物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代博物館智慧化初探

劉暢

[摘 要]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，博物館陳列專業(yè)硬件設(shè)備也呈現(xiàn)出智慧化趨勢(shì)。本文以國(guó)家典籍博物館中智慧照明系統(tǒng)、智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)為例，介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何被應(yīng)用到典籍博物館陳列專用設(shè)備中，以及其應(yīng)用給博物館帶來(lái)的積極作用，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館基礎(chǔ)設(shè)備中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)；智能照明系統(tǒng)；智能環(huán)境控制系統(tǒng)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.08.064

[中圖分類號(hào)]G261 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2018）08-0-04

1 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代來(lái)臨

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，IOT），字面含義為“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)是對(duì)當(dāng)今各種新技術(shù)、新理念的高度融合，它打通了電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、生物技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、材料技術(shù)等以往關(guān)聯(lián)不大的技術(shù)之間的通道，使得這些技術(shù)真正融合為一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)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(lián)網(wǎng)的概念，2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）舉辦年度信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中，正式從技術(shù)細(xì)節(jié)、商業(yè)應(yīng)用、個(gè)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(dāng)前公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)概念。隨著智能芯片單位成本的降低和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，物品與物品之間的信息互聯(lián)成為真實(shí)可能，物間的鏈接從最初的信息反饋發(fā)展到現(xiàn)階段的智能互動(dòng)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。無(wú)論是交通管理、市政管理，還是金融服務(wù)、健康醫(yī)療，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)或顯性或隱性地融入社會(huì)生活中的每個(gè)角落。

在這種形勢(shì)下，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)一系列政策支持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2011年11月28日，工業(yè)和信息化部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》；2013年2月5日，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》；2013年9月5日，發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《關(guān)于印發(fā)10個(gè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃的通知》。2017年1月17日，工業(yè)和信息化部發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)2016年至2020年發(fā)展規(guī)劃。國(guó)家層面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的高度重視，亦說(shuō)明物聯(lián)網(wǎng)正以超出預(yù)期的速度，對(duì)人類的生產(chǎn)方式、生活方式、思維方式甚至文明演進(jìn)產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)博物館陳列基礎(chǔ)設(shè)備的滲透

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大潮的沖擊之下，博物館領(lǐng)域也同樣被物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滲透。對(duì)觀眾來(lái)說(shuō)，最為熟悉的莫過(guò)于智能語(yǔ)音導(dǎo)覽設(shè)備，這類設(shè)備一般依托RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)、NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。實(shí)際上不僅在觀眾服務(wù)方面，在博物館后臺(tái)運(yùn)行管理中，例如：基于RFID技術(shù)的藏品管理系統(tǒng)、文物預(yù)防性保護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)，基于射頻技術(shù)、GIS定位技術(shù)等的安防、消防系統(tǒng)等都逐步進(jìn)入現(xiàn)代博物館管理者的視野中。而照明燈具、環(huán)境控制終端等博物館陳列基礎(chǔ)設(shè)備，也在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的滲透下，不斷完成功能更新，在博物館運(yùn)營(yíng)中扮演著愈加重要的角色。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國(guó)家典籍博物館陳列基礎(chǔ)設(shè)備中的應(yīng)用

國(guó)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(yùn)營(yíng)的一家以陳列典籍為主的博物館。國(guó)家典籍博物館的籌備時(shí)期，正值物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨于成熟，國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)政策全面推出的時(shí)刻。所以博物館中的大量陳列基礎(chǔ)設(shè)備都應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其中以智能陳列照明系統(tǒng)、智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)最為突出。這兩套系統(tǒng)不但大大降低博物館的運(yùn)營(yíng)成本、減少人力投入、為觀眾提供更好的觀展體驗(yàn)，還為文物提供更好的保護(hù)，使博物館良性可持續(xù)運(yùn)營(yíng)成為可能。

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的展陳專用智能陳列照明系統(tǒng)

