智慧博物馆物联网应用解决方案智慧博物馆物联网感知综合管理平台 智慧博物馆信息化综合管理平台.docx
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智慧博物馆物联网应用解决方案智慧博物馆物联网感知综合管理平台智慧博物馆信息化综合管理平台
智慧博物馆
物联网智能信息化综合管理平台
解
决
方
案
第一章前言
博物馆是展示一个国家、一个民族文化底蕴和历史的最好平台。
各个国家都有着自己独特的文化和传承。
随着中国经济的发展和现代化，我国越来越重视历史文化的传承，博物馆也开始得到重视，并加强了各地博物馆之间的交流。
博物馆中所陈列的文物展示了中国五千年文明的发展历程，是我们民族非常宝贵的遗产。
文物的安全和完整保存至关重要，文物的管理和安防一直以来都是博物馆运营工作的重中之重。
目前各地博物馆都在加强信息化建设，从而来保证文物的安全和完整。
为了使文物很好的保存并传承，文物的保存环境也需要得到重视。
建设全面高效的物联网文物管理系统显得尤为重要。
一.1、需求分析
一.1.1、管理现状
◆被动安防，人为疏漏导致事故风险增大；
◆文物标识编写工作量大，对操作人员的专业技能要求高，专业性强；
◆监控数据量大，检索困难，传输卡顿效率低；
◆繁重的编目，出入库数据记录处理使人疲惫。
一.1.2、面临问题
◆文物的标识以纸质标签和漆笔标记为主，文物标识编写工作量大，对操作人员的专业技能要求高，专业性强；
◆为保证文物登记和管理管理由帐目与实物一一对应准确无误，需要反复人工核对，工作强度高，工作量大，工作效率低，易产生人为失误；
◆文物安全管理主要靠人和管理制度严防死守，安全管理完全处于被动状态；
◆缺少个性化、人性化的游客导览系统；
◆缺少游客流量实时统计分析、预警管理系统；
◆单位主管负责人不能够远程实时监控管理博物馆内的文物的实时状态，馆内游客实时流量情况。
一.2、解决之道
建设智慧博物馆物联网智能信息化管理平台，实现一库一平台N个子系统“1+1+N”的管理模式。
一.3、建设内容
一.3.1、博物馆文物管理系统
一.3.1.1、文物保存环境监测
对展厅、库房文物的保存环境进行实时监测，主要针对空气成分、温湿度、光照度等情况的实时记录分析，在超出正常范围值后报警。
一.3.1.2、文物管理
在博物馆藏品登帐工作完善、建立数据库的前提下，开展物联网技术的文物管理工作。
主要是对文物的保管位置、出入库、文物修复等信息进行跟踪记录。
一.3.2、博物馆电子导览
一.3.2.1、门票系统
基于手机支付的电子门票系统，游客可以直接通过手机进行支付，并可以通过彩信获得二维码，来到博物馆后直接通过扫描手机调出的信息进行验证通过。
一.3.2.2、导览设备
游客通过智能手机或智能手持终端设备，实现自动语音讲解、游览线路导览、展览和展品的相关信息介绍，以及公共服务。
一.3.2.3、游客定位系统
智能手机或智能手持终端设备的应用，不但使游客获得导览服务，还能使博物馆实现游客定位，达到实时监控、了解游客的分布、运动轨迹等效果，同时游客有任何需求提出，服务人员可以以最快的速度找到这名游客，并提供相应服务（如紧急救援等）。
一.3.3、博物馆安防
1、文物位移的监控防盗
2、现有安防系统的整改完善，如周界报警
3、物联网技术实现博物馆电力、消防系统、安防系统和暖通系统的控制与管理
4、物联网技术实现区域进入权限的设置与管理。
第二章智慧博物馆物联网智能信息化管理平台
二.1、物联网智能感知综合平台
物联网感知综合平台是综合物联网应用共性特点，贯穿感知、传输、应用服务三层的共性功能模块、协议和平台等的总称。
“感知综合平台基础标准+应用子集标准”体系已被ISO/IECJTC1国际标准化组织和国家物联网基础工作组认可，“物联网感知综合平台+应用子集”的应用模式已被国家发改委采纳，并在无锡推进全国首个国家物联网综合感知应用示范。
二.2、智慧博物馆感知综合平台优势有
