“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)與運(yùn)行管理研究

邱敦國(guó)，陳 艷，楊琴敏，張影紅

（四川大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備管理處，四川 成都 610065）

為了推進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新，加快發(fā)展新經(jīng)濟(jì)、培育發(fā)展新動(dòng)能、打造發(fā)展新引擎，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《關(guān)于建設(shè)大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新示范基地的實(shí)施意見(jiàn)》，確定了首批28個(gè)“雙創(chuàng)”示范基地。四川大學(xué)作為首批入選的國(guó)家“雙創(chuàng)”示范基地建設(shè)單位，在2018年開(kāi)始啟動(dòng)“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，該平臺(tái)利用“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、生物識(shí)別、三維可視化仿真、大數(shù)據(jù)分析與挖掘等先進(jìn)的信息化技術(shù)，建設(shè)一批智能化實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室全天候、全空間面向?qū)W生開(kāi)放，為大學(xué)生完成自主研發(fā)、自主創(chuàng)新提供實(shí)驗(yàn)條件，最大限度地發(fā)揮高校實(shí)驗(yàn)資源在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)中的支撐作用[1-2]。

1 學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)需要解決的問(wèn)題

高校實(shí)驗(yàn)室要面向大學(xué)生開(kāi)放共享，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，主要存在以下問(wèn)題。

（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)約問(wèn)題。高校實(shí)驗(yàn)室一般分為教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室和科研型實(shí)驗(yàn)室。教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室通常只在學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課時(shí)準(zhǔn)許進(jìn)入，而科研型實(shí)驗(yàn)室卻很少向大學(xué)生開(kāi)放共享。要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室在空閑時(shí)段面向?qū)W生開(kāi)放共享，需要在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約，而如何實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約，是需要解決的首要問(wèn)題。

（2）實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室全天候、全空間對(duì)學(xué)生開(kāi)放，會(huì)出現(xiàn)不同專業(yè)的學(xué)生在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)人員構(gòu)成復(fù)雜、安全意識(shí)參差不齊。少數(shù)學(xué)生安全意識(shí)較差，不按操作規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如何保證實(shí)驗(yàn)室的安全是需要解決的重大問(wèn)題。

（3）教師指導(dǎo)管理問(wèn)題。學(xué)生開(kāi)展的自主研發(fā)、自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，大多是利用課余時(shí)間完成，指導(dǎo)教師不可能一直在實(shí)驗(yàn)室陪同學(xué)生完成自主實(shí)驗(yàn)，如何對(duì)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)管理是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

針對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題，“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室安裝智能化設(shè)備，開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)軟件，制定相應(yīng)的運(yùn)行管理規(guī)程，利用技術(shù)手段和管理制度來(lái)確保實(shí)驗(yàn)室面向大學(xué)生開(kāi)放共享[3-5]。

2 智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

一個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)，通常需要進(jìn)行硬件建設(shè)和與之相配套的軟件建設(shè)，硬件是基礎(chǔ)，軟件是整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的核心。在進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)時(shí)，除了選擇合適的硬件，更重要的是要開(kāi)發(fā)出滿足用戶需求的軟件[6-8]。

“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容包含智能化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、中心管理系統(tǒng)建設(shè)、平臺(tái)綜合系統(tǒng)軟件建設(shè)三部分。

2.1 智能化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

（1）智能門(mén)禁系統(tǒng)。系統(tǒng)支持學(xué)生刷一卡通進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。在學(xué)生成功預(yù)約某一時(shí)段的實(shí)驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)賦予學(xué)生在該時(shí)段開(kāi)實(shí)驗(yàn)室門(mén)的權(quán)限，學(xué)生可以刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成自主實(shí)驗(yàn)。

（2）智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室安裝了多臺(tái)高清攝像機(jī)，指導(dǎo)教師或?qū)嶒?yàn)室管理員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)客戶端或手機(jī)App，遠(yuǎn)程查看實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控視頻。

（3）智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)設(shè)備電源，遠(yuǎn)程查看電源狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備能耗等功能，有效幫助實(shí)驗(yàn)室管理員掌握實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用情況。

