王珺 王海

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

1 引言

環(huán)境質(zhì)量發(fā)生變化，使得文物古跡遭受不同程度的損害。外部的區(qū)域性因素以及人類活動(dòng)所產(chǎn)生的地方性污染，都使古建筑文物遭受侵蝕的速度明顯加快[1]。本文討論的研究對(duì)象，石窟類古建筑結(jié)構(gòu)及其特殊材質(zhì)受環(huán)境污染影響更直接，受損更容易，而且，損失對(duì)麥積山石窟的文物而言是不可逆的。因此，做好環(huán)境質(zhì)量變化監(jiān)測(cè)，嚴(yán)控環(huán)境事件的發(fā)生，已經(jīng)成為麥積山石窟作為世界文化遺產(chǎn)保護(hù)和傳承、開發(fā)和利用中一個(gè)刻不容緩的重要的研究項(xiàng)目[2]。

近些年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為我國的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了發(fā)展機(jī)遇，對(duì)于實(shí)現(xiàn)多空間、跨地域的環(huán)境實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)、智能上傳、智能處理、智能發(fā)布的自動(dòng)化環(huán)境監(jiān)測(cè)具有重大意義，有效地提高我國環(huán)境監(jiān)測(cè)能力。研究人員利用大量的環(huán)境信息傳感器組建分布式無線傳感網(wǎng)，對(duì)河流、海洋、大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為環(huán)境評(píng)估和管理提供了依據(jù)。但是，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在文化遺產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究還處于探索階段，研究成果還比較單一[3]。

2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和趨勢(shì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的新工具和新技術(shù)的出現(xiàn)能夠大大增強(qiáng)環(huán)境信息獲取的能力，促使環(huán)保工作者提煉出對(duì)環(huán)境的更高水平的認(rèn)識(shí)。國內(nèi)外多個(gè)環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目的研究人員利用大量的環(huán)境信息傳感器組建分布式無線傳感網(wǎng)，傳感網(wǎng)絡(luò)能夠快速分布到河流、海洋、大氣的物理環(huán)境中進(jìn)行各種環(huán)境指標(biāo)的感應(yīng)，探測(cè)環(huán)境中物理、化學(xué)和生物變化的方式，提供實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)流，實(shí)時(shí)采集的信息通過無線傳感網(wǎng)的自主跳傳及長距離有線或無線傳輸，到達(dá)控制管理中心，通過統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的存儲(chǔ)、處理和分析應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的統(tǒng)計(jì)分析、模擬預(yù)測(cè)、影響評(píng)價(jià)和可視化表達(dá)。

近期的國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域的主要研究項(xiàng)目：基于物聯(lián)網(wǎng)的河流水環(huán)境管理，以紐約的哈德森河（Hudson River）為對(duì)象的“河流流域及河口觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”（River and Estuary Observation Network， REON）項(xiàng)目，美國貝肯研究所與 IBM 公司合作，實(shí)現(xiàn)整條河流水環(huán)境情況的可視化管理。基于物聯(lián)網(wǎng)的大氣環(huán)境管理，哈佛大學(xué)與美國 BBN 公司合作的CitySense 項(xiàng)目，借助路燈提供電能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集城市的空氣環(huán)境信息[4]。

3 石窟類古建筑材料保護(hù)的要點(diǎn)

3.1 現(xiàn)狀及問題評(píng)估

對(duì)于石窟類古建筑的材料保護(hù)工作，建筑材料的現(xiàn)狀確定是首要任務(wù)，需要分析構(gòu)成建筑的主要材料類型和性質(zhì)，進(jìn)一步明確其受損情況及受損原理，進(jìn)而確定針對(duì)性的監(jiān)測(cè)及保護(hù)項(xiàng)目。我國主要的石窟類建筑大多是木制、泥質(zhì)及石質(zhì)材料構(gòu)成，其中巖體風(fēng)化、滲水、木結(jié)構(gòu)損害、材料脫落等問題非常突出。除了自然環(huán)境的影響，現(xiàn)代人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物侵蝕是造成破壞的主要破壞因素。

3.2 保護(hù)項(xiàng)目劃定

調(diào)查評(píng)估結(jié)果為保護(hù)項(xiàng)目的劃定提供了依據(jù)和指導(dǎo)。在確定了建筑材料的構(gòu)成后，根據(jù)價(jià)值評(píng)估、利用性評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的綜合考慮，將確定監(jiān)測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)的具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。石窟類古建筑的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有，第一類，溫度監(jiān)測(cè)、濕度監(jiān)測(cè)；第二類，主要?dú)怏w污染物監(jiān)測(cè)（包括：一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等）；第三類，滲水、坍塌情況監(jiān)測(cè)。

3.3 系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)劃定后的具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選擇定制電化學(xué)傳感器組，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置以及數(shù)量確定布設(shè)方案。傳感器集成模塊的體積非常小，在布設(shè)和工作過程中對(duì)古建的結(jié)構(gòu)和外觀均不會(huì)造成過多的影響。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選用的Browser/Server 模式，操作簡潔，文物保護(hù)工作者不需要專業(yè)的培訓(xùn)即可應(yīng)用[5]。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值

本項(xiàng)目利用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以感知、傳輸和分析處理信息為主要特征，通過在麥積山主要文物保護(hù)區(qū)域，及周邊景區(qū)建立物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為古建筑的環(huán)境監(jiān)測(cè)尤其是環(huán)境敏感型材料的環(huán)境監(jiān)測(cè)提供有效的技術(shù)手段。實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣相對(duì)濕度、紫外線輻射強(qiáng)度、大氣溫度、建筑材料所處環(huán)境溫度、光照度、降雨量、土壤水分含量、浮塵、大氣二氧化碳濃度、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和整理，根據(jù)歷史記錄構(gòu)建參考數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，通過全面感知石窟建筑及周邊區(qū)域的污染源和環(huán)境的細(xì)微變化信息，物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種污染隱患的準(zhǔn)確識(shí)別和及時(shí)預(yù)警，為特殊材料防護(hù)工作的預(yù)警保護(hù)提供技術(shù)支持，為有效地制定保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)。從而進(jìn)一步將古建筑文物保護(hù)從應(yīng)急響應(yīng)和事后處理的應(yīng)對(duì)式管理，轉(zhuǎn)變?yōu)橐允鹿史婪稙橹鞯娜^程風(fēng)險(xiǎn)管理，有效降低環(huán)境污染事故帶來的不可逆損失。

5 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究并建設(shè)全面高效的石窟類古建筑環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)石窟類世界文化遺產(chǎn)的保護(hù)和可持續(xù)開發(fā)都具有極高的研究和實(shí)用價(jià)值。本項(xiàng)目研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面感知污染源和環(huán)境的細(xì)微變化信息，構(gòu)建環(huán)境質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)石窟環(huán)境實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和隱患識(shí)別，為世界文化遺產(chǎn)的保護(hù)和利用提供科學(xué)依據(jù)。