智慧博物馆数字化分析系统的设计与实现

谢明洋

摘 要：【目的】为提高博物馆的参观体验效果，强化其社会宣教功能，弘扬优秀文化，提高观众的参与度和满意度，构建博物馆的智慧化、数字化运营新模式。【方法】从系统需求分析、方案设计、系统实现、应用效果等方面出发，阐述智慧博物馆数字化分析系统的构建过程。【结果】通过性能检验，智慧博物馆数字化分析系统的运行稳定性较高，该系统的应用为博物馆管理人员的工作提供便利，能有效促进博物馆资讯发布、智慧导览、文物活化、观众互动等功能的实现，从而减轻博物馆工作人员的工作量，解决传统博物馆接待量和展览量受限的问题。【结论】智慧博物馆数字化分析系统是智慧博物馆的重要组成部分，智慧博物馆数字分析系统的应用能有效改善博物馆的管理流程，从而实现对博物馆的网络化管理，为观众提供便捷、个性化、沉浸式的参观体验。

关键词：智慧博物馆；数字化分析系统；总体设计；功能模块；数据库

中图分类号：TP277     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2024）04-0038-07

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.04.007

Design and Implementation of a Digital Analysis System for Smart

Museums

XIE Mingyang

（Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to improve the visiting experience and social education function of museums， promote excellent culture， enhance audience participation and satisfaction， and build a new intelligent and digital operation model for museums. [Methods] From the aspects of systemrequirementsanalysis，schemedesign， system implementation and application effect， the construction process of Smart Museum Digital Analysis System was expounded. [Findings] Through performance testing， it has been found that the digital analysis system based on smart museums has high operational stability. The application of this system provides convenience for museum management personnel and can effectively promote the implementation of fanctions such of museum information release， smart navigation， cultural relic activation， and audience interaction，thus reducing the workload of museum staff and addressing the limitations of traditional museum reception and exhibition volumes. [Conclusions] The digital analysis system of smart museums is an important component of the construction of smart museums. The application of the digital analysis system of smart museums can effectively improve the management process of museums， thereby achieving network management of museums and providing visitors with convenient， personalized， and immersive visiting experiences.

Keywords： smart campus; access control system; overall design; authority approval; database

0 引言

智慧博物館数字化分析系统运用云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能（AI）等网络信息技术，对博物馆的环境、展厅、展品、藏品及观众研究人员进行全面、透彻的感知，并及时做出响应，从而使各类博物馆实现服务个性化、体验数字化、管理智能化等功能。智慧博物馆数字化分析系统的设计要体现出先进性、安全性、开放性与实用性的特点。

1 智慧博物馆数字化分析系统的总体需求分析

随着科技的不断发展，智慧博物馆已成为博物馆行业的一个重要发展趋势。数字化分析系统作为智慧博物馆［1］的重要组成部分，对提高博物馆的管理水平和观众体验感具有重要的推动作用。通过对智慧博物馆数字化分析系统的总体需求进行分析，可以为构建该系统指明方向。

1.1 业务需求分析

1.1.1 博物馆在线信息服务。在当今数字化时代，博物馆已不再是一个静态的文物展示场所，通过融入互联网思维，可以提供多元化的在线信息服务，利用门户网站、小程序、公众号、网络商店、APP等方式，可以为观众提供个性化的在线服务，包括重点藏品介绍、展讯发布、文创产品展示、参观线路规划、预约预定、活动报名、咨询建议等。这种在线服务不仅突破了时间和空间的限制，还能更好地满足观众的需求，提高观众的参与度和满意度。除了为普通观众提供在线服务外，博物馆还需要为特定人员提供学术研究和学习交流方面的信息服务，这些信息包括但不限于学术论文、研究报告、文物数据、历史资料等，以满足研究人员、学生和教师等特定人群的需求。在博物馆的入口处、大厅等观众主要活动区域安装有显示设备，可动态发布承载量、在馆人数、车辆车位、展览和活动信息、排队等候时间和天气、交通、重要公告等信息，这些信息对观众来说具有重要的参考价值，能帮助其更好地规划行程和安排参观时间。此外，博物馆还提供高清图片、详细文字信息等藏品数据的在线查阅、搜索服务，不仅方便了观众在博物馆外获取藏品信息，还能促进博物馆的数字化建设，提高藏品管理的效率和便利性。博物馆在线信息服务［2］是当今数字化时代不可或缺的一部分：通过多种媒体方式提供个性化的在线服务，满足观众需求，提高观众的参观体验；为特定人员提供学术研究和学习交流方面的信息服务；在博物馆内设置显示设备发布重要信息；提供藏品数据的在线查阅、搜索服务等，都是博物馆在线信息服务的重要内容。这些服务不仅能提高博物馆的管理效率，还能增强观众与博物馆之间的互动和联系。

