博物馆藏品智慧保护初探
2021-11-22 11:25:31  来源:文物卫士   点击:

文章来源:文物卫士微信公众号
 
       内容提要:随着信息技术的发展,藏品智慧保护已成为智慧博物馆建设的重要内容。本文在对智慧保护现有学术成果进行梳理的基础上,结合博物馆藏品保护实践经验和工作需求,进一步丰富和完善博物馆藏品智慧保护的涵义,探讨藏品智慧保护的业务流程,提出藏品智慧保护的具体措施,初步构建藏品智慧保护业务体系,并分析和总结藏品智慧保护体系的功能和意义。 
 
       信息技术的突飞猛进对社会发展产生深远影响,智慧化改变着人们的生活方式和工作方式。在文博领域,智慧化建设是博物馆适应时代需求发展的必然选择。2018年初,中国国家博物馆启动“智慧国博”项目,旨在全力构建“透彻感知、泛在互联、智慧融合、自主学习、迭代提升”的管理运营服务体系[1]。2019年6月,中国国家博物馆与华为公司签署战略合作协议,共同打造“智慧国博”。2020年1月20日,国家文物局公布最新修订的《博物馆定级评估标准》,提出了一级博物馆在信息化建设方面的要求:信息化基础设施(包括网络接入、网络安全、终端和配套设施等)建设完备,适应智慧博物馆建设等基本要求;有一套适用于智慧保护、智慧管理、智慧服务的业务系统,能够通过信息化手段支撑博物馆的业务流程[2]。可见,智慧博物馆是博物馆事业的发展方向,而智慧保护是智慧博物馆建设的重要内容。
 
 
       本文以博物馆藏品的智慧保护为主要研究内容,在借鉴已有成果基础上,结合博物馆工作实践,进一步丰富和完善博物馆藏品智慧保护涵义,探讨藏品智慧保护的业务流程,提出藏品智慧保护的具体措施,初步构建具有可行性和前瞻性的藏品智慧保护业务体系的设想。
 
一、智慧保护的研究现状和涵义
 
1. 智慧保护研究现状
 
       智慧保护是在智慧博物馆体系建设过程中提出的。2013年10月,在第三届文物保护领域物联网应用与发展研讨会暨联盟理事会全体会议上,罗静首次提出智慧保护的概念,认为智慧博物馆“其智慧应表现在三个方面,即保护、管理、服务:更透彻感知的文物智慧保护—从‘内’到‘外’精准监测文物状态,提高文物预防性保护的深度和力度”[3]。2014年,宋新潮对智慧博物馆的体系和发展模式进行了探讨,并对智慧保护进行了较为详细的论述[4]。2014年罗静在第四届文物保护领域物联网发展与应用技术研讨会上,更进一步从智慧服务、智慧保护、智慧管理三个方面阐述了智慧博物馆基本发展模式[5]。
 
       此后,智慧保护的说法逐渐引起博物馆学界关注,相关文章陆续出现,代表性的成果有《关于智慧博物馆体系建设的思考》[6]《文物·传承·智慧化—基于智慧博物馆背景下的文物管理保护工作研究》[7]《数字化建设下博物馆馆藏文物的智慧保护探析》[8]《中国国家博物馆智慧国博建设的思考》[9]等。这些成果从研究内容、对象、数据挖掘、系统、风险及保护范围等方面涉及到了智慧保护的内容。总体上看,目前关于智慧保护的研究:在智慧保护的内容构成方面,侧重于藏品的预防性保护;在关注对象方面,侧重于藏品本体和藏品环境的监测,注重藏品环境、藏品本体数据的获取;关注藏品可能的风险,提出需要风险管理理论指导,应建立文物环境实时监测智能系统和馆藏文物诊断、分析、处理、评价体系等。
 
       根据藏品保护工作实践和科学理论分析,上述内容并不能涵盖智慧保护的全部,具有一定局限,还应关注以下几方面内容。
 
       (1)智慧保护的内容,不仅要注重藏品的预防性保护,还要注重藏品的抢救性保护。
 
       文物保护工作的方针是“预防为主,抢救第一”,预防性保护和抢救性保护都是文物保护的重要组成部分。预防性保护侧重于对藏品风险源的监测和规避,使藏品存在于健康和安全的环境中;而抢救性保护则是对已经产生病害的藏品,采用化学的、物理的手段,通过不同的技术、方法和材料的介入进行处理,使其恢复到相对健康和稳定的状态,从而达到藏品延年益寿的目的。从病害类型的角度来讲,预防性保护对活动病害和可诱发病害有较好的控制作用;而一些稳定的病害,如破碎、缺失等,还要通过抢救性保护来处理。
 
