智慧科技馆建设的研究与总体设计
何沃林
(东莞科学馆,广东东莞 523007)
摘要： 随着现代电子信息技术的发展,物联网、云计算、大数据等技术的广泛应用和普及,运用这些先进智能技术来进行智慧科技馆的建设和运营管理越来越得到重视和应用,并已经开展了相关的研究和探索。本文通过对智慧科技馆的内涵、功能和特征进行了研究和分析,提出了系统平台的技术框架体系、对系统的各组成部分和特点进行了详细的介绍,为智慧科技馆的建设提供一些思路和参考的依据。
关键词： 智慧科技馆；物联网；云计算；智慧管理；智慧服务
0 引言
科技馆的作用与功能就是通过展览、培训、实验、科学交流等教育方式为公众普及和传播科学知识,以科学性、知识性、趣味性相结合的互动展品揭示科学原理及技术应用,鼓励公众亲自动手进行探索与实践、以激发科学兴趣、培养公众的科学思想、科学方法和科学精神[1]。随着新一代信息技术的快速发展和网络的广泛应用,扩展了学习环境和改变了学习方式,使公众可以快速便捷的获得各种知识,了解科技最新动态,对信息的获取更加个性化、专业化和智能化。科技馆作为重要的科普教育阵地,随着时代的不断前进发展、新技术的应用、网络的互联和资源共享,科技馆的建设、展示形式、运营管理、服务等模式将发生重大的变革,顺应时代的发展并随之进行变化,是科普场馆可持续发展的必然趋势,将对科普场馆的发展和繁荣起到至关重要的作用。
1 智慧科技馆的内涵和特征
智慧科技馆是以人为核心,通过新一代信息技术的智能化应用和科技馆业务的知识化应用,通过空间形态、科技馆业态和信息生态的高度融合,实现人物结合、人人结合和人机结合的智慧生态系统。
智慧科技馆的主要特征体现在五个方面：
(1)智慧感知：通过射频识别装置、感应器等传感设备全方位的感知人(观众和工作人员)、物(展品和设备)、环境等不同个体和因素的信息,自动获取相应的数据后实时传输给服务器或云计算中心,对相关的信息进行实时分析和处理,以便给出及时的决策建议和采取相应的措施。(2)智慧管理：可以了解观众、工作人员的人流量和实时分布,展品的运行状态、互动人数和评价,展馆内温度、湿度等环境因素这些实时的信息,自动进行各种数据统计分析后,实施人流的智能引导和分流,合理配置展区展品和工作人员,展馆环境因素的智能调节,场馆的安保、消防、空调、网络等系统的自动控制,使人力和物质资源的配置得以优化,降低安全风险和减少成本,实现科技馆运营管理的智慧化[2]。(3)智慧服务：智慧服务的范围包括参观前、到馆、体验、离馆、后续等全过程,为观众提供个性化的、自由的和交互式的全方位科学体验服务。1)观众首先通过网站和APP了解参观内容、预约和查询交通路线;2)到馆后进行身份识别和智能登记;3)参观时通过手机、iPad等移动智能终端连接WiFi无线网络,利用提供的智能导览系统,了解各展区的特色,查看展品的科学原理和操作说明,选择自己感兴趣或最受欢迎的展区参观;4)观众还可以在手机上看到自己和展教员的实时位置,方便查找、规划参观路线和寻求帮助;5)后台系统通过分析观众感兴趣的展项和对科普资源的需求,自动推送相应的科普知识和活动信息[3]。(4)智慧展览：展示内容方面,根据最新的科普热点和参观者的兴趣点,构建需求模型对科技馆的展览资源进行个性化筛选。根据采集参观者对展项和展品的科学评价,进行定期的更新和淘汰,提高原创展项的比例,以适应公众对科普内容的需求。在展示形式方面,结合展品的外观设计和采用先进的技术手段,使参观者在虚拟与真实结合的展示环境中获得身临其境的科学体验,通过激活视觉、听觉、触觉、嗅觉等不同感官,唤起参观者的探索热情,在参观的全过程亲自动手、动脑进行探索与实践,将原来比较深奥的、抽象的理论知识转化为平时生活中常见的和容易接受的科学现象,用更加直观化、具象化的形式展示出来[1]。(5)智慧共享：智慧科技馆可以利用互联网、物联网、云计算平台等技术实现观众与观众之间、观众与场馆之间、场馆与场馆之间更大范围的信息资源共享和体验,通过搭建广阔的科普信息资源共享平台,在不同人群、不同场馆、不同区域之间进行有主题、有目的性的信息分享、科学体验和科学交流[4]。
例如中国科协的“科普中国e站”建设项目就是通过互联网链接“科普中国”服务云数据接口,依托“科普中国”品牌科普资源,利用基层的现有的网络、传播平台、固定阅读终端、移动应用终端、活动场所等科普设施,建设成科普场馆、社区、学校、乡村科普e站,结合线上线下的科普活动,实现科普服务信息化,成为科普资源共享和落地应用的重要阵地。
2 智慧科技馆系统平台的总体设计
