CN102184429A - 一种基于普适计算的文物保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于普适计算技术的文物保护方案，采用射频识别技术、无线传感技术和条形码技术，通过文物展览区的信息控制中心对展区内情况进行实时监控，将有效信息发送给游客和工作人员；在文物周围采用红外传感技术和条码技术，防止游客触摸文物，同时可方便游客了解文物信息；在文物展览区内安装红外探测器，夜间对室内进行实时监控，能够有效地保护文物的安全。该方案解决了游客在室内参观文物过程中文物保护方面存在的一些实际问题，对文物保护和宣传有着十分重要的意义。

Description

一种基于普适计算的文物保护方法

技术领域

本发明为基于普适计算技术的文物保护方案，该方案解决了游客在室内参观文物过程中文物保护方面存在的一些实际问题，对文物保护(包括文物防盗、文物自我解读)有着十分重要的意义。本项目属于普适计算和无线传感器网络技术的领域。

背景技术

随着社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，节日旅游和文物展览区内文物参观的人流量越来越大。但由于部分游客的文物保护意识不强、文物展览区服务不全面、文物安全防护措施不到位等诸多原因，常常使得文物遭受到不同程度的破坏。当前因技术、资金和管理等方面的因素导致许多文物被损坏或丢失，如何科学而有效地对文物进行保护和管理是文物管理部门面临的巨大挑战。经调研发现存在以下几个主要问题：

(1)部分游客文物保护意识淡薄，在参观游览的过程中时常用手触摸文物，导致文物遭受到一定程度的破坏。当游客过于靠近文物时，绝大多数博物馆或室内旅游区不能够及时的自动提醒游客，可能造成文物损伤；

(2)在参观文物时，由于每位游客的兴趣爱好不同，想了解的文物也不尽相同。游客不能按照自己的意愿及时了解到自己喜欢的文物信息，使得自己需要等待解说员对其进行解说。这样在一定程度上约束了游客的参观路线，浪费了游客的参观时间，却不能及时获取自己喜欢的文物信息；

(3)馆内湿度、空气质量和温度监测不到位，管理人员可能不能够实时了解馆内各房间和各区域的环境信息，可能导致文物因环境的影响而损坏；

(4)在特殊情况下(如馆内遇到火灾)，游客需要紧急疏散场地。这时由于馆内的工作人员有限、游客慌张，不能够及时疏散游客导致不必要的损失和人身安全的威胁；

(5)夜间博物馆内的安全问题一直是馆内工作人员所考虑的，即如何在无工作人员监视情况下了解馆内的安全情况以及防止文物被盗贼窃取。

以上情况在博物馆、旅游景点或者文物展览区时常发生，因此解决好以上问题对保护文物和提高游客参观质量有着十分重要的意义。本发明采用基于普适计算的方案来解决上述问题。

普适计算(Pervasive Computing/Ubiquitous Computing)指的是，无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式；无论何时何地，只要需要，就可以通过某种设备访问到所需的信息。在信息时代，普适计算可以降低设备使用的复杂程度，使人们的生活更轻松、更有效率。实际上，普适计算是网络计算的自然延伸，它使得不仅个人电脑，而且其它小巧的智能设备也可以连接到网络中，从而方便人们即时地获得信息并采取行动。普适计算所涉及的技术包括移动通信技术、无线传感技术、射频识别技术和条形码技术等。

射频识别即RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。条形码技术是在计算机和信息技术基础上产生和发展起来的容编码、识别、数据采集、自动录入和快速处理等功能于一体的新兴信息技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于普适计算的文物保护方法，用来解决在室内环境下游客在参观文物过程中存在的实际问题，通过本方案对室内文物展览区环境信息进行采集，使得游客能够实时了解到馆内环境信息、文物信息，使得馆内工作人员能够及时了解到博物馆内环境情况和游客位置信息。本方案能够有效地提高游客的参观质量、防止文物损害和对文物的保护。

技术方案：本发明基于普适计算技术，通过射频识别技术、无线传感技术和条形码技术来对室内环境信息进行采集，对游客和工作人员进行定位，对文物信息进行统筹优化。本方案所包含的技术如下：

