author guidelines for cvgip2009oplab.im.ntu.edu.tw/csimweb/system/application/... ·...

15
第十七屆資訊管理暨實務研討會 博物館典藏環境監測於無線感測網路之研究 1 徐弘道, 2 林韻丰, 2 黃筱如, 3 賴育均, 1 楊劍東 1 國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系 E-mail:[email protected] 2 朱銘美術館修復與保存中心 E-mail: [email protected] 2 朱銘美術館修復與保存中心 E-mail: [email protected] 3 朱銘美術館典藏管理部 E-mail: [email protected] 1 國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系 E-mail:[email protected] 摘要 隨著資通訊科技(Information Communication TechnologyICT)的迅速發展,微機電 (Micro Electro Mechanical SystemMEMS)技術與效能日漸提升,硬體開發所需成本日 益下降,使得無線感測網路(Wireless Sensor Network WSN) 的應用情境不斷推陳出 新,從醫療服務、環境監控、智慧傢俱,運用的領域也不斷地擴大。本文將從博物館 所屬部分空間之環境監控需求探討開始,導入 WSN 技術之環境監測架構、視覺化網頁 展示及主動式環境監視警訊通知等三大部分。經由實測得知,本研究完成之雛型系統 已可正確蒐集現有館藏空間相關之環境資訊,使空間隨時處於最適宜之狀況。相關成 果除可提供館員所處空間或目標空間的即時環境資訊以外,並可為爾後持續從事博物 館環境情境感知研究之參考。 關鍵詞:無線感測網路、視覺化網頁展示、主動式環境監視警訊通知

Upload: others

Post on 29-Jun-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    博物館典藏環境監測於無線感測網路之研究

    1

    徐弘道, 2

    林韻丰,2

    黃筱如, 3

    賴育均,1

    楊劍東 1國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系 E-mail:[email protected] 2朱銘美術館修復與保存中心 E-mail: [email protected]

    2朱銘美術館修復與保存中心 E-mail: [email protected]

    3朱銘美術館典藏管理部 E-mail: [email protected]

    1國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系 E-mail:[email protected]

    摘要

    隨著資通訊科技(Information Communication Technology,ICT)的迅速發展,微機電(Micro Electro Mechanical System,MEMS)技術與效能日漸提升,硬體開發所需成本日益下降,使得無線感測網路(Wireless Sensor Network,WSN)的應用情境不斷推陳出新,從醫療服務、環境監控、智慧傢俱,運用的領域也不斷地擴大。本文將從博物館

    所屬部分空間之環境監控需求探討開始,導入 WSN 技術之環境監測架構、視覺化網頁展示及主動式環境監視警訊通知等三大部分。經由實測得知,本研究完成之雛型系統

    已可正確蒐集現有館藏空間相關之環境資訊,使空間隨時處於最適宜之狀況。相關成

    果除可提供館員所處空間或目標空間的即時環境資訊以外,並可為爾後持續從事博物

    館環境情境感知研究之參考。

    關鍵詞:無線感測網路、視覺化網頁展示、主動式環境監視警訊通知

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    1.前言 依美國文物維護協會(American Institute for Conservation of Historic and Artistic

    Works,AIC)對「Conservation」的定義:文物保存是一種專業,其貢獻在於將文化資產保護留存於後世。文物保存包括檢視(examination)、記錄(documentation)、修護處理(treatment)及預防性保護(preventive care),並經由研究及教育來支持上述工作,應用的範圍除了預防性文物保存、善後性文物修護之外,更包含科學研究分析,

    三種工作內涵更將傳統文物修復,更進一步提升至「文物保存」專業。 文物是人類智慧的結晶,並且是人類的重要文化資產,於平時文物保存必須做到

    「預防性維護」(preventive conservation)。然而文物的劣化是自然的現象,若要妥善保存這些重要的文物,其「典藏品劣化因子」為預防性保護的重點,而文物「典藏品