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

這套系統(tǒng)中每一盞燈都是一臺(tái)智能終端，每個(gè)智能終端內(nèi)部可存儲(chǔ)獨(dú)立地址、組信息、燈光場(chǎng)景設(shè)置及燈光漸變時(shí)間等各種照明調(diào)試信息。所有的智能燈具終端既可以進(jìn)行單個(gè)設(shè)備控制也可以分組控制。在光源構(gòu)成方面，由于LED燈具無(wú)紅外和紫外光譜，對(duì)文物照明具有極高的安全性且發(fā)光效率遠(yuǎn)高于其他類型光源（不同光源性能比較見(jiàn)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(shù)結(jié)合高顯色性LED光源的智能照明燈具，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制終端進(jìn)行實(shí)時(shí)的通訊，并且可以對(duì)每一個(gè)智能終端進(jìn)行管理。由此帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）節(jié)約能源。LED光源發(fā)光效率高，以表1華格軌道燈Swallow為例，單個(gè)燈泡發(fā)光效率為80 lm/W，而普通節(jié)能燈光效45-50 lm/W，光效直接提升40%。而且由于能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)控制每盞燈具的開(kāi)關(guān)及照度，一些隱性耗能也可以節(jié)約。僅以開(kāi)關(guān)照明設(shè)備這一常規(guī)操作為例，按照每天一人分別走到10個(gè)展廳，陸續(xù)關(guān)閉每個(gè)廳內(nèi)的功率為30 W的300盞燈計(jì)算，每年因開(kāi)關(guān)燈具操作而多消耗的電費(fèi)支出就高達(dá)6.4萬(wàn)元。智能燈具則可以接受遠(yuǎn)程指令控制開(kāi)關(guān)，直接省掉這部分費(fèi)用和能源消耗。

（2）節(jié)約人力成本。典籍博物館10個(gè)展廳中共有智能燈具3 000余盞，日常僅一名兼職維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)，這正有賴于物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)的支持。智能照明終端、控制終端、用戶操作界面終端三個(gè)接口，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)鏈接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)智能照明終端進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并且可以對(duì)其工作狀態(tài)實(shí)施調(diào)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(yè)，只需站在文物前，使用筆記本電腦或者掌上終端即可對(duì)照度等照明技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制，減少電氣作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)和體力消耗，提高工作效率。在展覽運(yùn)行維護(hù)階段，維護(hù)人員可以通過(guò)控制終端實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)智能照明終端的工作狀態(tài)，亦可通過(guò)根據(jù)實(shí)際陳列要求設(shè)置預(yù)警區(qū)間的方式，實(shí)現(xiàn)在不巡視展廳的情況下，依靠智能終端主動(dòng)報(bào)送的故障信息，以最快速度進(jìn)行問(wèn)題處理。這一改過(guò)去粗放的燈光管理模式，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化、精準(zhǔn)化與高效化管理。

（3）促進(jìn)文物保護(hù)。典籍博物館中陳列的文物基本為對(duì)光線極為敏感的紙質(zhì)善本，國(guó)家文物局對(duì)這類文物的照度、曝光量有明確的規(guī)定（見(jiàn)表2、表3）。

典籍博物館的智能照明終端配有主動(dòng)紅外感應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)偵測(cè)到智能燈具照明可視范圍內(nèi)沒(méi)有觀眾時(shí)就會(huì)降低照度或者暫時(shí)關(guān)閉燈具；反之，則提高照度或者開(kāi)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(shí)，則文物日曝光量為400 lx·h。而采用具備主動(dòng)紅外感應(yīng)的智能燈具，燈具隨是否有觀眾而開(kāi)閉，按每個(gè)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(shí)間的積累可以顯著降低文物的曝光量高達(dá)31%，對(duì)文物的保護(hù)作用顯而易見(jiàn)。

