基于Niagara的博物馆陶瓷区智能管理系统
作者：互联网
- 这是物联网大数据应用创新实践的课程作业，实现并不完善，考虑不周全。
- 为了使得文物得到更好的保护，博物馆里的藏品通常都对储藏环境有着严苛的要求。温度、湿度、光照以及噪声等因素对于藏品的储存都有着不同程度的影响。针对不同的文物，其所需的储藏环境也有着一定的差别。为了更加方便和精准的设置文物的储藏环境，我们小组以博物馆陶瓷区的藏品为例，设计并实现了基于Niagara的博物馆陶瓷区智能管理系统。该系统主要实现了对博物馆陶瓷展区的温度、湿度、灯光、噪声等的智能化管控，实现了多项人员流动检测，同时，对各传感器收集到的数据进行统计分析和对于异常情况的处理。
基于Niagara的博物馆陶瓷区智能管理系统
第一章 设计需求分析
1.1 智慧管理现状
- 由于一些博物馆收藏过程中往往存在经费管理不足问题、文物保护存在管理意识不足的现象以及文物设备藏品经常存在设备落后的现象，目前博物馆的智慧管理水平比较落后，主要体现在以下三个方面：
- 信息化水平低，缺乏远程、集中控制方式，维护成本高；
- 管理被动，无法针对博物馆各类情况调整管理策略；
- 博物馆管理仅局限于交通、治安监控等几个方面。
- 所以设计并实现一个博物馆智能管理平台，能够解决或者优化上面提出的缺陷，实现博物馆的智慧管理、智慧服务和智慧保护是有必要性的。
1.2 智慧博物馆平台
- 由于不同材质的博物馆藏品的藏品类性不同，对储藏环境（温度、相对湿度、空气质量、光照水平等）的要求也不同，这里仅以博物馆的陶瓷展区为例设计并实现一个基于Niagara的博物馆陶瓷区智能管理系统。该系统总体实现智慧管理、智慧服务和智慧保护三个方面，包括光照控制、温度控制、湿度控制、人员流动数据监测、报警系统（包括噪声报警、闪光灯报警、安全距离报警、温度报警、湿度报警和人流量预警）五个基础功能模块。这五个基础功能模块交织在一起，总体实现了智慧博物馆平台智慧管理、智慧服务和智慧保护三个方面，解决了定期人工巡检，人力投入大，设备故障发现不及时，处理延迟大，效率低，漏检率高，管理模式固定，无法应对突发事件的问题。
1.2.1 光照控制
- 陶瓷类文物（尤其是彩绘陶瓷）对光照的要求很高，照度标准需要小于等于50勒克斯。光照过强，文物会吸收光线，引起文物的早期变质。在相对较暗的光线下，陶瓷文物可以很好地保存下去。不过，文物也需要供人观赏，因此也是需要适当光线的。
1.2.2 温度控制
- 陶瓷类文物的最佳收藏温度为20摄氏度，波动范围在2-5摄氏度，如果温度太高，瓷器会有一定膨胀，表面彩釉容易脱落，或者温度升高能加快化学反应的速率，会加速瓷器表面彩釉发生化学变化褪色；如果温度太低，瓷器有一定收缩，对文物造成损害。
1.2.3 湿度控制
- 陶瓷类文物的最佳收藏湿度为40-50相对湿度，波动范围在5%RH。如果空气中湿度太高，文物会吸收水分，体积膨胀，从而加速老化，文物中的金属成分会产生化学反应，加速文物的腐蚀，并且湿度大，空气中会滋生微生物，微生物容易大量繁殖，如果落在文物上，就会破坏文物；如果空气中的湿度太低，文物会丧失这些水分，瓷器会有一定的收缩，对文物造成损害。
1.2.4 人员流动数据监测
- 人员流动数据监测包括展厅的实时人数、参观者位置、按周参观人数分布和按月参观人数分布。掌握展厅的实时人数、参观者位置数据可以更好地判断展品受欢迎程度，从而更好地安排讲解等服务，并且博物馆内某一展区人数过多会影响游客观赏体验，了解人员流动数据可以更好地引导参观者参观。按周参观人数分布和按月参观人数分布可以更好分析游客的参观规律，以提前做好运营准备。人员流动数据还可为博物馆今后的决策提供数据支撑。
1.2.5 报警系统
- 报警系统包括噪声报警、闪光灯报警、安全距离报警、温度报警、湿度报警和人流量预警六个子模块。展区内的噪声对观众的参观体验会产生影响，另外噪声对文物是会造成损害的，并且这种伤害是不可逆的，因此需要实时监控展区的噪声信息，如果噪声达到阈值，后台会收到噪声报警提醒。博物馆内游客需要文明参观，拍照时不允许使用闪光灯，闪光灯的强光会对文物造成损伤，一旦有游客使用闪光灯，后台将会收到闪光灯报警提醒。文明参观还包括与文物保持一定的安全距离，为防止游客对文物的人为破坏，如果监测到有游客靠近文物，后台会收到安全距离报警提醒。如果展柜内控制温湿度的设备出现故障或老化以至温湿度不在适宜范围内，后台也会收到相应的通知。展区内人数过多会影响游客观赏体验，如果人数达到阈值，后台将会发出报警通知，可以派工作人员进行参观者参观引导。
