摘  要：引入智能机器人技术，将极大提高图书上下架的工作效率，拓展参考咨询服务的时空限制。在建设智慧图书馆的过程中，采用图书自动存取机器人及IM咨询机器人系统对传统图书馆的基础设施和服务进行改造，在分析这些系统原理和优缺点的基础上，可得出图书自动存取技术和IM咨询系统最适应图书馆管理系统，且图书自动存取机器人技术可解决图书馆智能机器人技术的瓶颈问题，推动图书馆向智慧图书馆转型升级。

关键词：自动存取装置;自定位系统;IM咨询系统;智能机器人技术;智慧图书馆

中图分类号：TP242.6;G250.7      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）21-0127-04

Research on the Construction of Smart Library Based on Intelligent Robot Technology

ZHU Tingting

（Library of Changchun Institute of Technology，Changchun  130012，China）

Abstract：The introduction of intelligent robot technology will greatly improve the efficiency of book loading and unloading，and expand the time and space constraints of reference consulting services. In the process of building a smart library，the system of book automatic access robot and IM consulting robot is used to transform the infrastructure and services of the traditional library. Based on the analysis of the principles，advantages and disadvantages of these systems，it can be concluded that the book automatic access technology and IM consulting system are most suitable for library management system，and the book automatic access robot technology can solve the bottleneck problem of library intelligent robot technology，and promote the transformation and upgrading of library to smart library.

Keywords：automatic access device;self-positioning system;IM consulting system;intelligent robot technology;smart library

0  引  言

伴随各类图书馆丰富多样的馆藏资源迅速增长，图书馆专业技术工作人员补充不足，采取传统的人工操作已经不能适应现代图书馆的服务要求。以长春工程学院图书馆为例，在开架书库中读者经常遇到乱架现象，导致找不到需要的图书，而图书馆员因借阅图书归还数量大，人工上架费时费力、经常遇到圖书理架串架、倒架难等问题，或是在借还书、参考咨询等服务上仍然采用人工服务，上述情况很容易被馆员人数、服务质量、时间空间等多种因素制约，使读者不但体验不到以人工智能技术为基础的智能化服务环境，也使读者的信息安全和个性化、精准化服务质量得不到保障。究其深层原因在于目前的图书馆仍然依靠最原始、最传统人工服务，没有真正进行智能化、智慧化的图书馆建设，长春工程学院在推进智慧校园建设工作的同时，把智慧图书馆建设作为智慧校园的工作重点。通过分析如何将图书定位识别技术、图书自动存取技术、IM智能咨询系统应用到图书馆图书定位盘点的基础服务和参考咨询的深层次服务中，以减轻长期以来图书馆工作人员的高强度劳动，减少图书馆人工运营成本，改善图书馆基础设施自动化、智能化水平，提升图书馆个性化、精准化服务质量，打造具有智能场馆、智能感知调节、精准推送服务体验的智慧图书馆。

1  图书馆智能机器人关键技术

1.1  图书自动存取机器人设计方案

长春工程学院在改造传统图书馆，构建智能场馆的实施过程中，需要前期设计与规划好图书定位与图书自动存取技术，才能实现图书被系统感知与精确自定位以及图书自助搬运与读者交互两大关键问题。在图书馆阅览区与馆藏区的前期改造设计中，应尽量做到空间分离，在图书借还区，读者可以对图书自动存取机器人发出指令，完成借书或还书的命令，而图书的识别、定位、搬运、存取都由图书自动存取机器人独立完成，实现管理系统自动管理图书。

