物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在秦始皇帝陵博物院環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

李 華

(陶質(zhì)彩繪文物保護(hù)國家文物局重點(diǎn)科研基地(秦始皇帝陵博物院)，陜西西安 710600)

0 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)思起源于比爾·蓋茨1995年的《未來之路》一書。國際電信聯(lián)盟(ITU)于2005年正式提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，按照ITU的定義，物聯(lián)網(wǎng)是將射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器和激光掃描器等，嵌入到各種各樣的日用品中，如電網(wǎng)、鐵路、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道、汽車等各種物體中，將這些物體與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)連接，使物與物、人與物之間相互溝通，從而實(shí)現(xiàn)人員對機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的即時(shí)管控[1]。目前國際通用的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：是指通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[2]。其實(shí)質(zhì)是利用射頻自動(dòng)識別技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識別和信息的互聯(lián)與共享，其核心技術(shù)為傳感網(wǎng)技術(shù)。簡單地說，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的智能互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，是新一代的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)概念，代表了下一代信息發(fā)展技術(shù)[3]。自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報(bào)告”，物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會(huì)極大的關(guān)注。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在博物館環(huán)境監(jiān)測中的必要性

“文物預(yù)防性保護(hù)”的概念自1930年在意大利羅馬召開的國際文物保護(hù)會(huì)議上首次提出后[4]，在國際上已成為文物保護(hù)科學(xué)的共識，而其前提就是對博物館文物保存環(huán)境的科學(xué)化認(rèn)識，即應(yīng)用一切相關(guān)的科學(xué)技術(shù)和成果，包括新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對館藏文物保存環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)測，進(jìn)而進(jìn)行有效的控制，以最大限度地抑制和減緩環(huán)境因素對文物材料的破壞作用[5]。1972年，聯(lián)合國教科文組織第17屆大會(huì)通過的《保護(hù)世界文化和自然遺產(chǎn)公約》中，也對世界遺產(chǎn)的監(jiān)測提出了相關(guān)要求。關(guān)于世界文化遺產(chǎn)地的監(jiān)測開始受到各締約國的普遍重視，一些文化遺產(chǎn)大國和部分發(fā)達(dá)國家相繼開展世界遺產(chǎn)監(jiān)測的理論和方法體系的研究與實(shí)踐活動(dòng)，使文物保存環(huán)境監(jiān)測成為文化遺產(chǎn)保護(hù)的必要和首要環(huán)節(jié)[6-8]。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)利用布置在文物周圍的各種傳感器節(jié)點(diǎn)來采集目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過各類中繼節(jié)點(diǎn)的相互協(xié)作組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，以此來實(shí)現(xiàn)基于文物現(xiàn)場環(huán)境溫度、相對濕度、日照強(qiáng)度、紫外線和雨量等有害于文物的信息監(jiān)測和環(huán)境預(yù)警功能(圖1)。將這些監(jiān)測終端通過互聯(lián)網(wǎng)連接，形成管理者、文物現(xiàn)狀、環(huán)境特點(diǎn)連通的網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)人員對文物保存環(huán)境、文物風(fēng)化情況的即時(shí)管控。

圖1 文物保存環(huán)境監(jiān)測“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖[9]Fig.1 Monitoring system of the conservation environment for culture heritages

