物联网时代博物馆智慧化初探

刘畅

[摘 要]随着物联网技术在社会各个领域的应用，博物馆陈列专业硬件设备也呈现出智慧化趋势。本文以国家典籍博物馆中智慧照明系统、智能环境监控系统为例，介绍了物联网技术如何被应用到典籍博物馆陈列专用设备中，以及其应用给博物馆带来的积极作用，并对物联网技术在博物馆基础设备中的应用前景进行了展望。

[关键词]物联网；智能照明系统；智能环境控制系统

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.08.064

[中图分类号]G261 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）08-0-04

1 物联网时代来临

物联网（The Internet of Things，IOT），字面含义为“物物相连的互联网”。物联网是对当今各种新技术、新理念的高度融合，它打通了电子技术、自动化技术、通信技术、生物技术、机械技术、材料技术等以往关联不大的技术之间的通道，使得这些技术真正融合为一个整体，从而实现从人与人向人与物、物与物的拓展。1995年比尔·盖茨第一次以智能家居的形式提出物联网的概念，2005年国际电信联盟（ITU）举办年度信息社会世界峰会（WSIS）上发布的《ITU互联网报告2005：物联网》中，正式从技术细节、商业应用、个人生活的改变等诸多角度做出了全面分析和展望，正式确立了当前公认的物联网概念。随着智能芯片单位成本的降低和网络通讯技术的飞速发展，物品与物品之间的信息互联成为真实可能，物间的链接从最初的信息反馈发展到现阶段的智能互动已经取得了长足的发展。无论是交通管理、市政管理，还是金融服务、健康医疗，物联网已经或显性或隐性地融入社会生活中的每个角落。

在这种形势下，国家陆续出台一系列政策支持物联网产业发展。2011年11月28日，工业和信息化部发布《物联网“十二五”发展规划》；2013年2月5日，国务院办公厅发布《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》；2013年9月5日，发展和改革委员会发布《关于印发10个物联网发展专项行动计划的通知》。2017年1月17日，工业和信息化部发布物联网2016年至2020年发展规划。国家层面对物联网发展的高度重视，亦说明物联网正以超出预期的速度，对人类的生产方式、生活方式、思维方式甚至文明演进产生着深远的影响，物联网时代已经来临。

2 物联网技术对博物馆陈列基础设备的渗透

在物联网技术大潮的冲击之下，博物馆领域也同样被物联网技术渗透。对观众来说，最为熟悉的莫过于智能语音导览设备，这类设备一般依托RFID（无线射频识别）技术、NFC技术实现相关功能。实际上不仅在观众服务方面，在博物馆后台运行管理中，例如：基于RFID技术的藏品管理系统、文物预防性保护检测系统，基于射频技术、GIS定位技术等的安防、消防系统等都逐步进入现代博物馆管理者的视野中。而照明灯具、环境控制终端等博物馆陈列基础设备，也在物联网技术的渗透下，不断完成功能更新，在博物馆运营中扮演着愈加重要的角色。

3 物联网技术在国家典籍博物馆陈列基础设备中的应用

国家典籍博物馆是在2012年7月挂牌成立，并于2014年9月投入试运营的一家以陈列典籍为主的博物馆。国家典籍博物馆的筹备时期，正值物联网技术趋于成熟，国家物联网政策全面推出的时刻。所以博物馆中的大量陈列基础设备都应用了物联网技术。其中以智能陈列照明系统、智能环境监控系统最为突出。这两套系统不但大大降低博物馆的运营成本、减少人力投入、为观众提供更好的观展体验，还为文物提供更好的保护，使博物馆良性可持续运营成为可能。

3.1 基于物联网技术的展陈专用智能陈列照明系统

典籍博物馆展陈专用智能陈列照明系统是基于DALI（数字可寻址照明接口技术）的一种智能照明系统。DALI系统如图1所示。

这套系统中每一盏灯都是一台智能终端，每个智能终端内部可存储独立地址、组信息、灯光场景设置及灯光渐变时间等各种照明调试信息。所有的智能灯具终端既可以进行单个设备控制也可以分组控制。在光源构成方面，由于LED灯具无红外和紫外光谱，对文物照明具有极高的安全性且发光效率远高于其他类型光源（不同光源性能比较见表1）。所以智能灯具的光源部分选用了高显色性LED光源。