1.1.1  图书自动存取机器人的设计要求

用户通过触摸屏或键盘、鼠标向图书自动存取机器人发送借还书操作命令后，图书自动存取机器人会先确认图书是否在馆并针对指令来信息处理。假如图书还在馆，会查找该书的详细方位。利用感知系统来确定图书自动存取机器人所在位置，构建地图，制定具体行进路径。移动小车会按路径指令，行驶到该书所在书架位置，锁定该书在书架中具体层数后，机械手对该层书籍进行搜索查找，明确目标后执行取书操作，结束后，机械手会将该书放入指定位置，移动小车返回原位，完成本次借书操作。图书自动存取机器人接收到还书命令后，会先识别该书的信息，确定该图书应归还位置的书架号和层数，然后驶到书架所在位置，机械手将图书放置在书架的正确位置，本次还书操作完成，图书自动存取机器人将归位等待系统的其他命令。图书自动存取机器人一次可接受一个或多个命令，接受命令的多少取决于固定时间段读者对借还书的要求。当接受多个命令时，图书自动存取机器人需要对命令进行预处理，区分借书和还书指令。执行指令时，先还书，再借书，可最大限度地节省时间和能源。图书自动存取机器人功能如图1所示。

对图书自动存取机器人进行方案设计时，首先要考虑工作环境，图书自动存取机器人进行图书自动存取的工作空间为两书架之间，空间比较狭窄，设计时应考虑图书自动存取机器人的最大宽度。另外，其可移动性、易操作性、安全性、轻便性、经济性、工作效率等因素也是需要考虑的重要因素。

1.1.2  图书自动存取机器人的自定位系统

图书自动存取机器人的自定位系统包括两个部分：一是移动小车的自定位;二是机械手的自定位。移动小车的任务是将载有的机械手准确的带到图书所在的书架前。移动小车得到指令后，按照预先规定的路线行走，而机械手的定位则需要借助于摄像头提取的图书标签、书脊等图像来定位。

（1）移动小车定位。移动小车采用的是电磁导引方式控制和定位。在图书馆地面上铺有铜线、磁卡。铜线按照移动小车的行驶路径铺设，并加载导引频率，在对导引频率进行识别后，完成对移动小车的定位导引。移动小车左右对称安有两个电磁传感器，电磁传感器负责接收电磁信号，通过接收的电磁信号的强弱来判断移动轨道的偏移程度。铺设在地面上的每一圈铜线都有不同的频率，移动小车接到移动命令后，选择铜线频率，确定行驶路线。图书馆的每个书架都有唯一编号，这个编号不光标注在每个书架侧面，同时记录在书架前铺设的可存储书架信息的RFID磁卡中，通过RFID确定图书自动存取机器人位置，并更新图书自动存取机器人的方位角θrotation，其中θprevious->current代表预计至当前到达方位，θprevious->current代表当前至目标到达方位，（xprevious，yprevious）为预计目标坐标，（xcurrent，ycurrent）为当前目标坐标，（xgoal，ygoal）为目标坐标，如式（1）所示：

（1）

图书自动存取机器人再根据方位角θrotation调整角度，通过RFID扫描确定当前具体方位的同时，继续推进，当（xcurrent，ycurrent）符合条件时，即可认定图书自动存取机器人到达最终目标方位，其中threshold为阈值，判断条件为：

（2）

如根据判断到达目标方位，可删除路径表中位于第一列的标签，将（xgoal，ygoal）的值设为更新后表中位于第一列标签的坐标。如列表中没有剩余的标签，表明图书自动存取机器人最终到达目标方位，导航结束;否则还将重复上述操作。通过使用电磁导引的原理改造图书馆自动化、智能化設备，在地板下铺设铜线和磁卡，可以确保场馆中隐蔽布线，并且不易污染和破损，还可以降低改造成本，非常适合图书馆环境。