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由于能夠迎合文物保存環(huán)境監(jiān)測時(shí)對文物干預(yù)小，及時(shí)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而迅速受到博物館環(huán)境監(jiān)測者的青睞。已有研究表明采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對博物館環(huán)境監(jiān)測的優(yōu)勢在于[8，10]：1)傳感器節(jié)點(diǎn)的體積小且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只需要部署一次，傳感器網(wǎng)絡(luò)部署對所監(jiān)測環(huán)境的影響很小；2)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，分布密度高，具有數(shù)據(jù)采集量大，空間精度高的特點(diǎn)；3)傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有一定的計(jì)算能力、存儲(chǔ)與通信能力，可以根據(jù)物理環(huán)境的變化進(jìn)行較為復(fù)雜的監(jiān)測，并且在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)同監(jiān)測；4)文物環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)的遠(yuǎn)程便捷性。人無需去現(xiàn)場，通過物聯(lián)網(wǎng)就能進(jìn)行監(jiān)測工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測；5)多功能性。物聯(lián)網(wǎng)文物環(huán)境系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對多類文物環(huán)境要素的同步監(jiān)測。監(jiān)測平臺(tái)借助互聯(lián)網(wǎng)可對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)快速傳輸、分類呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)多因素的監(jiān)測和評估。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在文物保存環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 國外應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在文物保存環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用最早出現(xiàn)在歐美。1997年英國紐伯里桑達(dá)木紀(jì)念教堂安裝了有線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)溫濕度監(jiān)測[11]。1998年加拿大多倫多大學(xué)藝術(shù)中心在展室布設(shè)了有線的溫濕度監(jiān)測設(shè)備，進(jìn)行環(huán)境微氣候監(jiān)測[12]。2006年加拿大多倫多藝術(shù)博物館就嘗試使用該技術(shù)進(jìn)行博物館不同展廳溫濕度的監(jiān)測[13]。2009年波蘭西里西亞的博物館使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對博物館展廳的溫度、濕度和CO2濃度進(jìn)行監(jiān)測[14]。2011年意大利佛羅倫薩博物館使用環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對館內(nèi)16個(gè)展廳和4個(gè)展柜環(huán)境的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測[15]。2014年英國劍橋博物館使用升級的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對館內(nèi)的每一個(gè)展示點(diǎn)進(jìn)行溫濕度及光照和紫外的監(jiān)測。2015年美國匹茲堡卡內(nèi)基自然歷史博物館在整個(gè)博物館建筑中布設(shè)無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對館內(nèi)溫濕度進(jìn)行監(jiān)測。

綜上所述，在博物館布設(shè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是當(dāng)前國際文物保存環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展趨勢。且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)從開始的有線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展到近年來的無線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)不斷升級，終端設(shè)備不斷更新，從而使博物館環(huán)境監(jiān)測更加科學(xué)有效。

2.2 國內(nèi)應(yīng)用

2.2.1在大型展覽中的應(yīng)用 2007年，敦煌研究院和浙江大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的敦煌莫高窟環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測莫高窟10個(gè)開放洞窟的溫濕度及4個(gè)洞窟的二氧化碳濃度變化[16-17]。2008年,奧運(yùn)會(huì)期間的“奇跡天工：中國古代發(fā)明創(chuàng)造文物展”中使用美國DICKSON公司生產(chǎn)的Wizard系列無線溫濕度記錄儀組成展館內(nèi)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，對文物展柜內(nèi)、外環(huán)境進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。2010年，上海世博會(huì)中國館銅車馬環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了溫濕度、二氧化碳和照度實(shí)時(shí)監(jiān)測。2011年，西安世園會(huì)實(shí)現(xiàn)了長安塔銅車馬保存環(huán)境中的溫濕度、照度、紫外線和二氧化碳的實(shí)時(shí)監(jiān)測。2013和2014年，“真彩秦俑展”和“輝煌時(shí)代——羅馬帝國展”中使用無線監(jiān)測系統(tǒng)對展柜及展廳環(huán)境中的溫濕度、二氧化碳等環(huán)境因子進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。

2.2.2在博物館及遺址環(huán)境監(jiān)測中的系統(tǒng)應(yīng)用 相比與歐美國家，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國的文物博物館環(huán)境監(jiān)測中，受國家政策的支持，應(yīng)用更為廣泛和系統(tǒng)。2009年起，國家文物局進(jìn)行了系列部署，在戰(zhàn)略規(guī)劃層面、需求分析方面、應(yīng)用試點(diǎn)方面組織開展了一系列科研課題，從多學(xué)科、多角度探索了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)其他博物館相繼進(jìn)行了博物館物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境與文物本體的監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)嘗試，如敦煌莫高窟建設(shè)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的微環(huán)境監(jiān)測與游客流量監(jiān)測系統(tǒng)；陜西歷史博物館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)；漢陽陵博物館環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)；唐順陵陵區(qū)及文物本體監(jiān)測系統(tǒng)；漢長樂宮遺址保護(hù)區(qū)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)；長安區(qū)鳳棲園漢張安世墓葬遺址環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)；三星堆博物館環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)；廣東省博物館環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)；南京大報(bào)恩寺遺址環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)等。

