无线传感器网络在博物馆文物保护中的应用初探

张伟

摘 要：无线传感器网络技术充分融合了计算、通信以及传感器三种技术的优势，在环境检测与建设检测方面起着至关重要的作用。无线传感器网络的发展前景广阔，且使用范围广泛，将其融入博物馆馆藏文物保护方面，能够起到非常重要的作用。相比于传统的文物保护技术，使用无线传感器网络能够对文物保护测量更加准确和稳定。本文针对无线传感器网络的特点及优势，分析了其在馆藏文物保护中的重要作用，并提出融入无线传感器网络的博物馆馆藏文物保护构建方案。

关键词：无线传感器网络；博物馆；文物保护

随着科学技术的进步，网络信息技术也更为广泛的进入各个领域，无线传感器网络也开始备受关注，在各个行业中得到了充分应用。中国历史悠久，文物昌盛，博物馆作为收藏研究、展示传播人类文明历史和科学文化知识的重要场所，是人们感知历史、认识现在、探索未来的重要文化殿堂。文物藏品是当今博物馆开展各项业务工作的基础。面对复杂多样的馆藏文物，文物保护的任务十分艰巨。目前，各个博物馆由于资金、技术、管理方面存在着不足，导致文物得不到科学有效的保护和利用。面对这样的现状，设立科学有效的文物保护系统对保护馆藏文物的安全起着至关重要的作用。

1 无线传感器网络系统概述

无线传感器网络根据所采集的信息数据为基础对系统进行控制，并通过对很多微小传感器节点加以利用，这些节点十分廉价，并具有一定的计算和通信能力，主要对周围的环境参数进行精确检测，并通过无线通信方式组建成一个多跳的自组织网络系统。系统通过若干个传感器节点构成，分布在整个监测区域中，对所监测区域的信息进行采集，并将信息以直接或间接的方式传递到网关节点，最后通过网关节点通信系统将数据传达网络信息处理中心。

无线传感器网络具有以下几个特点：

1.1 传感器节点的能源受限

由于硬件与成本的限制，网络中的节点的能源是有限的，节点的分布较为散乱，多数分布在展柜或文物库房内，人触碰不到的地方，导致能源补充十分困难。因此，对于网络要求较高，需要其功耗低，尽量使网络的寿命延长。

1.2 自组织网络

因为处在网络中的各节点的位置不能提前确定好，所以传感器必须自身具有自组织，可以自动进行配置和管理，并且可以自动生成很多的无线传感器网络。

1.3 网络的高度协作性

数据处理在无线传感器网络中可以通过节点自身完成，但其本身在资源和能力上有所限制，所以各节点若要完成对信号的处理和通信，节点之间必须相互协作。通过节点的协作作用，无线传感器网络将融合处理后的数据传输给数据中心。

1.4 大规模网络

在系统监测的区域内，通过大范围的对节点进行布置，对单位面积传感器的数据进行提高，使系统获得更真切可靠的数据。系统可以通过扩大传感器的数量来扩大监测的范围，使信息更加全面，系统对所收集的信息进行处理，降低系统的错误几率。

2 无线传感器技术在馆藏文物保护中的应用设计

如何科学有效地对文物进行保护和管理是博物馆工作的重中之重。无线传感器网络节点具有体积小、功耗低、扩充性高等特性，运用于馆藏文物的环境监测、防盗十分适用，同时适用于古建筑结构的健康监测等保护任务。将大量传感器节点合理分布在文物库房或文物展柜内，可以对文物所处环境温度、湿度、光照、压力、振动等情况进行检测，一旦数据超出标准数据，便会及时向控制中心传递信息，告知文保人员进行处理。通过加速度传感器测量振动幅度，如果振动出现异常，系统会自动进行报警，将信息传递到监控中心后，安保人员对文物现场进行勘察。此技术有效地对文物进行长期的保护性监测，既节省了人力资源，也解决了分散数据集中处理的问题。

2.1 网络拓补工作原理

将无线传感器网络应用于文物保护系统，通过GPRS系统和Internet網络进行对数据的转换和通信，GPRS具有很多优势，且网络覆盖范围宽泛，对突发数据应用方面的相关业务起着重要的作用。GPRS模块通常使用115.2Kbps的数据传输率，选用的传感器网络支持对ZigBee规范的使用。整个网络的组成部分包括传感器节点、监控中心、汇节点组成，博物馆展示使用的节点数量根据室内的面积决定。博物馆的数据中心在GPRS和Internet的支持下与各个汇节点相连，而汇节点与传感器节点之间在ZigBee技术的支撑下可以实现信息的无线交换和传输，传感器节点负责对信息进行采集，并将收集到的数据逐层传输，最终传达到数据中心，实现对整个博物馆文物的实时保护性监控，为进一步保护性措施提供必要的基础性数据。当Zigbee网络发生断电情况时，传感器节点仍可正常显示、记录、报警，并可持续工作10～12个月，一旦组网系统的电源供给恢复，节点可即刻连接到网络中，上传历史数据。这一功能为重要场合的溯源数据提供了更安全的备份。

2.2 传感器节点的设计

传感器节点位于博物馆文物库房各个角落及展厅展柜、展橱均匀分布，负责对文物所处环境进行监测和采集，根据温度、湿度、振动、光照等参数进行信息采集，并进行无线传输。节点数据采集部分是对文物所处环境的数据进行监控和采集，并进行数据转换和传输。节点的供电并非常用的交流供电方式，传感器网络中的电源应采用两节1.5V碱性电池，主要目的是降低文物环境的火灾安全隐患，降低相应的施工量。对于节点的硬件设计，必须通过了 CE、FCC 认证，并严格执行RoHS标准。主机可以耐受25KV静电打击，坚固的塑料合金外壳使用了阻燃无毒的材料，可以避免高洁净区域的二次污染。应尽量降低器件的功耗，如果没有任何通信业务，应切断系统内的部分电源，降低功耗。在软件设计方面，主要以节能为主，每个层次的设计都要进行认真排查。

3 结语

作为一种新的技术，无线传感器网络可以对信息进行获取并处理，在很多领域起着至关重要的作用，是对传统技术的一种革新和发展，具有更多的优势。对于博物馆的馆藏文物保护而言，此技术能够起到较好的效果，更加可靠的保证文物的安全，使文保人员能够较准确的掌握博物馆内藏品文物的具体情况。随着无线传感器网络技术的不断创新发展，将会为数字化博物馆馆藏文物保护提供科学有效的技术支持。

参考文献：

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