物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化博物館建設(shè)中的應(yīng)用淺析

楊紅俠

摘要：數(shù)字化博物館是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，也是現(xiàn)代博物館的發(fā)展方向。在數(shù)字化博物館的建設(shè)和管理中，如何運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，成為目前文博人員研究的重點。本文概述了數(shù)字化博物館的概念、優(yōu)勢、建設(shè)重點，介紹了博物館藏品的信息化管理技術(shù)，闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能導(dǎo)游、藏品管理、運營服務(wù)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化博物館；物聯(lián)網(wǎng)；藏品管理；智能導(dǎo)游；運營服務(wù)

博物館是對自然和人類文化遺產(chǎn)實物進行典藏、陳列、研究的場所，具有學(xué)習(xí)教育、知識傳播的功能。信息時代背景下，博物館必須向更加先進、更加科學(xué)的方向發(fā)展，數(shù)字化博物館，就是采用計算機、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對館內(nèi)藏品進行數(shù)字化建模，形成藏品數(shù)據(jù)庫，一方面用于對外展示，另一方面有利于開展信息化管理工作。博物館數(shù)字化使物理空間減小，手續(xù)簡化，且方便群眾參閱。本文結(jié)合實踐，探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館建設(shè)中的具體應(yīng)用。

1.數(shù)字化博物館概述

1.1 概念

傳統(tǒng)博物館受到場地、技術(shù)、安全因素的限制，展示的文物數(shù)量和信息有限，多數(shù)藏品只能存放在庫房內(nèi)，影響博物館的文化教育和傳播功能。數(shù)字化博物館的出現(xiàn)，實現(xiàn)運營管理的信息化，可以利用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序等，對藏品進行征集、保管、展示、研究；也可以利用多媒體、虛擬技術(shù)，構(gòu)建網(wǎng)上博物館，從而在線展示藏品，擴大博物館的游覽群體，促使實體和虛擬相互補充。

1.2 優(yōu)勢

數(shù)字化博物館的優(yōu)勢如下：①安全。博物館藏品展示的基礎(chǔ)是保證安全性，除了在日常管理中加強保護工作，開展相應(yīng)的教育培訓(xùn)以外，還應(yīng)該發(fā)揮出科技手段的作用，利用數(shù)字化信息管理系統(tǒng)，提高安防體系等級，保證博物館運營服務(wù)的安全性。②健康。數(shù)字化博物館建設(shè)，遵循綠色、環(huán)保、節(jié)能的理念，在文物保護和研究中，利用專業(yè)知識和技術(shù)手段，創(chuàng)造低碳展示保存環(huán)境，身體力行地引導(dǎo)游客開展低碳生活，實現(xiàn)減少污染、保護環(huán)境的目標(biāo)。③便捷。數(shù)字化博物館的運營，打破了時間、空間的限制，為游客提供優(yōu)質(zhì)、便捷的服務(wù)內(nèi)容，通過創(chuàng)新展覽方式，能提高游客的興趣，擴大文化影響力。④高效。傳統(tǒng)博物館的管理，需要人工手動操作，管理效率低下，容易出現(xiàn)失誤。數(shù)字化博物館基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，能實現(xiàn)自動管理，提高管理工作的效率和質(zhì)量。

1.3 建設(shè)重點

數(shù)字化博物館的建設(shè)重點，是構(gòu)建綜合管理平臺，實現(xiàn)多個系統(tǒng)的融合，利用分層建設(shè)、功能互通，確保應(yīng)用程序可以擴充、可以升級，滿足不斷增長的管理服務(wù)需求。如圖1，是數(shù)字化博物館的管理平臺架構(gòu)，主要是利用感知前端，對文物實體進行監(jiān)控；然后將信息傳輸?shù)椒?wù)平臺上，實現(xiàn)信息共享和互通功能，為管理工作的開展提供依據(jù)。

2.博物館藏品的信息化管理技術(shù)

博物館內(nèi)藏品數(shù)量多、類型雜，要想實現(xiàn)信息化管理，要以對藏品進行準(zhǔn)確識別為前提。準(zhǔn)確識別工作的開展，需要對藏品編號，然后按照編號查找。基于信息技術(shù)下，目前已經(jīng)實現(xiàn)了自動識別，主要分為條形碼技術(shù)、二維碼技術(shù)、無線射頻識別技術(shù)（RFID）等，提高了識別效率。

2.1 條形碼技術(shù)

條形碼就是產(chǎn)品的編碼，由寬度不等的黑條、白條組成，且按照一定的規(guī)則進行排列，標(biāo)記出特定的信息。條形碼的優(yōu)點是輸入速度快、信息量大、可靠性高、靈活實用，而且制作過程簡單，對設(shè)備和材料沒有特殊要求，成本幾乎為零。

2.2 二維碼技術(shù)

二維碼是采用幾何圖形按照一定規(guī)律排列后形成的符號，在代碼編制上，利用了計算機內(nèi)部的邏輯基礎(chǔ)0和1，用來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過光電掃描、圖像輸入，能實現(xiàn)信息的自動識別、自動處理。二維碼的優(yōu)點是編碼密度高、范圍廣，信息容量大，具有較強的糾錯能力，且容易制作、成本低廉。