这种DALI技术结合高显色性LED光源的智能照明灯具，通过网络与控制终端进行实时的通讯，并且可以对每一个智能终端进行管理。由此带来的优势主要体现在以下几方面。

（1）节约能源。LED光源发光效率高，以表1华格轨道灯Swallow为例，单个灯泡发光效率为80 lm/W，而普通节能灯光效45-50 lm/W，光效直接提升40%。而且由于能够实现即时控制每盏灯具的开关及照度，一些隐性耗能也可以节约。仅以开关照明设备这一常规操作为例，按照每天一人分别走到10个展厅，陆续关闭每个厅内的功率为30 W的300盏灯计算，每年因开关灯具操作而多消耗的电费支出就高达6.4万元。智能灯具则可以接受远程指令控制开关，直接省掉这部分费用和能源消耗。

（2）節约人力成本。典籍博物馆10个展厅中共有智能灯具3 000余盏，日常仅一名兼职维护人员进行维护，这正有赖于物联网智慧照明系统的支持。智能照明终端、控制终端、用户操作界面终端三个接口，通过物联网技术进行实时链接，可以实现对每个智能照明终端进行状态监测，并且可以对其工作状态实施调整和管理。在展览布展阶段，陈列灯光师不需要像以往一样爬上爬下布光作业，只需站在文物前，使用笔记本电脑或者掌上终端即可对照度等照明技术参数进行控制，减少电气作业的安全风险和体力消耗，提高工作效率。在展览运行维护阶段，维护人员可以通过控制终端实时监控每个智能照明终端的工作状态，亦可通过根据实际陈列要求设置预警区间的方式，实现在不巡视展厅的情况下，依靠智能终端主动报送的故障信息，以最快速度进行问题处理。这一改过去粗放的灯光管理模式，实现了标准化、数据化、精准化与高效化管理。

（3）促进文物保护。典籍博物馆中陈列的文物基本为对光线极为敏感的纸质善本，国家文物局对这类文物的照度、曝光量有明确的规定（见表2、表3）。

典籍博物馆的智能照明终端配有主动红外感应系统，当侦测到智能灯具照明可视范围内没有观众时就会降低照度或者暂时关闭灯具；反之，则提高照度或者开启照明灯具。非智能灯具，以50 lx照度，每天照射敏感文物8小时，则文物日曝光量为400 lx·h。而采用具备主动红外感应的智能灯具，灯具随是否有观众而开闭，按每个观众在文物前停留20秒，每日1 000名观众，则文物日曝光量为277.5 lx·h。由此随着时间的积累可以显著降低文物的曝光量高达31%，对文物的保护作用显而易见。

3.2 智慧环境监控系统

博物馆陈列中的主角就是文物，文物陈列的基本条件之一就是文物陈列的环境安全，具体是指文物陈列位置的环境应该是符合文物保护标准，并且没有人为侵犯隐患。常规上博物馆对于重要的文物会设置专用的封闭线路，安置温度、湿度、紫外、照度、二氧化碳、颗粒物、VOC气体、重力加速度、红外、声强、玻璃破碎与移动探测等数个探测器给一个或多个重要文物，但是仅仅是把这些设备的线路铺设一次，线路直径就已经不会小于1 cm，无论是实施难度、涉及经费还是施工周期等方面操作性都不强。所以目前很多博物馆只能从中选取少量设备进行安装，甚至临时陈列都没有监控设备，加之展厅不同位置微环境不尽相同，很多陈列的文物处于重重隐患之中。

典籍博物館陈列环境监控系统是一套基于物联网技术的温度、湿度、气体成分、光照度的实时监控系统。它完全改变了原始的布线方式，全数字信号传输、集成型传感器、无线加密传输技术等结合在一起，打造出了新型的环境监测系统。由此而带来的优势主要体现在以下几个方面。

（1）节约经费。博物馆陈列设计者可以使用一个闭环无线网络节点，同时控制250余个监测终端。陈列设计者不仅免去高额的布线费用，而且还可以移动或反复使用这些智能终端，大大节约了成本投入。

（2）提高效率。由于这些基于物联网的监测终端采用无线技术，安置这些监测点传感器可以和布置文物同时进行，几乎不需要额外耗费施工时间，也降低带文物作业所带来的安保隐患。

（3）智能保护文物。以典籍博物馆陈列珍贵文物的一个面积为800 m2展厅为例，厅内安置有80余个各类监测装置，针对展厅内的气体环境、温湿度（如图2所示）、照度、气体成分与红外紫外等进行24小时不间断的监控与记录。通过对这些数据进行监测和分析，就可以了解展厅不同区域，不同文物位置的环境参数。依据这些参数可以有针对性地调整环境控制设备的工作状态，以提供给文物更好的保护。