二.2.1、强大易扩展的物联网应用支撑平台
支持多种类型感知设备适配接入，兼容现有各类传输网络，提供灵活的应用服务部署和业务交互共享模式，并可根据用户需求在平台上动态添加新的应用。
二.2.2、打破孤立“竖井式”应用架构所形成的“信息孤岛”
为物联网应用提供标准体系架构，并支持多应用业务信息融合和服务共享，实现应用业务间无缝集成与协作。
二.2.3、强大的平台开发及运维支撑能力
显著降低物联网业务应用开发成本、服务运营成本及维护成本，降低物联网准入门槛。
二.2.4、支持二次开发和快速集成
采用先进、成熟、符合国际标准的软硬件技术，系统采用可扩展的开放式体系结构，能根据技术、业务的发展需要对平台功能进行调整、增加。
二.2.5、为物联网应用提供坚实的安全保障
物联网智能化应用支撑平台采用多种信息加密手段与安全管理协议保证数据传输安全性，通过灵活的访问权限模板机制实现对设备、感知信息的可定制化访问权限管理。
第三章环境监测应用子系统
三.1、简介
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。
实时监控遗址环境，对遗址本体及其周边的气候温湿度、土壤温湿度、降雨量、风力风向、紫外光强度、空气中的有害气体（主要是二氧化硫和含氮的化合物）等情况进行监测。
系统的设计目标为:
应用物联网技术实现博物馆中温度、湿度、光线等环境因素的监测系统。
该系统要求传感器节点在监测区域内构成网络，采集所需要的数据，并将采集所需的数据实时地传送给监控终端，使博物馆管理人员能够通过监控终端查询所需的数据。
三.2、系统功能
（1）具有远程访问的功能，管理人员可以远程监控传感器网络的状态和数据；
（2）作为环境监测，有足够长的网络生存期；
（3）对自然环境的影响小，传感器网络的部署和工作不影响文物；
（4）具有感应和搜集数据能力。
传感器网络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、大气二氧化硫浓度、含氮化合物浓度、光照度、紫外线辐射强度、浮尘、有机化合物含量、风速、风向、降雨量等参数进行采集；
（5）数据存储能力。
它能将大量的传感数据存储到远程数据库，并能够进行离线的数据访问。
M1-N3区域二氧化氮浓度较大，对文物有很大的伤害，请紧急处理
当工作人员无法及时有效的进行处理时，五分钟后将以短信或者呼叫已经设定好的当班人员的手机进行紧急提醒，告知需要处理的地点和处理的方法。
第四章智慧博物馆物联网智能信息化管理平台安防子系统
四.1、电子巡更系统
加入电子巡更系统，加强安全防范：
1、建立巡查点；
2、设置路线；
3、每条路线设置巡查点；
4、设置班次；
5、每个班次设置巡查任务；
6、登记巡查点信息钮；
7、登记巡查人员RFID卡，如要增加巡查人员信息，则需增加；
8、设置巡查员名单；
9、登记巡查人员RFID卡；
10、当班人员巡查前，先读自己的人员RFID卡，然后读各巡查点。
四.2、外围防入侵系统
土墩分布示意图HS遗址保护工作应用物联网
技术项目，所涉及的土墩共7座，其普查编号分别为M1-1、M1-2、M1-N1、M1-N2、M1-N3、M1-4和S1-9。
其中，M1-N3、M1-4和S1-9实行单个土墩保护，M1-1、M1-2、M1-N1和M1-N2实行整体保护（土墩分布示意图中已用红框圈起，T-1为博物馆的邱承墩）。
案例：
当外围遗址遭到入侵或者破坏的时候，现场报警系统将智能分析出报警者的具体意图，并在安防子系统中开始报警，智能分析如下：
当系统分析出如下报警行为时，将产生报警：
在系统中，显示报警情况下，将现场视频画面调出，并进行声光电的联动：
系统中报警如下：
四.3、物联网智能感知安防子系统的整体实现
由于博物馆安防系统所需要的安全性高、容错率低等特性，HS遗址博物馆安防子系统由多个部分组成：