3.2 智慧環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

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(huán)境安全，具體是指文物陳列位置的環(huán)境應(yīng)該是符合文物保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，并且沒(méi)有人為侵犯隱患。常規(guī)上博物館對(duì)于重要的文物會(huì)設(shè)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(qiáng)、玻璃破碎與移動(dòng)探測(cè)等數(shù)個(gè)探測(cè)器給一個(gè)或多個(gè)重要文物，但是僅僅是把這些設(shè)備的線路鋪設(shè)一次，線路直徑就已經(jīng)不會(huì)小于1 cm，無(wú)論是實(shí)施難度、涉及經(jīng)費(fèi)還是施工周期等方面操作性都不強(qiáng)。所以目前很多博物館只能從中選取少量設(shè)備進(jìn)行安裝，甚至臨時(shí)陳列都沒(méi)有監(jiān)控設(shè)備，加之展廳不同位置微環(huán)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(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫度、濕度、氣體成分、光照度的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。它完全改變了原始的布線方式，全數(shù)字信號(hào)傳輸、集成型傳感器、無(wú)線加密傳輸技術(shù)等結(jié)合在一起，打造出了新型的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由此而帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）節(jié)約經(jīng)費(fèi)。博物館陳列設(shè)計(jì)者可以使用一個(gè)閉環(huán)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)控制250余個(gè)監(jiān)測(cè)終端。陳列設(shè)計(jì)者不僅免去高額的布線費(fèi)用，而且還可以移動(dòng)或反復(fù)使用這些智能終端，大大節(jié)約了成本投入。

（2）提高效率。由于這些基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)終端采用無(wú)線技術(shù)，安置這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳感器可以和布置文物同時(shí)進(jìn)行，幾乎不需要額外耗費(fèi)施工時(shí)間，也降低帶文物作業(yè)所帶來(lái)的安保隱患。

（3）智能保護(hù)文物。以典籍博物館陳列珍貴文物的一個(gè)面積為800 m2展廳為例，廳內(nèi)安置有80余個(gè)各類監(jiān)測(cè)裝置，針對(duì)展廳內(nèi)的氣體環(huán)境、溫濕度（如圖2所示）、照度、氣體成分與紅外紫外等進(jìn)行24小時(shí)不間斷的監(jiān)控與記錄。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，就可以了解展廳不同區(qū)域，不同文物位置的環(huán)境參數(shù)。依據(jù)這些參數(shù)可以有針對(duì)性地調(diào)整環(huán)境控制設(shè)備的工作狀態(tài)，以提供給文物更好的保護(hù)。

（4）提供研究依據(jù)。通過(guò)長(zhǎng)期、不間斷地對(duì)展廳文物陳列環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)積累，管理人員可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，逐步總結(jié)出季節(jié)、天氣、觀眾數(shù)量及大氣污染程度等因素對(duì)文物陳列環(huán)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(lái)如何安全的陳列文物提供切實(shí)可行的依據(jù)。

4 阻礙物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大規(guī)模在博物館基礎(chǔ)設(shè)備中應(yīng)用的因素

初期物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館中的應(yīng)用僅局限于基于RFID技術(shù)的電子門(mén)票系統(tǒng)、基于無(wú)線定位技術(shù)的智能導(dǎo)覽系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)的多媒體中央控制系統(tǒng)以及基于二維碼技術(shù)的觀眾互動(dòng)系統(tǒng)等，而博物館基礎(chǔ)業(yè)務(wù)也僅限于基于電子標(biāo)簽技術(shù)的藏品管理系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很少應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)備，主要原因如下。①基礎(chǔ)設(shè)備往往在博物館建設(shè)初期就已經(jīng)一次性設(shè)計(jì)并購(gòu)置到位，如果不是新建立博物館往往不會(huì)大規(guī)模重新購(gòu)置。②具備物聯(lián)網(wǎng)功能的智能設(shè)備往往價(jià)格不菲，盡管通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程節(jié)約出來(lái)的經(jīng)費(fèi)使其性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不具備物聯(lián)網(wǎng)功能的設(shè)備，但還是會(huì)產(chǎn)生一次性采購(gòu)門(mén)檻。③物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備節(jié)約的是人力和后期運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，提高的是總體運(yùn)行效率。而博物館維護(hù)運(yùn)行機(jī)制已經(jīng)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行而固化下來(lái)，而機(jī)制要隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用改變，需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期。④物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)備中，是基礎(chǔ)設(shè)備的技術(shù)變革，這對(duì)使用和管理人員提出了新的要求，而人員技術(shù)的提高需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。