秦始皇帝陵博物院為目前中國最大的遺址博物館之一，已經(jīng)對外開放的遺址館有5處，遺址分布較廣，環(huán)境類型較全，包括遺址、普通展廳，還有庫房。秦始皇帝陵博物院使用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測開始較早，自2010年開始布設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)，建成國內(nèi)第一批博物館物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用示范系統(tǒng)。經(jīng)過多年的補(bǔ)充完善，實(shí)現(xiàn)了博物院文物保存區(qū)域的全部覆蓋和基礎(chǔ)環(huán)境因子的全面監(jiān)測。對秦始皇帝陵博物院的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析評價(jià)，對國內(nèi)同行在該領(lǐng)域的應(yīng)用、研究，給予借鑒，以揚(yáng)長避短。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在秦始皇帝陵博物院環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 文物環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用概況

秦始皇帝陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在2010年開建初期，只針對博物館一號坑及文物修復(fù)室、分析實(shí)驗(yàn)室和文物庫房，區(qū)域相對集中，環(huán)境監(jiān)測主要針對環(huán)境溫濕度及二氧化碳濃度。目前，已實(shí)現(xiàn)對兵馬俑博物館三個(gè)俑坑的全部覆蓋，涉及的環(huán)境要素也逐漸增多，除原有的環(huán)境溫度、相對濕度、二氧化碳濃度，增加了照度、紫外線及遺址表層土壤溫度、含水量、含鹽量。目前布點(diǎn)區(qū)域較廣，布設(shè)監(jiān)測終端數(shù)量較多的依舊是溫濕度測量終端。所以相對穩(wěn)定和基礎(chǔ)的監(jiān)測依然是溫濕度及二氧化碳的監(jiān)測。

3.2 秦始皇帝陵博物院環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

3.2.1探頭/監(jiān)測終端——物聯(lián)網(wǎng)的前端技術(shù) 根據(jù)具體的監(jiān)測需求，確定傳感器的類型，并根據(jù)測量環(huán)境情況對所需傳感器靈敏度、響應(yīng)頻率、線性范圍、穩(wěn)定性、精度進(jìn)行篩選，最終選擇了以下10種傳感器芯片和探頭作為室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測和氣象環(huán)境監(jiān)測的硬件設(shè)備：大氣溫濕度監(jiān)測傳感器SHT15，土壤溫度傳感器PT100，土壤含水率傳感器FDS100，二氧化碳傳感器S100，光照度傳感器RY-G/W，紫外線傳感器RY-ZW，超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器WINDCAP?，降雨量傳感器RAINCAP?，大氣壓傳感器BAROCAP?，氣象站溫濕度傳感器HUMICAP。

3.2.2物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)——物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用/控制平臺(tái)

硬件方面，在文物保護(hù)現(xiàn)場使用多種無線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測環(huán)境，并通過自組織方式將各個(gè)節(jié)點(diǎn)組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)的相互協(xié)作將環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，以此來實(shí)現(xiàn)基于文物現(xiàn)場環(huán)境溫度、相對濕度、日照強(qiáng)度、紫外線、雨量等有害于文物的信息監(jiān)測和預(yù)警功能。最終實(shí)現(xiàn)對文物保護(hù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)在線實(shí)時(shí)告警和監(jiān)控。系統(tǒng)主要硬件從種類上劃分為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、中繼和網(wǎng)關(guān)。

軟件方面，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和規(guī)劃，在需要的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和重組，通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)對文物保護(hù)環(huán)境的分析。軟件服務(wù)主要是監(jiān)測節(jié)點(diǎn)管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、工作參數(shù)的設(shè)置。

3.3 秦始皇帝陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

3.3.1秦陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 秦始皇帝陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層三層結(jié)構(gòu)組成。感知層主要為溫濕度等各類傳感器作為監(jiān)測終端，及傳感網(wǎng)來采集各類環(huán)境信息；網(wǎng)絡(luò)層包括物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)，將感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞和處理；應(yīng)用層是各個(gè)區(qū)域監(jiān)測系統(tǒng)與系統(tǒng)管理平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)(圖2)通過各種傳感設(shè)備對大氣環(huán)境中的溫濕度、二氧化碳、光照、紫外線等要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過無線傳輸將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測。

圖2 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖Fig.2 Structure function of the environmental monitoring system

3.3.2秦陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)功能 文物保存環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)的主要功能是采集溫度、濕度、二氧化碳、照度、紫外線強(qiáng)度等環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)。以列表、圖形等形式，實(shí)現(xiàn)文物保存環(huán)境狀況的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)、閾值報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析等功能。通過匯總各類信息生成用戶自定義報(bào)表，支持監(jiān)測數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。