       (2)将藏品的预防性保护上升到风险管理的高度应成为共识。
 
       预防性保护的核心是预见风险。在藏品病害数据与环境数据充分把握的基础上,预见影响藏品安全健康的风险,判断风险类型,计算风险指数等,这些都要在风险管理理论指导下进行,因此将藏品的预防性保护上升到风险管理的高度应成为共识。
 
       (3)应建立全流程多场景式一体化的智慧保护。
 
       许多藏品在博物馆内的工作流程是征集保管、出展评估、藏品运输、陈列展示、展览监测、展后状态反馈、保护修复等,藏品所在的场景包括库房、运输途中、展厅、保护修复工作间等。目前藏品保护在各个环节和场景中的工作相对独立,高效协同性欠缺,业务工作联系不紧密,数据缺乏共享,尚未形成藏品在保管、展览、保护修复的全流程多场景式一体化高效率的智慧保护。
 
       (4)明确智慧保护的具体措施。
 
       智慧保护是在智慧博物馆体系建设的过程中产生的,并处于不断发展和完善中。在藏品的智慧保护中,有关藏品本体的监测、数据如何挖掘和分析、如何建立适用于可移动文物的风险模型、如何划分风险类型以及判断风险指数、采用何种算法等等,目前研究均没有给出具体的实施措施。
 
 
2. 藏品智慧保护的涵义
 
       在现有的基础上,如何将现实的藏品保护工作纳入到智慧保护的范围内,充实智慧保护内容,完善智慧保护理论,同时根据博物馆藏品的数量、特点和实际工作需求,指导风险管理、保护修复、综合研究的具体工作,有效提升藏品保护专业水平,不断增强病害风险识别能力和处理能力,形成通过信息化手段支撑的智慧保护业务体系,这些都是智慧保护的范围和内容。
 
       鉴于此,应进一步将预防性保护和抢救性保护结合起来。一方面,将预防性保护上升到风险管理级别,构建以藏品为中心的保管、展览、运输的全流程、多场景的藏品健康风险管理体系,打破各个环节和流程的壁垒,将散落的、封存的数据充分利用好。另一方面,建立藏品保护修复系统,保证残损劣化藏品的及时修复,转化修复成果,为藏品自身材质、修复保护材料的裂化机理和规律研究提供充分的科学依据,从而促进藏品保护修复材料、方法、技术的更新。最终,两方面相互支持和补充,取得“1+1>2”的效果。
 
       因此,着眼于智慧博物馆建设的体系要求、藏品保护的实践经验及发展前瞻性,博物馆藏品的智慧保护应是:以通讯技术和网络信息技术为主导,以物联网技术和计算机技术为支撑,基于智能感应技术和无损检测技术,对藏品病害信息、环境信息、自身材质和保护修复材料信息所形成的数据不断记录和更新,形成以藏品基本数据、病害数据、环境数据、保护修复数据为核心的元数据集成,进而建立与之相关的知识图谱;借助人工智能技术,通过系统自我学习的方式,预见藏品风险,判断风险类型,评估风险指数,给出防控措施并完成风险防控,为藏品保存、展览以及抢救性修复提供数据支撑,使病害图立体可视化,智能优选修复方案,预判修复效果,形成集预防性保护、抢救行保护与综合研究相互补充、支撑的高效保护模式。
 
二、藏品智慧保护流程
 
       依据对智慧保护涵义的理解,以信息化手段为支撑,在相关基础设施、软件和硬件的支持下,现有藏品保护业务随之改变。藏品智慧保护的业务流程如图1。
 
图 1 藏品智慧保护业务流程
 
       藏品保护工作业务由预防性保护、抢救性保护、综合研究三部分构成。预防性保护针对在库房、展厅中的藏品,通过智能环境监测系统和藏品本体病害评估,得到藏品在库房或展厅中的环境数据和病害数据,由藏品风险评估系统,对应不同展厅、库房以及从库房到展厅的动态环境中与藏品相关的风险因素,判断风险类型,计算风险等级,给出风险应对建议措施(图2)。藏品评估数据根据多次评估工作形态不断更新和记录,形成藏品病害数据库,以此建立藏品病害元数据集成和相关知识图谱,以人工智能和不同算法的方式,对数据进行纵向或横向的结构化抽取。
 