条形码技术：其组成系统如图1所示，以下是其组件定义。

条形码(barcode)：是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。

条码扫描器：条码阅读器是利用光电原理将条码信息转化为计算机可接受的信息的输入设备。常用于图书馆、医院、书店以及超级市场，作为快速登记或结算的一种输入手段，对商品外包装上或印刷品上的条码信息直接阅读，并输入到联机系统中。

射频识别技术(RFID技术)：其组成系统如图2所示。

电子标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，高容量电子标签有用户可写入的存储空间，附着在物体上标识目标对象。

新型电子标签：在原来电子标签的基础上增加了条码扫描器，具有存储记忆功能，显示功能，自动读取功能，定位功能和输入输出功能，具体如图3所示。

存储记忆功能：存储文物的信息资料库。

自动读取功能：将条码扫描器加入电子标签中，使得新型电子标签具有条形码扫描功能，可读取文物条码信息，从电子标签自带的数据库中读取文物的信息资料。

显示功能：显示室内环境信息、文物的信息资料、紧急疏散通路信息和馆内重点场所的位置信息(如游客服务台等)。

定位功能：显示游客的具体位置。

输入输出功能：游客使用此功能进行信息获取和命令输入。

阅读器：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。

增强型固定式阅读器：在原来阅读器功能不变的情况下加入接收器，增加一些新的功能：信息发送功能和连接功能。

信息发送功能：发送信息给游客，让游客了解到一些实时有效信息。

连接功能：与信息控制中心进行实时通信，发送和接收信息控制中心的信息；接收节点发送过来的环境质量信息。

天线：在标签和阅读器间传递射频信号的设备。

信息控制中心：接收各区域接收器(增强型固定式阅读器)传送过来的信息，并对所有的信息进行处理。

红外定位技术：其工作系统如图4所示。

红外探测器：将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件，作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况；在探测器上增加了信号发射功能。

信号发射功能：发送信息到增强型固定式阅读器上，让信息控制中心了解一些有用信息。

红外定位技术工作原理：通过红外探测器感应人体发射出的红外线，红外探测器将感应到的异常信号发送给信息控制中心；信息控制中心根据发送信号的红外探测器的具体位置，确定探测物体所在的位置区域。

二重定位技术：将射频识别技术和红外定位技术综合在一起，夜间监测博物馆是否有非工作人员进入馆内，以保证博物馆内文物的安全；其工作原理如图5所示，主要可以分为以下三种方式。

一、利用射频识别技术进行定位。工作人员进行夜间巡查时佩戴自己对应的电子标签，佩戴的电子标签会定时发出信号到增强型阅读器上，信息控制中心通过阅读器反馈的信息确定工作人员所在的位置区域。二、利用红外定位技术进行定位。红外探测器根据接收的红外线信号的强弱，将异常信号发送给信息控制中心，信息控制中心根据每个探测器的位置确定探测物体所在的位置区域。三、对两不同定位技术方式得到的数据进行处理。当上述设备(采用不同定位技术)发出的数据信号是从同一位置区域发出时，信息控制中心认为红外线探测器探测到的异常信号是工作人员发出的，文物展览区处于安全状态；当上述设备(采用不同定位技术)发出的数据信号是从不同位置区域发出时，信息控制中心则认为红外探测器探测到的异常信号是非工作人员发出的，控制中心将异常信息所在位置区域发送给夜间巡视的所有工作人员，工作人员根据佩戴的电子标签所显示的信息，进行相应的处理。

方法流程

该文物展览区文物保护方案的完整过程将具体描述如下：

该方案的具体步骤如下：

步骤1)文物展览区管理人员为每位游客发放一个电子标签，进入文物展览区前将电子标签佩戴在每位游客身上，文物展览区对每位工作人员的证件号进行登记，将工作人员的信息发送到文物展览区信息控制中心并做好录入和登记工作，文物展览区为每位工作人员制作一个唯一的电子标签，每一个电子标签和工作人员的证件号是一一对应，工作人员在进入文物展览区前将其佩戴在身上；

步骤2)文物展区内每一间文物展览房间和走廊都必须配置增强型固定式阅读器，对每一阅读器都进行标识划分，分别为A、B、C、D、E、F、…；这样当有情况需要通知游客或工作人员时，通过增强型阅读器可将信息发送给游客或工作人员；