2.3 RFID技術(shù)

RFID是非接觸式的自動識別技術(shù)，利用射頻信號，可以自動識別對象，實現(xiàn)物品追蹤、數(shù)據(jù)交換等目標(biāo)。該技術(shù)的應(yīng)用，不僅不受人工干預(yù)，而且可以在惡劣環(huán)境下使用。RFID技術(shù)的組成，主要包括以下幾個部分：一是應(yīng)答器，即標(biāo)簽，由天線、芯片、耦合元件組成，標(biāo)簽內(nèi)的電子編碼具有唯一性，用于識別目標(biāo)對象。二是讀卡器，和應(yīng)答器的組成相同，用于讀寫標(biāo)簽信息，常見手持式、固定式兩種。三是應(yīng)用軟件，用來處理收集到的數(shù)據(jù)信息。具體應(yīng)用時，首先標(biāo)簽進入讀卡器，讀卡器發(fā)出磁場，接收標(biāo)簽的射頻信號；然后基于感應(yīng)電流下，將芯片中的產(chǎn)品信息發(fā)送出去；最后讀卡器解碼信息，將其傳遞到中央信息單元，進行數(shù)據(jù)處理。

2.4 技術(shù)選擇

相比之下，條形碼表示的數(shù)據(jù)長度有限，目前逐漸被二維碼取代。二維碼和RFID技術(shù)，均能儲存大量數(shù)據(jù)，都具有防偽功能。結(jié)合博物館的實際情況，建議采用RFID技術(shù)，其優(yōu)勢如下：①識別快。標(biāo)簽進入磁場后，解讀器能及時讀取信息，且能批量識別。②容量大。RFID標(biāo)簽的存儲容量，最大可以達到10K。③讀取快捷。讀取數(shù)據(jù)時不需要光源，有效識別距離大，如果是自帶電池的標(biāo)簽，有效識別距離超過30m。④安全性高。可附著或嵌入產(chǎn)品上，也可以設(shè)置密碼保護，確保信息安全性。⑤可更改數(shù)據(jù)。利用編程器，可在標(biāo)簽上寫入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的簡單交互，且寫入時間更短。⑥可實時通信。標(biāo)簽和解讀器在通信時，只要標(biāo)簽處于有效識別范圍內(nèi)，就能進行動態(tài)追蹤和監(jiān)控。⑦使用壽命長。可用在高污染環(huán)境、放射性環(huán)境中，由于采用封閉式包裝，因此使用壽命遠遠超過條形碼。

3.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化博物館智能導(dǎo)游中的應(yīng)用

以往游客進入博物館，要想了解藏品信息，要么利用自己的專業(yè)知識，要么結(jié)合文字介紹，要么導(dǎo)游進行講解。但是，這些方式介紹的內(nèi)容少、關(guān)聯(lián)性差，難以滿足游客的需求。對此，可以利用智能導(dǎo)游APP，具體應(yīng)用如下：

3.1 構(gòu)建模型

第一步，設(shè)置藏品標(biāo)簽。優(yōu)先選用無電源的RFID標(biāo)簽，將頻率控制在860-960MHz之間，讀寫次數(shù)超過10萬次，保存時間長達10年，且有效識別距離為15m，標(biāo)簽內(nèi)容主要是藏品信息介紹。其中，一個RFID標(biāo)簽分為四個存儲體，分別是保留內(nèi)存、EPC存儲器、TID存儲器、用戶存儲器。第二步，設(shè)置藍牙讀卡器。游客進入博物館，為其發(fā)放專用讀卡器，利用藍牙和智能手機相互連通。第三步，利用手機APP，可以搜索藍牙讀卡器，連接后即可讀取RFID標(biāo)簽的信息，獲得相應(yīng)的文字介紹；或者和流媒體、數(shù)據(jù)庫連接，查看相應(yīng)的語音和視頻。第四步，藏品數(shù)據(jù)庫內(nèi)，主要包括藏品分類、文字介紹、語音介紹、視頻介紹、存放時間和地點等內(nèi)容。

3.2 標(biāo)簽選型

考慮到博物館內(nèi)的藏品種類和數(shù)量多，不同性質(zhì)的藏品，應(yīng)該采用不同的標(biāo)簽類型。以綜合博物館為例，可分為室外展品、室內(nèi)展品、大型展品、一般展品等類型。第一，室外展品的RFID標(biāo)簽，應(yīng)采用耐高溫、耐腐蝕、防水的PPS材料，主要用于導(dǎo)覽。第二，室內(nèi)展品比較貴重，一般使用保護盒、防護罩等保護裝置，應(yīng)該使用雙RFID標(biāo)簽。一個置于保護裝置內(nèi)，以抗金屬屏蔽的ABS材質(zhì)為宜，當(dāng)作藏品的身份證明；另一個置于保護裝置外，可以放在產(chǎn)品標(biāo)牌上，選擇具有防撕功能的紙質(zhì)標(biāo)簽。第三，大型展品的體積大，可不考慮防盜功能，應(yīng)該設(shè)置多個RFID標(biāo)簽，分別置于展品的不同位置，方便游客從不同角度進行觀賞。第四，一般展品，選擇具有防撕功能的陶瓷標(biāo)簽，將其置于展品的名稱標(biāo)牌上即可。