智慧科技馆系统平台主要基于物联网、大数据、云计算和移动互联等技术,采用面向服务的SOA技术架构,可以按照模块化、中间件的方式添加新的应用服务和进行新的业务应用平台搭建,实现了应用组件的有效整合和系统平台的统一运行、管理和维护[5]。智慧科技馆系统平台技术框架图如图1所示。
图1 智慧科技馆系统平台技术框架
(1)感知层：通过传感器、RFID、M2M终端、二维码等感知设备,对观众、工作人员、展馆环境、展品等这些管理目标的信息进行自动、实时、完整的采集,再通过CAN总线或者485总线等有线方式,以及蓝牙、WiFi、zigbee、WiFi等无线传感器网络和一些集成通信模块,实现与网络层的接入[6]。(2)网络层：负责将感知层获取的信息进行安全可靠的传输,采用双绞线、同轴电缆、光纤、3G、4G、卫星等传输方式,通过电信网(固网、移动通信网)、广电网、互联网和专线网络等进行数据信息安全稳定的传输。(3)基础设施层：把服务器、网络和存储设备等计算机硬件设施进行整合利用后为业务系统提供服务,采用虚拟化技术进行构建,将计算资源、存储资源和网络资源虚拟化后形成资源池,统一向外界提供服务。基础设施层可根据业务应用系统对资源的需求,进行动态管理和资源分配调度,实现信息资源的快速存储、调用和计算[7]。(4)数据层：主要提供对感知层设备的数据、科技馆资源数据、运营管理数据的存储、调用、处理等服务。采用数据平台技术实现数据的管理与共享,充分应用数据关联分析、数据挖掘等技术实现多种数据之间的整合利用,实现查询、分类统计等功能,为各业务系统之间的数据抓取、数据交换和信息共享提供合理有效的支持。(5)服务层：为业务应用提供统一的系统级平台应用支撑服务,全面的应用软件开发环境,可以运用服务层组件进行独立开发和部署。包括SOA公共应用服务总线、GIS应用支撑服务、系统应用支撑服务、移动应用支撑服务、工作流组件、集中认证组件、报表分析组件和数据交换组件等[5]。(6)应用层：为用户提供各种类型的综合业务应用软件服务,用户进入相关的业务应用程序查看和获取所需的科技馆信息资源和服务,如场馆介绍、智能导览、人员位置、展厅运行参数、展品原理和操作说明、科普信息检索等。(7)交互层：为用户提供了友好的界面展示效果和交互方式,包括：微信公众号、场馆自助终端、科技馆APP、运营管理服务平台等。(8)用户层：系统面向的对象主要是社会公众、工作人员、管理层、科技馆行业系统。
通过携带标识了身份ID的RFID卡或者移动终端设备,对观众、志愿者、展教员等这些人员进行标识,以解决各类人员在移动过程中的身份识别、跟踪、定位和管理等问题。系统动态监测携带定位ID观众的实时位置信息,掌握展馆的人流量和分布请况,对人流进行引导和分流。观众可以在手机等智能终端上查看自身位置信息、展教员位置分布,提供智能导览和路线规划。系统实时监测展厅到岗展教员的数量和位置,对展教员进行合理配置。通过客观记录展教员到岗情况、活跃程度、活动路由等,进行数据统计分析比对,得出展教员的绩效考核成绩。
利用展品智能管理系统对数量众多的展品设备实施集中管理控制,在线实时监测展品的运行状态,发现故障展品及时向维修人员终端推送消息,及时检查维修。系统自动统计展品完好率、故障类型等信息,维修人员可以及时得到和跟踪每件展品的信息(如：软硬件、生产单位和零配件供应商等),了解到展品在运行过程中的保修、维修情况。部门负责人可以根据每件展品运行过程中的故障、维修情况进行统计分析,根据这些量化数据制订定期检修计划和零配件采购计划,为展品更新、改造提供决策依据。
3 系统特点
3.1 展品运行维护的全过程跟踪
综上所述,发现Morr-KF方案对此次暴雨过程模拟的强度相对于其他几种组合偏低,这与Morr-KF方案对云水混合比和雨水混合比模拟偏小有着密切的关系,而其他几种方案模拟出的降水强度明显偏大,也对应着云水、雨水混合比偏大,这可能与CAM5.1方案在对实际雨水含量较大时,模拟效果较好,但当雨水含量较小时,误差较大的特点(王佳等,2017)有关,由此也可以发现云水混合比和雨水混合比的预报结果直接影响着降水强度的预报。而且还可以发现Morr-KF对降水范围的预报较小,0.1～5 mm量级较为准确,空报率低,这与微物理参数化方案Morrison 2-mom一般对云系范围预报小于CAM5.1方案有关。
3.2 各类人员的动态监测和科学化管理
童话树：我注意到韩鹭遥小编辑在原稿的第一自然段补充了一句话——“不信，请接着往下读。”这是一个过渡句，这个过渡处理得非常好，非常自然地引起了下文。我为韩鹭遥小编辑的这个过渡点赞！