（2）图像识别技术。图书馆的图书图像识别技术主要是对图书标签、书脊索书号的图像识别，从而获取图书的索书号、高度、厚度等信息。在图书馆馆藏中每本图书的索书号是唯一的，读者可以在图书管理系统中输入要查找的书名，从而检索到与之相对应的索书号，索书号可以准确地确定该书在图书馆书架上的具体排列位置。图书的索书号标签一般粘贴在图书书脊下方，可以利用摄像头提取到索书号的图像。当小车到达指定位置后，摄像头自动开启。捕捉到书脊图像后，通过图像灰度化及清洗过滤、算法边缘化、二值化、字体定位、图像分割等图像识别技术对粘贴在书脊下方的索书号进行识别，确定该图书的名称。通过对图书边缘的扫描，可以确定图书的高度及宽度，为机械手抓取做好准备工作。最后将处理好的数据反馈给上位机，开始进行图书抓取工作。图书索书号定位是整个识别过程中最重要的环节，其定位的结果直接影响后面步骤的进行。索引号有其独存的特征：如文字垂直排列、白底黑字、字符高度固定、位于书脊下方等因素，都为其准确定位提供了重要保证。

1.2  图书馆IM咨询机器人技术

长春工程学院图书馆应用IM咨询机器人目的是为本馆读者提供没有时空限制的参考咨询服务，主要是实现参考咨询馆员不在时，能够全天实时不间断地提供咨询服务，从而协助图书馆馆员开展自主应答，自动处理读者信息等服务。主要工作内容可涵盖图书馆馆藏检索、读者借阅信息、图书馆电子资源、常见问题解答等服务。通过采用IM咨询机器人减轻了图书馆参考咨询工作人员的工作压力，延长了服务时长，提高了图书馆参考咨询服务在线实时工作的质量和效率。

目前常用的IM咨询系统软件有MSN、QQ、微信等，由于MSN的通信接口更加开放，对于开发使用者更具有方便性，因此长春工程学院图书馆主要选择MSN机器人技术方案。该方案可选择两种开发方式，第一种是选用MSN自身开发的开源库，第二种选用Bot Platform平台进行研发。第一种MSN自身携带的相对独立的开源库，具有操作灵活、用户使用方便的特点，它可以通过无缝整合多个系统，来实现实时通信，具有无须另外安装MSN的便捷优势。另一种开发方式可以选用封装方式，先对底层通信技术及封装系统协议进行处理，再对输入的信息指令进行处理操作，这种操作方式简单、易于实现，但功能性会稍显不全，并且由于借助第三方服务平台进行认证登陆，相对于第一种方式来说稳定性较弱。所以综合比较后，特别是从系统稳定性等方面考量，采用MSN自带开源库的方式进行开发。

1.2.1  IM咨询机器人系统开发方案

（1）建设后台系统数据库。IM咨询机器人系统的后台由读者信息库与知识库组成，读者信息库会存放大量的用户基本信息，比如读者的账号密码、读者借阅记录等信息。读者在发出咨询请求指令后，IM咨询机器人会及时根据指令查找到后台数据库中匹配的数据信息，解析整合后依据用户的需求制定特色化、个性化的服务。而知识库的内容存储量则可比作IM咨询机器人的核心存储区，其中知识容量的广度、深度与机器自学习能力则直接决定了IM咨询机器人服务准确性与工作效率。对于知识库这种需要不断更新完善的数据库，应由图书馆专业馆员进行专门管理，及时对数据信息及算法进行更新完善。

（2）IM咨询机器人系统功能与架构。IM咨询机器人系统的功能架构从用户界面、应用配置、数据匹配及服务功能方面入手，如图2所示。

用户界面，可以主要提供两种服务形式，一种是提供咨询系统账号，这种方式读者可通过账号添加好友，获得相应的咨询服务模式，也可称为好友咨询。但由于系统的原因，该种方式会限制一定的好友数量，如果添加的好友数超过系统给出的最大限制，读者则无法加入。第二种是在网页中嵌入IM功能模块，这种方式可以在读者浏览页面时，实时与IM咨询机器人在对话框中进行交流。这种在网页对话框中实时咨询的方式不需添加好友，也没有系统最大人数的限制，很好地解决了MSN好友人数限制的问题，成为多数图书馆推荐使用的与IM咨询机器人实时咨询的服务软件。

