基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

吳恒 肖恰 廖小健

摘 要：文中設(shè)計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用視頻監(jiān)控攝像頭、溫濕度感應(yīng)器、電子門禁、智能電源等硬件設(shè)備實時采集實驗室相關(guān)安全數(shù)據(jù)，并通過有線與無線網(wǎng)絡(luò)傳遞至服務(wù)器進行分析和處理，進而告知實驗室管理員進行決策和處理，在一定程度上解決了高校實驗室安全管理薄弱的問題，提升了高校實驗室的安全管理水平與安全保障能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);實驗室;安全管理;監(jiān)測系統(tǒng);實時采集;系統(tǒng)架構(gòu)

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）07-00-03、數(shù)據(jù)分析處理單元與數(shù)據(jù)接收單元。

1.1 數(shù)據(jù)采集單元

數(shù)據(jù)采集單元由傳感器、攝像頭組成，主要采集實驗室相關(guān)環(huán)境參數(shù)。傳感器內(nèi)置于實驗室內(nèi)部的設(shè)備中，用以監(jiān)測實驗室溫度、濕度、門禁、電壓、電流等環(huán)境參數(shù)，應(yīng)用攝像頭對人體紅外和實時場景進行監(jiān)測。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸單元

數(shù)據(jù)傳輸單元負責網(wǎng)絡(luò)傳輸，與服務(wù)器進行通信。本系統(tǒng)通過有線和無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸：有線方式主要通過室內(nèi)以太網(wǎng)、室外全光網(wǎng)絡(luò)傳輸;無線方式主要通過布置在各實驗室的校園WiFi實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這兩種方式互為備份。

1.3 數(shù)據(jù)分析處理單元

數(shù)據(jù)分析處理單元主要指安全監(jiān)測服務(wù)器，負責對所采集數(shù)據(jù)進行分析、處理，并實時發(fā)出預(yù)警信息，在接收到實驗室管理員的指令后，對相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)出決策指令。數(shù)據(jù)分析處理單元還負責數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計、圖形化顯示，生成數(shù)據(jù)報表、分析圖形等，為實驗室管理員提供決策支撐。

1.4 數(shù)據(jù)接收單元

數(shù)據(jù)接收處理單元主要指各類終端設(shè)備，包括手機、電腦、平板等，其通過安裝APP軟件或通過網(wǎng)頁訪問來查看服務(wù)器信息，并根據(jù)所得信息進行遠程控制，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控并有效處理實驗室安全狀況的功能。

2 實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成

實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件包含智能電源、智能門禁、紅外視頻監(jiān)控、溫濕度監(jiān)測感應(yīng)4個獨立的部分，這4個獨立的部分各自采集相關(guān)實驗室安全數(shù)據(jù)，并通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器中，服務(wù)器通過軟件對所采集的數(shù)據(jù)進行存儲和融合。系統(tǒng)硬件聯(lián)動如圖2所示。

紅外視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲在視頻監(jiān)控硬盤錄像機上，僅當需要查看時才從視頻監(jiān)控硬盤錄像機中調(diào)取，既節(jié)約了服務(wù)器的硬盤空間，又防止了網(wǎng)絡(luò)帶寬一直被占用，同時還具備監(jiān)控視頻回看功能，借助其紅外熱感應(yīng)功能能夠有效掌握實驗室人員情況，防止非工作時間實驗室發(fā)生盜竊。

智能門禁能夠?qū)崟r掌握實驗室房門的開關(guān)狀態(tài)，及時提醒實驗室管理員在實驗結(jié)束后關(guān)閉房門?？蓪崿F(xiàn)對儀器設(shè)備及實驗室開放過程中的全程管理與控制，并與智能電源集中控制終端聯(lián)動，當學(xué)生刷卡進入時自動分配座位并給相應(yīng)設(shè)備供電，記錄學(xué)生的進出情況，自動提交到管理服務(wù)器，生成學(xué)生、儀器設(shè)備使用記錄等原始統(tǒng)計資料，降低實驗的安全風險。

智能電源通過網(wǎng)絡(luò)遠程控制技術(shù)實現(xiàn)對有源實驗儀器設(shè)備的授權(quán)使用，系統(tǒng)自動對被預(yù)約的儀器設(shè)備供電或斷電，保證只為被授權(quán)或預(yù)約用戶開放使用。通過遠程電源集中控制終端，實現(xiàn)對儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)遠程供電與斷電控制，結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)平臺智能數(shù)據(jù)采集聯(lián)動實現(xiàn)刷卡進入時對指定設(shè)備供電，刷卡退出時判斷設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)并給予提示或拒絕斷電，以保證設(shè)備安全，實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)。

3 驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本模塊基于.NET語言和MVC技術(shù)開發(fā)構(gòu)建，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫和UTF-8字符集，應(yīng)用B/S開發(fā)模式進行設(shè)計與研究。實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計包括實驗室安全準入考核管理、實驗室安全檢查管理、危險物品管理、監(jiān)測顯示等4個模塊，如圖3所示。