1.1.2 预约及票务服务。随着科技的发展和互联网的普及，越来越多的博物馆开始提供线上预约服务，从而方便用户和管理部门。博物馆分时段线上预约服务已成为一种趋势，能够实现分时预约数据与管理部门系统的实时对接。为了满足游客的不同需求，博物馆可提供多种无接触票务方式。游客可通过官方网站、在线旅行社（OTA）、旅行团在线办理等方式来购买门票，不僅方便了游客，还减少了博物馆工作人员的工作量，提高了工作效率。在入馆方面，博物馆可提供自动检票和人工检票等服务方式。自动检票是通过闸机或手持设备来实现的，能快速准确地检验出门票真伪，减少人工检票的失误；人工检票则是在自动检票无法识别或出现异常情况时进行的，能更加灵活地应对各种情况。通过这些措施，博物馆实现了无接触快速入馆。游客可提前在网上预约门票，到博物馆后直接通过自动检票或人工检票的方式进入场馆，无须排队等待。这种服务方式不仅提高了入馆效率，也降低了人员聚集和交叉感染的风险。分时段线上预约服务和无接触票务方式是博物馆行业未来的发展趋势，通过这些措施能更好地满足游客的需求，提高博物馆的工作效率和服务质量，同时也能降低人员聚集和交叉感染的风险，保证了游客的健康与安全。

1.1.3 导览服务。随着科技的进步和互联网的普及，博物馆作为人们获取历史文化知识的重要场所，越来越需要借助智能化手段来提升观众的参观体验，导览讲解预约管理系统正是实现这一目标的关键所在。

导览讲解预约管理系统能对博物馆内的各个讲解导览资源进行科学有效的管理，主要表现在以下四个方面：一是优化资源分配。博物馆通过该系统可实时了解各个时段的讲解需求，从而合理分配讲解资源，避免资源浪费。二是提高讲解效率。观众可通过该系统提前预约讲解服务，避免现场排队等待，提高讲解效率。三是提升观众体验。导览讲解预约管理系统可为观众提供多样化的导览方式，如智能机器人导览、无线团队讲解器导览等，从而使观众能更加便捷地获取导览服务。四是促进知识传播。博物馆通过该系统可及时更新讲解内容，确保观众获取最新、最准确的历史文化知识。

①多种导览方式来满足不同需求。导览讲解预约管理系统的导览方式有以下三种：一是智能机器人导览。通过应用智能机器人技术，为观众提供自动化、智能化的导览服务。机器人可与观众进行语音交互，回答观众提问，并提供详细的展品信息。二是虚拟讲解。对一些珍贵的文物或难以接近的展品，虚拟讲解是一种有效的替代方式。通过三维建模和虚拟现实技术，观众可在展品前获得如同现场般的讲解体验。三是个性化导览服务。有条件的博物馆可为观众提供个性化的导览服务。根据观众的兴趣和需求，为其量身定制导览路线和讲解内容，使参观体验更加贴心。

②人工讲解预约服务的补充。虽然智能化导览手段为博物馆提供了诸多便利，但人工讲解服务在某些情况下仍具有不可替代的优势。因此，博物馆应通过官网、小程序、公众号等渠道来提供人工讲解预约服务，包括以下三种方式：一是专业人工讲解。博物馆应培养一支专业的讲解员队伍，为观众提供专业、细致的讲解服务，并针对不同年龄段和需求的观众，提供符合其兴趣和需求的讲解内容。二是预约服务。通过官网、小程序、公众号等平台，观众可提前了解博物馆的展览信息、活动安排及人工讲解服务的时间表。在此基础上，观众可根据需求和时间安排对人工讲解进行预约。三是互动交流。人工讲解服务应注重与观众的互动交流，在讲解过程中，讲解员可邀请观众参与到讨论、提问环节中，以增强观众参观体验的互动性和趣味性。

