物联网技术在数字化博物馆建设中的应用浅析

杨红侠

摘要：数字化博物馆是信息技术发展的产物，也是现代博物馆的发展方向。在数字化博物馆的建设和管理中，如何运用物联网技术，成为目前文博人员研究的重点。本文概述了数字化博物馆的概念、优势、建设重点，介绍了博物馆藏品的信息化管理技术，阐述了物联网技术在智能导游、藏品管理、运营服务中的具体应用。

关键词：数字化博物馆；物联网；藏品管理；智能导游；运营服务

博物馆是对自然和人类文化遗产实物进行典藏、陈列、研究的场所，具有学习教育、知识传播的功能。信息时代背景下，博物馆必须向更加先进、更加科学的方向发展，数字化博物馆，就是采用计算机、互联网、大数据等技术，对馆内藏品进行数字化建模，形成藏品数据库，一方面用于对外展示，另一方面有利于开展信息化管理工作。博物馆数字化使物理空间减小，手续简化，且方便群众参阅。本文结合实践，探讨了物联网技术在博物馆建设中的具体应用。

1.数字化博物馆概述

1.1 概念

传统博物馆受到场地、技术、安全因素的限制，展示的文物数量和信息有限，多数藏品只能存放在库房内，影响博物馆的文化教育和传播功能。数字化博物馆的出现，实现运营管理的信息化，可以利用网络、数据库、应用程序等，对藏品进行征集、保管、展示、研究；也可以利用多媒体、虚拟技术，构建网上博物馆，从而在线展示藏品，扩大博物馆的游览群体，促使实体和虚拟相互补充。

1.2 优势

数字化博物馆的优势如下：①安全。博物馆藏品展示的基础是保证安全性，除了在日常管理中加强保护工作，开展相应的教育培训以外，还应该发挥出科技手段的作用，利用数字化信息管理系统，提高安防体系等级，保证博物馆运营服务的安全性。②健康。数字化博物馆建设，遵循绿色、环保、节能的理念，在文物保护和研究中，利用专业知识和技术手段，创造低碳展示保存环境，身体力行地引导游客开展低碳生活，实现减少污染、保护环境的目标。③便捷。数字化博物馆的运营，打破了时间、空间的限制，为游客提供优质、便捷的服务内容，通过创新展览方式，能提高游客的兴趣，扩大文化影响力。④高效。传统博物馆的管理，需要人工手动操作，管理效率低下，容易出现失误。数字化博物馆基于物联网技术下，能实现自动管理，提高管理工作的效率和质量。

1.3 建设重点

数字化博物馆的建设重点，是构建综合管理平台，实现多个系统的融合，利用分层建设、功能互通，确保应用程序可以扩充、可以升级，满足不断增长的管理服务需求。如图1，是数字化博物馆的管理平台架构，主要是利用感知前端，对文物实体进行监控；然后将信息传输到服务平台上，实现信息共享和互通功能，为管理工作的开展提供依据。

2.博物馆藏品的信息化管理技术

博物馆内藏品数量多、類型杂，要想实现信息化管理，要以对藏品进行准确识别为前提。准确识别工作的开展，需要对藏品编号，然后按照编号查找。基于信息技术下，目前已经实现了自动识别，主要分为条形码技术、二维码技术、无线射频识别技术（RFID）等，提高了识别效率。

2.1 条形码技术

条形码就是产品的编码，由宽度不等的黑条、白条组成，且按照一定的规则进行排列，标记出特定的信息。条形码的优点是输入速度快、信息量大、可靠性高、灵活实用，而且制作过程简单，对设备和材料没有特殊要求，成本几乎为零。

2.2 二维码技术

二维码是采用几何图形按照一定规律排列后形成的符号，在代码编制上，利用了计算机内部的逻辑基础0和1，用来表示文字数值信息，通过光电扫描、图像输入，能实现信息的自动识别、自动处理。二维码的优点是编码密度高、范围广，信息容量大，具有较强的纠错能力，且容易制作、成本低廉。