图 2  藏品预防性保护业务流程
 
       抢救性保护针对预防性保护中评估为需要及时修复的藏品。依据评估系统提供的基本数据和病害数据,通过对藏品的进一步有损或无损的监测分析所得的病害数据,由病害可视动态系统生成藏品部位与病害的全面可视化图形,并建立藏品修复档案。之后,导入藏品仿真虚拟修复系统,虚拟修复系统统筹藏品修复的技术流程、方法、材料、工具和设备,结合历史修复方案数据(材料、工具、技术路线),智能评价不同技术路线、材料和工具的介入后可能出现的后果和风险,以此优选出最符合藏品病害本身的修复方案。在实施修复过程中,对修复过程的所有数据以文字、图片、视频等方式实时记录形成藏品修复病历数据。最终,藏品病害数据、方案数据以及修复动态记录数据,集中反馈到已形成元数据和知识图谱的藏品数据集成中,通过人工智能和不同的算法,对以后类似病害藏品的保护修复,智能匹配和推荐修复方案,形成业务循环;同时,对已修复的藏品为库房和展厅以及出展提供数据支撑(图3)。
 
图 3  藏品抢救性保护业务流程图
 
       智慧保护系统的形成,为藏品征集、保存、展览提供科学的数据支撑,实现藏品的精细化管理;为藏品的保护修复提供病害依据,预先判断藏品可能出现的病害和风险,优选修复方案,评价修复效果;为藏品在不同场景中的病害规律的研究提供支持,引领研究方向。
 
       与传统的藏品保护相比较,智慧保护使藏品业务流程形成良好的循环,更加注重数据的累积和有效利用,从而形成集预防、保护修复、研究于一体的业务体系。
 
三、智慧保护的具体措施
 
1. 建立业务数据
 
       数据是智慧保护的基础与核心。智慧保护的数据主要包括藏品基本数据、病害数据、藏品所处环境数据、保护修复数据等几方面,后续增加的还有藏品出展周期、出展频率、修复时长、修复材料老化时间等间接获取数据。
 
       (1)数据类型
 
       A基本数据
 
       藏品的基本信息,包括藏品名称、材质、年代、级别、来源(征集或考古发掘)、质量、尺寸、存放位置(展厅/库房)、修复史、原始照片、3D扫描图等。
 
       B病害数据
 
       藏品病害记录以国家文物局印发的《可移动文物病害评估技术规程》为标准。其涉及金属类、竹木漆器类、石质类、丝织品类、馆藏壁画类、瓷器类、纸质类、油画类、文献类文物。病害数据通常以面积、长度、厚度、宽度、高度等为描述单位(表1)。
 
表 1  不同材质藏品病害分类
 
       C环境数据
 
       环境数据包括展厅、库房、保护修复工作室、展柜微环境等环境数据。主要指标分为温度、湿度、光照、紫外线、颗粒物、震动、甲醛、二氧化碳、有机挥发物总量、臭氧浓度、甲酸乙酸等有机酸浓度。
 
       D保护修复数据
 
       保护修复数据来自藏品的修复保护电子档案,包括保护修复方案中所使用的材料、工具、设备、试剂、用量、技术流程、修复日志、人员记录等表格,另外还有检测图像、视频等资料,包括藏品保护修复数据库。
 
     (2)数据获取方式
 
目前数据获取方式主要靠智能传感器监测记录和人工输入方式相结合;以后逐渐转变为仪器互联;随着人工智能的发展,最终实现计算机自动监测记录。
 
       A无损检测
 
       无损检测是指对藏品本身检测的数据。利用工业CT检测仪对藏品拍摄的平面影像以及该影像的解读,采用工业X光探伤仪对藏品的三维立体成像的解读,使用便携式X荧光能谱仪对藏品表面检测数据的记录和解读,利用超声波探伤仪对藏品内部结构探伤数据的解读。这些检测方法依靠的是对藏品常用的探伤仪器。此外,有待进一步研发的技术是对藏品表面的无损检测技术,通过藏品浅表图片生成,对藏品病害进行标注后经过计算机学习,最终形成自动识别病害记录数据(破损面积、裂缝长度等)。
 
       B环境监测
 
       环境监测数据主要来源于机器分析、无线传感器监测、便携式监测,其中无线传感器监测是通过无线传感器对环境连续监测,将数据传送到与之配套的软件平台并进行分析,与环境控制系统形成智能联动。
 