步骤3)在文物展览区内安装温度、湿度、空气质量采集传感节点，对馆内的温度、湿度、空气质量进行实时数据采集，将采集到的数据传送给增强型固定式阅读器，阅读器将检测到的环境质量信息发送给信息控制中心，当采集到的数据出现异常变化时，信息控制中心对数据进行分析，采取相应的解决措施；

步骤4)在参观物品周围安装红外传感器和提醒报警器，当游客和物品之间的距离太近时，红外传感器感受到游客的存在，通过提醒报警器对游客进行实时提醒，防止游客触摸物品，对文物造成损坏；

步骤5)在文物摆放处贴上与文物一一对应的条形码，将文物的信息输入到每个增强型电子标签上，游客通过身上佩戴的电子标签对条形码进行扫描，将存入在电子标签内的数据进行读取，了解文物的具体资料；

步骤6)信息控制中心对各区域传过来的信息进行实时归类处理，对馆内每个区域的温度、湿度、环境质量进行处理，把对应的数据通过每个区域的阅读器发送到每位游客的新型电子标签上，让游客可以实时了解到展区内环境信息，为游客提供舒适展区环境；当有异常数据出现时，信息控制中心对数据信息进行辨别确认，向游客发送相应的提示和解决方案；工作人员通过自身携带的电子标签接收信息控制中心的指令，给游客提供一些有用的信息，帮助所在区域的游客解决问题；

步骤7)当展区内遇到特殊情况需要紧急疏散游客，信息控制中心制定出每个区域的疏散方法，通过每个区域的固定式阅读器发送信息给游客和工作人员，工作人员通过接收到的疏散方案信息帮助游客疏散，游客也可通过身上佩戴的电子标签接收到的疏散信息自行疏散，有效快速地找到疏散通道；

步骤8)在文物展览区内安装红外探测器，夜间开启红外探测器；当夜间工作人员在博物馆内巡视时，红外探测器可以探测到人体发出的红外线，探测器将异常信号发送给信息控制中心；信息控制中心可以通过工作人员身上的电子标签确定工作人员所在的位置区域；信息控制中心自动对红外探测器探测到的区域和电子标签发送的区域的信息进行数据处理，将两位置区域运用三维坐标表示成三维立体图形，当两立体图形有重合部分时则认为红外线探测器探测到的异常信号是工作人员发出的，文物展览区处于安全状态；当两立体图形相离时，信息控制中心则认为红外探测器探测到的异常信号是非工作人员发出的，控制中心将异常信息所在位置区域发送给夜间巡视的所有工作人员，工作人员根据佩戴的电子标签所显示的信息，进行相应的处理。

有益效果：本发明提出一种基于普适计算与射频识别技术的文物保护方案，该方案具有如下优点：

(1)目前国内市场上还没有提出一套关于室内文物保护的完整方案，本方案弥补了这一空白，实实在在地为文物保护工作解决了一些问题；同时也帮助游客解决了在文物参观过程中存在的实际问题。

(2)该方案结构体系简单明了，各模块分工明确，具有较强的实践性和可操作性。

(3)本方案采用了无线传感技术和射频技术，通过无线信号进行数据传输，不受展区室内设备布置约束，避免了有线设备布置受展览区室内空间的限制；同时本方案采用了条形码技术，方便游客进行文物参观。

(4)本方案采用了二重定位技术，无需人员即可对文物展览区进行实时监控，了解展览区的安全情况以及防止文物被盗贼窃取，使展览区监控自动化，智能化。

附图说明

图1是条形码的系统组成示意图；

图2是RFID的系统组成示意图；

图3是电子标签的功能模块。图中包含了新型电子标签的存储记忆功能、显示功能、自动读取功能、定位功能和输入输出功能；

图4是通过红外探测器进行红外定位的工作原理图；

图5是综合射频识别技术和红外定位技术的二重定位的工作原理图；

图6是信息控制中心、增强型阅读器和新型电子标签三者的信息交换流程图；

图7是信息控制中心数据处理的具体流程图。

具体实施方式

在此将上述的文物保护和游客服务方案应用到首都博物馆。首都博物馆在2010年7月30日-10月10日期间举行“考古中华——中国社会科学院考古研究所成立60年成果展”，10月6日一天有成员A、B、C、D、E到首都博物馆参加文物展览，其中A是老人，B、C是情侣，D、E是两名中年妇女；同时博物馆中有工作人员G、H、I、J四人负责展厅四个区域的安全工作。将以此案例来描述具体的实施步骤：