3.3 参观数据的统计分析为评估科普服务水平提供有效依据
通过采集的参观者信息,汇总到系统平台的数据库中,采用数据挖掘和统计分析手段,自动生成动态的统计结果,绘制各种数据形象的统计图表,例如：参观者的个人身份信息、展馆客流量、展区的人流密集分布情况、展品展项的平均停留时间等统计数据,为以后场馆建设、展项开发、展品评价提供重要依据。同时对这些主要指标进行保存,后期可以提取其中具有参考价值的准确数据信息,对展馆的科普服务水平进行科学评估[8]。
宁都县位于江西省东南部，东经115°40′20″至116°17′15″，北纬26°05′18″至27°08′13″之间，东邻石城、广昌，西与永丰、兴国交界，南接于都、瑞金，北与乐安、南丰、宜黄毗连。宁都县东西宽61 km，南北长117.2 km，土地总面积40.53万hm2，其中林业用地面积30.09万hm2，有林地面积27.76万hm2，森林覆盖率71.3%。
4 结语
智慧科技馆的建设通过多种先进信息技术的综合运用实现了对观众、工作人员、展品、展馆设施等多种人力和资源的智慧化管理,为公众提供了更加多样化、人性化、科学化的服务,全方位的科学互动体验,大大提高了科技馆的运营管理和科普服务水平。目前智慧科技馆的建设还处在探索阶段,随着科技的发展和新技术的进一步应用,将为公众提供更加丰富的展现方式,为科技馆插上信息化的翅膀,搭建科技馆智慧化服务体系,提供更加智能化的服务解决方案。
参考文献
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Research and Overall Design of Smart Science and Technology Museum Construction
HE Wo-lin
(Dongguan Science Museum,Dongguan Guangdong 523007)
Abstract： With the development of modern electronic information technology, the Internet of Things, cloud computing, big data and other technologies are widely used and popularized. The application of these advanced intelligent technologies to the construction and operation management of Smart Science and Technology Museum has been paid more and more attention and applied, and relevant research and exploration have been carried out. In this paper, the connotation, function and characteristics of Smart Science and Technology Museum are studied and analyzed, and the technical framework system of the system platform is proposed, and the components and characteristics of the system are introduced in detail, providing some ideas and reference basis for the construction of Smart Science and Technology Museum.
Key words： Smart Science and Technology Museum;Internet of Things;Cloud Computing;Smart Management;Smart Service
中图分类号： TP399
文献标识码： A
文章编号： 1007-9416(2019)07-0162-02
DOI： 10.19695/j.cnki.cn12-1369.2019.07.79
收稿日期： 2019-03-26
作者简介： 何沃林(1974—),男,广东东莞人,硕士,高级工程师,研究方向：电子技术与信息系统的应用开发。