基于智能家居的智慧图书馆数据层建设*

凌征强，黄　辉



基于智能家居的智慧图书馆数据层建设*

凌征强，黄辉

摘要文章通过阐述若干大型信息技术企业的智能家居发展现状，探讨智能家居数据中心管理系统及其主要特点，针对智慧图书馆存在的大数据处理能力欠缺及区域数据智慧化功能不完善等问题，提出学习借鉴大型信息技术企业的智能家居数据层设计经验，通过建设智慧图书馆数据中心、制定跨平台数据通信标准、开发数据中心管理系统及区域数据子系统等措施，推进智慧图书馆数据层建设的策略。

关键词智能家居智慧图书馆数据层数据中心系统

引用本文格式凌征强，黄辉. 基于智能家居的智慧图书馆数据层建设［J］. 图书馆论坛，2016（6）：114-120.

*本文系2014年度广东省文化厅、广东图书馆学会立项课题“基于物联网环境的智慧图书馆研究”（项目编号：GDTK1434）和广东省外语艺术职业学院科研团队“高职教育信息化科研团队”基金项目（项目编号：2014KYTD03）研究成果之一

0问题与背景

随着智能信息技术的飞速发展，越来越多的智能设备应用于社会的各个领域，数字化技术朝智慧化发展的趋势已不可逆转。数字图书馆将逐步向智慧图书馆转变，未来几乎所有图书馆中的物品，都有可能被植入智能芯片而成为“智能物品”。“智能物品”可帮助馆员采集、过滤、发送、统计、解读各种数据信息，激发图书馆全新的办馆思路，营造令读者更满意的馆舍环境，提供更优质的服务。已有不少文章描绘了智慧图书馆的美好画面，但是，美好的愿景需要建立在图书馆强大的智慧化功能基础之上。因此，图书馆必须要具有一个类似人类大脑的，可以统一管理、协调所有“智能物品”的，实现物与物、物与人之间交互的核心功能部分，这个核心就是智慧图书馆数据层，数据层由数据中心、数据中心管理系统及其子系统等组成。

数据层的数据中心和数据中心管理系统是实现图书馆智慧化的关键所在。有了数据中心，众多“智能物品”产生的海量数据才能得到处理，物与物、物与人之间的交互沟通方能实现。所以构建具备存储、分析、计算海量数据的数据中心是建设智慧图书馆的重要前提之一。它将作为一台逻辑计算机来定义和迁移所有的计算、存储和网络资源，使图书馆内众多智能物体产生的海量数据组合成为一个逻辑上的“数据整体”，之后，数据中心管理系统将调用、挖掘并响应来自感知层和应用层的数据请求，进而为图书馆实现智慧化提供有力支撑。

当前，国内外关于智慧图书馆的研究，主要集中在图书RFID标签设备和ZIGBEE短途通信组网技术［1］、可穿戴智能设备［2］、智慧图书馆个性化服务及模式构建［3］等方面，对建设智慧图书馆有较好的指导作用。但是，上述研究基本属于智慧图书馆感知层和应用层方面［4］的研究，关于智慧图书馆数据层［5］的深入研究和案例较为罕见。数据中心和数据中心管理系统是智慧图书馆数据层的两个核心部分，当前国内外图书馆业界对此尚无统一认识，亟需开展进一步的研究。由于智慧图书馆与智能家居皆属于智能建筑［6］广义理论的范畴，因此，通过分析大型信息技术企业的智能家居建设案例，探索适合当前我国智慧图书馆现状的数据层建设问题，是一种可行的研究思路。

1　智能家居及其数据中心管理系统

国内外众多大型信息技术企业都在探索并建设智能家居系统平台，尤其是微软、谷歌、三星、苹果等国外及以BAT（百度、阿里、腾讯）等为代表的国内信息企业都提出了各自智能家居的数据处理系统理论及建设思路，对智慧图书馆建设数据中心管理系统具有较好的实际指导作用。

图1　智能家居示意图*

1.1智能家居

智能家居又称为智能住宅。其融合利用先进的计算机、网络通讯、综合布线、医疗电子等信息技术，遵循人体工程学的原理，根据用户的个性需求，将与家居生活密切相关的各子系统，如光线控制、安全防卫、内饰控制、燃料控制、家用电器、场景联动、供暖制冷、环境卫生等，有机整合为一体，并通过中央智能系统控制和管理，最终实现“以人为本”的智能化家居生活［7］。智能家居环境下，家居设备可实现自动化及智能化的管理，即所有的家居设备，如电器、家具等均可针对用户意愿提供个性化的服务，有如人类一样具备了“智慧”的沟通能力。从图1可看出，在整个智能环境下，住宅中的各种物品都具备了沟通交互功能，彼此可相互理解、合作，房屋的恒温控制、照明、家电控制、园艺喷灌等子系统，皆由智能家居数据中心管理系统直接控制、调度，共同营造用户定制的环境温度、亮度和背景；同时还可使用手机等智能终端设备实现远程管理。