3.1 安全準入考核管理模塊

該模塊包含實驗室安全自主學(xué)習(xí)子模塊、實驗室安全考試題庫子模塊、實驗室安全考核子模塊等3部分。該模塊采取網(wǎng)上學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)考試相結(jié)合的教學(xué)形式，在學(xué)生進入實驗室之前通過系統(tǒng)對實驗的安全與規(guī)范有一個全面的認識與學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)考試子模塊為評價學(xué)生的實驗室安全學(xué)習(xí)效果提供了快速有效的檢驗平臺。

網(wǎng)上學(xué)習(xí)和在線練習(xí)方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)和對實驗室安全知識的掌握。通過考試的學(xué)生才有資格進入實驗室學(xué)習(xí)、做實驗及進行各類研究，未通過考試的學(xué)生則需要通過再學(xué)習(xí)直至考試通過為止。

3.2 安全檢查管理模塊

該子模塊包含計劃檢查管理、安全檢查通知、實驗室安全核查、安全問題整改、統(tǒng)計報表、數(shù)據(jù)上報等6個部分，具有規(guī)范安全檢查機制流程的作用，組成如圖4所示。

3.3 危險物品管理模塊

危險物品管理模塊包含申購危險品、采購驗收、危險物品使用管理、危險品廢棄物管理、危險品庫存管理、危險品統(tǒng)計查詢等6個部分。通過該子模塊能夠強化危險品安全保障體系，通過采取網(wǎng)上購買與線上申請購買兩種形式，可對危險品的根源進行管理監(jiān)控，開展危險品從集中采購、供應(yīng)商管理、倉儲、領(lǐng)用、使用、庫存預(yù)警和回收等環(huán)節(jié)的智能化管理，通過對危險品流通信息的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)挖掘分析，為危險品相關(guān)監(jiān)管部門提供數(shù)據(jù)支撐及決策支持。

3.4 監(jiān)測顯示模塊

系統(tǒng)監(jiān)測顯示子模塊主要包括網(wǎng)站監(jiān)測顯示及移動終端監(jiān)測顯示兩部分。

網(wǎng)站監(jiān)測顯示主要通過各學(xué)院的門戶網(wǎng)站實時顯示本單位的實驗室安全情況，并建立實驗室安全信息檔案，發(fā)布實驗室安全狀況曲線，形成實驗室安全情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并計算實驗室安全風險指數(shù)，進行實驗室潛在安全風險的評估和

預(yù)警。

移動終端監(jiān)測顯示主要通過在移動終端上安裝APP軟件來實時、準確地監(jiān)測實驗室安全狀況，可在實驗室出現(xiàn)異常時發(fā)出預(yù)警信號，讓實驗室管理員第一時間處理實驗室安全問題，保護實驗室安全。

4 結(jié) 語

本文基于TCP/IP以太網(wǎng)技術(shù)、無線WiFi、傳感器技術(shù)、視頻識別技術(shù)、移動應(yīng)用開發(fā)技術(shù)、Web Service技術(shù)及.NET，SQL等主流開發(fā)工具設(shè)計了一個實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于實驗室安全監(jiān)測，可有效地實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的全天候和智能化實時安全報警和監(jiān)控功能，最大程度降低實驗室安全風險，為學(xué)校的實驗工作提供安全

保障。

參 考 文 獻

[1]漆顥，管華，龔?fù)砹?基于物聯(lián)網(wǎng)的魚塘環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018，8（11）：72-73.

[2]朱麗娜.智能管理系統(tǒng)在高校實驗室管理中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2017（1）：115.

[3]孫梯全，李延標，田俊杰，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建[J].課程教育研究，2014，12（36）：235-237.

[4]鄒志宏，吳良，吳文華，等.實驗開放管理與安全保障[J].實驗室研究與探索，2012，31（7）：442-444.

[5]吳文華，楊慶，沈新元，等.智能實驗室管理系統(tǒng)下的實驗室開放管理[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（2）：172-176.

[6]朱瑋彬，楊起帆.層次分析法的實驗室建設(shè)經(jīng)費投入與效益評價[J].實驗室研究與探索，2009（4）：157-159.

[7]張雅君，周宇，韓英，等.建立實驗室開放平臺培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力[J].實驗技術(shù)與管理，2008（2）：23-25.

[8]韋須祥，韓乾，洪霞，等.高校實驗室開放面臨的問題及對策研究[J].實驗技術(shù)與管理，2005，22（8）：120-123.

[9]沈微微.實驗室安全智能化管理系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018，8（12）：61-63.

[10]崔貫勛.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗室安全管理系統(tǒng)的設(shè)計[J].實驗室研究與探索，2015，34（3）：287-290.