的研究主題，并得到實際應用。沈奎林等人在2016年研究設計了智能圖書盤點機器人系統，用于查找書庫錯架書與圖書盤點[5]，該機器人系統已在多家圖書館得到實際應用。比如，夏正偉等從智能盤點機器人在武漢大學圖書館的應用情況出發，指出應完善應用場景，增加糾錯功能，改進人機界面，優化數據分析[6]。

　　智能機器人應用于圖書館開架書庫管理，依賴于書庫真實場景[7]，特別是書架排列結構及圖書排架方式。馮銀花提出智能機器人入駐圖書館，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，即其在書架上實體地址[8]。楊愛華等人經實證研究指出，智慧圖書館中開架書庫應建立以“列”為閾值的管理單位，列內圖書既可有序排架，亦可無序管理[9];開架書庫圖書分類不能簡單表述為進行到某一級，需要多方協同，尋求以“閾值”為單位的多方兼容線性管理體系，明確原有細排架人機兼容特性，重新制定智慧圖書館內部管理與外部評估標準[10];開架書庫排架方式以“列”為閾值單位的靜態定位方法，能與閉架書庫管理和人工智能耦合，與多種排架法兼容，實行精確整架法和模糊整架法兩種整架方式并行[11]。

　　智能機器人全面進入開架書庫，管理工作必將發生重大變革，需要研究論證，厘清相關影響因素。

　　2 智能機器人在開架書庫工作相關影響因素

　　智能機器人應用于開架書庫，可能會改變智能機器人現有圖書定位、圖書盤點等封閉式內部業務。空間的開放性將促使開架書庫成為用戶借助智能機器人進行圖書借閱的人機交互空間。因此，智能機器人應用所面臨的環境既要應對不同用戶行為，還要面對開架書庫中各種客觀物理實體的影響，且受到人工智能技術發展的制約。

　　2.1 圖書館用戶行為

　　用戶進入開架書庫，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，都影響智能機器人在開架書庫應用。

　　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，隨意在其感興趣知識領域的開架區域隨機抽取讀物瀏覽，非中意書籍放回原處，滿足需求的讀物則攜帶至自助機或服務臺完成借閱。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備完成搜索，隨機完成借閱活動，但他們對書庫布局和書架秩序穩定性有所要求，這種要求正是智能機器人應用所需要。經常變動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，根據對標的熟悉程度，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域瀏覽取書。這是最便捷的文獻獲取方式，用戶對檢索標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，逐步靠近搜索標的，取走所需讀物，完成借閱。這是現在較為普遍的一種搜索方式，整個搜索過程是以用戶對搜索標的和館藏布局不清晰為前提，需要借助搜索工具完成借閱。

　　當智能機器人參與圖書館開架書庫業務活動，會產生一種新的用戶有目的搜索取閱行為，即借助智能機器人全程服務取書。這要求智能機器人具有定位、導航、機械手抓取等技術特征。雖然，目前智能機器人全程服務取書功能尚未成熟，但隨著技術進步，智能機器人進入開架書庫全程服務指日可待。

　　筆者對上述幾種行為形式進行用戶問卷調查，以了解用戶在人工智能進入開架書庫全程服務后，各種行為形式的選擇傾向。通過對430份有效問卷的統計分析，統計結果如表1所示。

　　從上述統計結果可以看出：(1)直接去自己熟悉的區域瀏覽取書的這類讀者所占比例最低，整個搜索過程依賴用戶對搜索標的和開架區域的熟悉，對開架書庫的穩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器人服務，他們借助智能機器人操作，很大程度上是滿足體驗感;(2)雖然目前智能機器人在開架書庫全程服務取書尚未成熟，但仍有一部分用戶有意愿借助智能機器人實現全程服務;(3)近一半用戶選擇以上三種都會使用，說明有目的圖書搜索取閱行為存在隨機性和多樣性;不同用戶的搜索習慣和閱讀傾向不一，并非所有用戶都會選擇智能機器人(全程)服務，更多表現出按需隨機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性和多樣性的影響，智能機器人應用于開架書庫，除了要滿足智能機器人機械手抓取動作的便捷性，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定性和有序性是基本要求。

　　2.2 開架書庫實體

　　圖書館正在向智慧圖書館轉型，構建圖書館智慧空間。圖書館智慧空間是集成物聯網、人工智能、云計算等Web3.0核心技術，以用戶體驗為中心，通過感知、分析、記憶、服務用戶，整合資源、設備、技術、服務及整個圖書館網絡，由物理空間、虛擬空間、用戶感知空間等構成的多維空間系統[12]。開架書庫作為圖書館智慧空間的基本組成部分，智能機器人在開架書庫應用，提高書庫智能化，依賴于書庫信息基礎設備、書架等基礎設施完善。

　　2.2.1 書庫信息基礎設施

　　我國很多圖書館在信息基礎設施建設方面，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，絕大多數圖書館的開架書庫都與讀者閱覽區相連，融藏書、借閱、學習功能為一體。智能機器人應用其中，需要有完善的信息基礎設施環境。在智慧化環境下，作為新型基礎設施建設主要內容之一，信息基礎設施至少包括5G、物聯網、工業互聯網等為代表的基本通信網絡基礎設施，依托人工智能、云計算、區塊鏈等技術為代表的算力基礎設施，以支撐智能機器人等新興智能化設備或系統的應用。

　　在智慧圖書館環境下，開架書庫的發展趨勢是以用為主，以藏為輔，更加注重用戶使用體驗，更加智能化，需要信息基礎設施作為技術應用支撐。智能機器人應用于開架書庫，參與智慧書庫內部業務與用戶服務，對所需信息基礎設施應有明確規范和標準，才能實現智能機器人在圖書館應用。然而，對有關建筑物內部信息基礎設施建設的國家規范和標準還很缺乏，沒有依據可以遵循。據不完全調查，只有一些地方性標準，如《貴州省建筑物信息基礎設施建筑規范(DBJ52_T097-2019)》《黑龍江省建筑物信息基礎設施建設標準DB23/T 2746-2020》等。從行業層面看，在圖書館行業內部，雖然一些新建館舍(如江西省圖書館新館)應用了萬兆光纖、WIFI、Zigbee、5G等新型信息基礎設施，但每個圖書館在信息基礎設施建設上千差萬別，也缺乏統一的行業標準，不利于智能機器人在圖書館的標準化和規模化落地應用。

　　2.2.2 書架

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

　　(1)傳統書架的影響。從全面應用RFID技術的大型館開架書庫管理來看，傳統書架的圖書定位、排架問題已經得到解決。將智能機器人應用于開架書庫，理論上傳統書架也能適應機器人機械手夾取圖書動作。在實際應用中，傳統書架引入智能機器人時，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。此種操作的難點在于圖書原位歸還時需重新插入，操作會有障礙，因為圖書抽出后書架上的圖書始終處于動態形態，有可能是過密過緊，也有可能處于過松的“倒伏”狀態，即使是松緊適度，無論從生活經驗還是實驗，此種操作機械手原位歸還圖書的難度大于抽取圖書。保證每本書直立，書與書之間有適當間隙，是減少人工智能機械手操作難度的關鍵，也是傳統書架的改造方向。

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