基于物聯網的實驗室智慧化管理系統研究

王鑫

（賀州學院人工智能學院，廣西賀州，542899）

0 引言

物聯網是以互聯網技術為依托，并有效結合網絡通信技術，使具有一定功能的物體之間實現連接通信的網絡。物聯網能夠通過傳感器等設備的接口實現物體和互聯網之間的通信連接，從而進行信息傳遞和處理。物聯網的利用實現了物體的數字化管理，具有廣泛的應用范圍。物聯網可以實現物體之間的連接，通整各種信息，在智能化環境的管理方面具有良好的前景[1]。隨著信息化技術的發展，很多場所以及場景的管理工作已經實現了智能化的轉變，而實驗室作為技能型、專業型、創新型人才的培養基地，其管理和建設成為一切工作開展的基礎。實驗室智慧化管理系統能夠幫助實驗室工作人員實現實驗室的信息化和智慧化的管理，從而提高實驗室的管理效率，促進科學研究和實驗教學活動的積極發展，最終實現技能型人才的培養。實驗室智慧化的管理工作主要是對實驗室中各種信息的管理，包括實驗室的儀器設備以及人員的管理等[2-3]。

1 智慧實驗室研究現狀與發展狀態

實驗室是學校培養學生實踐能力和專業技能的重要場所，對于技能型、專業型、創新型人才的培養至關重要。實驗室的智慧化建設是實現校園智慧化建設的重要部分，對于智慧校園的建設不可或缺。實驗室智慧化的實現需要建立能夠全面化、智能化感知實驗室的各種信息的服務平臺，以物聯網技術為依托，結合信息化技術，實現實驗室設備之間的互聯以及實現管理人員和實驗室設備之間的互聯等，達到智能化、安全化、可視化管理實驗室的目的。實驗室智慧化實現了實驗室、物聯網和智能設備之間的有機融合，以實現實驗室管理系統的創新性、開放性和協作性為目標，能夠有效幫助學生和實驗室其他人員信息資料的快捷獲取，提供良好的學習和實驗氛圍，分析整合信息資源并加以利用。目前為止，國內外有關實驗室智慧化的研究主要包括：實驗室智慧化的實現、實驗室智慧化實驗功能的研究以及實驗室智慧化的應用效果研究等多個方面。隨著科學技術的不斷發展，實驗室中各種新的技術不斷涌入，另外實驗室設備、技術等不斷更新，智慧化實驗室更加注重使用人員的體驗以及使用效果，在實驗教育過程中實現了實錄和視訊的有效結合，更有利于實驗室人員之間的信息交流和資源共享。

高校在實驗室的建設中投入大量的人力物力，但是目前為止實驗室智慧化管理系統并不完善，主要問題體現在多個方面。例如，實驗室資源的管理方面以及實驗環境的監測和管理方面等。這些問題的存在說明了實驗室的安全管理缺少智能化，實驗室資源浪費，實驗室缺乏一定的安全教育以及培訓工作，實驗室信息資源的管理缺乏共享等。

2 智慧化管理系統

實驗室智慧化管理系統以互聯網技術為基礎，利用物聯網技術等現代化的技術實現對實驗室的監測和管理，整體系統以物聯網技術為依托，建設智慧化管理系統，實現對實驗室的智能化、可視化的管理，從而保證實驗室環境的低能耗、綠色化和智能化。實驗室儀器設備、實驗人員以及信息資源之間的信息資源交互均通過實驗室的智慧化管理系統實現，不需要過多的依靠實驗人員的操作。

2.1 系統整體框架

實驗室智慧化管理系統以物聯網為依托，主要包括三個層面的結構，分別為物理層、通信層和應用層。物理層主要包括傳感設備，通過各種傳感器采集實驗室的各種數據信息，并將其傳送至通信層；通信層將接收的數據通過網絡發送至互聯網；應用層則通過服務器接收來自互聯網的數據信息，并將其加以分析、處理、保存和展現。實驗室智慧化管理系統的主要架構如圖1所示。

圖1 實驗室智慧化管理系統架構

2.2 系統功能架構

基于物聯網的實驗室智慧化管理系統由多個子系統構成，主要有門禁系統、監控系統、查詢系統、考核系統、資產管理系統等。通過現代化信息技術將各個子系統進行有機結合，實現對實驗室整體環境以及人員、設備的智慧化、高效性、便捷化、安全性的管理。實驗室智慧化管理系統的功能架構如圖2所示。

圖2 實驗室智慧化管理系統的功能架構

門禁系統：實驗室智慧化管理系統的門禁系統主要是保障實驗室安全，防止外來人員和非工作人員的侵入，確保實驗數據的安全和財產安全。另外，借助門禁系統，還可以監測和記錄學生的學習過程，教師通過學生的出勤情況和學習記錄充分了解學生的學習過程和學習記內容，提高教學質量。

