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

EasiWeb故宮古建筑環(huán)境信息監(jiān)測及分析系統(tǒng)作者：王偉、任志成、王江坤指導教師：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Contents目錄05團隊簡介2古建筑是祖先為我們留下的珍貴文化瑰寶，對其 進行環(huán)境監(jiān)測和保護有著重要的歷史意義和實際 價值。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs)技術的快速發(fā) 展和WEB2.0時代的到來，二者相結合進行環(huán)境 監(jiān)測是當前首選技術解決方案，是提升珍貴文物 的保護和管理水平的有效途徑，也是當今物聯(lián)網(wǎng) 化發(fā)展的大勢所趨。作品背景3本作品以故宮博物院為目標用戶，是對古建筑環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的高效管理、實時監(jiān)測、查詢分析、智能預測、可視化顯示等業(yè)務需求進行定制開發(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)，實現(xiàn)對古建筑內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)測，以及對環(huán)境數(shù)據(jù)的分析及預測。作品背景4作品內(nèi)容－系統(tǒng)布署結構圖5作品內(nèi)容－總體功能模塊圖6作品內(nèi)容－總體架構圖7系統(tǒng)有八大功能模塊：實時數(shù)據(jù)模塊、歷史數(shù)據(jù)模塊、報表生成模塊、分析預測模塊、展廳部署模塊、用戶管理模塊、報警管理模塊、系統(tǒng)設置模塊。作品內(nèi)容－核心模塊說明8實時數(shù)據(jù)模塊包括全局模式和地圖模式，全局模式下可以對整個宮殿群中的宮殿進行監(jiān)測，其中包含溫度監(jiān)控、濕度監(jiān)控和報警監(jiān)控。地圖模式是可以通過地圖導航進入所在位置的宮殿查看監(jiān)測信息，其中監(jiān)測信息包含實時溫度曲線、實時濕度曲線、實時數(shù)據(jù)表格和實時數(shù)據(jù)分布。作品內(nèi)容－核心模塊說明9分析預測模塊系統(tǒng)可選擇不同宮殿群、宮殿、傳感器探頭，從不同角度對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和預測，如成因及異常規(guī)律分析、多維數(shù)據(jù)管理分析、基于時間序列分析、多維稀疏數(shù)據(jù)趨勢預測。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)控可視化設計及操作11作品特色－2基于故宮實景地形的實時數(shù)據(jù)地圖模式管理1級2級3級12作品特色－3面向無線傳感器網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)采集及顯示13作品特色－4面向傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常事件預測及溫濕度趨勢分析。14核心技術－1溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時獲取和動態(tài)跟蹤傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集頻率很快，系統(tǒng)必須以信息展示的頻率實時獲取數(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)異常時及時報警。為了滿足上述要求，我們在系統(tǒng)中設計并啟動了多個后臺監(jiān)控線程，并根據(jù)實際調(diào)整了各個線程的執(zhí)行周期。如適當降低實時數(shù)據(jù)獲取線程的執(zhí)行頻率，以減輕服務器壓力；保證異常監(jiān)控線程的執(zhí)行頻率，以便在有異常時能及時報警；適當配置監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化進程執(zhí)行頻率，保證服務器內(nèi)存資源。15核心技術－2古建筑全局圖形化監(jiān)視和異常報警系統(tǒng)要同時對故宮的13個宮殿群以及56個宮殿進行全局實時的溫濕度監(jiān)測，并將每個宮殿的環(huán)境狀態(tài)信息簡潔直觀的顯示出來。為了滿足全局監(jiān)視的需求，我們精心設計了監(jiān)控墻頁面，巧妙布局，各宮殿擺放位置基本符合宮殿實際的空間方

位。利用AJAX實現(xiàn)異步數(shù)據(jù)刷新，利用HighCharts對數(shù)據(jù)

繪圖，并且對數(shù)據(jù)的不同區(qū)間以不同顏色加以標識，如

在溫度監(jiān)控中，紅色代表超高溫，藍色代表超低溫，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－3古建筑環(huán)境溫濕度實時監(jiān)測和可視化展示在每個宮殿內(nèi)部署有5-12個傳感器節(jié)點，系統(tǒng)要能對每個宮殿的內(nèi)各個傳感器采集的溫濕度數(shù)據(jù)進行可視化展示，并展現(xiàn)出近一段時間的溫濕度變化趨勢。我們利用HighCharts繪圖工具，對每個傳感器的數(shù)據(jù)進行了曲線繪制，生成了實時溫度、濕度曲線，并以宮殿為監(jiān)測單元，將所包含的各傳感節(jié)點數(shù)據(jù)進行對比展示；此外，為了獲知宮殿內(nèi)三個維度上溫度的立體空間分布情況，本系統(tǒng)利用Matlab工具包動態(tài)生成溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的水平分布圖（等溫曲線）和垂直分布圖（高度和溫度關系對比圖）。17核心技術－4古建筑環(huán)境變化分析和趨勢預測本系統(tǒng)除了能對古建筑內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)進行實時采集和展示外，從古建筑保護和維護角度出發(fā)，還提供有一定的環(huán)境變化預測分析能力，便于提前做出保護措施。本系統(tǒng)設計并預留有擴展接口，可用于支持各類預測算法的實施和應用，如：成因及異常規(guī)律分析、多維數(shù)據(jù)管理分析、基于時間序列分析、多維稀疏數(shù)據(jù)趨勢預測等，基于溫濕度歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，可對古建筑內(nèi)環(huán)境變化趨勢和動態(tài)進行預測和分析。18團隊簡介隊員：王偉：計算機專業(yè)，負責總體架構、監(jiān)控進程實現(xiàn)。任志成：計算機專業(yè)，負責各個模塊開發(fā)實現(xiàn)。王江坤：計算機專業(yè)，負責系統(tǒng)界面設計實現(xiàn)。指導教師： 孫勝濤：副教授，中科院對地觀測中心博士，研究方向為智能信息檢索