（4）提供研究依据。通过长期、不间断地对展厅文物陈列环境进行数据积累，管理人员可以对这些数据进行分析，逐步总结出季节、天气、观众数量及大气污染程度等因素对文物陈列环境的影响，从而可以确切地了解哪些文物存在哪种形式的安全隐患，给未来如何安全的陈列文物提供切实可行的依据。

4 阻碍物联网技术大规模在博物馆基础设备中应用的因素

初期物联网技术在博物馆中的应用仅局限于基于RFID技术的电子门票系统、基于无线定位技术的智能导览系统、基于网络拓扑技术的多媒体中央控制系统以及基于二维码技术的观众互动系统等，而博物馆基础业务也仅限于基于电子标签技术的藏品管理系统。物联网技术很少应用于基础设备，主要原因如下。①基础设备往往在博物馆建设初期就已经一次性设计并购置到位，如果不是新建立博物馆往往不会大规模重新购置。②具备物联网功能的智能设备往往价格不菲，尽管通过长期运营过程节约出来的经费使其性价比远远高于不具备物联网功能的设备，但还是会产生一次性采购门槛。③物联网智能设备节约的是人力和后期运行经费，提高的是总体运行效率。而博物馆维护运行机制已经是经过长期运行而固化下来，而机制要随着物联网技术应用改变，需要一个较长的周期。④物联网应用于基础设备中，是基础设备的技术变革，这对使用和管理人员提出了新的要求，而人员技术的提高需要一个长期的过程。

⑤博物馆顶层设计和管理人员重视不足。物联网是一个新兴的技术领域，博物馆的设计者和管理者很难及时、全面了解这个技术，更难于将其在短期内应用到各个领域。⑥物联网的稳定性、安全性等尚有待时间的考验。物联网技术作为新兴技术，方兴未艾，然而这一技术是否存在漏洞，能否安全地在国家公共文化机构特别是博物馆这样具有收藏、保护功能的文化设施中大规模应用，仍有待继续试验、观察和论证。

5 物联网技术在博物馆基础设备中的应用前景

如果能建立一个大型的中央数据分析与控制系统，将已经应用物联网技术的电子门票、智能导览、藏品管理系统等所反馈的观众和文物信息进行分析整合，然后反向控制相关的智能化的照明、多媒体、环境控制系统等博物馆基础设备，就可以全面实现博物馆智能化运行，给观众提供更好的服务。例如：未来如果博物馆可以提供一种具备物联网功能的门票，并通过门票对观众在博物馆内的各种行为进行大数据分析，博物馆管理者就可以知道不同类型的观众在展览什么位置停留了多久，喜欢什么，有什么样的需求；然后再依据这个具备物联网功能的门票，提供给每个观众智能化服务，比如：适合观众的个性化温湿度、适合观众的个性化灯光、适合观众的个性化展品信息查询服务，等等。

与其他已经应用了物联网技术的电子门票、智能导览、藏品管理系统等一样，在博物馆基础设备，如照明设备、环境监控设备、环境调节设备及安全防卫设备等上应用物联网技术，使基础设备实现智能化、网络化。美国科技博客TechCrunch撰稿人扎克·苏帕拉（Zach Supalla）指出：“许多物联网商业模式是通过减少劳动力来提高运营效率”，即物联网技术可以显著降低博物馆的人员维护投入，并且降低运行维护的成本，使博物馆运行整体的效率大大提高。长期来看，这些智能的、网络化的终端一旦被一个智能化的数据分析和控制系统整合，协调运转，打破现阶段孤岛型的设备独立运作模式，依托物联网技术使所有智能设备间的信息进行共享并且分析统合，最终会形成反向的融合集成与协调运作。博物馆设备就可以从根本上改变现代博物馆设备的运行模式。在博物馆服务方面，也可以提供给观众个性化的博物馆体验，使博物馆良性可持续发展成为可能。

主要参考文献

[1]李航，陈后金.物联网的关键技术及其应用前景[J].中国科技论坛，2011（1）.

[2]邵小龙.以互联网思维推进智慧博物馆建设[J].中国博物馆，2015（3）.

[3]邓璐.智能照明系统在博物馆展陈设计中的应用[J].艺术科技，2016（10）.

[4]叶美兰，刘永谋.物联网与泛在社会的来临[M].北京：中国社会科学出版社，2015.

[5]桑世庆，卢晓慧.走进下一代互联网——改变你生活的物联网[M].北京：化学工业出版社，2016.

[6]全国文物保护标准化技术委员会.博物馆照明设计规范：GB/T 23863-2009 [S].2009.

[7]清辰.物联网时代即将到来：未来三种职业最吃香[EB/OL].（2017-08-08）[2018-02-25].http：//tech.ifeng.com/a/20160612/41621579_0.shtml.