面向文化遗址保护的物联网技术研究与应用

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1、鲁东明浙江大学计算机科学与技术学院文化遗产研究院2011年3月28日一、物联网:提供文化遗产保护新手段二、文化遗产保护领域:物联网关键技术三、应用实践与研究探索一、物联网：提供文化遗产保护新手段（一）文化遗产保护与感知需求p文化遗产保护意义重大n具有重大历史、文化、艺术与科学价值n有效保护能使文化遗产持续发挥其在研究、教育、商业、旅游、文化等作用p文化遗产保护需要全面感知信息n全方位感知文物本体与环境信息，积累数据为文物保护研究提供依据n建立环境与文物之间关联的科学模型n实现文物生存微环境的合理调节（二）保护现状问题与困难突出p监测保护

2、存在不足n信息获取不全面、影响关系不明确、异常响应不及时n文物监管、保护研究、开放管理相对独立p文物保护要求苛刻n遗址地处偏远、环境恶劣，缺乏电力、网络等基础设施n文物信息采集量大，实时性要求高n采集设备、装置不能对文物本体造成影响n系统部署缺乏灵活性，成本高（三）文物保护与环境感知p文物与环境的关系自然环境微环境文物本体人为环境p物联网：辅助建立文物与保护环境关系自然环境微环境文物本体监测人为环境对象物感知建模控制联网文物文物监测文物研究微环境控制保护二、文化遗产保护领域:物联网关键技术p需求n信息获取包含环境信息、文物本体状态、文物

3、安防等各类信息n不能影响文物本体状态及微环境，保障信息的可靠、实时传输p存在的难点分析n传感器（感知）节点类型多n节点处理能力、信息类型、通信能力等各不相同n节点组网、数据传输环境恶劣，往往缺乏基础设施p文物本体监测信息n形态：雕刻、彩塑、壁画等的现状n结构：木构建筑、土遗址等的形变n病害：壁画、泥塑等类型文物的空鼓、龟裂、霉菌等n……p主要监测手段n视觉传感n结构传感n微纳传感n……p无线图像传感器高分辨率摄像头无线通信模块n长期采集壁画、彩塑等文物的图像信息n特点：n高分辨率图像n电池供电、超低供耗n无线数据传输超低功耗图像传感器主

4、板n克服传统视频采集设备部署不灵活、对基础设施过于依赖等问题p光纤传感器n监测木构建筑等文物结构变化n监测山坡崖体等的形变信息n监测洞窟形变信息，预防洞窟崩塌光纤温度传感器n特点：n高精度n传感器具有几何形状可适应性n连续多点测量，避免漏检光纤应力传感器颜色辨识光纤传感器p微纳传感器n监测文物表面振动、形变等信息n特点n由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统MEMS三轴陀螺仪n微型化、集成化、批量生产、成本低p监测内容n微环境：文物周边环境信息监测，如温度、湿度、CO2浓度、光照等n自然

5、环境：监测自然环境参数信息，如水体污染等n人为环境：监测文物安防状态，游客流量等信息p主要监测手段n传感网络n光学传感p基于无线传感器网络的微环境监测网络n监测网络架构Sinkn超低功耗传感节点n节点自组织N1N3n多跳数据传输CO2传感器温湿度传感器n网络异构N2N4n部署成本低n易维护。。。。。。震动传感器n传感器节点光照传感器n温度、湿度、CO2、光照感应等传感器p全光学水质检测传感器n监测水体有机污染物、营养盐、藻类等n特点n免试剂、无二次污染、高可靠、快速检测p多通道SPR传感器多通道SPR传感器n快速检测水体中多种污染物含量

6、n特点n基于偏振控制光强调制型点阵式SPR传感器n无需标记、高通量（可达6×6通量）pRFIDn用于游客身份识别、人员定位、人数统计等n特点n非接触式的自动识别技术n可工作于恶劣环境n按照能源供给类型，可分为三类:n主动式、被动式、半被动式p需求n网络部署高度灵活、部署成本低n实现数据的中、长距离传输n需要保障数据的实时性与可靠性p存在的问题分析n传输环境干扰大，不利于数据传输n部分文化遗产地部署网络代价太大，如野外遗址等p3G技术n适用环境•位置不固定，阶段性，不便布设数据传输线路•需要传输对带宽要求较高的数据，如壁画等本体信息n优势

7、•覆盖范围广•布设方便，成本低•带宽较高n缺点n大部分文化遗产环境缺乏3G网络p长距微波宽带通信技术n适用环境n无移动通信网络覆盖n距离通信覆盖范围不远（几十公里）n优势n频带宽、网络容量大、传输质量好n传输距离长n具有良好的抗灾性能n缺点n视距传输、超视距传输需要中继转发n成本高、布设难度大、易受干扰p卫星通信n适用环境n无移动通信网络覆盖n应急场合n优势•覆盖范围广（露天区域全覆盖）n缺点n大部分文化遗产环境缺乏3G网络n成本高p通信设备n无线环境监测路由器n大存储容量n监测数据实时处理无线环境监测路由器n快速转发数据n长距离无线中

8、继器n数据汇聚与中继传输n中、长距离传输n高可靠性长距离无线中继器p需求n分析建立文物本体与环境模型n建立环境异常监测与报警机制n记录与还原考古发掘过程中丢失的文化信息p存在的问题分析n缺乏对环境与文物保护