基于数字孪生的高校图书馆智...服务数据治理自适应模式研究_王静.pdf

2023 年第 3 期（No.3.2023）001智慧图书馆研究基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理自适应模式研究*王 静1，2 李新春2 尹良伟1 王 鹏1 陈秀秀2（1.中国矿业大学图书馆 江苏徐州 221116；2.中国矿业大学经济管理学院 江苏徐州 221116）摘 要 高校图书馆智慧服务数据治理是重要的研究领域，数字孪生技术的出现为数据治理过程中的信息物理融合提供了新的解决途径。本文以高校图书馆智慧服务数据治理为研究对象，结合复杂自适应系统理论分析数字孪生技术在高校图书馆智慧服务数据治理中的应用，提出基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理五维模型，以中国矿业大学图书馆智慧服务建设愿景为例，建立基于数字孪生的智慧服务数据治理自适应模式架构，以期为高校图书馆智慧服务数据治理体系的理论研究提供参考。关键词 数字孪生 智慧图书馆 数据治理 自适应模式 高校图书馆中图法分类号 G251.5引用本文格式 王静，李新春，尹良伟，等.基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理自适应模式研究 J.图书馆，2023（3）：17.*本文系国家社会科学基金项目“基于数字孪生的高校智慧图书馆数据治理模式及机理研究”（项目编号：22BTQ023）的研究成果之一。1 引言2020 年 3 月，中共中央 国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见 发布，提出加快培育数据要素市场，加强数据资源整合和安全保护1。高校图书馆作为高校教学和科研的信息中心，当前面临着以数据为核心资产的服务创新难题。2020 年 4 月，国家发展改革委、中央网信办发布 关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案2，“数字孪生”被多次提及，其受关注程度已经上升到国家高度。文章探索基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理自适应模式，重视发挥人、机、物的主动性、协同性，为高校图书馆可持续性的数据治理科学研究提供参考。2 研究背景2.1 高校图书馆与数据治理近年来我国高校图书馆逐渐重视数据治理研究，国内相关文献主要有：卢凤玲3阐释了智慧图书馆与数据治理的关系，构建了一个以数据为核心、以业务流为驱动，融合数据治理体系的智慧图书馆框架。吴锦池等4提出图书馆数据治理的构成要素模型，确立图书馆数据治理评价体系。任亚忠5从图书馆视角出发，系统论述了我国图书馆参与数据治理的可行性。包冬梅等6提出我国高校图书馆数据治理框架CALib 框架。与此同时，国外学者对高校图书馆数据治理也进行了研究。2004 年，H.J.Watson7首先提出数据治理概念。W.Bentil8介绍了加纳大学图书馆的数据资源管理工作流程，让用户参与资源管理的选择和评估。J.Wang9提出利用深度学习算法的智能选择过程来筛选用户的兴趣，从而快速、准确地为用户提供他们感兴趣的数据资源。S.Joo 等10评估了研究型大学不同学科的研究人员对数据协助的需求，研究人员认为最需要的服务包括定量分析和数据可视化方面的帮助。2.2 复杂自适应系统理论与图书馆智慧服务数据治理复杂自适应系统理论是美国学者 J.H.Holland 于 1994(Library)002 2023 年第 3 期（No.3.2023）年提出的11，其核心思想是将系统中的每一个具有适应性的主体与外部环境之间的互动关系视为系统演化运动的本质。高校图书馆智慧服务数据治理是一个复杂的自适应系统，可以将图书馆智慧服务看作系统中具有自适应行为的主体，主体之间和主体与外部环境之间在主体运动规则的限制下演化运动，运用复杂自适应系统理论可让高校图书馆智慧服务数据治理更具描述性。梁继峰等12以宏观规划与监管机制、信息组织引导机制、智慧管理服务机制和自适应响应优化机制等为基本内容,构建适应图书馆智慧服务发展模式的信息生态平衡机制。