1.2智能家居数据中心管理系统

1.2.1微软“Xanadu 2.0”

为全面展示微软公司的技术产品及对未来信息科技的设想，预测未来人类智能家居生活的场景，比尔·盖茨斥资6300万美元建造了名为“Xanadu 2.0”（世外桃源2.0）的“未来屋”［8］。“未来屋”完全由中央数据中心管理系统“Xanadu”自动控制，所有家居设备均通过无线网络相互连接，并使用统一的数字语言相互沟通，同时配备人类声控及指纹子系统，主人进门无需钥匙，留言及书写不用纸笔。来访的客人只要佩戴为其定制的电子胸针，即可上传个人数据，“Xanadu”系统会根据已有客人数据读取其个人偏好，自动调节出令其宾至如归的舒适背景环境，而没有佩戴胸针的人则被认为是入侵者，“Xanadu”系统将拒绝回应请求，同时还会启动防卫系统。此外，房屋遍布各种各样的传感器，可随时自动调节灯光、温湿度及灌溉植物。2006年4月，盖茨在未来屋中设宴款待了访问美国的中国国家领导人胡锦涛，并向他展示了未来屋的各种智能化功能。

1.2.2三星“SmartThings”

三星的智能家居控制系统平台“SmartThings”通过遍布用户家中的各种传感器，实时监测室内温湿度变化，并订阅家庭监控服务。当用户家中发生紧急事故，例如起火、水管爆裂及失窃时，“SmartThings”会立即向指定联系人拨打电话或发送短信，报告发生了什么事情。通过安装“SmartThings”的APP应用，用户可以使用智能手机、手表及其他智能终端遥控屋内的电器，真正实现屋内所有的三星设备都连入“物联网”，彼此可以相互识别、通信。2015年上半年，“SmartThings”开始进入实际部署阶段。不过，三星的智能家居系统还不是非常完善，“SmartThings”仅限于三星设备之间的通畅互联，对第三方设备的兼容性并不强。

1.2.3谷歌“Brillo”

2015年，谷歌以开源智能手机系统平台“Android”为核心，开发了智能家居系统平台“Brillo”和跨平台物联网协议“Weave”。“Weave”协议和“Brillo”系统配套使用，可以互相连接云端数据中心、“Android”手机和“Weave”协议支持的第三方设备，比如谷歌“Nest”传感器系列产品可通过“Weave”协议与使用“Android”的手机互联，使“Android”升级为一个兼容性极强的物联网系统平台。使用基于“Android”的“Brillo”，未来可以帮谷歌将谷歌搜索、浏览器“Chrome”、谷歌街景地图、邮箱GMAIL等服务整合成一体，这意味着未来谷歌智能家居的潜在用户群体将十分庞大。同样，除了自动管理，用户也可以通过“Brillo”实现手机远程管理。

尽管智能家居仍未十分成熟，也尚未得到大规模普及。但是，根据美国专业咨询机构Forrester的预测，到2020年，智能家居将成为继智能手机后的下一个万亿级别的普通居民消费市场［9］。随着智能家居产业越来越受重视，相关技术发展不断进步，必然会有越来越多的智能化设备和应用不断涌现。上述企业就已有不少成熟应用的案例，通过各自开发的系统平台，基本实现了家居设备的自动化及智能化管理。在整个智能家居体系结构中，智能家居数据中心管理系统（smarthome control systems，SCS）是数据层的核心组成部分，是智能家居智慧化功能实现的关键。

1.3智能家居数据中心管理系统特点

根据微软、三星、谷歌等公司的智能家居数据处理模式，可总结出智能家居数据中心管理系统的共同特点如下：

（1）系统结构灵活多变。从总体来看，智能家居数据中心管理系统是由各子系统通过遵循一定的网络通信协议组合而成的系统。用户可自行根据需求，增删功能子系统。

（2）存储量巨大，数据处理能力极强。智能家居数据中心属于云计算中心，在智能家居环境中，各种家居设备、温湿度传感器、摄像头等每月产生的实时数据流达到了令人惊讶的PB（千万亿字节）级别，因此必须具备储存和处理海量大型数据的能力。

