薄萍

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館文物保護中的應(yīng)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(fā)展要求。本研究設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的博物館智慧化文物保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用三層式架構(gòu)，感知層通過在館內(nèi)各個區(qū)域布設(shè)傳感器設(shè)備，獲取各類文物保護相關(guān)信息，通過網(wǎng)絡(luò)層上傳至應(yīng)用層，應(yīng)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(xiàn)。該系統(tǒng)主要有文物保護環(huán)境監(jiān)測與智慧化服務(wù)兩大功能，同時考慮到了文物保護與傳承，以文物保護環(huán)境監(jiān)測實現(xiàn)對文物的預防性保護，以智慧化服務(wù)優(yōu)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(guān)鍵詞：博物館；文物保護；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；藏品管理；智慧化服務(wù)

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

0 引言

智慧城市的發(fā)展，帶動了博物館現(xiàn)代化建設(shè)的變革，智慧博物館已然成為新時期博物館轉(zhuǎn)型升級的必然路向。智慧博物館建設(shè)的核心技術(shù)包括大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)和云計算，以四大核心技術(shù)驅(qū)動業(yè)務(wù)智慧化變革，是智慧博物館的核心任務(wù)。黨的二十大報告提出，“加大文物和文化遺產(chǎn)保護力度”，同時提出的“實施國家文化數(shù)字化戰(zhàn)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(shù)字化技術(shù)實施智慧化保護，這也是智慧博物館轉(zhuǎn)型過程中的重要工作內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前在很多領(lǐng)域均有應(yīng)用，可以在復雜的博物館建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)提供強大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實現(xiàn)文物保護數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館文物保護工作中的強大應(yīng)用優(yōu)勢，目前國內(nèi)已有了一定的相關(guān)理論研究與實踐探索，但大多僅關(guān)注到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在藏品管理中的應(yīng)用，忽視了文物保護。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)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(nèi)涵，實現(xiàn)傳承與弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的目的。本研究從這一角度出發(fā)，提出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館智慧化文物保護中的應(yīng)用方案。

1 博物館智慧化文物保護的發(fā)展

隨著物聯(lián)網(wǎng)、元宇宙等新興技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)博物館文物保護手段逐漸表露頹勢，難以適應(yīng)國家對文物保護工作提出的新要求。在此背景下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始向博物館領(lǐng)域滲透。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)文物保護領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚，至今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用尚未成熟，應(yīng)用范圍尚存在明顯的局限性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)博物館文物保護領(lǐng)域中的應(yīng)用大致起步于21世紀初，主要表現(xiàn)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(guān)于數(shù)字影像、收藏信息等基礎(chǔ)資源建設(shè)，如南京博物館的漢代銅牛燈的數(shù)字模型。隨著對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理解與應(yīng)用的加深，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在文物保護領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也逐漸展開。2006年，故宮博物院開始應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行展廳內(nèi)文物保護環(huán)境監(jiān)測工作。2009年，國內(nèi)出現(xiàn)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(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立大會暨智慧博物館—第二屆文物保護領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與發(fā)展研討會”在上海召開，開啟了我國博物館文物保護領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新篇章。迄今為止，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力博物館智慧化文物保護已成為一種普遍性實踐，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍也從最初的單一藏品管理，轉(zhuǎn)變?yōu)椴仄饭芾怼h(huán)境監(jiān)測、展館展示等，智慧化文物保護成果顯著。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的博物館智慧化文物保護方案

2.1 總體框架設(shè)計

本研究設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的博物館智慧化文物保護系統(tǒng)，采用標準的三層體系架構(gòu)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層（圖1）。感知層由各類物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點構(gòu)成，包括RFID標簽、RFID閱讀器、溫濕度等規(guī)格類傳感器、攝像頭與移動端設(shè)備，通過各類物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點獲取博物館各類文物的屬性與環(huán)境信息。網(wǎng)絡(luò)層同時采用無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層負責將感知層采集的各類文物屬性與環(huán)境信息上傳至博物館文物保護綜合管理平臺。應(yīng)用層是系統(tǒng)的核心部分，應(yīng)用層負責處理網(wǎng)絡(luò)層上傳的各類文物相關(guān)數(shù)據(jù)，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(xiàn)交互控制。同時，不同層間的傳遞內(nèi)容也具有多樣性特征，可傳遞RFID標志編碼、文物屬性數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及信息傳遞反饋結(jié)果等。

