物聯網時代博物館智慧化初探

劉暢

[摘 要]隨著物聯網技術在社會各個領域的應用，博物館陳列專業硬件設備也呈現出智慧化趨勢。本文以國家典籍博物館中智慧照明系統、智能環境監控系統為例，介紹了物聯網技術如何被應用到典籍博物館陳列專用設備中，以及其應用給博物館帶來的積極作用，并對物聯網技術在博物館基礎設備中的應用前景進行了展望。

[關鍵詞]物聯網；智能照明系統；智能環境控制系統

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.08.064

[中圖分類號]G261 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）08-0-04

1 物聯網時代來臨

物聯網（The Internet of Things，IOT），字面含義為“物物相連的互聯網”。物聯網是對當今各種新技術、新理念的高度融合，它打通了電子技術、自動化技術、通信技術、生物技術、機械技術、材料技術等以往關聯不大的技術之間的通道，使得這些技術真正融合為一個整體，從而實現從人與人向人與物、物與物的拓展。1995年比爾·蓋茨第一次以智能家居的形式提出物聯網的概念，2005年國際電信聯盟（ITU）舉辦年度信息社會世界峰會（WSIS）上發布的《ITU互聯網報告2005：物聯網》中，正式從技術細節、商業應用、個人生活的改變等諸多角度做出了全面分析和展望，正式確立了當前公認的物聯網概念。隨著智能芯片單位成本的降低和網絡通訊技術的飛速發展，物品與物品之間的信息互聯成為真實可能，物間的鏈接從最初的信息反饋發展到現階段的智能互動已經取得了長足的發展。無論是交通管理、市政管理，還是金融服務、健康醫療，物聯網已經或顯性或隱性地融入社會生活中的每個角落。

在這種形勢下，國家陸續出臺一系列政策支持物聯網產業發展。2011年11月28日，工業和信息化部發布《物聯網“十二五”發展規劃》；2013年2月5日，國務院辦公廳發布《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》；2013年9月5日，發展和改革委員會發布《關于印發10個物聯網發展專項行動計劃的通知》。2017年1月17日，工業和信息化部發布物聯網2016年至2020年發展規劃。國家層面對物聯網發展的高度重視，亦說明物聯網正以超出預期的速度，對人類的生產方式、生活方式、思維方式甚至文明演進產生著深遠的影響，物聯網時代已經來臨。

2 物聯網技術對博物館陳列基礎設備的滲透

在物聯網技術大潮的沖擊之下，博物館領域也同樣被物聯網技術滲透。對觀眾來說，最為熟悉的莫過于智能語音導覽設備，這類設備一般依托RFID（無線射頻識別）技術、NFC技術實現相關功能。實際上不僅在觀眾服務方面，在博物館后臺運行管理中，例如：基于RFID技術的藏品管理系統、文物預防性保護檢測系統，基于射頻技術、GIS定位技術等的安防、消防系統等都逐步進入現代博物館管理者的視野中。而照明燈具、環境控制終端等博物館陳列基礎設備，也在物聯網技術的滲透下，不斷完成功能更新，在博物館運營中扮演著愈加重要的角色。

3 物聯網技術在國家典籍博物館陳列基礎設備中的應用

國家典籍博物館是在2012年7月掛牌成立，并于2014年9月投入試運營的一家以陳列典籍為主的博物館。國家典籍博物館的籌備時期，正值物聯網技術趨于成熟，國家物聯網政策全面推出的時刻。所以博物館中的大量陳列基礎設備都應用了物聯網技術。其中以智能陳列照明系統、智能環境監控系統最為突出。這兩套系統不但大大降低博物館的運營成本、減少人力投入、為觀眾提供更好的觀展體驗，還為文物提供更好的保護，使博物館良性可持續運營成為可能。

3.1 基于物聯網技術的展陳專用智能陳列照明系統

典籍博物館展陳專用智能陳列照明系統是基于DALI（數字可尋址照明接口技術）的一種智能照明系統。DALI系統如圖1所示。

這套系統中每一盞燈都是一臺智能終端，每個智能終端內部可存儲獨立地址、組信息、燈光場景設置及燈光漸變時間等各種照明調試信息。所有的智能燈具終端既可以進行單個設備控制也可以分組控制。在光源構成方面，由于LED燈具無紅外和紫外光譜，對文物照明具有極高的安全性且發光效率遠高于其他類型光源（不同光源性能比較見表1）。所以智能燈具的光源部分選用了高顯色性LED光源。