步骤1)博物馆为每位游客发放一个新型电子标签，进入文物展览区前将新型电子标签佩戴在每位游客身上，游客可以通过电子标签了解到文物展览区内的环境信息和文物资料。文物展区为每位工作人员配置新型电子标签，与游客的点在标签的不同之处是工作人员的电子标签与工作人员证件号一一对应，信息控制中心可以根据工作人员的新型电子标签对工作人员进行准确的位置定位，将有效信息发送给每个区域的工作人员，工作人员可以通过自身佩戴的电子标签了解文物展览区内自己所在区域的游客数量和流动情况。当有紧急情况发生时，工作人员可以通过自身佩戴的电子标签，接收信息控制中心发送来的信息，从而了解到整个展览区内的解决方案。工作人员可以在管理好自己所在区域的基础上，协助其他工作人员管理整个展览区；

步骤2)博物馆内每一文物展厅和走廊都必须配置增强型固定式阅读器，对每一阅读器都进行标识划分，分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、…。这样当有情况需要通知游客(工作人员)时，通过增强型阅读器可将信息发送给游客(工作人员)。工作人员G要集合自己所在区域的游客，可通过固定式阅读器将信息发送给控制中心，控制中心再将信息通过固定式阅读器，发送给工作人员G所在区域的游客。游客们通过自身佩戴的电子标签接收到信息，迅速到集中地集合，听取工作人员G的安排；

步骤3)在博物馆内安装温度、湿度、空气质量采集传感节点，对馆内的温度、湿度、空气质量进行实时数据采集，将采集到的数据传送给增强型固定式阅读器，阅读器将检测到的环境质量信息发送给信息控制中心。当采集到的数据出现异常变化时，信息控制中心对数据进行分析，采取相应的解决措施，防止对文物造成相应的损坏。信息控制中心监测到工作人员H所在区域数据，该区域的数据显示该区域的空气质量污染指数过高，控制中心开启工作人员H所在区域的空气净化器对该区域的空气进行净化处理；

步骤4)在参观物品周围安装红外传感器和提醒报警器，当游客和文物之间的距离太近时，红外传感器感受到游客的存在，通过提醒报警器对游客进行实时提醒，防止游客触摸文物。当游客B走到展厅里的考古平面图面前，出于好奇心想用手触摸此物品，此时安装在物品周围的红外传感器感应到有人，促发提醒报警器对游客B进行提醒并通知工作人员，游客B听到警报声立刻缩手，意识到了此警告声的用意；红外传感节点将异常信息发送给信息控制中心，信息控制中心通过此报警器的位置区域，确定工作人员J在此区域。将异常信息所在具体位置发送给J，工作人员J迅速到达此报警器的位置，告诉游客B馆内相关规定。这一举措有效地保护了展厅里的考古平面图；

步骤5)在文物摆放处贴上与文物一一对应的条形码，将文物的信息输入到每个增强型电子标签上，游客通过身上佩带的电子标签(内置条形码扫描器)对条形码进行扫描，将存入在电子标签内的数据进行读取，了解文物的具体资料。在参观过程中由于每个人的兴趣爱好不一样，当游客们听解说员解说石墨盘时，游客A通过石墨盘想到了自己年轻时的往事，对此石墨盘很感兴趣；然而此时游客E和D觉得对玉块比较好奇，他们通过自己上的新型电子标签扫描玉块摆放处贴的条形码，读取到了玉块的相关信息；

步骤6)信息控制中心对各区域传过来的信息进行实时归类处理，对馆内每个区域的温度、湿度、环境质量进行处理，把对应的数据通过每个区域的阅读器发送到每位游客的新型电子标签上。游客D、E在参观过程中感觉展厅里人太多会影响到展厅的空气质量，通过身上配置的新型电子标签查询到展厅的空气质量指数为47，室内的温度为23摄氏度，空气质量状况属于优，游客D、E安心地参观文物了解到文物的相关信息；

步骤7)当人们正在饶有兴趣地观看文物时，展厅内突然冒出了烟雾。博物馆信息控制中心接收到展厅内发送来的空气质量数据，发现数据出现异常；通过数据分析和与工作人员的通话，信息控制中心发现展厅内可能正发生火灾，需要紧急疏散游客。信息控制中心迅速制定出展厅内四个区域的疏散方法，通过每个区域的固定式阅读器发送信息给游客和工作人员，工作人员H通过接收到的信息帮助游客A疏散，游客B、C通过身上的电子标签接收到的信息自行脱险；工作人员接收到信息控制中心的命令，迅速采取相应的措施，使得文物得以保护，没有遭受到任何破坏；