刘健等13利用知识生态系统所具备的自组织与自适应特征，激活知识数据元的智能组织属性，实现图书馆智慧服务中的知识群落生态化过程。杨平生14构建了图书馆自适应学习中心的框架，包括数据采集处理、学习者画像聚类、学习内容建设与资源推荐等模块。2.3 数字孪生与图书馆智慧服务数据治理美国密歇根大学教授 M.Grieves 于 2003 年提出数字孪生概念，这一概念主要应用于产品生命周期的管理15。目前，数字孪生在图书馆智慧服务数据治理领域的应用主要有以下研究成果：王东波16提出数字孪生在图书馆智慧服务的应用场景是基于海量数据、高性能算力、信息模型和数字仿真的闭环过程。张兴旺等17认为数字孪生图书馆包括图书馆物理实体、数字孪生模型、数字孪生服务体系和图书馆孪生大数据四个要素。王璐等18提出数字孪生图书馆五维模型，围绕全周期管理理念对其运行机理、体系架构、协同驱动框架及其数字孪生模型构建等进行分析。孔繁超19指出数字孪生技术与其他智能技术的整合运用将促进图书馆虚拟空间和物理空间的融合，构建更加智慧的图书馆空间。石婷婷等20分析了数字孪生技术在图书馆智慧服务的应用场景，基于数字孪生技术设计智慧图书馆体系架构。综上，国内外学界已经开始关注图书馆数据治理研究。对于高校图书馆而言，笔者认为基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理主要是利用数字孪生技术，以数字化方式创建智慧服务物理实体的虚拟映射，对图书馆智慧服务相关内容进行数据治理。而基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理自适应模式就是在不确定的状态下，实时动态地为后续的数据治理选择合适的规则，从而能在条件受限时优化目标，并完成治理，使高校图书馆智慧服务运行状态始终保持最优。数字孪生可以构建一条从物理图书馆直接感知、采集、汇聚数据到虚拟图书馆的通道，不断驱动图书馆智慧服务业务对象、过程与规则的数字化，加强数据治理在高校图书馆智慧服务整个数据价值闭环中的作用与价值。本选题拟围绕基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理的模式问题开展研究。3 基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理内容2022 年 9 月底上海图书馆东馆正式开放，其采用全生命周期 BIM 数字化设计、建造和运维21。上海图书馆东馆采用数字孪生技术，融合能耗监控、楼宇自控、图书分拣、设备运维和安防监控等动态信息，实现智慧化运维。其中，图书分拣系统运行管理可将图书分拣系统设备静态和动态信息有机融合，图书的运行状态、分拣状态可以通过图书馆数字孪生智慧管理平台实时监测，当书篓满载后将自动微信通知图书馆管理员，有效提高管理效率。上海图书馆数字孪生智慧管理平台为高校图书馆基于数字孪生的智慧服务数据治理提供了很好的借鉴。此外，复旦大学赵星教授认为图书馆可以利用数字孪生来实现增强现实和虚实交互，一方面人与人、人与世界的知识交流能够用增强现实的方式实现，另一方面信息、知识与人能够以更好的方式实现虚实交互22。作为一名高校图书馆的工作人员，笔者认为基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理内容主要分为七个方面：智慧阅读服务。高校图书馆利用数字孪生技术可实现对用户阅读行为数据的全过程采集，实现阅读资源的精准推荐，拉近用户与智慧阅读服务中图书资源的距离。例如，高校图书馆可以利用数字仿真、3R（VR、AR、MR）技术，构建高仿真、高精度、高清晰的图书孪生模型，并为用户营造三维立体感知、沉浸式体验的虚拟空间23。此外，用户可以使用无标记的 AR 系统在物理空间中与虚拟图书馆进行交互体验，当用户对虚拟图书馆中一本图书资源进行“凝视”，该行为被跟踪并映射到智慧阅读服务系统的虚拟库中，随后用户可以获得该图书的数字版本下载和阅读服务24。智慧资源导航服务。高校图书馆可以依托数字孪生技术还原图书馆物理场景，以三维数字化呈现的方式将物理图书馆智慧导航服务过程中的资源数据融入虚拟空间，将物理图书馆馆藏和虚拟图书馆馆藏连接为一个有机的整体，实现物理图书馆与虚拟图书馆的智能书架、图书定位设备等全息互联。