3輔助文物系統(tǒng)easiweb故宮古建筑環(huán)境信息監(jiān)測(cè)及分析

EasiWeb故宮古建筑環(huán)境信息監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)作者：王偉、任志成、王江坤指導(dǎo)教師：孫勝濤、曾濤2015年5月6日101作品背景02作品內(nèi)容03作品特色04核心技術(shù)Contents目錄05團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介2古建筑是祖先為我們留下的珍貴文化瑰寶，對(duì)其 進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)有著重要的歷史意義和實(shí)際 價(jià)值。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)技術(shù)的快速發(fā) 展和WEB2.0時(shí)代的到來，二者相結(jié)合進(jìn)行環(huán)境 監(jiān)測(cè)是當(dāng)前首選技術(shù)解決方案，是提升珍貴文物 的保護(hù)和管理水平的有效途徑，也是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng) 化發(fā)展的大勢(shì)所趨。作品背景3本作品以故宮博物院為目標(biāo)用戶，是對(duì)古建筑環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、查詢分析、智能預(yù)測(cè)、可視化顯示等業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制開發(fā)的一款軟件系統(tǒng)，本系統(tǒng)利用無線傳感器采集獲取的溫濕度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑內(nèi)溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的分析及預(yù)測(cè)。作品背景4作品內(nèi)容－系統(tǒng)布署結(jié)構(gòu)圖5作品內(nèi)容－總體功能模塊圖6作品內(nèi)容－總體架構(gòu)圖7系統(tǒng)有八大功能模塊：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊、歷史數(shù)據(jù)模塊、報(bào)表生成模塊、分析預(yù)測(cè)模塊、展廳部署模塊、用戶管理模塊、報(bào)警管理模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊。作品內(nèi)容－核心模塊說明8實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊包括全局模式和地圖模式，全局模式下可以對(duì)整個(gè)宮殿群中的宮殿進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中包含溫度監(jiān)控、濕度監(jiān)控和報(bào)警監(jiān)控。地圖模式是可以通過地圖導(dǎo)航進(jìn)入所在位置的宮殿查看監(jiān)測(cè)信息，其中監(jiān)測(cè)信息包含實(shí)時(shí)溫度曲線、實(shí)時(shí)濕度曲線、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表格和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分布。作品內(nèi)容－核心模塊說明9分析預(yù)測(cè)模塊系統(tǒng)可選擇不同宮殿群、宮殿、傳感器探頭，從不同角度對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，如成因及異常規(guī)律分析、多維數(shù)據(jù)管理分析、基于時(shí)間序列分析、多維稀疏數(shù)據(jù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)。作品內(nèi)容－核心模塊說明10作品特色－1多區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)全局監(jiān)控可視化設(shè)計(jì)及操作11作品特色－2基于故宮實(shí)景地形的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)地圖模式管理1級(jí)2級(jí)3級(jí)12作品特色－3面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及顯示13作品特色－4面向傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的異常事件預(yù)測(cè)及溫濕度趨勢(shì)分析。14核心技術(shù)－1溫濕度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取和動(dòng)態(tài)跟蹤傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集頻率很快，系統(tǒng)必須以信息展示的頻率實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)并展示出來，而且要持續(xù)跟蹤數(shù)據(jù)的變化，并能在溫濕度出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警。為了滿足上述要求，我們?cè)谙到y(tǒng)中設(shè)計(jì)并啟動(dòng)了多個(gè)后臺(tái)監(jiān)控線程，并根據(jù)實(shí)際調(diào)整了各個(gè)線程的執(zhí)行周期。如適當(dāng)降低實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取線程的執(zhí)行頻率，以減輕服務(wù)器壓力；保證異常監(jiān)控線程的執(zhí)行頻率，以便在有異常時(shí)能及時(shí)報(bào)警；適當(dāng)配置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化進(jìn)程執(zhí)行頻率，保證服務(wù)器內(nèi)存資源。15核心技術(shù)－2古建筑全局圖形化監(jiān)視和異常報(bào)警系統(tǒng)要同時(shí)對(duì)故宮的13個(gè)宮殿群以及56個(gè)宮殿進(jìn)行全局實(shí)時(shí)的溫濕度監(jiān)測(cè)，并將每個(gè)宮殿的環(huán)境狀態(tài)信息簡(jiǎn)潔直觀的顯示出來。為了滿足全局監(jiān)視的需求，我們精心設(shè)計(jì)了監(jiān)控墻頁(yè)面，巧妙布局，各宮殿擺放位置基本符合宮殿實(shí)際的空間方

位。利用AJAX實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)刷新，利用HighCharts對(duì)數(shù)據(jù)

繪圖，并且對(duì)數(shù)據(jù)的不同區(qū)間以不同顏色加以標(biāo)識(shí)，如

在溫度監(jiān)控中，紅色代表超高溫，藍(lán)色代表超低溫，淺

綠色代表正常溫度，使用戶能夠快速獲取宮殿的異常狀

況。16核心技術(shù)－3古建筑環(huán)境溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和可視化展示在每個(gè)宮殿內(nèi)部署有5-12個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)要能對(duì)每個(gè)宮殿的內(nèi)各個(gè)傳感器采集的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，并展現(xiàn)出近一段時(shí)間的溫濕度變化趨勢(shì)。我們利用HighCharts繪圖工具，對(duì)每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線繪制，生成了實(shí)時(shí)溫度、濕度曲線，并以宮殿為監(jiān)測(cè)單元，將所包含的各傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比展示；此外，為了獲知宮殿內(nèi)三個(gè)維度上溫度的立體空間分布情況，本系統(tǒng)利用Matlab工具包動(dòng)態(tài)生成溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的水平分布圖（等溫曲線）和垂直分布圖（高度和溫度關(guān)系對(duì)比圖）。17核心技術(shù)－4古建筑環(huán)境變化分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)本系統(tǒng)除了能對(duì)古建筑內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和展示外，從古建筑保護(hù)和維護(hù)角度出發(fā)，還提供有一定的環(huán)境變化預(yù)測(cè)分析能力，便于提前做出保護(hù)措施。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并預(yù)留有擴(kuò)展接口，可用于支持各類預(yù)測(cè)算法的實(shí)施和應(yīng)用，如：成因及異常規(guī)律分析、多維數(shù)據(jù)管理分析、基于時(shí)間序列分析、多維稀疏數(shù)據(jù)趨勢(shì)預(yù)測(cè)等，基于溫濕度歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可對(duì)古建筑內(nèi)環(huán)境變化趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。18團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介隊(duì)員：王偉：計(jì)算機(jī)專業(yè)，負(fù)責(zé)總體架構(gòu)、監(jiān)控進(jìn)程實(shí)現(xiàn)。任志成：計(jì)算機(jī)專業(yè)，負(fù)責(zé)各個(gè)模塊開發(fā)實(shí)現(xiàn)。王江坤：計(jì)算機(jī)專業(yè)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。指導(dǎo)教師： 孫勝濤：副教授，中科院對(duì)地觀測(cè)中心博士，研究方向?yàn)橹悄苄畔z索