防入侵报警系统、巡更系统、门禁系统、视频监控系统、通信系统、辅助照明系统、计算机网络系统、集中管理中心控制系统、供电系统、防雷电系统、传输系统、记录系统等，如此多的子系统，通过我们感知综合平台按房子系统的整合将发挥各自的功用，这些子系统之间具有有效的联动机制。
案例：
当报警子系统检测到有火灾时，会联动门禁系统，自动打开所有消防门禁，所有区域内视频监控实时记录现场画面，对通过门禁的所有文物通过RFID读取进行个体信息记录，并统计数量，并及时处理相关信息。
自动联动消防系统，自动开启消防系统，该区域内摄像头自动记录现场画面。
并实现GIS定点定位。
如图所示：
此时门禁系统开启，所有消防通道门禁自动打开：
并在当某一个位置的报警探测器发生报警，系统可以马上锁定周围的监控区域，从各个角度封锁盗窃分子的逃跑路线，并同时联动公安系统。
另外在特定区域，特定人员采用RFID专人专卡和人脸识别技术实现区域进入权限的设置与管理：
每张卡绑定个人身份，并在综合平台数据库中相对应的存入个人人脸数据，如果有人员进入设有管理权限的区域时，必须携带拥有该权限的RFID卡，并进行人脸识别，以防止他人的卡被盗用，双重安全保证区域的安全。
系统同样将实现其他安防系统的整合，包括暖通系统、报警系统等。
系统实现功能如下图所示：
第五章博物馆文物管理子系统
五.1、展品环境实时监测
对展厅、库房文物的保存环境进行实时监测，主要针对空气成分、温湿度、光照度等情况的实时记录分析，在超出正常范围值后报警。
并采取预防、智能处理、报警等方法处理。
五.1.1、文件管理
用RFID标记文物藏品，对每个文物进行编号记录。
将所对应文物信息录入到系统数据库里，将RFID扫描的文物进行绑定登记。
每个文物经过RFID扫描绑定后，将具有唯一的“电子标签身份证”，通过RFID标记文物，记录文物的名称特征等信息，对文物的品种、数量进行实时统计。
文物藏品的所在位置及去向，都会被系统软件记录存档。
文物出入库管理，藏品流动的每一个步骤都在信息化系统数据库中自动记录，管理人员可以通过登录系统软件调用查看。
在博物馆藏品登帐工作完善、建立数据库的前提下，开展物联网技术的文物管理工作。
主要是对文物的保管位置、出入库、文物修复等信息进行跟踪记录。
遗址巡查人员，通过智能手持终端设备，对遗址进行定位、监测数据采集、现状拍摄、填写巡查记录等工作，最终通过电脑数据中心汇总。
RFID在博物馆各个系统模块的应用实施，使得在博物馆管理体系中建立一条基于RFID技术的便捷管理系统，实现馆藏文物的高效管理，经过对目前RFID技术相关主流产品的技术特点，及博物馆工作人员和馆藏文物管理系统的应用情况进行分析，本系统设计连接图如下：
五.1.2、员门禁自动录入
为了更加安全的管理文物，针对近距离接触文物的人员，文物管理系统将对人员进行门禁自动录入。
该子系统模块由RFID读写系统、数据分析处理系统和输出模块组成。
当人员通过感应通道时，系统会自动识别出来人员携带的通行证件（电子标签），如果没有证件或证件不合法的人通过，系统也可以通过红外探测等方式检测出来，并传出报警信息。
系统通过无线网络等传输通讯系统，把人员通过记录传送到后台数据库中。
此通道同时也是文物标签的安全检测门禁，未正常出库的文物通过时，即有报警声光提示。
RFID标示文物出入库管理，博物馆内藏品流动的每一个步骤都会在电脑数据库中自动记录，并进行汇总分析，实时传输至显示终端，将信息提供给工作人员查看。
如下图：
RFID标示文物这一应用的实施，将大大提升文物管理的安全程度。
带有RFID标签的文物，在博物馆内的动态将被及时的记录存档。
可以说，RFID标签给予文物24小时的看护。
RFID读写器还将扫描采集到文物的各类信息，并传输存储到系统后台服务器。
便于工作人员随时调用查看。
同时在领导也可以远程审批文物的出入库，并随时掌握馆内所有信息情况，包括员工处理出入库流程等工作是否及时，在以后的员工考核中有强有力的依据。
五.2、文物移动智能感知识别
对于文物的管理可以通过移动识别系统来实现。