（4）智能燈光控制和行人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程查看燈光的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制燈光的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)行人進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)自動(dòng)開(kāi)燈和離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室時(shí)自動(dòng)關(guān)燈的功能。

（5）智能溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的溫度和濕度，在實(shí)驗(yàn)室溫濕度異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。

（6）智能空調(diào)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程查看實(shí)驗(yàn)室空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)啟空調(diào)、關(guān)閉空調(diào)和設(shè)定空調(diào)溫度等功能。與溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到實(shí)驗(yàn)室溫度超過(guò)設(shè)定值后，自動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)降溫。

（7）智能煙霧與氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室煙霧和有毒氣體濃度，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)或者出現(xiàn)氣體泄漏等情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并發(fā)出報(bào)警信息。

（8）智能報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)與煙霧和氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)或有毒氣體泄漏時(shí)，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)樓道內(nèi)的聲光報(bào)警器，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，信息實(shí)時(shí)上傳到中心監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室安全員的手機(jī)App，使安全人員能第一時(shí)間作出應(yīng)急處理。

（9）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括各實(shí)驗(yàn)大樓到學(xué)校信息中心的主干光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)大樓到各實(shí)驗(yàn)室的光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)與各智能化設(shè)備聯(lián)通的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 “雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 中心管理系統(tǒng)建設(shè)

（1）中心服務(wù)器系統(tǒng)。中心服務(wù)器系統(tǒng)采用校級(jí)云平臺(tái)服務(wù)器，包括 WEB服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件服務(wù)器、App服務(wù)器、GIS服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器、視頻服務(wù)器等，所有服務(wù)器采用雙備份機(jī)制，確保任何一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障不會(huì)中斷系統(tǒng)和丟失數(shù)據(jù)。

（2）中心監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。中心監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)大屏幕實(shí)時(shí)顯示各實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行狀態(tài)，包括實(shí)驗(yàn)室各智能化設(shè)備的數(shù)據(jù)信息與監(jiān)控視頻。在實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)報(bào)警信息時(shí)，顯示大屏?xí)?shí)時(shí)彈出報(bào)警信息，并自動(dòng)顯示該實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控視頻，中心值守人員可以實(shí)時(shí)查看監(jiān)控視頻，并能在第一時(shí)間作出應(yīng)急處理。

2.3 平臺(tái)綜合系統(tǒng)軟件建設(shè)

（1）平臺(tái)綜合系統(tǒng)軟件。平臺(tái)綜合系統(tǒng)軟件包括自主實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)二次排課系統(tǒng)、智能化設(shè)備運(yùn)行管控系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、智能化三維展示系統(tǒng)和統(tǒng)一門(mén)戶網(wǎng)站系統(tǒng)等。平臺(tái)綜合系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)，所有軟件部署在云平臺(tái)服務(wù)器，用戶通過(guò)登錄平臺(tái)網(wǎng)站，輸入用戶名與密碼登錄系統(tǒng)。

（2）手機(jī)App軟件。用戶通過(guò)輸入用戶名與密碼登錄手機(jī)App軟件，可以實(shí)時(shí)查詢各類通知信息，了解各類申請(qǐng)所處流程，快速審核各類任務(wù)，查看實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控視頻，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)室各類智能設(shè)備。

3 智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行管理

3.1 數(shù)據(jù)完善

（1）實(shí)驗(yàn)室信息庫(kù)完善。實(shí)驗(yàn)室信息庫(kù)包括實(shí)驗(yàn)室房間信息庫(kù)和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息庫(kù)。實(shí)驗(yàn)室房間信息庫(kù)需要與學(xué)校公房信息庫(kù)進(jìn)行對(duì)接，獲取實(shí)驗(yàn)室房間所在的樓棟、樓層、房間號(hào)、房間面積、房間負(fù)責(zé)人、房間安全負(fù)責(zé)人等信息。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息庫(kù)需要和學(xué)校設(shè)備信息庫(kù)進(jìn)行對(duì)接，獲取實(shí)驗(yàn)室的各種設(shè)備信息。