       C病害评估
 
       病害评估包括动态评估和定期巡检。动态评估是藏品由库房运输到展厅的出展评估,定期巡检是针对某一库房或基本常设展览的藏品进行定期的检查评估。评估方式分为主观评估和智能评估两种。主观评估主要为评估人员的人为评估。自2019年开始,中国国家博物馆成为首家实施藏品出展评估的博物馆,评估人员对即将进行展览的藏品病害进行主观评估(图4),判断是否有展览的风险,并向策展人提供相关意见。一年来,国家博物馆举办展览60多个,文保院评估不同材质文物多达8000余件,积累了大量的文物病害评估数据。这些数据将成为计算机病害评估学习的充实数据,并随着计算机病害评估识别水平的不断提高,最终将成长为计算机对藏品的智能评估。
 
图 4  馆藏某陶器病害出展评估
 
       D历史记录
 
       历史记录是指除了以上几种数据外的有关藏品的数据,例如一件藏品的出展频率和周期、藏品考古和征集等数据。
 
       E样品分析
 
       样品分析是指对文物保护修复过程中进行的取样分析数据,一般采用ASS(原子吸收光谱分析)、XRF(X射线荧光分析)、XRD(X射线衍射分析)、IR(红外吸收光谱分析)、EPA(电子显微微区分析)、ESCA(电子能谱分析)、SEM(电子显微镜)、碳十四、热释光、激光微区分析等。
 
       2. 制定不同材质藏品的病害元数据标准
 
       数据有两种,一种是实际数据,一种是元数据。元数据是描述数据的数据,类似于一个电子式目录。它的优点在于使信息描述和分类实现结构化,为计算机识别历史数据、查找资源、位置存储以及文件记录等功能的实现提供支持,是大数据分析和处理的基础,属于数据管理的范畴。
 
       藏品业务数据的建立,将各种有关藏品保护修复的数据整合到一起,通过元数据管理,用来进行风险管理、建模预测,从而数据不再是简单的汇总和统计分析的利用模式,而是走向深度挖掘和高效利用。但前提是要有元数据标准,标准中一般包括元数据核心元素(如材质、藏品名称、文物识别号等)和元素修饰词(如金属类兵器藏品部位描述有:缘、内、上、穿、阑、锋、援、刃、胡、翼、脊、骹、从、身、格、茎、首、箍、前锋、后锋、本、关、铤等)。所以应起草陶质、瓷质、金属质(金、银、铜、铁、锡、铅)、玉质、石质、玻璃质、丝织品类、竹木漆类、牙雕等不同材质的病害元数据标准。标准的起草应依据相关规范性文件,由国家文物局提出并通过。
 
       3. 建立知识图谱和区块链技术的应用
 
       知识图谱是基于不同的元数据模型,“旨在描述客观世界的概念、实体、事件及其间的关系”[10]。其实质是用三元组的数据结构对实体和关系建模以实现知识的结构化。与传统数据分析技术相比较,知识图谱在风险管理和处理数据之间的关系上更为直观高效,在海量数据分析和决策上显示出强大的能力,因此符合博物馆藏品智慧保护的需求。刘绍南[11]等认为:“知识图谱在文物资源保护与研究方面有三方面优势:(1)能够深度挖掘文物实体间的内在联系;(2)优良的可扩展性;(3)推理检索的便利性。”
 
       知识图谱的构建是对数据(非结构化数据、半结构化数据)通过一定的技术手段进行知识抽取(实体抽取、关系抽取、属性抽取)、知识融合(实体对齐、属性值填充)、知识加工(本体构建)等流程,可以从藏品保护信息中获取知识,并在不断更迭的信息中再获取新的信息和产生新的知识,变的愈加智能。
 
       区块链技术因其分布式记录、透明性和开放性的特点,能有效解决“物联网设备数量的激增和中心化的管理架构给物联网的发展带来的严峻的挑战”[12]。其为智慧保护的内部研究和外部开放合作提供了技术保障。
 
       4. 搭建系统和建立体系
 
       智慧保护体系由不同的系统和子系统构成。预防性保护由藏品风险管理系统为主,子系统包括藏品风险评估系统和病害自动识别等系统。病害自动识别系统能够搭载于大型或小型设备,现场以扫描或拍照的形式,对藏品病害类型进行标记,对病害长度、面积等进行计算。抢救性保护以藏品保护修复系统为主,子系统包括病害可视动态系统、藏品虚拟修复系统、修复动态记录系统等。仿真虚拟技术应用领域前景广阔,典型的案例集中在军事作战和医学智能化外科手术领域,以教学培训、演练、考试、专业评价为目的。仿真系统应用于藏品保护修复,能有效减少藏品的不当修复,利于专业人员技术培训、修复案例演练和修复效果评价,如图5。
 