移动识别系统是手持设备PDA终端，RFID读写器可以实时识读文物的RFID标签，可以快速准确的完成识别任务。
对于标记有标签的文物，工作人员可以通过移动识别系统，能快速的清点、统计文物，提高工作效率。
RFID还可以同时读取识别多个文物标签，快速完成录入存档。
通过移动识别系统快速识别读取并记录文物的名称特征等信息。
对文物的品种、数量进行实时统计，提供藏品的所在位置及去向。
游客也可以通过智能手机端或者手持PDA等设备查看文物的资料信息，包括：
文物出处、历史、等级，展出状况等信息。
五.3、实时监控智能感知识别
通过RFID读写器，在文物储藏柜中，实现对文物电子标签的实时扫描。
如果文物被拿出扫描感应区，系统就会自动报警。
对部分贵重文物的藏柜，进行24小时不间断的扫描。
发现异常，自动报警。
从而加强对文物的安全管理。
这里对于密集架天线的防屏蔽与防相互干扰设计是系统难点与创新点。
在带有标签的文物展出过程中，RFID将对文物安保和展出信息进行实时跟踪监测，并不断将数据传输进入监控系统和数据采集分析系统所在的服务器，供工作人员监控和参考。
五.4、文物出入库智能感知清点
文物的其安全仓储非常重要，出库展出和入库保存都会经过系统清点记录。
该系统是由一台计算机和RFID读写器组成的，通过数据采集分析模块，将数据不断回传提供给工作人员。
负责办理馆藏文物的出入库手续，当文物需要办理出入库手续时，把文物放置在读写器上，系统自动读出文物编号，把出入库记录写入数据库，同时把出入库信息写入文物的电子标签内。
RFID有着快速盘点的优点，刚上面已经提到。
可以快速的对多个文物标签进行记录存档。
如下图：
所有加装电子标签的文物在做完登记后，自动在数据库里建立起了电子标签和文物的唯一对应关系。
该子模块除了对文物信息进行登记录入外，当文物没有办理出库手续，被携带出库房时，门禁系统会自动检测出未办理出库手续的文物，并发出报警信号。
从而加强了文物的安全管理。
通过对文物出入库登记，可以有效的跟踪所有文物的去向动态。
五.5、文物管理智能感知子系统后台安全
博物馆工作人员通过登录账户，可以录入文物的经手信息，并将文物的信息写入RFID标签。
相当于文物的详细身份信息。
便于RFID读写器对文物标签的读取和信息比对。
系统后台将完成所有出入库文物档案登记、文物经手工作人员记录，以及数据库的备份恢复等工作。
后台管理实现三个功能：
数据库管理、人员档案管理和文物档案管理。
后台还可根据需要，查询文物的档案资料以及出入库等各项数据，并统计报表，完成总账。
创新的RFID标签应用相对于纸质标签优点：
不易磨损，不会对文物产生腐蚀等危害。
RFID标签相当于文物的电子身份证，是唯一的。
如果文物遇到被调换，被盗窃等意外，可以有效的得到确认，很好的解决了文物真伪辨认等难题。
五.5.1、软件的操作安全
遵循逐级授权机制，严格控制权限管理。
软件将用户种类及权限划分为三类：
系统管理员、主管领导和操作员。
根据每类人员的不同工作要求分别限制了不同的权限，系统管理员只能给主管赋权，主管向操作员赋权。
软件的每一功能模块都具备完善的数据备份与恢复功能，而且操作简便，速度快。
良好的数据备份习惯也是保障系统数据安全的一个重要方面。
并且便于管理人员调看文物的各类数据，加强安全保障。
我们可以根据博物馆的需求，提供定时自动备份功能。
五.5.2、软件的操作日志
在业务单据的处理过程当中，所有操作员对文物信息管理数据的任何修改均会记录在案，方便主管或稽核人员事后对文物出入库等流程数据进行回溯。
除了有严格的用户管理和权限管理之外，还提供了详尽的操作日志功能，能够记录本管理系统下各类操作事件。
客户需要的话，我们还可以开发记录“尝试登录”等事件。
五.5.3、建立完善的安全规章制度
所有的安全系统建立，都防止不了高技术的恶意攻击甚至捣毁，以及玩忽职守。
所以我们强烈建议博物馆建立一套规范化的信息保密措施与管理维护规章制度。