第二章 特色与创新
2.1 温湿度智能化控制
- 通过对温湿度实时监控，实现了对博物馆陶瓷展区的温湿度在设定范围内的精准控制，让文物基本储藏条件得到很好的保障。并设置了阈值报警，以防设备故障或者设备老化。
2.2 照明系统智能化控制
- 使用总开关、触点开关、红外传感器、照明时间表实现对陶瓷展区房间内灯光、走廊灯光以及展品区灯光的智能控制。总开关和触点开关实现灯光的人工控制，红外传感器、照明时间表实现对灯光的智能控制。由总开关对灯光进行统一控制，为了方便与博物馆内其他区域独立管理，触点开关实现陶瓷展区灯光的单独控制，照明时间表依据博物馆的例行开闭馆日、节假日和每日开闭馆时间表做到对灯光的智能管控，以及红外感应判断展柜前是否有游客，如果有游客，则适当补光已获得更佳观赏体验，如果没有游客，则打弱光，不仅保护文物，也更节能。
2.3 游客行为报警
- 通过红外传感器分析游客与文物的距离以防止游客对文物的人为破坏，光照传感器判断游客是否使用闪光灯造成文物损害，以及噪声传感器对噪声进行判断，提醒游客保护文物、文明参观，达到对文物更好的保护效果。
2.4 人员流动数据监测
- 监测了包括展厅的实时人数、参观者位置、按周参观人数分布和按月参观人数分布四项数据，可以从数据上更准确地判断展品受欢迎程度，从而更好地安排讲解等服务，对参观人流进行合理地参观引导，还可以分析游客的参观规律，以提前做好运营准备，并为博物馆的安防和文物的养护以及博物馆今后的决策提供数据支撑。
第三章 功能设计
3.1 灯光控制
- 该系统光照控制部分实现对陶瓷类展区房间内灯光、走廊灯光和展品区灯光的控制，由总开关对灯光进行统一控制，为了方便与博物馆内其他区域独立管理，触点开关实现陶瓷展区灯光的单独控制，照明时间表依据博物馆的例行开闭馆日、节假日和每日开闭馆时间表做到对灯光的智能管控，以及红外感应判断展柜前是否有游客，如果有游客，则适当补光已获得更佳观赏体验，如果没有游客，则打弱光，不仅保护文物，也更节能。
3.2 温度控制
- 参考实际博物馆设备，该系统设定使用空调制冷，暖机制热。系统温度控制部分通过对室内温湿度的实时采集，比较外界温度与设定温度值决定空调运行或者暖机运行，以达到陶瓷区展柜内的温度恒定到藏品适宜温度20摄氏度左右。
3.3 湿度控制
- 参考实际博物馆设备，该系统设定使用风扇加速空气流动以达到降低空气湿度的目的，使用加湿器加湿。系统湿度控制部分通过比较展柜内空气湿度与设定湿度值决定风扇运行或者加湿器运行，以达到陶瓷区展柜内的湿度恒定到藏品适宜湿度40至50相对湿度内。
3.4 人员流动监测
- 实现对展厅的实时人数、参观者位置、按周参观人数分布和按月参观人数分布四项数据进行采集（模拟）、分析与处理。由展厅的实时人数、参观者位置数据可以得到展品的受欢迎程度，有参观者位置可以更科学合理地引导参观者参观。由按周参观人数分布和按月参观人数分布可以得出一定的游客参观规律，并且为博物馆今后的决策提供数据支撑，为博物馆的安防和文物的养护提供依据。
3.5 报警系统
- 分别对噪声、安全距离、温度、湿度和人流量超过阈值进行报警并对闪光灯使用进行报警。其中，噪声限制为小于35dB。噪声、安全距离、温度、湿度超限报警和闪光灯使用报警可以使文物储藏环境更适宜，也易于发现控制温湿度的设备老化或出现故障的情况，同时规范游客观赏行为。对人流量的超限报警可以更科学地对参观人群进行引流，使游客获得更好的参观体验。
第四章 系统实现
4.1 系统主界面
- 在Niagara自带的登录页面登录admin用户，进入系统主界面如下图所示，界面的上方是用户名、系统名称“基于Niagara的智能博物馆”和用户退出按钮。左侧栏分别是光控系统、温湿度控制、安保系统和人员流动四个链接，点进去是各部分的具体信息。中间的主要部分是“博物馆陶瓷展览区环境信息概览”，以仪表盘方式展出了展览区的光照强度、湿度、温度信息以及当前时间，当光照强度、湿度、温度值正常时，仪表盘为灰色，当光照强度、湿度、温度值超出范围时，仪表盘为红色，下图为超出范围的情况。