用户将结合友好的人机交互操作方式，通过移动显示器、可穿戴设备等在线检索图书馆馆藏资源布局，体验可视化馆藏查询等沉浸式服务。智慧教学服务。基于数字 2023 年第 3 期（No.3.2023）003孪生的智慧教学服务数据治理能够突破物理条件的限制，通过仿真、预测、监控、优化和控制，实现信息素养教学服务数据治理的持续创新。例如：通过基于数字孪生虚实融合、情景交融的信息素养课堂，用户可以在更好的学习体验中制定更适合自己的学习规划，预测学习结果，提升用户学习成效与体验。Liu S 等（2020）分析了数字孪生技术的特点，展望了全息课堂的应用前景，包括升华学习空间、优化远程学习过程等25。智慧空间服务。高校图书馆借助数字孪生技术分析图书馆智慧空间服务中的各项关键数据要素，通过虚拟图书馆空间与物理图书馆空间的融合交互，营造沉浸式智慧知识服务空间，赋予用户身临其境的学习体验。例如：高校图书馆可以结合数字孪生技术构筑数字孪生智慧空间，用户可以通过网上参观图书馆空间，感知无时空限制的全方位学习环境，实现对图书馆智慧空间服务的沉浸式体验26。智慧学科服务。基于数字孪生的智慧学科服务充分利用虚实共生的数据驱动功能，预测用户的个性化需求变化与运动发展轨迹，挖掘用户潜在需求，为用户提供一种可观察、可体验和可预测的学习环境和资源，进一步提升用户的知识技能学习效率。智慧安防服务。智慧安防服务数据治理包括环境监测、视频监控、门禁管理、能源调度、人流密度、风险预警等多项内容数据治理，能够实现对图书馆建筑、用户、图书、设施设备等数据要素的实时监控，将高校图书馆智慧服务核心系统的关键数据可视化呈现，支持安防报警事件快速显示、定位。在数字孪生背景下，高校图书馆智慧安防服务可以实现对图书馆各要素的动态监测。例如：高校图书馆智慧安防服务可以运用跟踪定位、远程调度使应急事件形成处理闭环。通过智慧安防服务，用户可以从不同角度观察、分析数据，及时感知态势，面对公共安全突发事件能够迅速作出反应。数字人文建设。数字人文建设数据治理是近几年高校图4 基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理五维模型构建北京航空航天大学陶飞等提出数字孪生五维模型的概念，并对数字孪生五维模型的组成架构及应用准则进行了研究27，数字孪生五维模型如下式所示：MDT=（PE，VE，Ss，DD，CN）式中：PE 表示物理实体，VE 表示虚拟实体，Ss 表示服务，DD 表示孪生数据，CN 表示 PE、VE、Ss 和 DD 之间的连接28。结合数字孪生五维模型，本研究提出基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理五维模型，其主要由物理图书馆数据治理、虚拟图书馆数据治理、智慧服务、数字孪生数据与各部分间连接五个部分组成，如图 1 所示。该模型以智慧服务的协同开发贯穿于其全周期管理过程，智慧服务内容主要包括智慧阅读服务、智慧资源导航服务、智慧教学服务、智慧空间服务、智慧学科服务、智慧安防服务和数字人文建设，通过相应的数字孪生数据驱动，将物理图书馆数据治理与虚拟图书馆数据治理进行有效融合。（1）物理图书馆数据治理物理图书馆数据治理由知识资源、软硬件设施、信息技术、业务规则、管理与服务行为等相应的数据治理有效融合与集成，通过传感器技术和物联网技术，可以实时采集智慧服务生命周期内产生的数据。同时，这些数据还可以由网页用户浏览记录、电子资源下载记录、评价反馈等其他数据补充。所有的数据都可以在云平台中存储和处理，图书馆管理人员和联网用户都可以方便地获得这些数据。（2）虚拟图书馆数据治理虚拟图书馆数据治理包括物理图书馆对应的几何模型、物理模型、行为模型和规则模型相关的数据治理29。几何模型是用几何概念描述图书馆的形状和位置关系等特图 1 基于数字孪生的高校图书馆智慧服务数据治理五维模型结构示意图书馆智慧服务的新方向。高校图书馆在数字人文建设中可以结合数字孪生技术对特色馆藏书籍进行虚拟数字建模，利用数字孪生的全方位映射与虚拟现实技术生成特色馆藏书籍数字孪生体，一方面可以丰富用户的阅读方式，另一方面能够更好地保存原始文献，甚至连许多堪称图书馆镇馆之宝的孤本都能得以利用。同时，图书馆得以向用户提供直观、便于理解的特色馆藏资源不同历史阶段的数据、信息和模型，枯燥晦涩的二维文字、图纸插画、人物场