1.2 技术需求分析

1.2.1 机房建设。信息机房建设按《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）中B级数据中心技术要求执行，消防按《博物馆建筑设计规范》（JGJ 66—2015）要求执行。

1.2.2 网络支持。博物馆全区域应接入高速宽带信息网络，实现各系统的顺畅运行。全场馆要实现4G/5G网络全覆盖，可方便顺畅地将手机、电脑等终端接入互联网，实现在大密度客流情况下网络浏览无障碍。应支持各种传感设备的信息互联，实现对闸机、监控、门禁、周界、对讲、空调、照明、车位、停车、安防、消防、建筑设备、会议室等物联设备的覆盖。

1.3 系统功能需求

1.3.1 数据处理。数据处理是数字化分析系统的核心，主要包括以下功能：①数据清洗。对采集到的数据进行清洗，去除无效和错误数据，保证数据的质量和准确性；②数据转换。将不同来源的数据进行转换和整合，使其能有统一的格式和标准，方便后续分析处理；③数据存储。将处理后的数据存储到数据库中，以便后续查询和使用。

1.3.2 数据分析。数据分析是数字化分析系统的关键，主要包括以下功能：①统计分析。对藏品、观众、管理等的数据进行统计分析，得到各种指标和报表，如藏品数量、观众流量、参观时长等。②模式分析。通过对数据的模式进行分析，发现数据中的规律和趋势，如观众的行为模式、藏品的保护情况等。③预测分析。通过对数据的预测和分析，预测未来的趋势和变化情况，如观众流量预测、藏品保护预测等。

1.3.3 数据展示。数据展示是数字化分析系统的最后一步，主要包括以下功能：①数据可视化。将数据分析结果以图表、图像等形式进行可视化展示，方便用户理解和使用。②数据报告。将数据分析结果以报告的形式进行展示，包括各种统计报告、模式报告、预测报告等，为用户提供全面的数据分析结果。③数据交互。用户可通过数据展示模块进行交互操作，如筛选数据、调整参数等，以获得更加精准和个性化的数据分析结果。

2 智慧博物馆数字化分析系统设计

2.1 总体架构设计

智慧博物馆数字化分析系统的用户可对博物馆的相应信息进行查看，支持搜索功能，方便用户快速对信息进行查找，还可查看相应详情介绍信息，提供文物资源、路线指引等功能，为用户了解信息提供方便。

2.2 设计因素

智慧博物馆数字化分析系统的架构设计应考虑以下因素：①安全性。系统应采用严格的安全措施，从而保障数据的安全性和保密性。②可扩展性。系统应具备可扩展性，能随着业务需求的变化和技术发展进行升级和扩展。③稳定性。系统应具备稳定性，能保证系统长时间稳定运行，不出现故障和异常情况。④灵活性。系统应具备灵活性，能适应不同的业务需求和场景，方便用户进行自定义配置和使用。

2.3 系统模块

智慧博物馆数字化分析系统是一个基于大数据、人工智能等技术的综合性系统，旨在实现对博物馆藏品、观众、管理等方面进行数字化分析，为博物馆提供更精准、智能的管理和服务。该系统由首页定位操作模块、博物馆资讯发布模块、文物赏析模块、博物馆智慧导览功能模块组成。

2.3.1 首页定位操作模块。用户在进入首页后会看到一个定位操作模块，该模块能帮助参观者轻松查看首页信息显示，并进行各种操作。简洁直观的设计让用户可快速找到所需的功能，在定位操作模块中，可迅速访问预警信息、热门文物及档案、问题上报、巡检等功能模块。这些功能模块是为了满足用户需求而精心设计和完善的，在使用智慧博物馆移动APP时能获得极致的体验。预警信息功能模块提供实时的预警信息，帮助用户更好地了解当前情况，并使用户做出明智的决策；热门文物功能模块可展示备受关注的文物信息，让用户深入了解文物的历史和文化背景，同时掌握有关文物的最新动态；档案搜索模块的功能强大，能快速找到所需档案；问题上报和巡检模块能方便博物馆工作人员记录和跟踪问题的进展，确保问题能得到及时解决。首页定位操作模块如图1所示。