2.2 基礎(chǔ)模塊設(shè)計

基礎(chǔ)模塊主要實現(xiàn)人、文物與設(shè)備的信息管理，對應(yīng)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(quán)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(quán)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(quán)限以外，還具備文物出入館登記、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備添加或刪除權(quán)限，用戶登錄管理可以避免無權(quán)限人員的登錄以及錯登問題。在具體實現(xiàn)時，需要在數(shù)據(jù)庫中建立用戶與權(quán)限關(guān)系表，用戶編號與權(quán)限編號采取多對多的關(guān)系，由權(quán)限編號與用戶進行對應(yīng)，向用戶分配權(quán)限，用戶在實施功能操作時，識別用戶是否具有相應(yīng)的權(quán)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(tǒng)計、打印與導出等，其中針對文物信息查詢設(shè)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(yīng)的文物信息。文物信息包括文物名稱、類別、等級、登記號、質(zhì)地、保存狀態(tài)、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(huán)境內(nèi)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(shè)備管理模塊。該模塊主要負責館內(nèi)各類設(shè)備管理，包括RFID電子標簽、RFID讀寫設(shè)備、溫濕度等傳感器設(shè)備等。因為設(shè)備類型眾多，可能面臨著數(shù)據(jù)傳輸格式多元化而引起的無法統(tǒng)一管理問題，因此需要采用設(shè)備管理模塊實現(xiàn)統(tǒng)一管理，用戶需要根據(jù)構(gòu)建的感知節(jié)點信息模型錄入設(shè)備，并將對應(yīng)的信息模型上傳至傳感器資源管理平臺，從而實現(xiàn)各類設(shè)備的標準化管理。

2.3 文物保護環(huán)境監(jiān)測設(shè)計

博物館文物保護工作受到客觀環(huán)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(huán)境監(jiān)測。文物保護環(huán)境監(jiān)測的實現(xiàn)同樣需要感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的共同配合。感知層通過在館內(nèi)布設(shè)各類傳感器節(jié)點，進行溫度、濕度與光照數(shù)據(jù)的采集，傳感器節(jié)點通過統(tǒng)一的路由協(xié)議，將所有數(shù)據(jù)匯聚到匯聚節(jié)點后，通過網(wǎng)絡(luò)層傳送至博物館文物保護綜合管理平臺，由環(huán)境監(jiān)測管理模塊進行存儲、分析與處理，從而完成對環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

所有傳感器節(jié)點均具備收集與處理數(shù)據(jù)、無線通信的功能，傳感器節(jié)點的構(gòu)成包括傳感模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊與能量供應(yīng)模塊。①傳感器模塊。該模塊主要負責數(shù)據(jù)收集，通過在館內(nèi)各個區(qū)域配置傳感器模塊，實現(xiàn)對全館范圍內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)實時采集，傳感器模塊主要應(yīng)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(huán)境信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。②數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊主要負責處理傳感器模塊以及其他節(jié)點采集的各類環(huán)境數(shù)據(jù)，該模塊由嵌入式操作系統(tǒng)構(gòu)成。此外，該模塊還具有協(xié)調(diào)傳感器各部位以及控制電源工作模式的功能。③數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊主要負責將傳輸器輸出的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)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(diào)制、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)編碼等問題，可以通過有線通信與無線通信相結(jié)合的方式進行節(jié)點間與平臺間數(shù)據(jù)的收發(fā)。④能量供應(yīng)模塊。該模塊主要負責向傳感器設(shè)備供應(yīng)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(tài)，符合新時期的節(jié)能用電理念。能量供應(yīng)模塊負責向其他三個模塊供電，一旦能量供應(yīng)斷開，節(jié)點會立刻退出網(wǎng)絡(luò)中，其余節(jié)點再次組網(wǎng)，原本路由隨之改變，因此可通過能量供應(yīng)模塊決定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的使用時間?？紤]到館內(nèi)走線不便利，且容易造成火災(zāi)安全隱患，采用電池作為電源。

此外，管理平臺中的環(huán)境監(jiān)測管理模塊嵌入了云服務(wù)平臺，云服務(wù)平臺是實現(xiàn)文物保護環(huán)境功能的關(guān)鍵。云服務(wù)平臺通過AI算法、深度挖掘技術(shù)等核心技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，通過數(shù)據(jù)模型對網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)沫h(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理與分析，并實現(xiàn)智能化預警（圖2）。在云服務(wù)平臺中，互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備入網(wǎng)、認證和管理系統(tǒng)負責接收傳感器節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行認證與管理，確保采集到的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，并上傳至監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進行分析與處理，形成可視化數(shù)據(jù)處理結(jié)果，將其結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)存儲及維護系統(tǒng)。相關(guān)管理人員可通過信息發(fā)布服務(wù)器調(diào)取可視化處理結(jié)果，利用設(shè)備遠程更新與指揮系統(tǒng)向各個傳感器節(jié)點發(fā)布查詢、監(jiān)視等控制與管理命令。

