基于Wi—Fi室内定位技术的空间感知信息服务系统研究

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  摘 要 论文通过Wi-Fi管理系统对读者空间行为进行追踪,得到图书馆空间范围内各区域读者人数信息与读者行为轨迹数据,为图书馆的空间布局分配与调整提供决策参考,同时根据读者位置推送区域内的资源概况信息,形成空间管理与智能服务体系。
  关键词 空间行为 Wi-Fi 高校图书馆 空间管理
  分类号 G250.7
  DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2018.08.014
  运用RFID(Radio Frequency Identification,射频识别) 技术进行图书馆馆藏资源空间的监测管理,对于纸质馆藏量庞大的图书馆来说,已经成为未来图书馆对于纸本资源管理的重要议题之一。在纸质馆藏流通量不断减少、数字资源的使用不断提高的背景下,图书馆逐步向以读者需求、读者行为等与读者相关的信息行为研究方面转变,其馆藏布局规划与建设发生新的变化。在当前图书馆空间转型的大环境下,用户的需求、用户的感知及用户关系管理等信息数据已成为图书馆进行个性化服务所要获取的关键信息[1],是构建智能的、主动的、安全的互联网服务系统,拓展图书馆传统服务,提高图书馆服务质量的决策数据信息。由此本文针对图书馆的空间感知信息服务,基于室内定位技术,构建图书馆空间管理与智能服务体系。
  1 现状分析与思路
  无线定位技术,从最初的航海、导航、军事应用等领域发展而来。现在的定位技术由于应用环境的不同可以分为室外定位与室内定位两种方式。其中最著名的室外定位系统为GPS(Global Positioning System,全球定位系统)。这个系统在任意时刻、在地球上任意一点都可以实现导航、定位、授时等功能,可以用来引导飞机、船舶、车辆及个人,安全、准确地沿着选定的路线,准时到达目的地。除美国外[2],我国自主研发的北斗卫星导航系统等[3]也逐步应用于全球。
  室内定位技术,是指在室内环境下确定某一时刻接受终端在某种参考坐标体系中的位置[4]。室内环境下,针对定位的对象不同,采用的定位方式不同,例如利用RFID技術对纸质图书等馆藏进行精准定位,已经在部分图书馆实践应用。现阶段主要的室内定位方法和技术有红外线、灯光、超声波、蓝牙、UWB(超宽带)、Zigbee(紫蜂协议)、RFID;Wi-Fi等。不同的技术方法运用的环境不同,具有不同的特点,如表1所示。
  表1 当前主流定位技术参数与优缺点分析
  技术/方法 精度
  范围 建设成本 是否适用于手机终端 技术优势 技术缺陷
  红外线 5-30m 较高 否 定位精度一般 安装天线造价较高;
  直线视距与传输距离较短;易受干扰,实用性低
  灯光(LED) 1m以内 低 是 抗干扰性强,
  低成本,精度高 新技术、产品推广阶段
  超声波 10m级 较高 否 低功耗,精度
  一般,抗干扰强 受多径效应和非视距
  传播影响较大、底层
  硬件投资成本较高
  蓝牙 10m级 高 是 体积小,易于集成在设备内,传输受视距影响 蓝牙器件和设备成本较高,蓝牙系统稳定性较差,受噪声信号干扰大
  UWB 6-10cm 高 否 穿透率强,低功耗,抗多径效果好,安全性高 造价高
  Zigbee 10cm
  以内 中 否 低功耗,
  通信效率高 网络稳定性有待提高,易受环境干扰
  RFID 1m 较高 是 低功耗,低成本 硬件设备投入成本较高,终端需要改造,
  投入较大
  Wi-Fi 1-3m 中 是 普及率高,适应主流的Wi-Fi
  网络,精度低 易受干扰,定位精度
  受Wi-Fi密度影响
  从表1中可以看出,虽然Wi-Fi技术不是最精确的方法,由于其普及率高,设备不需要进行大规模改造,总体建设成本较低,尤其是在图书馆已经部署无线网络覆盖的环境下,采用Wi-Fi无线定位技术方式进行空间资源服务,是较为可行的方案。
  2 读者行为定义与关注
  读者作为图书馆服务的群体,其行为不仅仅是资源需求行为,也包括空间行为与服务反馈行为等,是读者依赖于图书馆进行资源、空间、服务等一系列需求及把需求反馈给图书馆的一切表现形式,如图1所示。随着信息技术的发展,读者行为可以通过技术手段和方法进行采集分析,获取到读者对读者对图书馆服务的需求[5-9]。