图 5  藏品智慧保护系统框架图
 
       5. 完善藏品风险理论和各系统内在逻辑 
 
       根据藏品材质和结构的异同,完善符合藏品特点的风险理论和风险指数计算逻辑。判断藏品风险类型,确定风险等级,是风险管理的重要内容。藏品的风险类型主要有本体风险、环境风险、人为风险、灾害风险四类。本体风险是指与藏品的材质和结构相关的病害以及藏品自身带有的病害,分为稳定病害、活动病害和可诱发病害。环境风险是藏品在保存、展陈、修复环境中的温湿度、光照、震动、空气质量、生物危害等。人为风险有非法破坏(如盗窃)和不当修复、不当搬运和运输等。灾害风险是指突发气象灾害(地震等)。风险类型还应考虑时间轴上藏品的风险,如展览周期和频率,年度藏品光照总量超标等潜在风险。风险指数的确定需要逻辑推算和算法的介入,各系统内在逻辑另有文章介绍,不再赘述。
 
       6. 数据利用和智慧保护体系的确立
 
       相关数据深度且有效利用,是智慧保护的重要环节。借助大数据分析工具,对数据进行分析处理,建立数字模型,进行数据挖掘,有利于机器深度学习,而人工智能的介入将提升对数据的处理和利用效率,能够总结和发现未知的病害知识和病害规律。获取和建立数据、制定元数据标准、建立知识图谱、搭建系统、完善理论和确认逻辑与数据的深度且有效的利用,最终构成智慧保护体系。
 
四、结论
 
       高效化、智能化是博物馆藏品智慧保护的发展趋势,面对机遇与挑战,在博物馆建设方面构建藏品智慧保护体系具有重要功能和意义。
 
       1. 实现对博物馆藏品的全方位保护
 
       智慧保护实现了藏品在征集、展厅、库房、修复工作间的多场景保护,实现了藏品保存、展陈、运输等全流程保护。从病害发展的角度看,智慧保护贯彻“预防为主,抢救第一”的工作方针,防“病”于未然,防治结合,实现了藏品的全方位保护。
 
       2. 实现与智慧管理、智慧服务的良性互动
 
       智慧保护、智慧管理、智慧服务构成智慧博物馆的基本发展模式。藏品资源管理属于智慧管理的内容,展览与体验属于智慧服务的内容。智慧保护对展览和保管的藏品进行多场景、全流程式的保护,为展览提供保障,为藏品的精细化管理提供数据支撑,形成藏品保护和展藏的良性循环,与智慧管理、智慧服务形成良性互动。
 
       3. 实现藏品预防性保护、抢救性保护、综合研究的高效协同发展
 
       预防性保护、抢救性保护以及综合研究是藏品保护的三大业务。预防性保护保护为藏品提供全流程多场景的保护,提高博物馆藏品抵御风险的能力。抢救性修复为保护修复人员提供最优方案,为修复材料、修复工具、修复技术路线的改进提供科学依据,智慧化的病例和保护修复方案,能够成为典型教案,在高效保护修复专业建设、文博修复人员业务培训和修复能力提升方面有独特的优势,有利于人才队伍业务水平提升。数据构成了智慧保护的核心,正是三大业务统一于数据的分析和利用,使文物保护在内部和协同上均实现了高效和统一。
 
       智慧保护是智慧博物馆发展的必要构成,是一级博物馆评级建设的标准。智慧保护业务体系的建立涉及业务流程和业务系统,离不开信息化手段支撑,需要信息化基础设施包括网络接入、网络安全、终端和配套设施等的建设以及相关软件的开发和平台载体的搭建,智慧保护体系在藏品数字资源安全保护方面值得思考,这将是智慧保护实现道路上的挑战。
 
       同时,随着通讯技术和信息技术的迅猛发展,硬件软件的不断更新,人工智能、物联网、移动互联、大数据、云计算、深度学习、区块链等技术更深的介入,智慧保护必然走向更加融合、高效、智能的发展模式,面对藏品不可再生的现实,在藏品材质抗衰变方面必然发挥更加积极的作用,为藏品研究、利用提供更加有效保障。

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