3.3 讀卡器設(shè)計

RFID射頻模型，包括CPU、電子標(biāo)簽、射頻讀卡模塊組成，在耦合元件的作用下，后兩者能實現(xiàn)射頻信號的空間耦合；在耦合通道內(nèi)，依據(jù)時序關(guān)系進行數(shù)據(jù)交換、能量傳遞。

3.4 軟件功能設(shè)計

該導(dǎo)游軟件的功能模塊如下：①用戶注冊和登錄；②館內(nèi)導(dǎo)覽；③藏品搜索和掃描；④仿品購買；⑤意見反饋。以館內(nèi)導(dǎo)覽為例，要介紹館藏資源、藏品數(shù)量、名稱、分類等，采用地圖介紹、文字介紹兩種方式，并且可以相互切換。具體到地圖上，包括藏館分布、游覽路線、逃生路線等，游客大致了解博物館后，制定合適的參觀路線和順序。在文物掃描上，游客遇到心儀的展品，可使用讀卡器掃描RFID標(biāo)簽，信息經(jīng)藍牙發(fā)送到手機APP上。RFID標(biāo)簽內(nèi)，具有詳細的文字介紹信息，不需要連接后臺服務(wù)器即可查看。此外，游客也可以點擊語音、視頻介紹按鈕，獲得語音和視頻信息，但需要連接后臺服務(wù)器才能查看。

4.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化博物館藏品管理中的應(yīng)用

4.1 管理架構(gòu)

博物館藏品管理工作，分為日常管理、防盜管理兩個部分，前者包括分類、編號、移動、存放等內(nèi)容；后者包括防盜報警、非法移動監(jiān)測等內(nèi)容。如圖2，管理系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，上層為應(yīng)用軟件，中層為RFID讀卡器，下層為藏品。其中讀卡器分為手持式、桌面式、遠距離式三種類型；應(yīng)用軟件用于藏品的登記、管理、移動監(jiān)控等。

4.2 建立數(shù)據(jù)庫

利用微軟公司的SQL Server數(shù)據(jù)庫，建立藏品和標(biāo)簽信息，確保兩者一一對應(yīng)。游客使用讀卡器掃描RFID標(biāo)簽，即可獲得藏品信息。

4.3 移動監(jiān)控

在藏品所在房間的出口、入口、通道走廊等部位，均安裝RFID讀卡器，將標(biāo)簽的有效識別距離控制為15m。當(dāng)帶有標(biāo)簽的藏品經(jīng)過掃描范圍時，讀卡器即可獲得標(biāo)簽的EPC編號，經(jīng)串口服務(wù)器和局域網(wǎng)、監(jiān)控中心相連接。紅外射線、聲光報警器、高清攝像頭，均和計算機、局域網(wǎng)連接，基于千兆網(wǎng)絡(luò)下，能保證視頻的流暢性，方便錄像和查看。

藏品正常通過出口、入口時，管理人員應(yīng)該進行解鎖操作，計算機記錄下藏品名稱、通過時間等信息，并對房間內(nèi)的藏品進行增加或刪除，確保藏品數(shù)量的準(zhǔn)確性。如果藏品未經(jīng)解鎖，計算機檢測到藏品移動，此時就會觸發(fā)聲光報警器，監(jiān)控視頻同步錄像。此外，利用變焦攝像機，計算機可以調(diào)整攝像機的角度和焦距，即時定位非計劃移動的藏品，并記錄下藏品名稱、移動時間等信息。

4.4 軟件開發(fā)

應(yīng)用軟件的開發(fā)使用C#語言，主要包括三個內(nèi)容：一是注冊登記軟件，可以實現(xiàn)RFID標(biāo)簽的初始化，對藏品信息自動登記；二是藏品管理軟件，用于藏品的分類、查詢、移動管理等；三是監(jiān)控軟件，對藏品的儲存場所進行自動監(jiān)控，并且和報警裝置相聯(lián)動。

5.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化博物館運營服務(wù)中的應(yīng)用

在日常運營服務(wù)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可用在虛擬修復(fù)、環(huán)境監(jiān)測上。其中，虛擬修復(fù)就是在計算機上構(gòu)建展品的3D模型，在此基礎(chǔ)上嘗試修復(fù)處理。環(huán)境監(jiān)測就是對館內(nèi)的光照、溫度、濕度等進行監(jiān)測和調(diào)整，以保護藏品的性能質(zhì)量。

結(jié)語：

數(shù)字化博物館具有安全、健康、便捷、高效的特點，是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，也是現(xiàn)代博物館的發(fā)展趨勢。文中以RFID技術(shù)為核心，介紹了藏品的信息化管理方法，詳細闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能導(dǎo)游、藏品管理、運營服務(wù)中的應(yīng)用，以期推動數(shù)字化博物館健康發(fā)展。

參考文獻：

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