4.2 光控系统实现
4.2.1 逻辑实现
- 由总开关、触点开关、红外传感器、照明时间表实现对陶瓷展区房间内灯光、走廊灯光以及展品区灯光的智能控制。
- 总开关实现对灯光进行统一控制；为了方便与博物馆内其他区域独立管理，触点开关实现陶瓷展区灯光的单独控制；照明时间表依据博物馆的例行开闭馆日、节假日和每日开闭馆时间表做到对灯光的智能管控；红外感应判断展柜前是否有游客，如果有游客，则适当补光已获得更佳观赏体验，如果没有游客，则打弱光。
- 房间内灯光：在参展期间，打开弱光照射文物。展品区灯光：在参展期间，检测到有人，打开展品区灯光进行补光，方便游客观赏。走廊灯光：在参展期间，打开走廊灯光。
4.2.2 界面展示
- 点击主界面的光控系统链接，进入如下图所示的子界面，界面上方是该界面的名称“照明系统”，左侧分别由返回按钮、总开关勾选、触点开关按钮和照明时间表链接。点击返回按钮则返回到系统主界面，勾选总开关则表示打开照明系统总开关，取消勾选表示关闭照明系统总开关，点击触点开关则反转当前触点开关状态，点击照明时间表，则可查看并修改照明时间表。
4.3 温湿度控制实现
4.3.1 逻辑实现
- 比较环境温度值（模拟）与设定温度值（20摄氏度），若环境温度值高于设定温度值，则空调运行制冷，若环境温度值低于设定温度值，则暖机运行制热。
- 比较环境湿度值（模拟）与设定湿度值（45%RH），若环境湿度值高于设定湿度值，则风扇运行加快空气流动以降低湿度，若环境湿度值低于设定湿度值，则加湿器运行加湿。
4.3.2 界面展示
- 点击主界面的温湿度控制链接，进入如下图所示的子界面，界面上方是该界面的名称“温湿度控制系统”，左上角是返回按钮，点击返回按钮，将返回到系统主界面。下方分别是风扇运行/关闭、加湿器运行/关闭、空调运行/关闭和暖机运行/关闭，它们展示了当前风扇、加湿器、空调、暖机四个设备的运行情况，并在运行的设备前打勾。界面下方是一个设备示意图，分别表示风扇和加湿器、空调和暖机。
4.4 安保系统
4.4.1 逻辑实现
- 对展厅人数超限、闪光灯使用、安全距离超限、温湿度超限和噪声超限设置优先级进行报警。
4.4.2 界面展示
- 点击主界面的安保系统链接，进入如下图所示的子界面，对展厅人数超限、闪光灯使用、安全距离超限、温湿度超限和噪声超限六种报警信息进行展示，并可以根据时间范围等条件对报警信息进行筛选等操作。
4.5 人员流动板块
4.5.1 逻辑实现
- 从网页上获取博物馆参观人员流动数据下载到本地，并进行统计分析，连接到Niagara平台，可进行数据查询、图表分析等操作。
4.5.2 界面展示
- 点击主界面的人员流动链接，进入如下图所示的子界面，界面上方是该界面的名称“人员流动板块”。界面主要部分的上侧展示了当前展厅内人数和参观总人数，以及数据分析1和数据分析2、返回和导出按钮。点击数据分析1和数据分析2分别是按周博物馆参观人数饼状图和按月博物馆参观人数柱状图，点击返回按钮返回的系统主界面，点击导出按钮导出当前数据。主界面的左侧部分展示了展厅人数的实时数据，一个时间-人流量趋势折线图。右侧部分展示了当前展区是否有游客参观。
- 下图为点击数据分析1得到的按周博物馆陶瓷展区参观人数饼状图。
- 下图为点击数据分2 得到的按月博物馆陶瓷展区参观人数柱状图。
其他内容
总结与反思
- 该系统总体实现了智慧安保（安保系统）、智慧服务（温度控制、湿度控制、照明系统控制）、智慧管理（人流量监测）三个方面五个功能模块，但仍有许多需要完善的功能，系统展示界面也有待优化，也并没有连接到像空调、暖机、风扇、加湿器、灯泡这样的实体设备。
参考文献
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[5] 白锦桥. 博物馆文物保存环境质量标准的探讨[J]. 卷宗,2018(19):17.
标签：界面,参观,管理系统,报警,博物馆,Niagara,陶瓷,湿度,文物 来源： https://blog.csdn.net/lululumiao/article/details/122407812