2.3 RFID技术

RFID是非接触式的自动识别技术，利用射频信号，可以自动识别对象，实现物品追踪、数据交换等目标。该技术的应用，不仅不受人工干预，而且可以在恶劣环境下使用。RFID技术的组成，主要包括以下几个部分：一是应答器，即标签，由天线、芯片、耦合元件组成，标签内的电子编码具有唯一性，用于识别目标对象。二是读卡器，和应答器的组成相同，用于读写标签信息，常见手持式、固定式两种。三是应用软件，用来处理收集到的数据信息。具体应用时，首先标签进入读卡器，读卡器发出磁场，接收标签的射频信号；然后基于感应电流下，将芯片中的产品信息发送出去；最后读卡器解码信息，将其传递到中央信息单元，进行数据处理。

2.4 技术选择

相比之下，条形码表示的数据长度有限，目前逐渐被二维码取代。二维码和RFID技术，均能储存大量数据，都具有防伪功能。结合博物馆的实际情况，建议采用RFID技术，其优势如下：①识别快。标签进入磁场后，解读器能及时读取信息，且能批量识别。②容量大。RFID标签的存储容量，最大可以达到10K。③读取快捷。读取数据时不需要光源，有效识别距离大，如果是自带电池的标签，有效识别距离超过30m。④安全性高。可附着或嵌入产品上，也可以设置密码保护，确保信息安全性。⑤可更改数据。利用编程器，可在标签上写入数据，实现数据文件的简单交互，且写入时间更短。⑥可实时通信。标签和解读器在通信时，只要标签处于有效识别范围内，就能进行动态追踪和监控。⑦使用寿命长。可用在高污染环境、放射性环境中，由于采用封闭式包装，因此使用寿命远远超过条形码。

3.物联网技术在数字化博物馆智能导游中的应用

以往游客进入博物馆，要想了解藏品信息，要么利用自己的专业知识，要么结合文字介绍，要么导游进行讲解。但是，这些方式介绍的内容少、关联性差，难以满足游客的需求。对此，可以利用智能导游APP，具体应用如下：

3.1 构建模型

第一步，设置藏品标签。优先选用无电源的RFID标签，将频率控制在860-960MHz之间，读写次数超过10万次，保存时间长达10年，且有效识别距离为15m，标签内容主要是藏品信息介绍。其中，一个RFID标签分为四个存储体，分别是保留内存、EPC存储器、TID存储器、用户存储器。第二步，设置蓝牙读卡器。游客进入博物馆，为其发放专用读卡器，利用蓝牙和智能手机相互连通。第三步，利用手机APP，可以搜索蓝牙读卡器，连接后即可读取RFID标签的信息，获得相应的文字介绍；或者和流媒体、数据库连接，查看相应的语音和视频。第四步，藏品数据库内，主要包括藏品分类、文字介绍、语音介绍、视频介绍、存放时间和地点等内容。

3.2 标签选型

考虑到博物馆内的藏品种类和数量多，不同性质的藏品，应该采用不同的标签类型。以综合博物馆为例，可分为室外展品、室内展品、大型展品、一般展品等类型。第一，室外展品的RFID标签，应采用耐高温、耐腐蚀、防水的PPS材料，主要用于导览。第二，室内展品比较贵重，一般使用保护盒、防护罩等保护装置，应该使用双RFID标签。一个置于保护装置内，以抗金属屏蔽的ABS材质为宜，当作藏品的身份证明；另一个置于保护装置外，可以放在产品标牌上，选择具有防撕功能的纸质标签。第三，大型展品的体积大，可不考虑防盗功能，应该设置多个RFID标签，分别置于展品的不同位置，方便游客从不同角度进行观赏。第四，一般展品，选择具有防撕功能的陶瓷标签，将其置于展品的名称标牌上即可。