這種DALI技術結合高顯色性LED光源的智能照明燈具，通過網絡與控制終端進行實時的通訊，并且可以對每一個智能終端進行管理。由此帶來的優勢主要體現在以下幾方面。

（1）節約能源。LED光源發光效率高，以表1華格軌道燈Swallow為例，單個燈泡發光效率為80 lm/W，而普通節能燈光效45-50 lm/W，光效直接提升40%。而且由于能夠實現即時控制每盞燈具的開關及照度，一些隱性耗能也可以節約。僅以開關照明設備這一常規操作為例，按照每天一人分別走到10個展廳，陸續關閉每個廳內的功率為30 W的300盞燈計算，每年因開關燈具操作而多消耗的電費支出就高達6.4萬元。智能燈具則可以接受遠程指令控制開關，直接省掉這部分費用和能源消耗。

（2）節約人力成本。典籍博物館10個展廳中共有智能燈具3 000余盞，日常僅一名兼職維護人員進行維護，這正有賴于物聯網智慧照明系統的支持。智能照明終端、控制終端、用戶操作界面終端三個接口，通過物聯網技術進行實時鏈接，可以實現對每個智能照明終端進行狀態監測，并且可以對其工作狀態實施調整和管理。在展覽布展階段，陳列燈光師不需要像以往一樣爬上爬下布光作業，只需站在文物前，使用筆記本電腦或者掌上終端即可對照度等照明技術參數進行控制，減少電氣作業的安全風險和體力消耗，提高工作效率。在展覽運行維護階段，維護人員可以通過控制終端實時監控每個智能照明終端的工作狀態，亦可通過根據實際陳列要求設置預警區間的方式，實現在不巡視展廳的情況下，依靠智能終端主動報送的故障信息，以最快速度進行問題處理。這一改過去粗放的燈光管理模式，實現了標準化、數據化、精準化與高效化管理。

（3）促進文物保護。典籍博物館中陳列的文物基本為對光線極為敏感的紙質善本，國家文物局對這類文物的照度、曝光量有明確的規定（見表2、表3）。

典籍博物館的智能照明終端配有主動紅外感應系統，當偵測到智能燈具照明可視范圍內沒有觀眾時就會降低照度或者暫時關閉燈具；反之，則提高照度或者開啟照明燈具。非智能燈具，以50 lx照度，每天照射敏感文物8小時，則文物日曝光量為400 lx·h。而采用具備主動紅外感應的智能燈具，燈具隨是否有觀眾而開閉，按每個觀眾在文物前停留20秒，每日1 000名觀眾，則文物日曝光量為277.5 lx·h。由此隨著時間的積累可以顯著降低文物的曝光量高達31%，對文物的保護作用顯而易見。

3.2 智慧環境監控系統

博物館陳列中的主角就是文物，文物陳列的基本條件之一就是文物陳列的環境安全，具體是指文物陳列位置的環境應該是符合文物保護標準，并且沒有人為侵犯隱患。常規上博物館對于重要的文物會設置專用的封閉線路，安置溫度、濕度、紫外、照度、二氧化碳、顆粒物、VOC氣體、重力加速度、紅外、聲強、玻璃破碎與移動探測等數個探測器給一個或多個重要文物，但是僅僅是把這些設備的線路鋪設一次，線路直徑就已經不會小于1 cm，無論是實施難度、涉及經費還是施工周期等方面操作性都不強。所以目前很多博物館只能從中選取少量設備進行安裝，甚至臨時陳列都沒有監控設備，加之展廳不同位置微環境不盡相同，很多陳列的文物處于重重隱患之中。

典籍博物館陳列環境監控系統是一套基于物聯網技術的溫度、濕度、氣體成分、光照度的實時監控系統。它完全改變了原始的布線方式，全數字信號傳輸、集成型傳感器、無線加密傳輸技術等結合在一起，打造出了新型的環境監測系統。由此而帶來的優勢主要體現在以下幾個方面。

（1）節約經費。博物館陳列設計者可以使用一個閉環無線網絡節點，同時控制250余個監測終端。陳列設計者不僅免去高額的布線費用，而且還可以移動或反復使用這些智能終端，大大節約了成本投入。

（2）提高效率。由于這些基于物聯網的監測終端采用無線技術，安置這些監測點傳感器可以和布置文物同時進行，幾乎不需要額外耗費施工時間，也降低帶文物作業所帶來的安保隱患。

