物聯網技術在博物館智慧化文物保護中的應用

薄萍

摘 要：物聯網技術在博物館文物保護中的應用，可以有效提升博物館文物保護的智慧化水平，更加契合智慧博物館的發展要求。本研究設計了基于物聯網技術的博物館智慧化文物保護系統，該系統采用三層式架構，感知層通過在館內各個區域布設傳感器設備，獲取各類文物保護相關信息，通過網絡層上傳至應用層，應用層中的博物館文物保護綜合管理平臺負責各項文物保護管理功能的實現。該系統主要有文物保護環境監測與智慧化服務兩大功能，同時考慮到了文物保護與傳承，以文物保護環境監測實現對文物的預防性保護，以智慧化服務優化游客觀賞體驗，使更多的游客可以感受到文物的文化魅力。

關鍵詞：博物館；文物保護；物聯網技術；藏品管理；智慧化服務

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.01.010

0 引言

智慧城市的發展，帶動了博物館現代化建設的變革，智慧博物館已然成為新時期博物館轉型升級的必然路向。智慧博物館建設的核心技術包括大數據、物聯網、移動互聯和云計算，以四大核心技術驅動業務智慧化變革，是智慧博物館的核心任務。黨的二十大報告提出，“加大文物和文化遺產保護力度”，同時提出的“實施國家文化數字化戰略”也為博物館文物保護工作指明了方向。博物館需要采用先進的數字化技術實施智慧化保護，這也是智慧博物館轉型過程中的重要工作內容。物聯網技術目前在很多領域均有應用，可以在復雜的博物館建筑結構內提供強大的網絡服務，實現文物保護數據的快速傳輸，對文物保護工作的高效開展具有重要支撐作用。鑒于物聯網技術在博物館文物保護工作中的強大應用優勢，目前國內已有了一定的相關理論研究與實踐探索，但大多僅關注到物聯網技術在藏品管理中的應用，忽視了文物保護。物聯網技術的應用不僅在于保證文物的完整性，更在于使更多的人通過觀賞文物獲取到其背后的文化內涵，實現傳承與弘揚中華優秀傳統文化的目的。本研究從這一角度出發，提出了物聯網技術在博物館智慧化文物保護中的應用方案。

1 博物館智慧化文物保護的發展

隨著物聯網、元宇宙等新興技術的發展，傳統博物館文物保護手段逐漸表露頹勢，難以適應國家對文物保護工作提出的新要求。在此背景下，物聯網技術開始向博物館領域滲透。物聯網技術在國內文物保護領域的應用起步較晚，至今物聯網技術的應用尚未成熟，應用范圍尚存在明顯的局限性。物聯網技術在國內博物館文物保護領域中的應用大致起步于21世紀初，主要表現形式為以收藏職能為切入點，實施一系列以文物藏品為主的關于數字影像、收藏信息等基礎資源建設，如南京博物館的漢代銅牛燈的數字模型。隨著對物聯網技術理解與應用的加深，物聯網技術在文物保護領域的應用范圍也逐漸展開。2006年，故宮博物院開始應用物聯網技術進行展廳內文物保護環境監測工作。2009年，國內出現了首家采用RFID電子門票的博物館—中國科技館新館，并帶動了故宮博物院、河南博物院等一眾博物館紛紛開始采用RFID電子門票。2012年，由中國科學院上海高等研究院院長封松林主持的“文物保護領域物聯網建設技術創新聯盟成立大會暨智慧博物館—第二屆文物保護領域物聯網應用與發展研討會”在上海召開，開啟了我國博物館文物保護領域應用物聯網技術的新篇章。迄今為止，物聯網技術助力博物館智慧化文物保護已成為一種普遍性實踐，物聯網技術的應用范圍也從最初的單一藏品管理，轉變為藏品管理、環境監測、展館展示等，智慧化文物保護成果顯著。

2 基于物聯網技術的博物館智慧化文物保護方案

2.1 總體框架設計

本研究設計的基于物聯網技術的博物館智慧化文物保護系統，采用標準的三層體系架構，包括感知層、網絡層與應用層（圖1）。感知層由各類物聯網節點構成，包括RFID標簽、RFID閱讀器、溫濕度等規格類傳感器、攝像頭與移動端設備，通過各類物聯網節點獲取博物館各類文物的屬性與環境信息。網絡層同時采用無線網絡與有線網絡，網絡層負責將感知層采集的各類文物屬性與環境信息上傳至博物館文物保護綜合管理平臺。應用層是系統的核心部分，應用層負責處理網絡層上傳的各類文物相關數據，通過博物館文物保護綜合管理平臺進行文物保護全流程管理。不同層間的信息傳遞具有雙向性，可以實現交互控制。同時，不同層間的傳遞內容也具有多樣性特征，可傳遞RFID標志編碼、文物屬性數據、物聯網監測數據以及信息傳遞反饋結果等。