3.4 秦陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效性及傳輸便捷性分析

為評價(jià)物聯(lián)網(wǎng)獲取及傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量，本工作在博物院的某展柜中分別放置溫濕度無線監(jiān)測設(shè)備(MW301GA-HN)和具有數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)功能的溫濕度記錄儀(Testo175H1，經(jīng)過陜西省質(zhì)量監(jiān)督局的校準(zhǔn))(圖3)，進(jìn)行溫濕度監(jiān)測結(jié)果對比。結(jié)果顯示，兩種設(shè)備監(jiān)測結(jié)果的總體變化趨勢保持一致(圖4)，表明兩種監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測數(shù)值的相對有效性。但無線監(jiān)測設(shè)備由于長時(shí)間(超過一年)沒有校驗(yàn)，濕度略有漂移，表明定期(根據(jù)傳感器本身的精準(zhǔn)度，采取半年或一年的周期)校驗(yàn)的必要性。此外，和普通監(jiān)測設(shè)備相同，也可通過對物聯(lián)網(wǎng)輸入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行深層的數(shù)據(jù)挖掘，以各種方式將環(huán)境參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)以不同方式呈現(xiàn)，方便用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理和發(fā)展趨勢判斷，總結(jié)環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律。

圖3 臨展環(huán)境監(jiān)測布點(diǎn)情況Fig.3 Environment monitoring assignment diagram of a temporary exhibition

圖4 使用無線(上)和常規(guī)連續(xù)(下)監(jiān)測方式對溫度和相對濕度的監(jiān)測結(jié)果Fig.4 Comparison of temperature and relative humidity inside display cabinets using different monitoring ways

借助無線監(jiān)測設(shè)備，可在軟件界面上以圖和數(shù)值的形式直觀顯示各環(huán)境參數(shù)(圖5)，使工作人員能同步感知不同文物保存區(qū)域的環(huán)境狀況。也可以調(diào)取所需監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行環(huán)境狀況檢查并進(jìn)行對比，而無需到現(xiàn)場或開啟展柜等來讀取數(shù)據(jù)，也節(jié)省了人力資源，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，通過在軟件界面上對監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的部署情況進(jìn)行顯示，能夠直觀顯示監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的工作狀況和分布情況(圖6)。此外，通過對軟件界面的設(shè)置，能夠遠(yuǎn)程對單個(gè)或多個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作參數(shù)(包括均峰獲取時(shí)間、數(shù)據(jù)獲取間隔、傳感類型精度、監(jiān)測數(shù)據(jù)公式計(jì)算參數(shù))的直接設(shè)置(圖7)，實(shí)現(xiàn)對工作節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制。

圖5 不同區(qū)域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)的同步顯示Fig.5 Monitoring data’s synchronous show of several sites

圖6 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)管理界面圖Fig.6 Interface of monitoring sites

圖7 工作參數(shù)設(shè)置界面圖Fig.7 Environment parameter set interface

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對博物館環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，對所監(jiān)測環(huán)境的影響很小，即不需要頻繁開啟展柜或到展廳現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，直接在辦公室電腦上就可以查看目標(biāo)環(huán)境的監(jiān)測結(jié)果，從而減少了對文物保存環(huán)境的干擾，并可同步獲取不同監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)發(fā)布預(yù)警警告。

3.5 拓展預(yù)警監(jiān)控功能

對物聯(lián)網(wǎng)紅外傳感技術(shù)系統(tǒng)中的一些參數(shù)設(shè)置上下限后，一旦超過限值，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置，提示工作人員及時(shí)調(diào)控。系統(tǒng)本身也可以根據(jù)館內(nèi)各展廳要求不同，對展品存放的溫度、濕度、有害氣體濃度和光照等多種物理量，設(shè)置上下限，判別展廳環(huán)境是否良好，實(shí)現(xiàn)環(huán)境預(yù)警。尤其隨著展廳人流量增長而引起的污染氣體濃度增加、室內(nèi)溫度上升、濕度上升和顆粒物濃度發(fā)生變化等情況，通過傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)，設(shè)置監(jiān)控預(yù)警提示，進(jìn)而引導(dǎo)工作人員采取環(huán)境調(diào)控措施，如指示其對展廳人流進(jìn)行相應(yīng)引導(dǎo)疏散。或在配備調(diào)控系統(tǒng)的情況下，將預(yù)警指示與調(diào)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，自動(dòng)啟動(dòng)調(diào)控裝備，如空調(diào)或恒濕調(diào)控凈化裝置，自動(dòng)采取調(diào)整措施，使文物保存環(huán)境趨于設(shè)定值。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保證了問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理，提高環(huán)境響應(yīng)速度，使文物保護(hù)環(huán)境的快速調(diào)控成為可能。