2.3.2 博物馆资讯发布模块。该模块是智慧博物馆数字化分析系统的重要组成部分，向公众传递最新的展览信息、活动安排、研究成果等重要资讯。该模块的主要功能如下：①资讯录入。博物馆工作人员可随时随地通过移动设备或电脑端录入新的资讯，包括文章标题、正文内容、图片等；②资讯审核。为了确保资讯的真实性和准确性，录入后的资讯需经过审核才能发布。审核人员可对资讯进行编辑、修改或驳回，待审核通过后方可发布；③资讯分类。为了方便观众查找感兴趣的资讯，资讯发布模块支持对资讯进行分类管理，如可将资讯分为展览信息、活动安排、研究成果等类别；④定时发布。博物馆可根据需要设置资讯的发布时间，确保资讯在规定时间内自动发布；⑤互动评论。观众可在资讯下方进行评论和互动，分享自己的观点和感受。博物馆可设置开启或关闭评论功能，以维护良好的网络环境；⑥数据统计。为了更好地了解观众需求和资讯传播效果，资讯发布模块需具备数据统计功能，如可统计每篇资讯的浏览量、点赞数、评论数等指标，为博物馆决策提供有力支持；⑦移动端适配。为了方便观众能随时随地获取资讯，资讯发布模块支持在手机等移动设备上查看。同时，应优化界面设计，提高用户体验。资讯发布操作模块如图2所示。

2.3.3 文物赏析模块。在文物赏析模块中，需要设计出一个具有吸引力和易用性的页面，页面风格应与文物本身的历史和文化背景相符合，还要考虑到用户的阅读习惯和操作体验。文物赏析操作模块如图3所示。

①文物信息获取与查看。用户可在文物赏析页面上获取和查看文物的详细信息，包括文物的图片、名称、年代、材质、尺寸、重量、来源地、发掘时间、保存状态、历史背景、文化内涵、艺术价值、科学研究价值等。用户可通过单击文物图片或名称进入详情信息页面，从而获取更加详细的信息。

②文物图片与简介信息查看。在文物赏析页面中，用户可查看文物的图片和简介信息，帮助用户更好地了解文物的外观和特点。同时，用户还可通过单击文物图片或名称进入详情信息页面，从而获取更加详细的信息。

③详情信息页面设计。在详情信息页面中，除了要显示文物的图片和简介信息外，还应包括文物的历史背景、文化内涵、艺术价值、科学研究价值等方面的详细信息。此外，还可添加与文物相关的音频、视频、三维模型等多媒体资源，使用户能更深入地了解文物的价值和特点。

④交互设计。在文物赏析模块中，交互设计是非常重要的一部分。用户可通过交互操作来获取更加详细的信息和更好的使用体验，如在文物赏析页面中添加放大、缩小、旋转等操作按钮，使用户能更加方便地查看文物的细节和特点；在详情信息页面中添加分享、收藏、打印等操作按钮，使用户能更加方便地将文物信息分享给其他人或进行个人收藏。

2.3.4 博物馆智慧导览功能模块。在导览页面中，点击路线指引按钮，即可轻松获取详尽的导览路线信息。轻触页面功能按钮，即可进行精准定位，让观众随时随地掌握展品的位置信息。博物馆智慧导览功能模块还具备多语言翻译功能，为来自世界各地的游客提供贴心的语言服务。通过与机器人的语音识别与交互功能，能轻松地获取展品信息和其他服务。借助AR增强现实技术，通过扫一扫展品，即可呈现其3D模型或相关视频介绍，可深入了解展品的历史和文化背景。博物館智慧导览功能模块运用尖端技术，为用户打造更加智能化、人性化的导览服务，让观众在博物馆游览中畅通无阻，尽享探索之乐。博物馆智慧导览模块如图4所示。

2.4 智慧博物馆数字化分系统的运行环境

智慧博物馆数字化分析系统是一款助力博物馆工作效能提升的强大工具，为观众打开了一扇通向博物馆数字化世界的窗户，使观众能随时随地轻松获取各类信息。该系统提供搜索功能，帮助用户迅速捕捉到所需的关键内容；该系统以移动设备为载体［3］，无论游客身处何地，只要连接互联网，就可无缝访问；该系统高性能处理器与充足的内存和存储空间为用户带来流畅的使用体验。同时，为了保证数据安全，该系统采用先进的加密技术来保护数据传输与存储安全，确保只有注册用户有权访问个人数据。为了维护系统的稳定性和可靠性，还会定期对系统进行维护和升級，确保其能始终为用户提供高效、稳定的服务。

