基于RFID及GIS的博物館藏品管理系統(tǒng)①

陳能成, 呂 友, 陳澤強(qiáng),(武漢大學(xué) 測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430079)(地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 武漢 430079)

基于RFID及GIS的博物館藏品管理系統(tǒng)①

陳能成1, 呂 友1, 陳澤強(qiáng)1,21(武漢大學(xué) 測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430079)2(地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心, 武漢 430079)

基于“物聯(lián)網(wǎng)地理信息軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”項(xiàng)目, 針對(duì)博物館藏品管理的業(yè)務(wù)流程, 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于射頻識(shí)別及地理信息系統(tǒng)的博物館藏品智能管理系統(tǒng). 利用地理信息技術(shù)制作館內(nèi)電子地圖及在文物入館登記及巡檢時(shí)記錄文物存儲(chǔ)位置從而實(shí)現(xiàn)文物信息在線地圖可視化, 采用射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢員的實(shí)時(shí)定位及巡檢工作考核. 結(jié)合兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)藏品信息自動(dòng)采集與實(shí)時(shí)傳輸及館內(nèi)藏品的統(tǒng)一高效管理. 相比于現(xiàn)有的博物管理系統(tǒng), 該系統(tǒng)提高了藏品信息采集的效率與便捷性, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)藏品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)智慧化管理.

博物館管理; RFID; GIS; 智能管理

博物館具有收藏保管、陳列研究、宣傳教育職能,對(duì)文物的搜集、保護(hù)、研究、展示, 發(fā)掘其蘊(yùn)藏的歷史、科學(xué)和藝術(shù)價(jià)值, 是博物館的核心工作之一[1]. 因此, 藏品管理水平的高低, 直接影響博物館各項(xiàng)活動(dòng)的開展, 決定著博物館社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮,在博物館工作中有著舉足輕重的作用[2]. 隨著現(xiàn)代博物館事業(yè)的快速發(fā)展, 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)物藏品科學(xué)有效智能的管理成為越來(lái)越重要的研究課題.

在當(dāng)前博物館藏品RFID管理系統(tǒng)中, 主要為這樣一種方案: 該系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、手持機(jī)、服務(wù)器三部分. 電子標(biāo)簽一般使用貼、掛等方式與藏品固定在一起, 其中存儲(chǔ)了文物的一些信息, 用于藏品識(shí)別[3].手持機(jī)中裝有讀寫器, 可以對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫. 服務(wù)器則存儲(chǔ)了館內(nèi)所有藏品的信息. 該系統(tǒng)的工作流程為:在藏品入館前, 先錄入信息至電子標(biāo)簽, 進(jìn)入展區(qū)時(shí)系統(tǒng)對(duì)藏品標(biāo)簽進(jìn)行掃描; 藏品的每次變動(dòng)都要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的掃描, 每次掃描信息都錄入數(shù)據(jù)庫(kù), 使標(biāo)簽和藏品形成唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系. 管理員拿著RFID閱讀器在藏館巡視一遍即可將藏品核對(duì)清楚. 該方案在一定程度上實(shí)現(xiàn)了博物館藏品的信息化管理, 但也有明顯的不足之處: 1)該方案注重藏品資源自身的輸入、處信息. 博物館作為藏品收藏展覽的實(shí)體具有空間地理形態(tài), 藏品除擁有各自的屬性信息外還具有與博物館地理坐標(biāo)相關(guān)的空間信息, 因而在博物館內(nèi)形成了縱橫錯(cuò)雜的藏品資源布局, 智能化的藏品管理系統(tǒng)不僅對(duì)藏品的屬性信息進(jìn)行管理, 還需要做到對(duì)藏品管理中與空間位置有關(guān)的信息進(jìn)行有效的管理[4], 達(dá)到可視化和直觀的效果, 并將定位信息、導(dǎo)航信息等同時(shí)顯示在用戶界面, 實(shí)現(xiàn)信息資源的檢索與提取. 2)藏品的管理還應(yīng)該包括每個(gè)文物所處的環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控, 如溫度、濕度、光照、空氣狀況等; 這些對(duì)藏品的保護(hù)至關(guān)重要, 但是目前基于RFID的藏品管理系統(tǒng)僅僅是一個(gè)對(duì)藏品的自身屬性信息管理的孤立的系統(tǒng),并沒(méi)有與整個(gè)博物館藏品管理中的傳感網(wǎng)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及博物館的部門人員管理系統(tǒng)等其他系統(tǒng)有效的協(xié)同工作, 管理綜合性差.