3.3 读卡器设计

RFID射频模型，包括CPU、电子标签、射频读卡模块组成，在耦合元件的作用下，后两者能实现射频信号的空间耦合；在耦合通道内，依据时序关系进行数据交换、能量传递。

3.4 软件功能设计

该导游软件的功能模块如下：①用户注册和登录；②馆内导览；③藏品搜索和扫描；④仿品购买；⑤意见反馈。以馆内导览为例，要介绍馆藏资源、藏品数量、名称、分类等，采用地图介绍、文字介绍两种方式，并且可以相互切换。具体到地图上，包括藏馆分布、游览路线、逃生路线等，游客大致了解博物馆后，制定合适的参观路线和顺序。在文物扫描上，游客遇到心仪的展品，可使用读卡器扫描RFID标签，信息经蓝牙发送到手机APP上。RFID标签内，具有详细的文字介绍信息，不需要连接后台服务器即可查看。此外，游客也可以点击语音、视频介绍按钮，获得语音和视频信息，但需要连接后台服务器才能查看。

4.物联网技术在数字化博物馆藏品管理中的应用

4.1 管理架构

博物馆藏品管理工作，分为日常管理、防盗管理两个部分，前者包括分类、编号、移动、存放等内容；后者包括防盜报警、非法移动监测等内容。如图2，管理系统采用三层架构，上层为应用软件，中层为RFID读卡器，下层为藏品。其中读卡器分为手持式、桌面式、远距离式三种类型；应用软件用于藏品的登记、管理、移动监控等。

4.2 建立数据库

利用微软公司的SQL Server数据库，建立藏品和标签信息，确保两者一一对应。游客使用读卡器扫描RFID标签，即可获得藏品信息。

4.3 移动监控

在藏品所在房间的出口、入口、通道走廊等部位，均安装RFID读卡器，将标签的有效识别距离控制为15m。当带有标签的藏品经过扫描范围时，读卡器即可获得标签的EPC编号，经串口服务器和局域网、监控中心相连接。红外射线、声光报警器、高清摄像头，均和计算机、局域网连接，基于千兆网络下，能保证视频的流畅性，方便录像和查看。

藏品正常通过出口、入口时，管理人员应该进行解锁操作，计算机记录下藏品名称、通过时间等信息，并对房间内的藏品进行增加或删除，确保藏品数量的准确性。如果藏品未经解锁，计算机检测到藏品移动，此时就会触发声光报警器，监控视频同步录像。此外，利用变焦摄像机，计算机可以调整摄像机的角度和焦距，即时定位非计划移动的藏品，并记录下藏品名称、移动时间等信息。

4.4 软件开发

应用软件的开发使用C#语言，主要包括三个内容：一是注册登记软件，可以实现RFID标签的初始化，对藏品信息自动登记；二是藏品管理软件，用于藏品的分类、查询、移动管理等；三是监控软件，对藏品的储存场所进行自动监控，并且和报警装置相联动。

5.物联网技术在数字化博物馆运营服务中的应用

在日常运营服务中，物联网技术还可用在虚拟修复、环境监测上。其中，虚拟修复就是在计算机上构建展品的3D模型，在此基础上尝试修复处理。环境监测就是对馆内的光照、温度、湿度等进行监测和调整，以保护藏品的性能质量。

结语：

数字化博物馆具有安全、健康、便捷、高效的特点，是信息技术发展的产物，也是现代博物馆的发展趋势。文中以RFID技术为核心，介绍了藏品的信息化管理方法，详细阐述了物联网技术在智能导游、藏品管理、运营服务中的应用，以期推动数字化博物馆健康发展。

参考文献：

[1]严允.物联网技术在数字化博物馆建设中的应用[J].文化创新比较研究，2018，（13）：68，74.

[2]孙丹丽.大众文化传播视角下数字博物馆的发展趋势——评《数字博物馆发展新趋势》[J].新闻爱好者，2017，（9）：后插2.