    劣化因子」指文物所處環境現象,包括溫度、相對溼度、光線、蟲害、污染物以及微

    生物等。關於典藏品劣化因子,依加拿大文物 保護協會(Canadian Conservation Institute,CCI)文物保存專家 Robert Waller 歸納為十類:(1)物理性壓力、(2)火災、(3)水患、(4)犯罪、(5)不適當的溫度、(6)不適當的溼度、(7)光害、(8)蟲害、(9)空氣污染、(10)保管上的疏失。因此預防性保存維護措施即是針對以上項目來進行,當中有自然因素與人為因素,也包含漸進式與瞬間發生。而環境因素是引發文物劣化的媒介,

    一旦典藏人員失去警覺或未加監控,將導致文物造成化學性或物理性的破壞[2]。 溫度是指空氣中的冷熱程度,就文物典藏環境而言,依據阿瑞尼亞士理論:溫度

    每升高 10℃,化學作用速率加倍。溫度上升也使得有機材質尺寸膨脹,高溫並容易滋生蟲菌;溫度過低時,如動物膠黏著劑容易造成硬化、脆化。急遽的溫差變化也會造

    成相對濕度的不穩定,使材質不斷地發生物理及化學性變化,使得部分複合材質文

    物,導致因收縮率不同而脫落。相對濕度(R.H.)則是指在一定的空間內所含有的實質水汽壓(e)單位為毫巴或毫米巴水銀柱與相同溫度下的飽和水汽壓(E)的百分比。相對濕度過高時,文物材質因吸水而膨脹,並且易使金屬材質鏽蝕,微生物易於在高相對濕

    度的環境下生長、繁殖,尤其當相對濕度超過 65%時也容易發霉;相對濕度過低時,材質因失水而收縮、龜裂。綜合上述,博物館典藏文物的溫、濕度應長期監控、記錄

    並保持良好且穩定的溫濕度,是保存文物的基本條件[9]。 隨著微型電子製造技術、通訊技術及嵌入式處理技術的快速提升,使得微小型電

    子裝置得以內嵌精密感測器。並將此類微小型電子感測器與無線傳輸晶片及微控制器

    所組成的 SOC(System On Chip)加以整合,即可同時處理無線通訊和資料處理等功能,不但能感應及偵測週遭環境的變化,進而分析、判斷所蒐集到的數據及資訊,並透過

    無線通訊傳輸的功能將資料傳回至後端的中央處理伺服器以進行最後的決策處理。若

    進一步整合多項微型感測器即可提升不同的量測需求,並可將以無線感測網路輕易的

    導入到各種不同應用上。近年來亦廣泛地應用在多個領域裡,例如在軍事、生物資

    訊、農業、智慧家庭及居家照護等方面。在 2003 年美國 MIT 技術評論(Technology Review)中認為,有十種新興技術很快就可以改變計算、醫療、製造、運輸和我們的能源基礎設施。其中排名第一的,即是無線感測網路 (Wireless Sensor Networks,WSN)[13]。

    本文於博物館典藏空間導入 WSN 技術之環境監測架構,建置出一組環境感知與警

    示雛型系統。使用微型化的感測器收集溫度、濕度、照度環境資訊與電流感測的數據

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    參數,並透過無線網路建構出資訊流通管道進行傳遞與收集彙整。經由實測得知,本

    研究完成之雛型系統已可正確蒐集現有典藏空間相關之環境資訊,而這些參考數值也

    是打造優質典藏環境的重要指標。

    2.文獻回顧 2.1.無線感測網路(Wireless Sensor Network, WSN)

    無線感測網路為無線個人區域網路(Wireless Personal Area Network)中的一種應用,於空間中散佈的自主裝置所組成的一個無線網路,這些裝置使用感測器協同合作,監