  图1 图书馆用户行为与需求关系
  Philip Kotler(菲利普·科特勒) 在《营销管理》 (Marketing Management: Application, Planning, Implementation and Control,1967第一版,与凯文·凯勒合著) 中认为:“用户的行为轨迹主要包括生产需求,信息收藏,方案比选,购买决策,购后行为5个阶段”,那么对于图书馆这样的服务型机构来说,可以优化为信息需求,信息收藏,信息与服务比选,信息获取决策,信息转化5个阶段,并根据图书馆提供的服务来匹配读者的行为。图书馆用户行为从空间行为角度可描述用户对图书馆的空间布局、空间用途的利用情况。从资源行为角度,可以对数字资源、纸质资源等方面的需求关系、应用状态等加以行为描述。而从服务反馈行为角度,可以了解读者对各种服务质量的评价,以及新的需求。总之,当前图书馆想要做好资源服务、知识服务和个性化服务,就需要从读者行为角度考虑读者的所想、所需。在图书馆现有的各种系统中,可以通过系统运行日志,系统监测日志等获取读者用户对资源的访问数据,通过采集、分析、挖掘等方法推断出读者的需求行为。然而随着图书馆空间布局改造、空间管理等实际工作的内容深入,除了要了解读者对资源的需求行为外,对读者的空间行为数据的采集、处理、计算、分析与挖掘也已是当务之急。   3 核心设计与功能架构
  图书馆空间管理实施的决策数据,需要科学化获取,建立一套针对读者空间行为的空间感知信息服务系统。系统设计的初衷可以分为两个方面。第一,解决图书馆空间管理过程中读者真实使用情况,例如读者学习地点选择等;第二,实现读者图书馆信息资源推送功能,起到类似于随身讲解馆藏资源的作用,提高读者的资源感知度。基于这两种初衷,本文以目前图书馆的无线平台为基础来构建图书馆空间管理系统。
  3.1 设计背景
  现有的无线运维平台已经初具规模,无线认证系统能够提供读者访问等数据,所产生海量的数据,一旦被合理化利用,即可确定读者的空间位置的选择偏好,从中可以加强对读者用户偏好位置的进一步规划与布置,有利于图书馆空间改造。总之,无线网络系统可以为管理者提供决策数据,在以数据为理论依据的时代,其决策能够更加有信服力。
  3.2 设计方案与思路
  从“小数据”角度,该系统在遵循业务需求的基础上,选择基于本地化的私有云方案,以基础云结构、接口API、数据服务,以及应用服务组合而成。基础云结构,架设在校园网内以实现多系统数据的整合;接口API实现多系统数据交互;数据服务实现多用户多业务的信息共享;应用服务提供数据加工,信息推断,知识分析等服务。上述服务需根据决策需求提供,以防由于系统处理过程中读者行为核心数据的泄露。
  该系统主要利用数据的ETL(Extract-Transform-Load,数据仓库技术) 与网络规划中的总线技术方法,构建以数据为中心的服务体系;根据数据应用的差异性,提供多样化的接口服务,同时依托数据开展一系列的增值服务,如图2所示。对于“小数据”要逐步转化为用户需求信息,形成以用户需求信息为基础的用户行为知识体系,用以完善图书馆的服务制度与结构。
  图2 图书馆服务智能示意图
  3.3 设计框架
  图书馆读者信息行为采集平台模型主要由数据采集层、数据处理层、数据应用层三个方面组成,如图3所示,而支持这三个应用层的实现基础是由分布式计算与存储系统组成。数据采集层采集行为数据,包括空间行为,资源行为与服务需求(服务行为)等,为数据处理与应用提供信息基础。数据处理层、对各种数据进行处理,采用包括信息聚合、云计算等方法,通过目标分析,如读者爱好或者某一个资源的利用情况,从微观与宏观层面进行事实数据评价分析,做出客观的结论。数据应用层主要是从数据的展示角度考虑,将分析处理的结果通过预设规则进行呈现,得到管理者们想要看到的信息,用以馆务决策。三个层面自下而上的业务流程,依托计算与存储系统支持,形成一套图书馆环境下的用户行为分析体系。
  图3 读者信息行为采集平台模型