（3）操作简单，管理快捷。智能家居数据中心管理系统的所有设备均可通过手机等智能终端接口接入，可提供可视化操作及管理，极为简单方便。

（4）支持多种场景应用。可设定各种生活模式及场景，例如，在/离家模式，生日/宴会场景等。

（5）兼容性强，部署简便。对于已设置好数据中心管理系统的环境，新增智能设备可以即插即用，只要插上电源，即可通过无线连接方式，加入智能家居系统。

2　我国智慧图书馆数据层建设问题

2.1智慧图书馆

智慧图书馆的出现源于人工智能技术的发展，国内外学者就智慧图书馆的定义进行了大量的探讨，例如，芬兰奥卢大学馆员艾拓拉等提出的感知论，上海社会科学院信息研究所王世伟等提出的模式论，以及人文论、要素论、智能论等［10］，但仍未有统一的定义。作者认为，智慧图书馆是具备感知自动化（Perception Automatic ）、处理大数据化（ Processing Big Data）及服务个性化（Personalized service）功能，能够令用户产生智慧化体验的综合性图书馆。

2.2国内外智慧图书馆建设现状

当前，国内外大部分智慧图书馆的智慧化建设程度不高，大多停留在“无人值守，自动感知，自助借还”阶段。例如，广州市群书博览公司研发生产了“校园智慧图书馆”，在广州市属9所重点中学投入使用［11］；我国台湾地区台北市图书馆在超市、地铁站、机场内设置了“智慧图书馆”［12］；澳大利亚阿兰娜和马德琳基金会在澳洲部署了400多个社区“智慧图书馆”［13］；美国佛罗里达布劳沃德县图书馆与机场合作，在机场设置“智慧图书馆”［14］。这些图书馆的共同特点是无人值守，用户自助服务，具备初步的智慧感知能力，依靠部署的自助借还书系统、RFID系统、门禁系统和物流配送系统组合而成；主要功能是提供自助借还书服务；优点是靠近社区及交通枢纽，方便读者借还，因此较受群众喜爱，一定程度上提高了图书的流通率，但它们还不能提供主动的“个性化”服务，不具备大数据的处理能力，不能称之为完全意义上的“智慧图书馆”。然而也有极个别完成了智慧图书馆“雏形”建设的图书馆，例如，深圳盐田区图书馆和荷兰阿姆斯特丹图书馆，这些图书馆实现了较大程度的自动化感知功能，可以通过读者卡、手机等感知读者位置，能够存储并分析有关读者阅读历史及阅读偏好的大量数据，结合图书馆的馆藏资源和读者的习惯，进行主动的信息资源推送服务，另外还针对性地实现了一些个性化的智慧功能，如书桌可以记忆读者的阅读习惯，自动调节坡度及高度［15］；阿姆斯特丹图书馆还推出了针对特殊读者的个性化“跟随沙发”［16］，在感知到读者后，经过特殊改造的椅子会自动行驶到读者跟前，一直跟随至读者离开图书馆才结束服务。

图2　智慧图书馆数据层结构

2.3智慧图书馆数据层

智慧图书馆数据层的主要功能是采集和管理感知层、应用层的数据。数据层由数据中心、数据中心管理系统、区域子系统组成（见图2）。

数据中心是个复合概念，它不仅仅是一些服务器的集合，而是一种多功能的，能容纳众多服务器、存储、制冷以及通信设备的建筑，用以传递、加速、计算和存储大规模的数据信息。智慧图书馆感知层采集的数据，应用层提交的数据及各种区域子系统产生的各类数据信息，统一存储到数据中心。

数据中心需具备以下特性：（1）高传输性。能满足当前及未来网络传输的要求，能提供1-10GB或以上的传输速率。（2）高可靠性。使用开放标准的系统，能24小时不间断运行。（3）低能耗。使用结构合理的低密度构造，同时具备高效的散热性能。（4）延伸性好。能适应未来发展变化，支持业务增长及扩容，且方便维护。

数据中心管理系统是用于管理数据中心的操作系统。狭义的数据中心管理系统指管理数据中心的功能系统，它负责数据的导入、分析、查询，并响应来自智慧图书馆应用层及感知层的请求。广义的数据中心管理系统包括数据层中各区域子系统，除上述数据操作外，中心系统仍需响应来自数据层内部的各种跨平台、跨协议的数据请求。