智能監控系統：智能監控系統主要用于監測實驗室的環境，保證實驗室安全，在實驗室遇到突發狀況或者故障時，監控系統中的檢測模塊將異常信息發送至監控系統從而引發警報，并將異常信息上傳至總系統，提醒管理人員采取相應措施，保證實驗室環境的安全管理。

查詢系統：通過查詢系統可以查詢實驗室的濕度、溫度、壓力值、氧氣濃度等參數，這些參數可以直觀地體現實驗室中存在的問題，從而便于實驗室管理人員對實驗室進行管理、改善，提高實驗室的安全性。

考核系統：實驗室發生事故或者安全隱患的主要原因除了設備等故障外，主要還是由實驗人員知識匱乏、處理不當、操作錯誤等造成，目前高校對于實驗室的管理工作協調度差，導致實驗室的管理工作不到位。實驗室考核系統可以在實驗人員進入實驗室進行操作實驗之前對其進行考核，考核通過的人員方可進入實驗室。這種方式促進了實驗人員的自主學習，使實驗人員具備一定的知識儲備，避免在實驗過程中因操作不當導致事故的發生。

資產管理系統：實驗資產管理系統利用物聯網技術，對實驗室的儀器設備等固定資產進行自動、實時的統計和管理，實現了對實驗室固定資產的高效管理，解決了實驗室資產管理困難等問題。

3 實驗室智慧化管理系統的優點

3.1 降低實驗室管理工作量

實驗室智慧化管理系統可以進行實驗室課程和值班工作的智能化安排，改變了原來的工作模式，提高工作效率；實驗室的智慧化管理系統與智慧校園的各個系統之間相連接，可以實現各種數據的交換和共享，尤其是在期末數據的傳輸和整理工作中，避免了教務系統和實驗室系統之間數據不同步的問題，減少了教務系統工作人員的工作量；實驗室的智慧化管理系統中包含了多個子系統，可以實現實驗環境的檢測、資產的高效管理，使實驗室參數、數據的查詢更加便利；實驗室智慧化管理系統的建立，學生利用校園卡便可進行相關儀器的使用和操作，減少了實驗室管理人員的工作。

3.2 提高了實驗室的安全性

實驗室智慧化管理系統中的監控系統，便于實驗室管理人員及時了解實驗室的環境參數，及時發現和解決問題；監控系統可以便于管理人員通過監控管理實驗室的固定資產，避免丟失；監控系統便于管理人員了解學生的實驗情況，對于違規操作等做到及時發現、及時制止，保證實驗安全；對于實驗藥品的監控，可以保證有毒藥品的安全使用，避免違法使用以及安全事故的發生；通過監控系統可以及時了解儀器設備的使用狀態，提高實驗儀器的管理效率和使用效率，同時可以避免忘關儀器等大意造成的意外事件，保證實驗儀器的安全性。

3.3 為實驗人員提供便利

實驗室智慧化管理系統中的應用層面中包含了由手機、電腦等組成的移動客戶端，實驗室人員可以利用移動客戶端實時查詢實驗室儀器的使用狀態，便于及時進行合理安排，預約儀器進行相關實驗；另外實驗人員在使用實驗室設備時需要刷開操作，因此在系統服務器中會有學生的簽到、使用記錄，可以方便老師等管理人員及時了解學生的實驗進度和出勤情況等，節約了教師和管理人員的時間。

3.4 保證實驗數據的科學性、準確性

大多數高校在實踐教育和實驗室管理等方面存在多種問題，為了保障實驗工作的順利進行，各高校均進行了相關制度和操作規范等的制定，然而，并沒有得到實質性的執行，而實驗室智慧化管理系統的建設，可以實現對實驗室各種設備、制度等的系統控制，實現信息數據的共享，以及合理化、規范化的管理工作。智慧化管理系統中各子系統的建立可以幫助實驗室管理人員及時了解儀器設備的使用狀況，同時對實驗數據進行保存記錄，便于高校對管理人員以及使用人員的考核，了解學生的實驗情況以及實際需求，為實驗室的改善和建設提供意見。

4 結語

實驗室是高校開展實驗教學、科學研究，培養專業型和技能型人才的主要場所。傳統的實驗室管理工作繁瑣復雜，在管理工作中暴露出較多的問題，例如實驗室事故頻繁發生、儀器設備故障、信息更新不及時、管理效率較低等。實驗室智慧化管理系統的建立，以物聯網技術為依托，利用現代化信息技術手段，對實驗室進行智慧化管理，解決了傳統實驗室中存在的多種問題，實現了對實驗室的可視化監控。實驗室智慧化管理系統對實驗室的安全實現全方位的保障，實現了實驗室管理工作的智能化，減少了安全事故的發生，對于實踐教育有重要意義。