应用配置，大多数IM咨询机器人系统的应用层为微软平台，后台需要先对IM咨询机器人账号密码、头像等基础信息进行配置，就可方便连接各类开发软件的应用接口。

数据匹配，数据库层是IM咨询机器人信息容量、深度学习与IM咨询机器人智能化的基础与保障。根据图书馆的应用领域，IM咨询机器人虽然要存储大量的数据库信息，但为了保障数据库匹配最大的存储容量，会通过压缩数据存储单元的方式来进行存储。图书馆智能化的IM咨询机器人数据层应存储馆藏资源、培训讲座、问题咨询解答等常用信息。

服务功能，是IM咨询机器人系统开发的重点部分，通过以C语言为开发程序，以.NET为运行环境进行研究，得出工作流程应包括四个方面：

1）接口对接。通过Bot Platform平台与SDK（软件开发工具包）接口进行有效对接，可以使系统与用户之间更便于沟通。

2）解析指令。读者提交的咨询请求指令逐层发出后，IM咨询机器人系统通过解析处理，转化为可处理的机器语言。

3）数据库连接。通过DAO（数据访问接口）等模式连接后台系统数据库，将读者的咨询请求与读者的信息相结合检索查询相关数据库。

4）反馈信息。将读者所需要的信息通过服务接口反馈给Bot Platform平台，将结果发送至MSN系统页面供读者参考使用。

1.2.2  IM咨询机器人的运维技术

为确保图书馆IM咨询机器人系统在运行中的精确、敏捷与稳定，更好地提高用户的智能服务体验，这就需要图书馆专业技术人员掌握后期的运维技术与操作管理，具体如下：

（1）IM咨询机器人系统的主要维护技术。IM咨询机器人系统可通过MSN账号和密码进入，对接MSN服务器，读者可直接查看IM咨询机器人是否在线，如在线，可建立实时在线交流。反之，IM咨询机器人账号将被服务器注销，设为离线状态，IM咨询机器人系统将无法正常使用。而这些无法预知的异常情况，就需要图书馆员通过频繁密集的监测，掌握系统是否正常运行并跟进处理，确保该系统的服务工作有效运行。

（2）IM咨询机器人系统管理技术。IM咨询机器人系统的后台数据库是存储咨询数据与信息的重要部分，后台数据库可以查询与推送信息。图书馆馆员可以通过发送维护指令进行自启动维护，或是采用其他应用程序维护。发送指令后，IM咨询机器人通过分析提取数据信息并执行操作，所有的操作数据最终存储于后台数据库中。

（3）页面推送技术。当用户向咨询系统查询详细书目信息、电子期刊、电子图书等资源操作时，大量该类信息的传递工作无法用对话框的方式来完成，此时可以通过其他方式，如：页面推送、发送链接等，向读者提供所需的检索结果的页面、链接，也可采用直接发送相关信息资源的检索关键词等方式，这样就可以确保查询数据信息的全面性及完整性。

1.2.3  IM咨询机器人系统改进

IM咨询机器人在半小时到一小时内如没收到会话请求时，一般会自动离线，并且经常是没有响应事件的，由于发生的具体时间不固定，一般调试起来会比较困难。通过研究大量技术方案，发现如设置MSN服务器定时发送ping命令，可以有效地保证服务器与客户端的关联，从而解决自动离线问题。

2  结  论

智慧图书馆图书自动存取机器人技术可以代替人工完成图书馆图书的查找、自动存取、搬运等工作，而智能化的IM咨询机器人技术则实现了“人-机”的实时交流，为用户提供了随时随地、更加智能化的在线咨询服务。智能机器人技术作为实现智慧图书馆进程中必不可少的先进技术，必将突破并解决图书馆在服务、管理、发展过程中所面临的困境与难题，为图书馆可持续发展提供新思路与新方法。

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作者简介：祝婷婷（1982—），女，汉族，吉林东丰人，部主任，副研究馆员，硕士研究生，研究方向：智慧图书馆、信息检索。