2.2 基礎模塊設計

基礎模塊主要實現人、文物與設備的信息管理，對應劃分出3個子模塊：①用戶管理模塊。該模塊主要負責用戶登錄與權限管理，用戶可分為一般管理人員與超級管理人員兩類，一般管理人員的權限包括信息查閱、文物日常盤點、文物流通登記，超級管理人員除了上述權限以外，還具備文物出入館登記、物聯網設備添加或刪除權限，用戶登錄管理可以避免無權限人員的登錄以及錯登問題。在具體實現時，需要在數據庫中建立用戶與權限關系表，用戶編號與權限編號采取多對多的關系，由權限編號與用戶進行對應，向用戶分配權限，用戶在實施功能操作時，識別用戶是否具有相應的權限，若沒有則直接給出信息提示，并拒絕用戶使用該功能。②文物管理模塊。該模塊主要負責文物信息的錄入、查詢、顯示、統計、打印與導出等，其中針對文物信息查詢設計了簡單查詢、條件查詢、模塊查詢與批量查詢四種查詢方式，以便于用戶快速找到對應的文物信息。文物信息包括文物名稱、類別、等級、登記號、質地、保存狀態、來源、正視圖、俯視圖、局部圖等，通過RFID電子標簽可獲取文物信息。電子標簽讀取方式分為固定式讀寫器與手持式讀寫器兩類，當環境內存在多個電子標簽時，采用手持式讀寫器進行人工錄入。③設備管理模塊。該模塊主要負責館內各類設備管理，包括RFID電子標簽、RFID讀寫設備、溫濕度等傳感器設備等。因為設備類型眾多，可能面臨著數據傳輸格式多元化而引起的無法統一管理問題，因此需要采用設備管理模塊實現統一管理，用戶需要根據構建的感知節點信息模型錄入設備，并將對應的信息模型上傳至傳感器資源管理平臺，從而實現各類設備的標準化管理。

2.3 文物保護環境監測設計

博物館文物保護工作受到客觀環境影響非常大，包括溫度、濕度、光照等，因此需要進行文物保護環境監測。文物保護環境監測的實現同樣需要感知層、網絡層與應用層的共同配合。感知層通過在館內布設各類傳感器節點，進行溫度、濕度與光照數據的采集，傳感器節點通過統一的路由協議，將所有數據匯聚到匯聚節點后，通過網絡層傳送至博物館文物保護綜合管理平臺，由環境監測管理模塊進行存儲、分析與處理，從而完成對環境數據的實時監測。

所有傳感器節點均具備收集與處理數據、無線通信的功能，傳感器節點的構成包括傳感模塊、數據處理模塊、數據傳輸模塊與能量供應模塊。①傳感器模塊。該模塊主要負責數據收集，通過在館內各個區域配置傳感器模塊，實現對全館范圍內的環境數據實時采集，傳感器模塊主要應用的傳感器類型有溫濕度傳感器與光照傳感器，傳感器模塊可以將收集到的環境信息轉化為數字信號。②數據處理模塊。該模塊主要負責處理傳感器模塊以及其他節點采集的各類環境數據，該模塊由嵌入式操作系統構成。此外，該模塊還具有協調傳感器各部位以及控制電源工作模式的功能。③數據傳輸模塊。該模塊主要負責將傳輸器輸出的數據通過網絡層上傳至博物館文物保護綜合管理平臺，該模塊需要解決無線通信方式中載波頻段選擇、信號調制、數據傳輸速率、數據編碼等問題，可以通過有線通信與無線通信相結合的方式進行節點間與平臺間數據的收發。④能量供應模塊。該模塊主要負責向傳感器設備供應電能，電源管理單元用于選通各類傳感器，所采用的芯片為多路器芯片ADG715BRU，通過12C總線進行智能化控制，使傳感器在使用過程中帶電，否則將處于休眠狀態，符合新時期的節能用電理念。能量供應模塊負責向其他三個模塊供電，一旦能量供應斷開，節點會立刻退出網絡中，其余節點再次組網，原本路由隨之改變，因此可通過能量供應模塊決定網絡節點的使用時間。考慮到館內走線不便利，且容易造成火災安全隱患，采用電池作為電源。