    控不同位置的物理狀態或環境狀態。具有低速率、低功率、體積小、低成本、傳輸距

    離短及架構簡單等特性,且可程式化、動態組成等特性。而無線網路指的是任何型式

    的電子設備,使用電磁波而不依賴實體電纜即可在節點之間相互連結,來達到無線傳

    輸功能,於通訊、遙控、資訊傳輸皆能應用短距離無線網路。短距離無線網路種類分

    為高速、中速及低速傳輸,如圖 1所示。

    圖1短距離無線通訊

    無線感測網路是由一個到數個感測節點佈建在同一環境下彼此相互連結建構而成

    的網路系統,由於體積小不易受地形環境限制,因此能進入較嚴苛的環境觀測。美國

    自然科學基金委員會於 2003 年投資了 3 千 4 百萬美元來研究感測器網路相關的基礎理論,美國國防部更是提出了 C4ISRT(Command Control Communication Computing Intelligence Surveillance Reconnaissance and Targeting,C4ISRT)計劃,目標是利用無線感測器網路為未來科技化戰爭設計一個具命令、控制、通訊、計算、智慧、監視、勘察

    與目標定位的智慧型戰爭指揮系統。不僅如此,英特爾(Intel)與摩托羅拉(Motorola)等全球知名民間企業大廠以及著名的學術單位亦投入此技術進行相關研究,期望能開發

    出幫助老年人士、阿爾茨海默氏病患者以及傷殘人士的家庭護理與防災以及掌握農作

    物的生長過程的無線感測器網路系統,由此可想而知無線感測器網路對於未來學術研

    究與國計民生影響甚鉅[3]。 ZigBee 為一由 IEEE802.15.4 與 ZigBee Alliance 兩個組織所分別制定的硬體與軟體

    標準。在實體層(PHY)、媒體存取層(MAC)等由 IEEE 發展主導,而 ZigBee Alliance負責制定邏輯網路、資料傳輸加密機制、應用介面規範及各系統產品之間互通規範。

    [10]。本研究所使用的 Zigbee 模組是由英國 Jennic 公司所發表的 JN5121 及 JN5139,此等晶片整合了一個 16MHz 32 Bit 的精簡指令集(Reduced Instruction Set computing,

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    RISC)微控制器(Micro Controller Unit,MCU)、相容 2.4GHz IEEE802.15.4 的無線收發器、分別具有 64kB 及 192kB 的唯讀記憶體(Read-Only Memory,ROM)、96kB 的隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)。該晶片內建的記憶體主要是用來儲存系統的軟體,包含了通訊協定堆疊、路徑表、應用程式碼與資料,也包含了硬體的 MAC位址與 AES 加解密的加速器,並擁有省電與定時睡眠模式,及安全碼與程式碼加密機制[11]。

    除了 Zigbee 模組之外,感測器是無線感測網路系統中的另一個基礎物件,它可將

    被感測的人、事、物狀態轉換為電壓、電流、頻率及脈衝等電氣信號,再交由運算單

    元做進一步的處理。通常感測器由感應元件(sensing element)和轉換元件(transduction element)組成。感應元件是指能直接感測被測物;轉換元件則是指感測器中能將感應元件之輸出量轉換為適於傳輸和測量的電子訊號之元件。目前已有數量相當多,且各式

    各樣的感測器被廣泛應用在航太、車輛與機械人等領域。

    2.2. WSN 於環控領域之發展及應用現況 隨著無線感測網路技術的快速發展,國外已有不少研究人員開始將無線感測網路

    應用在不同的情境中,蒐集所需之環境資訊。應用於災害上,建築物內由煙霧與溫度

    感測器所組成的無線感測網路,可在火災發生時,根據火場內溫度變化以及濃煙分佈

    情況,自動的規畫出安全的疏散路徑,並且配合裝設在出入口與通道上裝設 LED 燈號,以燈光告知居民逃生方向[14]。在醫療方面有學者導入無線感測網路技術藉由遠端監測病人的生理因子,如心跳、血壓、氧氣飽和率等資料,在病人的生理因子有異常

