3辅助文物系统easiweb故宫古建筑环境信息监测及分析

EasiWeb故宫古建筑环境信息监测及分析系统作者：王伟、任志成、王江坤指导教师：孙胜涛、曾涛2015年5月6日101作品背景02作品内容03作品特色04核心技术Contents目录05团队简介2古建筑是祖先为我们留下的珍贵文化瑰宝，对其 进行环境监测和保护有着重要的历史意义和实际 价值。随着无线传感器网络(WSNs)技术的快速发 展和WEB2.0时代的到来，二者相结合进行环境 监测是当前首选技术解决方案，是提升珍贵文物 的保护和管理水平的有效途径，也是当今物联网 化发展的大势所趋。作品背景3本作品以故宫博物院为目标用户，是对古建筑环境监测数据的高效管理、实时监测、查询分析、智能预测、可视化显示等业务需求进行定制开发的一款软件系统，本系统利用无线传感器采集获取的温湿度数据，实现对古建筑内温湿度的实时监测，以及对环境数据的分析及预测。作品背景4作品内容－系统布署结构图5作品内容－总体功能模块图6作品内容－总体架构图7系统有八大功能模块：实时数据模块、历史数据模块、报表生成模块、分析预测模块、展厅部署模块、用户管理模块、报警管理模块、系统设置模块。作品内容－核心模块说明8实时数据模块包括全局模式和地图模式，全局模式下可以对整个宫殿群中的宫殿进行监测，其中包含温度监控、湿度监控和报警监控。地图模式是可以通过地图导航进入所在位置的宫殿查看监测信息，其中监测信息包含实时温度曲线、实时湿度曲线、实时数据表格和实时数据分布。作品内容－核心模块说明9分析预测模块系统可选择不同宫殿群、宫殿、传感器探头，从不同角度对历史监测数据进行分析和预测，如成因及异常规律分析、多维数据管理分析、基于时间序列分析、多维稀疏数据趋势预测。作品内容－核心模块说明10作品特色－1多区域环境数据全局监控可视化设计及操作11作品特色－2基于故宫实景地形的实时数据地图模式管理1级2级3级12作品特色－3面向无线传感器网络的实时数据采集及显示13作品特色－4面向传感器网络监测数据的异常事件预测及温湿度趋势分析。14核心技术－1温湿度监测数据的实时获取和动态跟踪传感器网络的数据采集频率很快，系统必须以信息展示的频率实时获取数据并展示出来，而且要持续跟踪数据的变化，并能在温湿度出现异常时及时报警。为了满足上述要求，我们在系统中设计并启动了多个后台监控线程，并根据实际调整了各个线程的执行周期。如适当降低实时数据获取线程的执行频率，以减轻服务器压力；保证异常监控线程的执行频率，以便在有异常时能及时报警；适当配置监测数据的可视化进程执行频率，保证服务器内存资源。15核心技术－2古建筑全局图形化监视和异常报警系统要同时对故宫的13个宫殿群以及56个宫殿进行全局实时的温湿度监测，并将每个宫殿的环境状态信息简洁直观的显示出来。为了满足全局监视的需求，我们精心设计了监控墙页面，巧妙布局，各宫殿摆放位置基本符合宫殿实际的空间方

位。利用AJAX实现异步数据刷新，利用HighCharts对数据

绘图，并且对数据的不同区间以不同颜色加以标识，如

在温度监控中，红色代表超高温，蓝色代表超低温，浅

绿色代表正常温度，使用户能够快速获取宫殿的异常状

况。16核心技术－3古建筑环境温湿度实时监测和可视化展示在每个宫殿内部署有5-12个传感器节点，系统要能对每个宫殿的内各个传感器采集的温湿度数据进行可视化展示，并展现出近一段时间的温湿度变化趋势。我们利用HighCharts绘图工具，对每个传感器的数据进行了曲线绘制，生成了实时温度、湿度曲线，并以宫殿为监测单元，将所包含的各传感节点数据进行对比展示；此外，为了获知宫殿内三个维度上温度的立体空间分布情况，本系统利用Matlab工具包动态生成温度监测数据的水平分布图（等温曲线）和垂直分布图（高度和温度关系对比图）。17核心技术－4古建筑环境变化分析和趋势预测本系统除了能对古建筑内温湿度数据进行实时采集和展示外，从古建筑保护和维护角度出发，还提供有一定的环境变化预测分析能力，便于提前做出保护措施。本系统设计并预留有扩展接口，可用于支持各类预测算法的实施和应用，如：成因及异常规律分析、多维数据管理分析、基于时间序列分析、多维稀疏数据趋势预测等，基于温湿度历史监测数据，可对古建筑内环境变化趋势和动态进行预测和分析。18团队简介队员：王伟：计算机专业，负责总体架构、监控进程实现。任志成：计算机专业，负责各个模块开发实现。王江坤：计算机专业，负责系统界面设计实现。指导教师： 孙胜涛：副教授，中科院对地观测中心博士，研究方向为智能信息检索