（2）人員信息庫(kù)完善。人員信息庫(kù)包括教師信息庫(kù)和學(xué)生信息庫(kù)。教師信息庫(kù)需要與學(xué)校人事信息系統(tǒng)對(duì)接，獲取學(xué)校教師的工號(hào)、姓名、性別、職稱、工作類別、所屬單位、聯(lián)系方式等信息。學(xué)生信息庫(kù)需要和學(xué)校學(xué)生信息系統(tǒng)對(duì)接，獲取學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、性別、年級(jí)、專業(yè)、學(xué)院等信息。

（3）實(shí)驗(yàn)排課信息庫(kù)完善。實(shí)驗(yàn)排課信息庫(kù)需要與學(xué)校教務(wù)信息系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，獲取學(xué)生理論課程排課信息和實(shí)驗(yàn)課排課信息。

（4）實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入信息庫(kù)完善。實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入信息庫(kù)分為通識(shí)類、電器安全類、化學(xué)安全類、生物安全類、醫(yī)學(xué)安全類、儀器安全類、放射安全類等不同課程。需要完成各課程的文字教材、視頻教材和試題庫(kù)等內(nèi)容。

3.2 角色定義與權(quán)限分配

系統(tǒng)定義了學(xué)生、教師、實(shí)驗(yàn)室管理員、實(shí)驗(yàn)室安全員、實(shí)驗(yàn)室管理領(lǐng)導(dǎo)等多個(gè)角色，對(duì)不同的角色，分配了不同的權(quán)限。

3.3 學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)

（1）安全準(zhǔn)入。學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)的前提是完成實(shí)驗(yàn)室對(duì)應(yīng)的安全課程學(xué)習(xí)和考試，只有考試合格的學(xué)生才有資格進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)[9-11]。

（2）實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)。學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)前需要先將自主實(shí)驗(yàn)方案提交給指導(dǎo)教師審核，指導(dǎo)教師審核通過(guò)后，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放情況，在線申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室，申請(qǐng)審核通過(guò)后才能進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。

（3）自主實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)成功后，只需在預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間范圍內(nèi)刷一卡通就可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)教師無(wú)須親自到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到困難與問(wèn)題，可以遠(yuǎn)程與指導(dǎo)教師進(jìn)行語(yǔ)音或視頻通話，指導(dǎo)教師通過(guò)遠(yuǎn)程方式幫助學(xué)生解決問(wèn)題。在自主實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)生安全事故，學(xué)生可以按求救按鈕發(fā)出報(bào)警信息，實(shí)驗(yàn)室安全人員能夠第一時(shí)間收到報(bào)警信息，并調(diào)取實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控視頻，遠(yuǎn)程指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行安全處置。學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 自主實(shí)驗(yàn)流程

3.4 相關(guān)規(guī)章制度建設(shè)

為了能更好地促進(jìn)“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)行管理，目前，已制定了一個(gè)基于“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管理文件《大學(xué)生“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及運(yùn)行管理辦法（試行）》。

4 結(jié)語(yǔ)

“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立起了一種智能化、開(kāi)放式、協(xié)同式、高效率的全校實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放與共享，使學(xué)生能夠根據(jù)自己的設(shè)想，提出自主實(shí)驗(yàn)方案，完成自主實(shí)驗(yàn)。

系統(tǒng)以先進(jìn)性、專業(yè)性、創(chuàng)意性為建設(shè)理念，以全面提高大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨，以高校優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)為主線，利用先進(jìn)的信息化技術(shù)，營(yíng)造一個(gè)以學(xué)生為主體，高度互動(dòng)、虛實(shí)結(jié)合、過(guò)程可視的全天候智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并探索形成與之配套的管理體制及運(yùn)行機(jī)制，為學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件保障，有效提高了實(shí)驗(yàn)室的安全性和使用效率。同時(shí)建立了可復(fù)制的“雙創(chuàng)”智能化自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及運(yùn)行管理機(jī)制，為全國(guó)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新改革提供了應(yīng)用示范。