智慧博物馆数字化分系统的运行环境如下：①开发硬件环境。CPU型号为i5-8250U、CPU速度为1.60 GHz（基本频率）、核心为四核、内存容量为4 GB。②运行的硬件环境。CPU型号为骁龙845（SDM845）、CPU频率为Adreno 630 、CPU核数为八核。③开发该软件的操作系统为Windows 操作系统。④该软件的运行平台/操作系统为安卓9.0基础设施，主要有计算机设备、存储设备、网络及物联网等，能提供物联设备接入、算力和存储资源的动态调配等服务。

3 系统性能测试

为了验证智慧博物馆数字化分析系统的运行性能与安全性，本研究对该系统进行了全面的性能测试。在Windows 10操作系统的Chrome浏览器中单独运行该系统，以检验其运行稳定性。同时，为了确保系统的可靠性，对其进行了长时间的运行测试。在性能测试中，采用多种方法来评估该系统的性能。首先，在浏览器中打开多个页面来测试系统的响应速度；其次，模拟大量用户同时访问系统来测试系统的并发处理能力；最后，长时间运行系统来测试其稳定性和可靠性。在测试过程中，发现该系统的运行性能非常出色。在Chrome浏览器中，该系统能快速响应并流畅地加载各种页面，即使在模拟大量用户同时访问时，该系统也能有效处理并发出请求，保持响应速度和稳定性。此外，经过长时间运行测试，该系统没有出现任何崩溃或故障，证明了其高度的稳定性和可靠性。除了性能测试外，还对该系统的安全性进行评估。通过模拟黑客攻击和恶意软件入侵等恶意行为来测试该系统的防御能力。结果表明，该系统具有较高的安全性，能有效抵御各种攻击手段。

通过对智慧博物馆数字化分析系统的性能测试和安全性评估，证明该系统具有优良的性能和可靠性，为智慧博物馆的建设提供了有力的技术支持和保障，为其他类似系统的设计和应用提供了有益的参考和借鉴。

4 结语

本研究以5G、人工智能、物联网、大数据等智能技术为基础，以“让文物活起来”［4］的理念为指导，构建了智慧博物馆数字化分析系统。建立该系统的目的是对博物馆的文物进行全面的数字化分析，通过智能技术手段来揭示文物的历史价值和文化内涵，让更多人来了解和欣赏文物的魅力。在构建智慧博物馆数字化分析系统时，需要对文物进行高精度的数字化扫描和采集，以便对文物的细节和特征进行全面的分析和研究。借助人工智能和大数据技术对文物进行分类、识别、修复和保护，以延长文物的使用寿命和价值。通过5G技术可实现更高效的数据传输和共享，让更多的人参与到文物的数字化保护和研究工作中。物联网技术的应用也可实现对文物的实时监测和管理，确保文物的安全和保护工作的顺利进行。智慧博物馆［5］数字化分析系统的建立，不仅能提高文物的保护和研究水平，还能通过数字化手段将文物的历史价值和文化内涵传递给更多人。通过智能技术能更好地揭示文物的内涵和价值，让更多人了解和欣赏文物的魅力。在未来的发展中，还将继续完善智慧博物馆数字化分析系统，通过不断的技术创新和实践经验的积累，为文物的保护和研究工作提供更加智能化、高效化的支持。同时，通过该系统的构建，促进文化交流和传承，让更多的人了解和喜爱中华优秀传统文化。

参考文献：

［1］中央宣传部，国家发展改革委，教育部，等.关于推进博物馆改革发展的指导意见［EB/OL］.（2021-05-11）［2023-12-20］.http：//www.ncha.gov.cn/art/2021/5/24/art_722_168090.html.

［2］温昱.业务架构·应用架构·数据架构［M］.北京：电子工业出版社，2021：26.

［3］付晓岩.企业级业务架构设计：方法论与实践［M］.北京：机械工业出版社，2019.

［4］李姣，陈洪海.“智慧”让文物活起来［N］.光明日报，2019-04-14.

［5］中国博物馆协会.国际博协特别全体大会通过新版博物馆定义［EB/OL］.（2022-025）［2023-12-20］.https：//www.chinamuseum.org.cn/cma/detail.html？id=12&contentId=12403.