本文為提高博物館文物智能化管理水平, 基于RFID技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)及室內(nèi)GIS技術(shù), 提出了一種集移動(dòng)管理終端與網(wǎng)絡(luò)后臺(tái)信息管理系統(tǒng)于一體的博物館藏品智能管理解決方案.

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)需求分析

通過(guò)與博物館管理員的一步步交流溝通, 結(jié)合對(duì)藏品管理工作的相關(guān)調(diào)研, 整理出管理員對(duì)系統(tǒng)的基本要求. 基于物聯(lián)網(wǎng)GIS的博物館智能管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖1所示, 博物館對(duì)藏品的智能管理主要包括兩個(gè)流程: 藏品登記及藏品巡檢. 對(duì)于非本館的藏品進(jìn)入本館或者館內(nèi)藏品位置發(fā)生變化時(shí), 需要進(jìn)行相應(yīng)的藏品登記: 博物館管理員攜帶RFID讀寫器讀取并記錄相應(yīng)藏品的RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù), 檢查藏品是否損壞等信息, 把相應(yīng)的數(shù)據(jù)及藏品存放位置信息抄錄至手持機(jī), 確定藏品信息登記完全無(wú)誤后提交到后臺(tái)管理系統(tǒng), 藏品存放到指定位置后, 由部署在館內(nèi)的傳感網(wǎng)對(duì)藏品存放環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)控. 對(duì)于館內(nèi)的藏品需要管理員定期進(jìn)行巡檢: 首先巡檢管理員結(jié)合當(dāng)前館內(nèi)藏品數(shù)據(jù)及巡檢人力信息制定合理的巡檢計(jì)劃及任務(wù)安排, 然后在系統(tǒng)中發(fā)布巡檢任務(wù). 在系統(tǒng)前端, 巡檢人員登錄系統(tǒng)查看自己的巡檢任務(wù), 利用GIS路徑分析功能生成巡檢路線, 完成巡檢任務(wù).

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)(感知層、傳輸層、應(yīng)用層)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展, 如圖2所示.

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

感知層: 主要由安卓手機(jī)、RFID標(biāo)簽和讀寫器及溫濕度傳感器組成, 文物在進(jìn)出博物館或在博物館內(nèi)流動(dòng)時(shí), 工作人員利用RFID閱讀器對(duì)傳感器、RFID標(biāo)簽的信息通過(guò)藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)采集, 記錄移動(dòng)設(shè)備終端, 然后在終端設(shè)備上進(jìn)行交互式操作, 將數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)管理服務(wù)器.

網(wǎng)絡(luò)層: 完成相關(guān)數(shù)據(jù)的接入與傳輸, 包括接入網(wǎng)與傳輸網(wǎng)兩種. 本系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)由專網(wǎng)和公網(wǎng)組成,主要包括互聯(lián)網(wǎng)、專用網(wǎng)及移動(dòng)通信網(wǎng)等.

處理層: 完成地圖相關(guān)的業(yè)務(wù)和文物管理.

相關(guān)業(yè)務(wù), 由J2EE應(yīng)用服務(wù)器和Arcgis Server服務(wù)器組成. J2EE應(yīng)用服務(wù)器采用SSH(Struts2+ Spring+Hibernate)架構(gòu)進(jìn)行開發(fā), 文物管理相關(guān)業(yè)務(wù)在APP客戶端及WEB客戶端使用Struts2完成與J2EE應(yīng)用服務(wù)器的交互, 地圖數(shù)據(jù)相關(guān)的業(yè)務(wù)通過(guò)REST地圖服務(wù)接口與Arcgis Server服務(wù)器進(jìn)行交互. J2EE應(yīng)用服務(wù)器使用Hibernate將數(shù)據(jù)層屬性封裝成數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口, Arcgis Server將地理數(shù)據(jù)發(fā)布為各種能力的GIS服務(wù), 完成處理層和數(shù)據(jù)層之間的通訊.