此外，管理平臺中的環境監測管理模塊嵌入了云服務平臺，云服務平臺是實現文物保護環境功能的關鍵。云服務平臺通過AI算法、深度挖掘技術等核心技術構建數據模型，通過數據模型對網絡層傳輸的環境監測數據進行處理與分析，并實現智能化預警（圖2）。在云服務平臺中，互聯網設備入網、認證和管理系統負責接收傳感器節點傳輸的數據，并對數據進行認證與管理，確保采集到的數據為有效數據，并上傳至監測數據分析處理系統進行分析與處理，形成可視化數據處理結果，將其結果存儲到數據存儲及維護系統。相關管理人員可通過信息發布服務器調取可視化處理結果，利用設備遠程更新與指揮系統向各個傳感器節點發布查詢、監視等控制與管理命令。

2.4 智慧化服務設計

博物館文物保護除了要重視環境監測以外，還需要注重服務的優化升級，使更多的游客享受更優質的文物觀賞體驗，因此在系統中嵌入了智慧化服務管理模塊。智慧化服務管理模塊的主要功能有智慧化導航服務、智慧化信息服務與開放式資源服務。①智慧化導航服務。目前很多博物館已經非常注重智慧化導航服務，傳統導航服務通常分為兩種模式：一種為導游講解，這種模式形式較為單一，部分游客若對文物產生探究興趣，需要對文物的歷史根源進行深度挖掘，此時導游就難以滿足游客的個性化需求；另一種為自行觀賞，這種模式下游客只能通過實物與文字來了解文物，內容過于書面化，游客體驗效果不佳。而智慧化導航服務需要充分利用互聯網技術、VR技術、AR技術等，打造虛擬博物館，以虛擬服務人員引導游客觀賞，在文字介紹的基礎上會配有相應的圖片以及虛擬服務人員的講解，當游客需要深度了解時，虛擬博物館還可以彈出與之相關的網絡鏈接，以獲取到更多的相關信息。同時，虛擬博物館一比一還原真實博物館，游客在虛擬博物館中可有與實體博物館相似的參觀體驗，使更多的游客足不出戶便可了解館內各類文物。②智慧化信息服務。博物館的主要服務對象有外來游客與本地參觀者，智慧化信息服務面向主要服務對象提供個性化信息服務，具體是指服務方式個性化、服務內容個性化、預訂服務個性化。服務方式個性化是指采用現代信息技術進行個人信息內容定制以及在線咨詢服務，需要創建電子資源數據庫，通過構建用戶畫像模型進行游客個性化需求的識別，從而精準推送其需要的信息服務，并以人機交互的方式增強服務體驗。博物館需要提供App無線網絡接口，游客可通過智能終端下載App，并通過內部局域網進行RFID標簽掃描，從而獲取文物信息及相關講解視頻。服務內容個性化是指用戶可通過個人門戶定制其關注的文物領域，如朝代、文物類別等，若館內藏品有相應更新，會通過個人門戶向用戶進行推送。預訂服務個性化通過RFID電子標簽識別用戶所需服務的時間、空間及特征，并向用戶及時推送準確的服務信息。③開放式資源服務。主要目的在于實現全方位的人機交互一站式信息服務，這一點也是智慧化導航服務與智慧化信息服務難以實現的。開放式資源服務是指通過大數據技術對文物數據進行歸類與整理，并向游客主動推送數字文物資源，需要向游客開放博物館門戶網站與服務平臺入口，從而實現游客在線進行查詢與檢索。博物館需要建立數字文物資源庫，按照數字資源將所有內容劃分為可供查詢與可供觀賞兩類。針對可供查詢的內容，應覆蓋各項文物資源，做到精準地向游客推送其潛在的需求資源。便于用戶進行存取，需要最大化地以當前數字文物資源進行管理與規劃，使其盡可能自由開放，尤其是針對館內特色數字文物資源，一定要在觀賞部分做到盡可能人性化。整個系統通過大數據與物聯網技術構建游客智慧化服務場景，大大提高用戶的感知度，使各類文物數字資源可以立體化地呈現給游客。

3 結束語

面對智慧博物館的發展，博物館在文物保護上應積極響應實施國家文化數字化戰略，采用物聯網技術等新興技術不斷提升文物保護的智慧化水平。本研究設計了一套基于物聯網技術的博物館智慧化文物保護系統，該系統可用于文物保護工作，通過各類傳感器設備獲取文物信息、設備信息以及各類環境監測信息，從而實現對文物保護環境的智慧化監測與館藏文物的智慧化流通管理，相比于傳統人工管理模式，在管理效率與水平上可以實現大幅提升。同時，考慮到文物保護的目的是充分發揮出文物所具有的文化傳承作用，這一點需要優化服務質量才能實現，因此系統又設計了智慧化服務，可以為游客提供智慧化導航服務、智慧化信息服務與開放式資源服務，優化游客的文物觀賞體驗。

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