    狀況時可即時通報鄰近醫療單[15]。在智慧家庭方面,亦有學者將無線感測網路結合家電或保全系統,針對室內的溫溼度控管,或對一氧化碳等危險氣體進行監控並適時發

    出警告[12]。在農業方面,無線感測網路部署於田野或是果園之中,利用無線感測器模組與果實蠅誘引裝置,可偵測溫度、溼度、照度與果實蠅數目,資料透過無線通訊傳

    送至後端主控平台,監測系統可監測害蟲族群動態不受地形與區域之限制,取代原本

    由人工前往放置與回收的誘捕蟲桶,降低人力並達到即時預警的效果[1]。 2.3. 於博物館中導入 WSN 系統之相關應用

    由於 WSN 系統可利用無線訊號的強弱推估各個子節點的相對位置[4],藉以達到定位的功能。一旦得知所在位置後便可進一步加入導覽功能。資策會網路多媒體研究

    所便利用類似技術,與自然科學博物館進行合作,在該館的部份展場建置了無線感測

    網路,提供導覽、參觀路線規劃與訪客位置追蹤的功能[6]。 此外,典藏文物空間的環境監控亦為博物館導入 WSN 應用之重點。例如,國立故

    宮博物院和元智大學合作開發以分散式資料伺服器(Distributed Data Server,DDS)監測裱畫室、電腦機房及門禁管控森嚴的文物庫房之溫濕度;並可隨故宮文物走出故宮,

    實際應用於嘉義縣表演藝術中心及台中國立台灣美術館[7]。同時,國立故宮博物院並和資策會合作開發展示空間的環境溫濕度無線感知系統,應用無線感測網路試驗不同

    溫濕度設定範圍的感測器之精確度、具防爆玻璃之金屬陳列櫃影響無線傳輸距離及參

    觀人群的干擾程度 [5]。 於 2007 年則有學者針對博物館中的古文物,提出一套具有主動式訊息通知機制的

    文物管理系統。該系統透過感測器的偵測及相對位置的判斷,能監控與管理館內的古

    文物,並整合 IM(instant message)通知的功能,能在發生異常時主動發出通知相關人

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    員,並可透過分析展場環境溫度變化,作為參觀民眾對展出文物的喜好程度,及時提

    供館方作為適時調配解說員協助導覽[8]之參考。

    3. 研究方法 本研究將於博物館典藏庫房內建置多組無線感測節點,而無線感測網路資料透過

    網際網路建立視覺化展現的元素於網頁系統中,以淺顯的圖示方式達到警示的效果。

    再配合圖形化歷史資料查詢機制,使館方人員於任何角落只需個人電腦或行動裝置與

    網際網路相連結,即可透過瀏覽器簡易地操作網頁模型,輕鬆掌握典藏庫房內即時環

    境資訊與詳細的歷史紀錄。並且導入主動式 e-mail 警訊系統,當所監測之典藏環境超出館方人員所預設的警戒區間時,警訊系統將隨即啟動,主動通報相關人員,藉以降

    低文物的損壞程度,最後將測試系統轉移到朱銘美術館中進行上線實際測試。 以下將簡要就本文所提研究方法內容進行說明,分為系統軟硬體設備與系統架

    構、WSN 網頁展示及主動式環境監視警訊通知等三大部分,包含了 WSN 設備之採用、WSN 韌體與系統軟體開發工具、資料庫系統之採用、警戒區間設定及主動式 e-mail警訊系統等方面。

    3.1.系統軟硬體設備與系統架構 3.1.1.WSN 設備之採用

    為了完成本研究之目標,本文採用由海洋大學系統工程暨造船學系 WSN 研發團隊所開發之 WSN 網路暨感測裝置,包含了:兩款相異的溫、濕、照度感測器,電流感測器以及構成 WSN 網路的 Zigbee Router 及 Zigbee Coordinator/Gateway。實品照片如圖 2至圖 6所示。