2.4我国智慧图书馆数据层建设存在的问题

2.4.1亟需加大数据存储及处理能力

智慧图书馆的所谓“智慧”，并非通常意义上的人类智慧。智慧图书馆并不能像人类一样产生思维意识，它实际是先通过数据中心监控、收集大量用户个人日常行为习惯的非结构化数据，再进行大数据的统计、计算、分析，进而归纳、预测出用户下一步可能的行为或行为趋势，然后根据预测的结果提供自动化的服务，最终产生一种仿佛无所不知的“智慧化”图书馆用户体验。由于用户行为数据是进行预测最重要的基础，因此，智慧图书馆必须具备存储及处理大型数据的能力。与大型信息技术企业的智能家居相比，当前我国大多数进行智慧图书馆建设的图书馆尚未具备大型的数据存储及处理能力。少部分进行了初步智慧化建设的图书馆，例如，上海图书馆、深圳图书馆、广州图书馆、北京理工大学图书馆、厦门集美大学图书馆等，完成了图书的RFID标签改造、ZIGBEE短途通信网络架设、馆内图书导航移动手机APP应用［17］等建设工作。但是，这些属于智慧图书馆感知层和应用层的建设，作为核心数据支持的数据层建设则几乎没有。某些区域图书馆进行了数据中心建设的尝试，例如福建福州地区大学城策划建设福州地区大学城数据中心［18］，但是并未达到处理大型数据的预期效果。由于没有数据中心的支持，大量感知数据的存储及处理无法即时进行，高级智慧化应用也无法得到进一步的数据支持。

2.4.2区域数据处理的智慧化程度有待提高

在智能家居环境中，整体智慧化并非由数据中心管理系统单独提供，而是由多个功能子系统组合成的有机功能整体来实现。众多子系统提供各种智慧化功能，再由数据中心管理系统统一协调管理。例如，安防子系统负责门禁、监控、消防等的智慧化；节能子系统负责灯光的开闭、植物灌溉、空调开关等智慧化。与此类似，整体图书馆功能的智慧化，也是由多个局部智慧化子系统组合成的逻辑整体。因为，图书馆内有多种服务、设备、人员、物品，服务环境较为复杂，因此，图书馆被划分成许多局部的“小环境”，由不同的智慧子系统来分别进行管理。但是，目前我国智慧图书馆部署的各子系统功能仍有所欠缺。某些图书馆虽然部署了门禁、节能、背景控制、地图导航、服务预知等子系统，实现了某些局部的“智慧化”，但整体的智慧化能力仍有待完善，尤其是缺乏能够整体管理协调众多功能子系统的中心管理系统。

2.4.3尚未具备统一的设备通信标准，数据兼容性较弱

“万物互联”是智慧图书馆的一个建设目标，要实现这一目标，图书馆内部的物品及设备必须能够彼此识别。但是，受限于当前通信标准不统一，不同功能子系统间的设备数据兼容性较差或根本无法兼容。例如，三星的智能家居平台下，只有三星的设备可以较好地互联，而这在实际应用中是不现实的。同理，除了图书外，图书馆中尚有大量设备需要进行“物化”［19］改造，用户管理也会产生精确定位等需求，届时将产生大量不同格式的第三方数据。但现实情况是，包括智能家居、智能建筑在内，当前并无统一的互联通信标准，而出于垄断性经营的商业目的，某些大型信息技术企业对于推动统一的设备通信标准并不积极，造成当前智能设备间的数据兼容性普遍较弱。

3　智慧图书馆数据层建设的推进策略

3.1加快建设智慧图书馆数据中心

数据中心是智慧图书馆数据层的核心组成部分之一。数据中心具备强大的数据存储和计算功能，能管理感知层产生的海量非结构化数据，并为应用层的智慧化提供有力支撑。当前，数据中心建设的方案主要有两种。一是自建数据中心。百度、阿里巴巴、谷歌、IBM等企业为了拓展业务，都建设有独立的数据中心，例如，阿里云、谷歌drive等。自建的成本较高，后期维护对技术力量、资金等方面都有较高的要求，对普通的中小型图书馆来说存在较大的难度。因此，较为合理的做法是共建数据中心，即由区域内的图书馆共同出资构建并共同维护，通过设备联合采购、联合维护来进一步降低使用和维护成本，或者由国家图书馆、综合性大学图书馆及地区公共图书馆等实力较强的大馆牵头建设，区域范围内有数据使用需求的中小型图书馆以购买数据存储和计算资源等方式分摊数据中心建设成本。二是租赁亚马逊、阿里云、百度云等国内外大型云计算服务商提供的云服务。根据图书馆自身的实际情况，选择按使用流量或使用时间来缴纳费用，这种方式较适合资金不充裕的中小型图书馆。