數(shù)據(jù)層: 負(fù)責(zé)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及RFID讀寫器采集數(shù)據(jù)的存取, 維護(hù)各種數(shù)據(jù)間的關(guān)系, 保障整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的安全性. 地理數(shù)據(jù)通過(guò)ArcMap對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織并符號(hào)化后形成*.mxd地圖文件,屬性數(shù)據(jù)及RFID讀寫器采集數(shù)據(jù)采用MySql進(jìn)行存儲(chǔ)與管理.

圖2 系統(tǒng)總體框架

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 室內(nèi)GIS

以地圖的方式顯示博物館內(nèi)部的基本布局及館內(nèi)藏品分布信息, 實(shí)現(xiàn)藏品及博物館管理員的實(shí)時(shí)定位對(duì)博物館藏品管理尤為重要. 本系統(tǒng)在Auto CAD開發(fā)的基礎(chǔ)上, 基于ArcgisGIS建立室內(nèi)GIS矢量電子地圖模型結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)博物館內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)、組織機(jī)構(gòu)分布以及各種信息資源的地理位置、空間布局等空間信息進(jìn)行管理、更新、維護(hù). 基于博物館的幾何網(wǎng)絡(luò)模型圖及博物館內(nèi)的展廳、樓梯及走廊連通關(guān)系可建立具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的博物館室內(nèi)平面圖, 博物館空間數(shù)據(jù)采取分層的方式進(jìn)行描述、表達(dá)和管理,博物館內(nèi)的展廳、樓梯及走廊各為一個(gè)數(shù)據(jù)層; 每個(gè)展廳內(nèi)裝有固定的讀頭, 藏品登記完成后系統(tǒng)管理平臺(tái)將藏品登記時(shí)錄入的存放位置信息傳送到空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ), 并在室內(nèi)電子地圖圖的相應(yīng)位置顯示藏品圖標(biāo), 點(diǎn)擊生成路徑按鈕可根據(jù)展廳、樓梯及走廊的互通關(guān)系生成導(dǎo)航路徑.

2.2 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)建模與注冊(cè)

本系統(tǒng)應(yīng)用的各類傳感器及RFID電子標(biāo)簽都是物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn), 在系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中, 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)管理及對(duì)來(lái)自無(wú)數(shù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)非常的重要. 在節(jié)點(diǎn)管理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之前需要了解節(jié)點(diǎn)相關(guān)信息, 知道數(shù)據(jù)來(lái)自哪一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn), 這就需要將這些物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的ID, 地理位置, 數(shù)據(jù)類型和節(jié)點(diǎn)屬性等信息建模并在數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè). 本文采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想及XML技術(shù)建立了統(tǒng)一的節(jié)點(diǎn)信息模型(如下所示), 基于該模型建立各個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)例文檔, 并注冊(cè)到后臺(tái)服務(wù)器中, 服務(wù)器收到注冊(cè)XML文檔信息后解析文檔并將物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)相關(guān)信息存入到數(shù)據(jù)庫(kù), 自動(dòng)完成物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的注冊(cè).

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2.3 異構(gòu)信息標(biāo)統(tǒng)一處理

在該系統(tǒng)中不僅有來(lái)在各類傳感器的數(shù)據(jù), 同時(shí)還會(huì)有巡檢員巡檢產(chǎn)生的數(shù)據(jù), 如何將來(lái)自這些異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)中心并進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)非常重要. 在大多數(shù)情況下, 一般都是通過(guò)硬編碼的方式直接將各種感知設(shè)備接入到系統(tǒng)中, 按照不同的格式將不同的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心. 這種情況導(dǎo)致每次增加一些感知設(shè)備時(shí), 就需要不斷地修改源代碼, 系統(tǒng)的實(shí)用性低.