3.6 有待改善的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)節(jié)

設(shè)備在監(jiān)測中具有很好的時(shí)間連續(xù)性和規(guī)律性，只要電池供給充分，結(jié)果就能持續(xù)地記錄下來。而無線設(shè)備受網(wǎng)絡(luò)連通性、網(wǎng)絡(luò)電源和自身電池等多種因素的影響，只要一種條件不滿足，就會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。如圖8所示，因夜間切斷電源引起的斷網(wǎng)情況，出現(xiàn)大段時(shí)間數(shù)據(jù)缺失。圖9則顯示了因傳感器自身供電不足引起的數(shù)據(jù)記錄停止情況，造成低電壓或超時(shí)現(xiàn)象。尤其一些復(fù)合的傳感器(如溫濕度及二氧化碳：合一傳感器)本身耗電量大，而電池配備容量不足，斷電頻繁，造成數(shù)據(jù)缺失。圖9展示了受多種情況的干擾和網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)引起的數(shù)據(jù)接收不規(guī)律，使工作人員無法采用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。大多數(shù)情況下，只好對所有數(shù)據(jù)一一檢查后，手動(dòng)處理，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，數(shù)據(jù)處理效率急劇降低。

圖8 傳感器工作狀態(tài)顯示界面Fig.8 Sensor working state interface

圖9 無線設(shè)備(左)與普通設(shè)備(右)的監(jiān)測時(shí)間間隔Fig.9 Time intervals of the wireless device and the common device

目前，可與物聯(lián)網(wǎng)配套的各種環(huán)境傳感器功能還比較單一，精度不高，與傳統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測設(shè)備相比，極值的監(jiān)測不夠準(zhǔn)確，可監(jiān)測的污染物種類較少，可靠性不高；大部分依靠進(jìn)口，價(jià)格和維護(hù)成本較高。而且傳感器精度要與博物館環(huán)境的環(huán)境因子的監(jiān)測范圍相適應(yīng)，傳感器精度的提高和大批量校準(zhǔn)將成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于文物保存環(huán)境監(jiān)測時(shí)必須面對的問題。

4 結(jié) 論

1) 秦陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

監(jiān)測終端設(shè)備體量小、能實(shí)現(xiàn)多環(huán)境因素的同時(shí)布點(diǎn)監(jiān)測，對文物干預(yù)小，不影響文物風(fēng)貌；能及時(shí)響應(yīng)、實(shí)時(shí)采集、傳輸、記錄并分析數(shù)據(jù)，能節(jié)省人力，便于綜合分析、判斷、研究；能同步掌握博物院廣大區(qū)域各類環(huán)境的文物保存環(huán)境狀況，空間分辨率高，因此在數(shù)據(jù)對比分析和環(huán)境快速預(yù)警，服務(wù)于環(huán)境調(diào)控方面具有優(yōu)勢。

2) 秦陵博物院物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測需要改進(jìn)的地方

應(yīng)針對秦始皇帝陵博物院各類文物保存環(huán)境的特點(diǎn)，通過多種網(wǎng)絡(luò)的組合來暢通網(wǎng)絡(luò)，防治數(shù)據(jù)丟失，強(qiáng)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力、擴(kuò)充電池容量、并優(yōu)化傳感器的配置與校準(zhǔn)，即可顯著提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遺址及普通文物保存環(huán)境監(jiān)測中的推廣度，使文化遺產(chǎn)環(huán)境的信息化預(yù)控能力得到最大程度的提升。

秦始皇帝陵博物院環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用實(shí)踐表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使文物保護(hù)工作人員無需趕赴現(xiàn)場，就可及時(shí)、準(zhǔn)確、同步獲悉較大區(qū)域內(nèi)各展陳環(huán)境的狀況，實(shí)現(xiàn)快速環(huán)境預(yù)警和調(diào)控指示。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如能在硬件設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)條件和配套關(guān)鍵組件等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)突破，將有助于文物保存環(huán)境的科學(xué)化理解，提升對文化遺產(chǎn)的預(yù)防性保護(hù)水平。