3.2完善局部子系统建设并开发智慧数据中心管理系统

智慧图书馆数据中心管理系统实际是一个生态系统，由各个局部的功能子系统构成一个整体，再由数据中心管理系统来统一管理、调用。在功能子系统建设方面，除了当前各图书馆已建成的RFID标签识别子系统外，还要推进门禁子系统、安防子系统、背景识别子系统、远程监控子系统、节能子系统、图书导航子系统、图书自助借还子系统等建设，进一步完善图书馆整体的智慧化。在此基础上，再通过引入或开发类似“Xanadu”“SmartThings”“Brillo”等的智能数据中心管理系统，实现数据层的智慧化。例如，深圳盐田区图书馆部署了较为完善的局部数据子系统，包括智慧感知、智慧服务系统。通过智慧感知系统，该图书馆可根据读者佩戴的智能穿戴设备或者手机APP感知及获取读者位置，再根据人流量的多少自动调节空调温度、灯光强弱、通风等室内环境，并根据读者的使用历史、读者的阅读偏好等数据进行统计分析，主动进行信息推送。此外，读者还可以在入馆前，自行通过该馆提供的智慧服务系统APP，预先查询馆内坐席、停车位等的实时情况，进而决定是否要去图书馆。

3.3逐步推进统一跨平台的智慧图书馆通信协议的制定

不同设备遵循不同的通信标准，这严重制约了智慧图书馆的持续发展，因此相关部门必须要加快制定统一的、跨平台的数据通信协议，提高智慧图书馆的数据兼容能力。通信协议的制定需要一个过程，例如，对于移动支付协议，一开始各电商和银行都制定了各自独立的标准，彼此不能兼容，由于消费者需求的推动，最后在政府主导下达成了一致，制定了当前较为完善的支付标准。因此，智慧图书馆的数据通信协议的制定，也需要立足读者需求，从“以人为本”的个性化微服务［20］角度，在政府及相关行业学会的引导下逐步推进。

4　结语

2015年1月14日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于加快构建现代公共文化服务体系的意见》［21］，强调“结合‘智慧城市’和‘宽带中国’等国家重大信息工程建设，加快推进公共文化机构文化资源在智能社区中的应用……”，对图书馆推进公共文化服务的数字化、智能化建设，提出了具体要求［22］。实际上，我国不少图书馆尝试着进行图书馆智慧化的建设，并取得了一定成效。例如，江苏省苏州市吴江区图书馆着手构建“智慧图书馆之城”，大力吸引市民参与，取得了良好效果，对推广公共文化服务、整合公共文化资源起到了积极的作用。上海图书馆通过打造五新“智慧图书馆”，极大地提高了读者访问量及图书借阅量。根据上海图书馆公布的统计数据，该馆2014年度通借通还量超过了5700万册，大大超过往年的平均数量［23］。可见，推动智慧图书馆建设，不仅与我国的文化建设精神一致，也能有效地整合资源，推动图书馆业务的有效增长。但是，当前智慧图书馆研究局限在感知层和应用层，对作为重要核心的数据层的相关研究非常少。本文从研究相关大型信息技术企业的智能家居数据层建设的成功案例出发，就智慧图书馆的数据中心及其管理系统的建设提出一些探讨性的意见，旨在抛砖引玉，引起更多专家学者对这一核心问题的关注和重视。作者也将会在后续的课题研究中，针对数据中心的相关技术问题进行更深入的研究，以探索适合我国智慧图书馆数据中心建设的技术解决方案，为图书馆数据层的智慧化建设，提供有价值的思路和意见。

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Data Layer Construction of Smart Library Based on Smart Home Design

LING Zheng-qiang，HUANG Hui

AbstractThis article expounds the present development about smart home of several IT enterprises，explores the data center system and the main features of smart home. Drawing lessons from those enterprises about the data layer design of smart home，the authors propose to promote the data layer construction of smart library by creating data center，setting standards for cross platform data communication，developing data center management system and regional data subsystem，etc.

Keywordssmart home；smart library；data layer；data center system

作者简介凌征强，男，研究馆员，硕士生导师，广东省外语艺术职业学院图书馆馆长；黄辉，男，广东农工商职业技术学院图书馆副研究馆员。

收稿日期2015-10-26