為了能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入與存儲(chǔ), 本系統(tǒng)以開放地理信息空間聯(lián)盟(Open Geospatial Consortium, OGC)制定的SOS(Sensor Observation Service)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ), 采用標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔數(shù)據(jù)傳輸格式, 將數(shù)據(jù)文件發(fā)送到SOS Web服務(wù)的數(shù)據(jù)接收接口. SOS接收到數(shù)據(jù)文件后, 將會(huì)自動(dòng)解析文檔并將數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中. 對(duì)于不同的物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)所使用的XML文檔都具有相同的標(biāo)簽, 只是標(biāo)簽下所包含的內(nèi)容有所不同.

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 移動(dòng)前端功能設(shè)計(jì)

智能管理移動(dòng)端有4個(gè)主要功能模塊(圖3):

(1) 用戶登錄: 對(duì)權(quán)限進(jìn)行控制和驗(yàn)證, 防止無(wú)權(quán)限人員登錄惡意篡改數(shù)據(jù). 這里的用戶分為兩類:博物館一般管人員和超級(jí)管理人員. 一般管理人員只負(fù)責(zé)藏品入館登記及一般的巡檢操作, 超級(jí)管理人員除此之外還可進(jìn)行藏品出館登記及制定巡檢計(jì)劃.

(2) 節(jié)點(diǎn)建模與注冊(cè): 巡檢員根據(jù)已建立好的模型文件輸入相應(yīng)的屬性信息建立物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的信息模型, 點(diǎn)擊注冊(cè)功能系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型文檔的上傳與注冊(cè).

(3) 數(shù)據(jù)接入: 該模塊是移動(dòng)端功能的核心, 管理員在藏品登記或者巡檢時(shí), 通過(guò)RFID讀寫器識(shí)別讀取貼在藏品上的RFID標(biāo)簽信息, 并手動(dòng)填寫與藏品相關(guān)的其他信息, 填寫方式盡量采取點(diǎn)選或者列表選擇. 信息填寫完畢后點(diǎn)擊上傳, 采集前端自動(dòng)將所填的數(shù)據(jù)組織為SOS所需要的XML格式并將數(shù)據(jù)文檔傳至SOS服務(wù)中心.

(4) 地圖GIS展示: 采用地圖的方式來(lái)實(shí)時(shí)顯示管理員的位置、藏品在館內(nèi)的布置圖及相應(yīng)當(dāng)前數(shù)據(jù)資料, 進(jìn)行GPS定位、地圖顯示、路徑規(guī)劃. 對(duì)于系統(tǒng)檢測(cè)到異常信息的藏品與正常的加以區(qū)別顯示.

圖3 移動(dòng)端功能模塊劃分

3.2 后臺(tái)技術(shù)框架設(shè)計(jì)

(1) 用戶管理: 管理各類項(xiàng)目相關(guān)信息, 分為用戶信息管理、館內(nèi)設(shè)備管理和巡檢計(jì)劃管理三個(gè)子模塊, 以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、用戶、巡檢信息的全面管理.

(2) GIS展示: 以地圖的方式直觀顯示展廳及館內(nèi)相應(yīng)區(qū)域藏品及設(shè)備的位置分布圖及相關(guān)數(shù)據(jù)資料在線顯示, 例如藏品詳細(xì)信息、設(shè)備工作狀態(tài)、當(dāng)前管理員分布狀況等. 同時(shí)還具有路徑規(guī)劃功能, 提供由當(dāng)前位置到特定位置的路線規(guī)劃.

(3) 預(yù)警管理: 管理傳感網(wǎng)器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 識(shí)別異常檢測(cè)數(shù)據(jù)并根據(jù)配置的異常處理策略進(jìn)行預(yù)警動(dòng)作處理.

(4) 數(shù)據(jù)查詢: 用于查詢后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的各種信息.

圖4 服務(wù)器端功能設(shè)計(jì)

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù), 由于篇幅原因這里不再給出, 本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮乃枷虢⒘?8張表,分別為文物表、操作單據(jù)表、操作明細(xì)表、文物圖片表、文物活動(dòng)軌跡表、攝像頭表、區(qū)域表、區(qū)域文物表、展廳信息表、博物館信息表、傳感器關(guān)聯(lián)表、傳感器表、傳感器參數(shù)表、文物空間表、報(bào)警信息表和參數(shù)池.