（3）智能保護文物。以典籍博物館陳列珍貴文物的一個面積為800 m2展廳為例，廳內安置有80余個各類監測裝置，針對展廳內的氣體環境、溫濕度（如圖2所示）、照度、氣體成分與紅外紫外等進行24小時不間斷的監控與記錄。通過對這些數據進行監測和分析，就可以了解展廳不同區域，不同文物位置的環境參數。依據這些參數可以有針對性地調整環境控制設備的工作狀態，以提供給文物更好的保護。

（4）提供研究依據。通過長期、不間斷地對展廳文物陳列環境進行數據積累，管理人員可以對這些數據進行分析，逐步總結出季節、天氣、觀眾數量及大氣污染程度等因素對文物陳列環境的影響，從而可以確切地了解哪些文物存在哪種形式的安全隱患，給未來如何安全的陳列文物提供切實可行的依據。

4 阻礙物聯網技術大規模在博物館基礎設備中應用的因素

初期物聯網技術在博物館中的應用僅局限于基于RFID技術的電子門票系統、基于無線定位技術的智能導覽系統、基于網絡拓撲技術的多媒體中央控制系統以及基于二維碼技術的觀眾互動系統等，而博物館基礎業務也僅限于基于電子標簽技術的藏品管理系統。物聯網技術很少應用于基礎設備，主要原因如下。①基礎設備往往在博物館建設初期就已經一次性設計并購置到位，如果不是新建立博物館往往不會大規模重新購置。②具備物聯網功能的智能設備往往價格不菲，盡管通過長期運營過程節約出來的經費使其性價比遠遠高于不具備物聯網功能的設備，但還是會產生一次性采購門檻。③物聯網智能設備節約的是人力和后期運行經費，提高的是總體運行效率。而博物館維護運行機制已經是經過長期運行而固化下來，而機制要隨著物聯網技術應用改變，需要一個較長的周期。④物聯網應用于基礎設備中，是基礎設備的技術變革，這對使用和管理人員提出了新的要求，而人員技術的提高需要一個長期的過程。

⑤博物館頂層設計和管理人員重視不足。物聯網是一個新興的技術領域，博物館的設計者和管理者很難及時、全面了解這個技術，更難于將其在短期內應用到各個領域。⑥物聯網的穩定性、安全性等尚有待時間的考驗。物聯網技術作為新興技術，方興未艾，然而這一技術是否存在漏洞，能否安全地在國家公共文化機構特別是博物館這樣具有收藏、保護功能的文化設施中大規模應用，仍有待繼續試驗、觀察和論證。

5 物聯網技術在博物館基礎設備中的應用前景

如果能建立一個大型的中央數據分析與控制系統，將已經應用物聯網技術的電子門票、智能導覽、藏品管理系統等所反饋的觀眾和文物信息進行分析整合，然后反向控制相關的智能化的照明、多媒體、環境控制系統等博物館基礎設備，就可以全面實現博物館智能化運行，給觀眾提供更好的服務。例如：未來如果博物館可以提供一種具備物聯網功能的門票，并通過門票對觀眾在博物館內的各種行為進行大數據分析，博物館管理者就可以知道不同類型的觀眾在展覽什么位置停留了多久，喜歡什么，有什么樣的需求；然后再依據這個具備物聯網功能的門票，提供給每個觀眾智能化服務，比如：適合觀眾的個性化溫濕度、適合觀眾的個性化燈光、適合觀眾的個性化展品信息查詢服務，等等。

與其他已經應用了物聯網技術的電子門票、智能導覽、藏品管理系統等一樣，在博物館基礎設備，如照明設備、環境監控設備、環境調節設備及安全防衛設備等上應用物聯網技術，使基礎設備實現智能化、網絡化。美國科技博客TechCrunch撰稿人扎克·蘇帕拉（Zach Supalla）指出：“許多物聯網商業模式是通過減少勞動力來提高運營效率”，即物聯網技術可以顯著降低博物館的人員維護投入，并且降低運行維護的成本，使博物館運行整體的效率大大提高。長期來看，這些智能的、網絡化的終端一旦被一個智能化的數據分析和控制系統整合，協調運轉，打破現階段孤島型的設備獨立運作模式，依托物聯網技術使所有智能設備間的信息進行共享并且分析統合，最終會形成反向的融合集成與協調運作。博物館設備就可以從根本上改變現代博物館設備的運行模式。在博物館服務方面，也可以提供給觀眾個性化的博物館體驗，使博物館良性可持續發展成為可能。

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