2.4 智慧化服務(wù)設(shè)計

博物館文物保護除了要重視環(huán)境監(jiān)測以外，還需要注重服務(wù)的優(yōu)化升級，使更多的游客享受更優(yōu)質(zhì)的文物觀賞體驗，因此在系統(tǒng)中嵌入了智慧化服務(wù)管理模塊。智慧化服務(wù)管理模塊的主要功能有智慧化導航服務(wù)、智慧化信息服務(wù)與開放式資源服務(wù)。①智慧化導航服務(wù)。目前很多博物館已經(jīng)非常注重智慧化導航服務(wù)，傳統(tǒng)導航服務(wù)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(chǎn)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(nèi)容過于書面化，游客體驗效果不佳。而智慧化導航服務(wù)需要充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、VR技術(shù)、AR技術(shù)等，打造虛擬博物館，以虛擬服務(wù)人員引導游客觀賞，在文字介紹的基礎(chǔ)上會配有相應(yīng)的圖片以及虛擬服務(wù)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(guān)的網(wǎng)絡(luò)鏈接，以獲取到更多的相關(guān)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(nèi)各類文物。②智慧化信息服務(wù)。博物館的主要服務(wù)對象有外來游客與本地參觀者，智慧化信息服務(wù)面向主要服務(wù)對象提供個性化信息服務(wù)，具體是指服務(wù)方式個性化、服務(wù)內(nèi)容個性化、預訂服務(wù)個性化。服務(wù)方式個性化是指采用現(xiàn)代信息技術(shù)進行個人信息內(nèi)容定制以及在線咨詢服務(wù)，需要創(chuàng)建電子資源數(shù)據(jù)庫，通過構(gòu)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(wù)，并以人機交互的方式增強服務(wù)體驗。博物館需要提供App無線網(wǎng)絡(luò)接口，游客可通過智能終端下載App，并通過內(nèi)部局域網(wǎng)進行RFID標簽掃描，從而獲取文物信息及相關(guān)講解視頻。服務(wù)內(nèi)容個性化是指用戶可通過個人門戶定制其關(guān)注的文物領(lǐng)域，如朝代、文物類別等，若館內(nèi)藏品有相應(yīng)更新，會通過個人門戶向用戶進行推送。預訂服務(wù)個性化通過RFID電子標簽識別用戶所需服務(wù)的時間、空間及特征，并向用戶及時推送準確的服務(wù)信息。③開放式資源服務(wù)。主要目的在于實現(xiàn)全方位的人機交互一站式信息服務(wù)，這一點也是智慧化導航服務(wù)與智慧化信息服務(wù)難以實現(xiàn)的。開放式資源服務(wù)是指通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對文物數(shù)據(jù)進行歸類與整理，并向游客主動推送數(shù)字文物資源，需要向游客開放博物館門戶網(wǎng)站與服務(wù)平臺入口，從而實現(xiàn)游客在線進行查詢與檢索。博物館需要建立數(shù)字文物資源庫，按照數(shù)字資源將所有內(nèi)容劃分為可供查詢與可供觀賞兩類。針對可供查詢的內(nèi)容，應(yīng)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(shù)字文物資源進行管理與規(guī)劃，使其盡可能自由開放，尤其是針對館內(nèi)特色數(shù)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(tǒng)通過大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建游客智慧化服務(wù)場景，大大提高用戶的感知度，使各類文物數(shù)字資源可以立體化地呈現(xiàn)給游客。

3 結(jié)束語

面對智慧博物館的發(fā)展，博物館在文物保護上應(yīng)積極響應(yīng)實施國家文化數(shù)字化戰(zhàn)略，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新興技術(shù)不斷提升文物保護的智慧化水平。本研究設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的博物館智慧化文物保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于文物保護工作，通過各類傳感器設(shè)備獲取文物信息、設(shè)備信息以及各類環(huán)境監(jiān)測信息，從而實現(xiàn)對文物保護環(huán)境的智慧化監(jiān)測與館藏文物的智慧化流通管理，相比于傳統(tǒng)人工管理模式，在管理效率與水平上可以實現(xiàn)大幅提升。同時，考慮到文物保護的目的是充分發(fā)揮出文物所具有的文化傳承作用，這一點需要優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量才能實現(xiàn)，因此系統(tǒng)又設(shè)計了智慧化服務(wù)，可以為游客提供智慧化導航服務(wù)、智慧化信息服務(wù)與開放式資源服務(wù)，優(yōu)化游客的文物觀賞體驗。

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