3.4 核心功能實(shí)現(xiàn)

本文開發(fā)實(shí)現(xiàn)的博物館智能管理系統(tǒng)整體運(yùn)用C/S架構(gòu), 其中服務(wù)器端采用B/S架構(gòu). 服務(wù)端采用SSH(Struts2+Spring+Hibernate)框架, 通過(guò)整合jQuery、Bootstrap等第三方庫(kù), 實(shí)現(xiàn)一步交互; 移動(dòng)端調(diào)用藍(lán)牙連接接口與閱讀器進(jìn)行標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀寫及相關(guān)傳感信息輸出, 使用HTTP POST方法與服務(wù)端傳輸數(shù)據(jù).

進(jìn)入登錄界面并成功登錄后將會(huì)進(jìn)入主界面, 移動(dòng)端主要有兩項(xiàng)核心功能: 在博物館地圖上在線查看館內(nèi)藏品信息和收集藏品詳細(xì)信息(圖5), 移動(dòng)端在收集藏品信息時(shí)需要借助RFID讀寫器采集貼在藏品上的RFID標(biāo)簽信息, RFID讀寫器通過(guò)藍(lán)牙傳輸方式傳給到移動(dòng)端, 移動(dòng)端解析數(shù)據(jù)并自動(dòng)填充到相應(yīng)的選項(xiàng)中.

圖5 移動(dòng)端主要界面

4 結(jié)語(yǔ)

為提高博物館藏品管理效率及智慧化水平, 本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了集智能管理終端系統(tǒng)和后臺(tái)信息管理系統(tǒng)于一體的博物館藏品智能管理系統(tǒng). 系統(tǒng)在基于RFID信息采集及GIS地圖可視化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了藏品的入館初始登記、借出登記、借入登記、離館登記、報(bào)廢登記、在線展示及預(yù)警管理等主要的藏品管理業(yè)務(wù),改變了博物館藏品傳統(tǒng)的管理方式, 使信息管理由數(shù)值領(lǐng)域進(jìn)入到空間領(lǐng)域, 使得藏品在館內(nèi)的管理更加安全便捷, 提高了管理人員的工作效率.

1 徐文杰,管會(huì)生,王亞?wèn)|.基于RFID技術(shù)的博物館文物管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息,2010,26(72):180–184.

2 昔克,原思聰,孫昌成.基于RFID技術(shù)的博物館人員和館藏文物管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì).金卡工程,2008,(1):49–52.

3 任國(guó)棟,陳林華,陶學(xué)鋒,方先行.基于Unity3D的虛擬博物館信息可視化系統(tǒng).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2013,22(9):86–90.

4王建,孫詠,李巖,高岑.面向公路物流運(yùn)輸企業(yè)的GIS監(jiān)管系統(tǒng).計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2015,24(12):105–109.

Museum Collection Intelligent Management System Based on RFID and GIS

CHEN Neng-Chen1, LV You1, CHEN Ze-Qiang1,21(State Key Laboratory of Information Engineering in Survey, Mapping and Remote Sensing, Wuhan University, Wuhan 430079, China)2(Collaborative Innovation Center of Earth Space Information Technology, Whuhan 430079, China)

Based on the project of “design and implementation of internet of things and GIS software platform”, we design a museum collection intelligent management system based RFID and GIS, in view of business process for museum collections management. Through the management of museum indoor map and recorded location of cultural relics in the registration and inspection of them, the system achieves the goal of realizing the online map visualization of cultural relics. And the system also can use RFID technology to realize the real-time location of inspectors and assess the inspection work of the inspectors. Combined with these two technologies, the system implements functions of auto-collect and real-time transmission of collection information and achieves the goal of unified and efficient management of the museum collections. Compared to the conventional way of collection management, this system improves the efficiency and convenience of collection information collection, and realizes the real-time dynamic intelligent management of the collection.

museum management; RFID; GIS; intelligent management

國(guó)家自然科學(xué)基金(41301441);中國(guó)博士后科學(xué)基金(2014M562050,2015T80829)

2016-07-11;收到修改稿時(shí)間:2016-08-18

10.15888/j.cnki.csa.005676