  读者信息行为数据的智能化采集系统的建设,能够提高数据收集的效率,提高数据清理的精度,减少数据预处理的时间。数据采集层中,通过选择数据源,系统自动采集所需的读者空间行为数据、资源行为数据、服务反馈行为数据等,集成并保存在数据库中。在数据的硬件支持层面,采用分布式计算系统支持数据计算、信息聚合、系统检索等功能,同时支持分布式的数据存储和调取处理,用以支持数据应用层中的统计分析、信息检索、知识发现与知识碰撞。该系统支持图书馆的Kaas(Knowledge as a Service,知识服务系统)。
  3.4 业务模块配置
  空间数据采集平台是基于图书馆实际应用而定制开发,在业务模块的设计与设置过程中,也需要满足图书馆空间管理的需要。在业务模块中,主要应用数据是已经处理过并保存在数据库中的数据。系统业务配置主要体现在以下六个方面。
  (1) 检索功能。能够提供数据检索、数据统计等基础性的功能,并且提供条件分类的多元化的检索结构。
  (2) 聚合功能。系统针对的对象不同,其信息聚合的内容也不尽相同。由于图书馆空间行为研究对象主要是只有读者和空间,所以系统一定要支持多数据源的关联数据,通过对认证系统、无线管理系统中读者的信息与AP位置标记相关联,才能得到读者的空间行为信息。
  (3) 历史定位功能。通过对读者和空间位置的历史数据进行聚类分析,得到单一读者或者空间的行为热度,以此提高关联定位数据源的可追溯性。
  (4) 时空轨迹功能。针对读者行为轨迹进行时间与空间记录,通过对多源数据的聚类分析,得到图书馆分析读者行为轨迹基础决策数据。
  (5) 空间热度功能。与其他静态空间管理系统(桌位管理系统等)关联,能够得到空间热度信息。将本系统的动态数据与静态管理系统数据实时交换,可以向读者提供空间向导性建议。
  (6) 日志关联功能将多源日志进行关联,可以进一步监测各系统的运行动态,完善系统之间的业务数据的关联效果,提升系统之间的运行效率。
  4 基于数据的行为分析与策略
  4.1 Wi-Fi空间行为轨迹
  读者空间行为记录的开始点,从门禁系统开始,一般图书馆门禁系统的实名制刷卡可以提供读者的源数据,而记录运动空间行为数据不仅需要Wi-Fi系统支持,而且需要静态空间管理系统(桌位管理系统等)进行修正,提高数据的准确性与可靠性,而Wi-Fi感知读者停留后,将資源数据发送给相应的读者,可以提升读者的资源获取效率,而记录读者的空间行为结束点,可以以信号丢失或者访问中断作为判别依据。
  4.2 空间信息行为分析
  随着社会的物质文明与精神文明的不断进步,读者对物质追求也不断提高,馆舍布局与装饰环境直接影响了读者空间行为,间接影响读者信息行为。试想一个整洁优美,布局合理,装饰风格具有文化气息的图书馆,读者的满意度与依赖度会提高,反之亦然。图书馆的空间已经不再仅仅是借阅的空间,自习的空间,在Wi-Fi覆盖率不断提高的背景下,图书馆借助信息技术创新管理方法,不仅方便了读者获取资源,而且也简化了图书馆的管理模式。利用现有的图书馆Wi-Fi管理系统,利用API接口与实名认证系统关联,监测读者接入无线位置,将虚拟系统与实体位置重叠,得到区域内读者空间行为轨迹。通过Wi-Fi管理系统对读者空间行为进行追踪,得到图书馆范围内各区域读者人数信息与读者行为轨迹数据,为图书馆的空间布局分配与调整提供决策参考,同时根据读者位置推送区域内的资源概况信息,形成空间管理与智能服务体系。
  5 结语
  利用网络手段进行空间管理,有利于提升读者的空间资源感知度,同时从管理角度来考虑,将多系统进行关联,有利于设备与系统的扁平化管理,提高管理效率。从增值业务角度来说[10],Wi-Fi不仅用于互联网保障,可以用于图书馆空间管理,也可以用于资源与服务的推送[11]。数字图书馆建设至今,高校图书馆已经具备上述基础条件,在现有条件下,开展符合图书馆业务范围的资源与服务工作,利用技术手段,不仅能够提升服务效率,同时也能让当今读者所能接受,尤其是在当前智能终端设备普及的大环境下,如何提升服务效率,如何让图书馆资源被读者所知,被读者所用,这些问题才是图书馆利用新技术,新方法所要解决的问题。从读者角度来说,可以挖掘其空间需求信息,在一定程度上避免了图书馆空间建设的盲目性。总之,Wi-Fi空间感和技术的应用将大大提升图书馆的空间管理水平,能够使图书馆更全面的掌握读者行为,了解读者需求,在服务提供决策上制定出更符合读者要求的规划和发展前景。
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