综上所述，文物信息管理系统的安全体系可以用下图表示：
第六章智慧博物馆物联网智能信息化管理平台电子导览系统
六.1、IPAD智能化定制服务
系统采用的IPAD。
使用者通过智能IPAD终端上的三维立体导图，可以在参观的同时，随时读取展馆平面地图以及展品相关信息，然后选择相关服务。
简单操作便可获得文字、图片、声音以及视频资料展现给使用者。
游客通过该智能IPAD终端，实现自动语音讲解、游览线路导览、展览和展品的相关信息介绍，以及公共服务等。
游客定位，达到实时监控、了解游客分布、运动轨迹等效果，同时游客有任何需求提出，服务人员可以以最快的速度寻到这名游客，并提供相应的服务（如紧急救援等）。
通过多种电子导览方式，使更多的观众了解更加详尽的了解文物内容，参观更多的文物展品；为针对人流量大、没有讲解员情况下，实现文件自助讲解和导览。
通过RFID的应用，同时可以达到观众调查系统，研究观众行为最好的模式是让观众在未特别注意的情况下，以自然行动模式进行资料的收集。
本子系统主要用于自动收集博物馆观众在各展览点停留的信息，再对信息进行资料分析、统计出观众参观线路以及对展品的喜好。
1、点击图标，获得3D博物馆导览图；
2、可随意选择是3D还是二维平面图，并提示最佳游览路线；
3、到达最喜欢的游览地点时，可以自动获得该区域游览介绍，声文并茂，并可以用耳机随时听取声音介绍，如果喜欢该文物的信息可以选择下载该信息（可以将该项信息服务定制为有偿服务），并在最后可以通过游客游览体验随时对各种文物进行评价；
4、通过IPAD实现人员定位，如果有紧急情况或想得到相关服务，可以通过IPAD定制服务进行，工作人员会在第一时间找到该游客；
5、第一时间获得游客对哪一个具体展品兴趣更大，可以有效确立节假日游客分流预案；
6、可以通过租赁该服务来增加博物馆收入。
六.2、门票管理
1、RFID门票简介
依托RFID技术研发了一套游客身份证管理系统。
在博物馆出入口建立一套完整、安全、方便且具有信息化的游客实名参观登记系统，控制和管理游客进出。
该系统的建成将更有效的管理游客的合理流动，对进出的游客实行有序的导览。
在信息高速发展的时代，传统门票容易伪造、容易复制、人情放行、换人入馆致使各大活动场馆门票收入严重流失等，难以对观众出入各大活动场馆进行实时信息统计和管理等弊端。
本公司采用先进的RFID技术结合数据库技术、定位技术、通信和信息技术等诸多高科技技术，能有效解决HS遗址博物馆票务和信息管理等传统问题，实现电子门票的售票、验票、查询、统计、报表等综合控制与管理功能，可以提高HS博物馆的综合管理水平和管理效率。
游客刷卡示意图：
1、一人一票，不可伪造，无接触自动识别刷卡，通过时间段；
2、卡片高档，可以通过卡得表面印刷博物馆的宣传；
3、可以通过卡片识别对目前游客的分布获得详细的记述，多方位、多手段获得游客对展品的偏爱，并结合该区域摄像头随时确立游客过度集中的地点；
4、记录游客身份信息，实名统计游客信息，在以后游客第二次游览的时候，可以获得相关纪念品，提升博物馆服务质量，获得游客的好评。
5、在客人未租赁IPAD服务时，通过RFID卡实现智能定位，需要相关服务时，工作人员同样能第一时间到达。
客流量监控系统示意图
六.3、游客进出博物馆流量统计
在进出园门口，安装进出自动识别雷达，可以自动识别出游客是在进入博物馆还是在离开博物馆，该子系统可以实现年度馆内客流量的精确统计，未博物馆第二年各项计划提供重要依据。
具体提心如下：
1、客流量是博物馆运营管理所需基础数据中最重要的经营战略信息；
2、正确把握客流数据，可结合运用于展品受欢迎程度、场馆受欢迎程度、人员考核管理、预警防灾等方面。
3、客流系统可长久提供稳定准确的客流数据；
4、与门票系统结合，提高统计准确率，能够获得直观的客流统计，让管理者第一时间便可掌握相关情况，随时做出管理调整。
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