    WSN 網路暨感測裝置 Zigbee/IEEE802.15.4 模組是由 Jennic JN5121 或 Jennic

    JN5139 所構成,特色是該等模組屬一個低功率及低價位之無線 32-bit RISC 微處理器,完全相容 2.4GHz IEEE802.15.4 的送收器,分別具備 64kB 或 192kB ROM,以及 96kB的 RAM,並整合一些數位及類比週邊線路,如 I2C、SPI、AD/DA及 UART,因此可以降低對於外部零件的需求。

    (1). 溫濕度監測:針對感測節點所處庫房環境定時地偵測其溫度、相對濕度資訊,具有長期間並穩定監測。

    (2). 照度監測:針對感測節點所處的環境照度進行偵測,其監測之主要目的除了

    可知道工作人員進出是否有確實關燈之輔助節電功效外,同時也可監測庫房

    內窗簾有無拉上,以維持庫房內的隱密性,以及判斷非人員進出時段,是否

    有異常進出等安全性的效果。

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    圖2 Zigbee 溫濕照度感測器

    圖3 Zigbee 溫濕照度感測器

    (3). 電流監測:針對典藏庫房中央空調系統電源與除濕機進行電流監測,此監測

    可以用來偵測電器是否有被啟動及啟動頻率、是否有異常用電發生等,並可

    作為電器設備安全預警的功能,避免該類型電器因電流異常導致的火災等危

    害情形發生。

    圖4 Zigbee 電流感測器

    圖5 Zigbee Router

    圖6 Zigbee Coordinator/Gateway

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    3.1.2.WSN 韌體與系統軟體開發工具 本文之雛型應用系統以 Visual Basic.NET 2008 開發完成,而在 WSN 網路暨感測裝

    置中運作之韌體則以 Jennic Code::Blocks IDE 為開發工具。 3.1.3. 資料庫系統之採用

    本研究之 WSN 資料庫採用 MySQL 5.1.35 做為其資料庫管理系統。

    3.1.4. 系統架構 本文所提之 WSN 系統架構示意圖參照圖 7所示,於典藏室中基本上可分等五區

    域,佈署一套完整的 WSN 無線感測網路系統,佈在各區之 Zigbee 感測裝置依照設定的感測頻度與控制情境,分別完成其被賦予之工作,進行庫房內溫、濕、照度等環境參

    數的收集紀錄。於庫房內共放置 9 組溫、濕、照度終端無線感測器單元:一號庫房 2組,二號庫房 2 組,三號庫房 1 組,四號庫房 3 組,五號庫房 1 組;及位於四號庫房內的落地型除濕機中設置 1 組無線電流感測裝置,並共架設 2 組無線網路中繼器與 1 組網路閘道器。

    各庫房內的無線感測節點藉由 ZigBee 的無線傳輸方式,藉由無線網路中繼器將收

    集到的訊息傳送到位於區域 1 的網路閘道器內的 Zigbee Coordinator,然後再由本團隊自行組裝的乙太網路閘道器,透過朱銘內部網路將資訊轉換成網路封包送達遠端的資

    料庫伺服器中儲存,該伺服器除了具備存取環境資料的功能外,研究團隊亦已建立初

    步的網頁系統介面,可執行預警參數設定、即時瀏覽感測資料、歷史資料查詢等動

    作。

    圖7 WSN 系統架構示意圖

    3.2. WSN 網頁展示

    本系統主要分為以下三部分: 第一部分:為網頁即時呈現環境數據。

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    第二部分:為歷史環境數據查詢。 第三部分:為監視環境數據異常設定與警訊通知。 系統主要操作流程可讓管理者透過個人電腦、筆記型電腦、平板電腦或手機上的

    網頁瀏覽器透過網頁登入本系統主頁面後,即時呈現相關環境數據,並可由此頁面連

    結到歷史數據查詢介面、修改環境數據異常之警訊通知設定及維護相關聯絡人資料

    等,系統主要操作流程如下圖 8:

    圖8系統主要操作流程

    3.2.1.環境數據即時呈現 本研究透過無線感測網路建置與資料庫使用,開發相關環境數據監視程式,將美

    術館中重要的儲藏地點佈建無線感測網路,透過 UDP 通訊,程式將所有重要的環境數據傳回遠端伺服器並記錄於資料庫中,當使用者登入系統開發網頁之主畫面,可即時

    得知目前於美術館重要庫房之環境數據與過去二十四小時之環境平均數據,如下圖 9所示:

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    圖9環境數據即時呈現頁面 圖 9為庫房內最新溫、溼、照度的展示,網頁上會顯示所收到感測節點的電池殘餘

    電壓、溫度、溼度、照度及該筆資訊寫進資料庫的時間,該網頁會於每二十秒進行自

    動刷新。本研究將環境感測資料呈現於相對應的場地佈置圖中,並利用顏色區別,提

    供警示作用。當數字呈現紅色代表環境數據超過所預定警戒值、橘色代表數據逼近警

    戒值而綠色代表正常狀態,讓使用者僅需登入此頁面後可立即掌握目前館藏庫房之環

    境狀態是否安全,並可透過一日內的平均數據,判斷數據合理與否。

    3.2.1.歷史環境數據查詢 本計畫所使用的網頁架構是以微軟公司所支援的 ASP.NET 2005 及 VB.NET 2005

    所開發,輔以 ActiveX 等技術,以達到動態及視覺化的效果。該網頁以折線圖呈現查詢區間內的溫溼照度趨勢,使得查詢歷史資料加強了調閱比對的便利性,使用者透過網

    際網路上的網頁顯示依據需求選擇觀察環境以即時間範圍,網頁包含溫度-時間折線

    圖、溼度-時間折線圖、照度-時間折線圖、電流-時間折線圖,將會根據使用者於

    網頁左上方勾選的儲藏地點,從資料庫讀取數據並展示。為讓使用者清楚比較不同地

    點的數據,用不同的顏色加以區別,可由圖形上方的圖示框對照,進行資料觀察。如

    圖 10所示:

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    圖10歷史環境數據查詢頁面

    3.3.主動式環境監視警訊通知 由於環境溫度、相對溼度以及照度對典藏品的保存都具相當重要的影響力,環境

    數據超出使用者設定之安全範圍,對於館藏的品質與安全必然造成威脅,因此,警訊

    通知機制成為環境監視系統重要的一環。主動式警訊系統情境圖如圖 11所示:

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    圖11主動式警訊情境圖

    於伺服器主機上撰寫了常駐程式用來控制警訊的發送與否,當典藏庫房環境數據

    異常時,系統會根據此頁(如圖 12)所登記之電子郵件信箱發送警告訊息,讓管理者以及相關的工作人員皆能即時得到數據異常的通知,並能彈性的依據使用者需求,新

    增或刪除需要收到警訊的對象。此外,本頁面亦供使用者依據經驗或規範修改警戒範

    圍,讓美術館的庫房環境維持在最適狀態,使館內典藏品安全得到保障。

    圖12限制條件修改頁面

    在伺服器中執行常駐程式,常駐程式會隨時檢查資料庫中所設定的項目,若是該

    檢查項目需要發出電子郵件通知時便可自動輸入預設的內文、主旨及需要被通知的使

    用者 E-MAIL 地址,由常駐程式自行完成上述動作後便可透過 IIS 上的 SMTP 功能發出

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    警示電子郵件。在使用者的信箱內可以收到如下圖 13這樣一封電子郵件當然,內文的型式可視需求,將通知的內容及項目加以變更。

