物联网技术在文物保护领域的应用.doc

物联网技术在文物保护领域的应用黑龙江省科学院自动化研究所随着物联网技术的不断完善和成熟，其应用领域也不断扩展，同时，文物保护对其技术要求也越来越高，在这样一种客观实际情况下，物联网技术与文物保护的有机结合，就有了广泛的市场空间和前景。黑龙江省科学院自动化研究所针对文物保护领域的客观要求，基于物联网技术的现有水平，研发了专门应用于文物保护领域的无线安防系统和文物保护环境监控系统，通过具体应用，体现出了巨大的优越性。一、物联网技术的基本定义物联网是利用条码，射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等各种信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物在任何时间、任何地点的连接，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。如果说互联网实现了人与人、人与信息、人与系统的融合，那么，物联网就进一步实现了人与物、物与物的融合，使人类对客观世界具有更透彻的感知能力，更全面的认识能力，更智慧的处理能力。物联网技术，从感知层到网络层，再到应用层，将在工业生产、精准农业、公共安全监控、城市管理、智能交通、安全生产、文物保护、环境监测、远程医疗、智能家居等领域得到广泛应用。二、针对文物保护的物联网应用技术我国有数量众多的文物保护单位和馆藏文物，加强对这些具有极大价值的文物的保护，是摆在各级文物部门面前的重要而迫切的任务，如何提高文物保护的技术含量，提高文物保护的质量，更是目前刻不容缓要解决的问题。针对这一实际情况，黑龙江省科学院自动化研究所研发了文物保护无线安防与环境监测系统。该系统包括无线安防和环境监测两个子系统。1、文物保护无线安防系统（1）需求分析文物藏品是人类历史文化的宝贵遗产，它在历史见证、传承、再现方面起着不可替代的作用，也是文博单位收藏、陈列、研究、展出的物质基础。现今，博物馆、展览馆、美术馆已成为对外展示地方经济、历史文化的重要窗口之一，其发展势头如火如荼，随之而来的安全防范问题就摆在了各级文物保护部门的面前。文博单位应如何应对展出与安全的问题，我们认为，各文博单位，特别是既承担着重要国保单位保护管理，又有可移动文物的单位，除了要进一步贯彻实施文物系统博物馆风险等级和安全防护级别的规定和文物系统博物馆安全防范工程设计规范外，就是要把人防、物防、技防有机地结合在一起，这是做好文博安全工作的可靠保证。而技防的要求，就为物联网技术在文物保护方面的应用创造出了广泛的应用范围和前景。（2）技术优越性一般安防工程项目布管布线很方便，哪里需要就在哪里按规范铺设管线，相对简单；文物保护施工现场则不同，有些场所连钉子都不允许钉，何况打眼开槽布管，所以只能另想办法布管、布线。若使用传统有线接入，则存在布线困难、施工不便、周期长等问题。同时大量布线还会破坏原有的装潢而且会影响博物馆的正常工作。因此，文博单位的安防监控系统采用无线方式，就是一个非常理想的选择。它具有无须布线、架设方便、运行、维护成本低、周期短等特点。它不用破坏建筑结构和内部装潢，通过无线终端设备接入本地网络，就能将各个关键区域的状况实时掌握。（3）系统技术构成无线安防系统包括前端采集系统，网络传播系统以及监控中心组成。A、前端采集系统由摄像机、电源、无线视频服务器（或无线IPC）等构成。根据监控点的具体情况，在各监控点安装相应的监控摄像机进行前端信息采集，彩色或黑白、固定或活动云台、定焦或变焦）B、网络传输系统使用无线传输网络。可以将不同地点的现场视频信息通过无线通讯手段传送到监控中心。采用数字视频，能够保证视频流的稳定持续传输。C、监控中心监控管理中心负责接收各监控点通过AP传输过来的视频信息，监控中心可以通过电视监视器显示各现场监控点的图像信息，也可在通过电视墙进行图像的实时监控，并进行数码录像，控制信号的协调，视频数据可同时存入存储服务器，进行录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询回放视频录像。（4）系统应用范围文物保护无线系统应用范围比较广泛。一是各项各类不可移动文物，如：在遗址、古墓葬、古建筑等。二是博物馆，陈列馆、展览馆、美术馆、图书馆等具有文物收藏、陈列，保管功能的文博单位。三是各级文物考古研究单位的文物库房等。2、文物保存环境监测系统文物保护环境监测系统主要是为了满足博物馆文物保存环境、遗址保护现场、考古发掘现场等场所的环境监测需要，实现对文物保存环境参数，如大气温度、大气相对湿度、土壤温度、土壤水分含量、文物表面温度、大气二氧化碳浓度、光照度、紫外线辐射强度、浮尘、总挥发性、有机化合物含量、风速、风向、降雨量等参数的实时监测，并且对监测数据进行挖掘整理，建立环境参数历史数据库，为文物预防性保护提供技术支撑，并为文物保护措施的制定提供科学依据。