⑤博物館頂層設(shè)計(jì)和管理人員重視不足。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，博物館的設(shè)計(jì)者和管理者很難及時(shí)、全面了解這個(gè)技術(shù)，更難于將其在短期內(nèi)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。⑥物聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性等尚有待時(shí)間的考驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新興技術(shù)，方興未艾，然而這一技術(shù)是否存在漏洞，能否安全地在國(guó)家公共文化機(jī)構(gòu)特別是博物館這樣具有收藏、保護(hù)功能的文化設(shè)施中大規(guī)模應(yīng)用，仍有待繼續(xù)試驗(yàn)、觀察和論證。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館基礎(chǔ)設(shè)備中的應(yīng)用前景

如果能建立一個(gè)大型的中央數(shù)據(jù)分析與控制系統(tǒng)，將已經(jīng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電子門(mén)票、智能導(dǎo)覽、藏品管理系統(tǒng)等所反饋的觀眾和文物信息進(jìn)行分析整合，然后反向控制相關(guān)的智能化的照明、多媒體、環(huán)境控制系統(tǒng)等博物館基礎(chǔ)設(shè)備，就可以全面實(shí)現(xiàn)博物館智能化運(yùn)行，給觀眾提供更好的服務(wù)。例如：未來(lái)如果博物館可以提供一種具備物聯(lián)網(wǎng)功能的門(mén)票，并通過(guò)門(mén)票對(duì)觀眾在博物館內(nèi)的各種行為進(jìn)行大數(shù)據(jù)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(jù)這個(gè)具備物聯(lián)網(wǎng)功能的門(mén)票，提供給每個(gè)觀眾智能化服務(wù)，比如：適合觀眾的個(gè)性化溫濕度、適合觀眾的個(gè)性化燈光、適合觀眾的個(gè)性化展品信息查詢服務(wù)，等等。

與其他已經(jīng)應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電子門(mén)票、智能導(dǎo)覽、藏品管理系統(tǒng)等一樣，在博物館基礎(chǔ)設(shè)備，如照明設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備及安全防衛(wèi)設(shè)備等上應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使基礎(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化。美國(guó)科技博客TechCrunch撰稿人扎克·蘇帕拉（Zach Supalla）指出：“許多物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式是通過(guò)減少勞動(dòng)力來(lái)提高運(yùn)營(yíng)效率”，即物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以顯著降低博物館的人員維護(hù)投入，并且降低運(yùn)行維護(hù)的成本，使博物館運(yùn)行整體的效率大大提高。長(zhǎng)期來(lái)看，這些智能的、網(wǎng)絡(luò)化的終端一旦被一個(gè)智能化的數(shù)據(jù)分析和控制系統(tǒng)整合，協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，打破現(xiàn)階段孤島型的設(shè)備獨(dú)立運(yùn)作模式，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使所有智能設(shè)備間的信息進(jìn)行共享并且分析統(tǒng)合，最終會(huì)形成反向的融合集成與協(xié)調(diào)運(yùn)作。博物館設(shè)備就可以從根本上改變現(xiàn)代博物館設(shè)備的運(yùn)行模式。在博物館服務(wù)方面，也可以提供給觀眾個(gè)性化的博物館體驗(yàn)，使博物館良性可持續(xù)發(fā)展成為可能。

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