    圖13 系統發出之電子郵件

    4. 實驗結果

    由於朱銘美術館園區佔地面積遼闊,人力資源不甚充足,有限的管理人員需負擔

    龐大的工作量。藉由全自動化的資料收集技術取代人力收集,傳統的人工資料收集方

    式如要作到全時不間斷,幾乎無法實現。而今藉由先進資通訊技術的導入,將可有效

    減輕人力負擔,同時採用預警的措施,可讓管理人員在必要時才進行介入。現今已在

    朱銘美術館建置完整的無線感測網路系統、資料庫系統、網頁即時顯示暨歷史紀錄查

    詢系統、主動式警訊告知系統的開發與建置。並分類管理環境資訊以確保日後資料庫

    的可擴充性及管理的方便性,使得資料庫資料的維護能更為簡易,也藉由資料庫系統

    開發了完整網頁瀏覽程式。館方人員可隨時透過網際網路藉由圖型化的網頁展現,了

    解目前典藏庫房現場的環境資訊。也於伺服器主機上開發了常駐警訊系統,當典藏庫

    房環境數據異常時,系統會根據所登記之電子郵件信箱主動發送警告訊息,讓管理者

    以及相關的工作人員皆能即時得到數據異常的通知。 文物典藏環境的濕度愈高,對文物保存極為不利;尤其是急遽的濕度變化,更會

    造成文物材質劣化。本研究團隊藉由歷史資料觀察到四號庫房內溼度時常規律性的大

    幅度起伏(圖 14),於是在四號庫房中的落地型除濕機電源上,加設無線電流感測設備,如圖 15所示。由圖 14、圖 15可觀察到四號庫房內的濕度波動開始與結束時間,相對於除濕機的壓縮機啟動與結束相當符合,可以確定除濕機影響了庫房內溼度,使庫

    房溼度產生大幅度的起伏變化。因此,藉由研究期間之數值分析結果,可以得知現行

    使用之除濕設備會對藏品保存空間的濕度造成劇烈波動,長期影響的結果將有可能會

    對作品造成一定程度的劣化,故此研究成果對於美術館在未來更新或規劃庫房設備

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    時,極富參考意義與價值。由此可驗證本研究之監測系統應用於博物館典藏空間中確

    實有穩定的成效。

    圖14 四號庫房溼度

    圖15 四號庫房除濕機

    5. 結論與建議

    本文以博物館所屬部分空間之環境監控需求為例,規劃導入 WSN 技術之環境監控架構,並成功建置 WSN 網頁展示及主動式環境監視警訊通知與管理雛型系統。經由實測得知,本研究完成之雛型系統已可正確蒐集現有館藏空間相關之環境資訊,並可依

    需求設置警戒區間管理加以控制,使空間隨時處於最適宜之狀況。相關成果除可提供

    館員所處空間或目標空間的即時環境資訊以外,並可為爾後持續從事博物館環境情境

    感知研究之參考。

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    誌謝 本研究感謝財團法人朱銘文教基金會 100 年度委託計畫「朱銘美術館庫房環境監

    測系統開發計畫」(計畫代碼:100A50110),並提供美術館庫房作為研究場地,同時給予美術館文物保存知識之專業資訊提供,及參與討論亦不吝給予本研究指教,使得本

    計畫可獲得初步研究成效。

    參考文獻

    1. 江昭皚、盧福明、楊恩誠、曾傳蘆、廖國基、嚴崇瑋,2009 年 4 月「東方果實蠅生態監測與預警系統」,自動化學會季刊,頁 54-65。

    2. 岩素芬,2010「淺談圖書預防性保存」,台灣圖書管理季刊,第六卷,第三期,1-8 頁。

    3. 徐弘道,2011「WSN 情境中環境溫度對電池壽命之探討」,國立臺灣海洋大學系統工程暨造船學系碩士學位論文。

    4. 翁偉峰,2006「無線感測器網路定位系統之實現」,南台科技大學資訊工程研究所碩士論文。

    5. 張琳、楊哲彰、賴宏仁、徐業良,2009「故宮文物借展遠距監測環境系統之建置」,博物館與文化機構科技應用研討會,台北,台灣。

    6. 鄭妤君,2005「結合無線感測網路 ZigBee 應用前景看好」,電子工程專輯 Global Sources, http://www.eettaiwan.com/ART_8800372353_675327_NT_f683a76f.HTM。

    7. 鄭智銘、張琳、馬鴻祥、徐業良、吳昌暉,2006「分散式儲存架構下的遠距環境監測系統之建構:以故宮博物院外展環境監測為例」,博物館學季刊第 20 卷,2期,頁 97-108。