文物保护环境监测系统包括数据采集监测点、中继、网关等硬件设备，以及系统数据库、中间件和终端业务软件等系统软件。（1）系统主要特点：A、监测参数多样性及专业性实现文物保存环境参数监测的多样性，能够对环境中的大气温度、大气相对湿度、土壤温度、土壤水分含量、文物表面温度、大气二氧化碳浓度、光照度、紫外线辐射强度、浮尘、总挥发性、有机化合物含量、风速、风向、降雨量等参数进行监测。B、实时化、网络化及智能化系统结合了先进的嵌入式计算技术、现代自组网及无线通信技术、能够实现对文物保存环境参数的实时监测、自动网组、自动采集，实现了环境监测的实时化、网络化及智能化。C、专业友好的人机界面系统软件针对文物保存环境监测的实际应用进行定制开发，人机界面完全符合文物保护部门的实际需要。软件实现了实时监测数据的列表显示、图形显示、报表打印以及报警值设置、实时报警、监测点部署平面图显示、传感网络拓扑图显示、自定义监测点数据计算公式、用户权限分级管理等各种功能。D、强大的数据库系统系统采用的数据库具有强大的数据存储、查询功能，提供全面可靠的数据服务。数据库运行速度快，具备简单易用、扩展性好、可移植性好、高可靠的特性，为系统的可持续发展提供保障。E、灵活的扩展接口系统预留多个功能接口，为今后进一步的功能扩展、系统集成、反向控制提供了可能。文物保护环境监测的系统是一个开放、兼容性强、可不断扩展的文物保护管理信息系统。随着今后系统软件功能的不断扩展，监测终端类型的不断增加，以标准数据加工、存储管理、数据服务为技术保障，以实时数据库、历史档案库、集成知识库为核心支撑体系，按统一的数据格式向外提供或接收相关部门的监测数据，可实现系统软件的持续发展，并演进成为文物保护管理动态信息系统和监测预警系统。（2）系统的主要应用范围文物保护环境监测系统应用广泛，对于我国文物保护环境的改善，具有重大的意义。A、博物馆文物保存环境应用博物馆文物保存环境主要指博物馆建筑物内文物库房、陈列室、展柜等小环境以及博物馆建筑物外围空间的局部环境。影响博物馆文物保存环境的主要因素包括博物馆所在地区的宏观气候环境，空气污染状况、馆内光线辐射等。在博物馆内重点文物展柜、展区和库房部署用于文物保存环境的无线实时监测系统进行环境监测。对前述区域的温度、相对温度、紫外线辐射强度、空气浮尘、二氧化碳浓度等环境参数进行监测并积极大量数据，以改善文物保存环境。文物库房长期处于关闭状态，缺乏相应的环境监测手段，出现环境突变难以及时得知，对文物保存极为不利。文物保存环境无线实时监测系统中采用自主研发的无线实时监测系统软件，和各类监测点、网络中继等硬件设备相结合，能够有效的防范库房环境变化对文物带来的损害。用户可根据需要设置监测参数许可范围，当监测点数据信息超出许可范围后，该监测点异常数据背景色将会显示红色，同时监测点部署图上的相应标识也会显示红色并伴有报警声。B、遗址保护现场应用遗址保护现场由遗存本体与相关环境组成，具有遗存丰富、历史信息蕴涵量大、现存景观宏伟，且年代久远、地域广阔、类型众多、结构复杂等特点。其相关环境具有分布面积大、设备工作环境恶劣，同时由于遗址所处地域的不同，气候环境变化也很大。在检测点分别部署的基于物联网系统的文物保存环境无线实时监测系统，实现了对分布地域广阔的各个遗址环境参数实时采集监测，大大提高了遗址的科技保护水平。针对地下墓室温度极高，墓室结露等现象而研发的防潮型系统传感器，具有防潮、防尘的特点，可以在高温高湿环境下持续工作。C、考古发掘现场应用文物处于地下经过一段时间后，埋藏环境趋于稳定，文物也处于相对的动态平衡之中。随着考古发掘的进行，固有平衡被破坏，文物所处环境的温湿度、光辐射等因素发生突变，导致文物毁坏，加之出土后文物所处环境条件的反复波动，加大了破坏反应的进程。因此对考古发掘现场环境进行实时监测，制定相应的出土文物的保护策略是考古发掘的重要工作之一。使用基于物联网技术的文物环境无线实时监测系统，可以通过视频监控、无线环境监测和现场采样精密化学分析等方式，精确掌握文物埋藏的环境参数，实现对出土文物在第一时间的检测分析以及文物出土环境参数的采集。三、项目前景我省文物保护单位众多，同时各级各类文物收藏及保管单位，保管着众多的可移动文物。各级文物保护部门肩负着文物保护的责任。目前，国家及各级政府越来越重视和加强文物保护工作，中央财政每年都安排数以亿计的文物保护专项经费，我们应抓住机遇，针对文物保护的实际情况，抓紧立项，抓紧申拨，以争取更多的文物保护经费。可以以文物保护单位为单位，也可以以县市为单位，搞好申报工作。为全省文物保护工作出力献策做贡献。9