步骤8)在博物馆内安装红外探测器，夜间开启红外探测器。今晚工作人员G、H、I、J负责夜间的正常巡视，突然工作人员G、I、J三人接收到信息控制中心发送的安全警告并显示了异常区域，三人快速来到异常区域发现原来是工作人员H，工作人员H因疏忽忘佩戴电子标签。

Claims (1)

1.一种基于普适计算的文物保护方法，其特征在于将RFID、无线传感技术和条形码技术应用到博物馆文物保护上，通过强大的信息控制平台，有效地提高游客的参观质量、防止文物损害并对文物进行保护，

该方案的具体步骤如下：

步骤1)文物展览区管理人员为每位游客发放一个电子标签，进入文物展览区前将电子标签佩戴在每位游客身上，文物展览区对每位工作人员的证件号进行登记，将工作人员的信息发送到文物展览区信息控制中心并做好录入和登记工作，文物展览区为每位工作人员制作一个唯一的电子标签，每一个电子标签和工作人员的证件号是一一对应，工作人员在进入文物展览区前将其佩戴在身上；

步骤2)文物展区内每一间文物展览房间和走廊都必须配置增强型固定式阅读器，对每一阅读器都进行标识划分，分别为A、B、C、D、E、F、…；这样当有情况需要通知游客或工作人员时，通过增强型阅读器可将信息发送给游客或工作人员；

步骤3)在文物展览区内安装温度、湿度、空气质量采集传感节点，对馆内的温度、湿度、空气质量进行实时数据采集，将采集到的数据传送给增强型固定式阅读器，阅读器将检测到的环境质量信息发送给信息控制中心，当采集到的数据出现异常变化时，信息控制中心对数据进行分析，采取相应的解决措施；

步骤4)在参观物品周围安装红外传感器和提醒报警器，当游客和物品之间的距离太近时，红外传感器感受到游客的存在，通过提醒报警器对游客进行实时提醒，防止游客触摸物品，对文物造成损坏；

步骤5)在文物摆放处贴上与文物一一对应的条形码，将文物的信息输入到每个增强型电子标签上，游客通过身上佩戴的电子标签对条形码进行扫描，将存入在电子标签内的数据进行读取，了解文物的具体资料；

步骤6)信息控制中心对各区域传过来的信息进行实时归类处理，对馆内每个区域的温度、湿度、环境质量进行处理，把对应的数据通过每个区域的阅读器发送到每位游客的新型电子标签上，让游客可以实时了解到展区内环境信息，为游客提供舒适展区环境；当有异常数据出现时，信息控制中心对数据信息进行辨别确认，向游客发送相应的提示和解决方案；工作人员通过自身携带的电子标签接收信息控制中心的指令，给游客提供一些有用的信息，帮助所在区域的游客解决问题；

步骤7)当展区内遇到特殊情况需要紧急疏散游客，信息控制中心制定出每个区域的疏散方法，通过每个区域的固定式阅读器发送信息给游客和工作人员，工作人员通过接收到的疏散方案信息帮助游客疏散，游客也可通过身上佩戴的电子标签接收到的疏散信息自行疏散，有效快速地找到疏散通道；

步骤8)在文物展览区内安装红外探测器，夜间开启红外探测器；当夜间工作人员在博物馆内巡视时，红外探测器可以探测到人体发出的红外线，探测器将异常信号发送给信息控制中心；信息控制中心可以通过工作人员身上的电子标签确定工作人员所在的位置区域；信息控制中心自动对红外探测器探测到的区域和电子标签发送的区域的信息进行数据处理，将两位置区域运用三维坐标表示成三维立体图形，当两立体图形有重合部分时则认为红外线探测器探测到的异常信号是工作人员发出的，文物展览区处于安全状态；当两立体图形相离时，信息控制中心则认为红外探测器探测到的异常信号是非工作人员发出的，控制中心将异常信息所在位置区域发送给夜间巡视的所有工作人员，工作人员根据佩戴的电子标签所显示的信息，进行相应的处理。

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