    8. 賴弘榮、黃永銘、陳朝鈞,2007「使用無線感測器建構具主動式訊息通知機制之博物館文物保存及維護系統」,第六屆離島資訊技術與應用研討會,雲林,台

    灣。 9. 謝靜敏,2004「調氣控濕劑應用於紙質文物之保存」,國立臺灣大學森林學研究

    所碩士學位論文。 10. 羅清岳,2007「實體與虛擬結合的橋樑─從 WSN 應用看 WSN 技術」,

    DIGITIMES 科技網,http://tech.digitimes.com.tw/ShowNews.aspx?zCatId=A1%cf。 11. Data Sheet – JN5121 IEEE802.15.4 / ZigBee Wireless Microcontrollers,

    http://www.jennic.com. 12. Jan, M.F. ; Habib, Q. ; Irfan, M. ; Murad, M. ; Yahya, K.M. ; Hassan, G.M. ; “Carbon

    monoxide detection and autonomous countermeasure system for a steel mill using Wireless Sensor and Actuator Network”, Emerging Technologies (ICET), 2010 6th International Conference , Oct. 2010.

    13. Technology Review, “10 Emerging Technologies That Will Change the World” ,http://www.technologyreview.com/Infotech/13060/.

    14. V. Shnayder, B.-r. Chen, K. Lorincz, T.R.F. Fulford-Jones, M. Welsh.“Sensor Networks for Medical Care.” Technical Report TR-08-05. Division of Engineering and Applied Sciences. Harvard University,2005.

    15. Wendi B. Heinzelman, Amy L. Murphy, Hervaldo S. Carvalho, Mark A. Perillo “Middleware to Support Sensor Network Applications”; IEEE Network,2004,p6-p14.

  • 第十七屆資訊管理暨實務研討會

    The Study of Environmental Monitoring System by Using Wireless Sensor Network Technology for Museum Collection

    Hung-Tao Hsu1 Yun-Fong Lin2 Hsiao-Ju Huang2 Yu-Chun Lai3 Chien-Tung Yang 1

    1 Department of Systems Engineering and Naval Architecture National Taiwan Ocean University ; Email: [email protected]

    2 Conservation Center, Juming Museum ; Email: [email protected] 2 Conservation Center, Juming Museum ; Email: [email protected]

    3 Collection Dept., Juming Museum ; Email: [email protected] 1 Department of Systems Engineering and Naval Architecture National Taiwan Ocean University ;

    Email: [email protected]

    ABSTRACT With the fast development of information communication technology (ICT), micro electro

    mechanical system (MEMS) technique and efficiency has been escalated. The declining cost of hardware renders the application of wireless sensor network (WSN) everywhere such as medical service, environmental monitoring and intelligent furniture. Three major systems, the WSN based environmental monitoring system, visualized web page presentation system and active warning system will be studied in this paper for the application in museum. The proto-type system completed in this research capture required environmental data to provide suitable storage condition for museum. Museum staff not only can get the information in real time but also can make thoroughly research for future collections preservation by accumulated environmental data.

    Keywords: WSN, visualized web-page, active environment alert notification

    博物館典藏環境監測於無線感測網路之研究摘要1.前言2.文獻回顧2.1.無線感測網路(Wireless Sensor Network, WSN)2.2. WSN於環控領域之發展及應用現況2.3. 於博物館中導入WSN系統之相關應用

    3. 研究方法3.1.系統軟硬體設備與系統架構3.1.1.WSN設備之採用3.1.2.WSN韌體與系統軟體開發工具3.1.3. 資料庫系統之採用3.1.4. 系統架構3.2. WSN網頁展示3.2.1.環境數據即時呈現3.2.1.歷史環境數據查詢3.3.主動式環境監視警訊通知

    4. 實驗結果5. 結論與建議誌謝參考文獻The Study of Environmental Monitoring System by Using Wireless Sensor Network Technology for Museum CollectionABSTRACT