無線溫濕度監測系統在SPF級屏障系統動物設施的應用

陳鯤 王言之 秦珩,3*

（1，南京醫科大學衛生分析檢測中心 211166；2，南京醫科大學第一臨床醫學院 211166；3，南京醫科大學公共衛生學院 211166）

無線溫濕度監測系統主要由監測終端、信息接收器、云服務器、手機軟件等幾大組件構成，通過多種傳輸技術（433M、WIFI、TCP/IP、GRRS)的聯合應用可較好的對環境溫濕度進行組網監測。依托無線溫濕度監測系統搭建的軟件平臺功能強大，具有適用性強、操作簡單等顯著特點，被廣泛應用于車間生產、檔案管理、標本展覽等處，逐步實現多行業多領域的全方位覆蓋。

記錄實驗室環境數據的最為原始手段為安排專人定時定點借助溫度計、濕度計等儀器進行測量與讀取，一方面，常因儀器精度有限或人員操作不當產生誤差，另一方面，存在滯后性及不延續性，已被淘汰。隨著工程技術的發展，實驗室器材走向自動化、系統化，溫濕度檢測系統、氣壓檢測系統取締了傳統的測量儀器，在一定程度上克服了數據讀取的不連續性缺陷，雖然大幅降低了人工成本，但實時監控的最佳實驗要求與人員緊張的實際管理困境之間存在沖突矛盾，并未得到有實質意義的解決。互聯網+是知識社會創新2.0推動下的互聯網形態演進及其催生的經濟社會發展新形態[1]，是互聯網思維的進一步實踐成果。在互聯網時代全球信息化的趨勢和背景下，檢測技術與網絡技術的有機融合應運而生，現以本中心作為實驗試點，對無線溫濕度監測系統在SPF級屏障系統動物設施的應用進行解讀與評價。

1 無線溫濕度監測系統的應用前提

為維持內環境穩態，實驗動物可通過調節代謝、改變行為等種種方式對外在環境變化進行一定限度的適應。異常的環境條件會誘發機體一系列生化及免疫指標出現波動，不僅干擾實驗結果，更違背了動物福利原則。基于對嚴謹科研精神的繼承與發揚、對實驗動物尊嚴的重視與維護，不管是在小型實驗室還是在大型實驗基地的建設中都把溫濕度及氣壓等環境條件的監測與控制作為重要因素納入考慮范疇。雖然恒溫恒濕系統已逐步得到普及，但出于防范意外及最小化經濟損失的考量，定時監測仍然具有重要意義。

1.1 溫度控制的必要性

溫度是生態系統中最為重要的因子之一，對恒溫動物而言，越偏離最適生存溫度，生命質量越易受到損害[2]。在低溫環境中，機體供能被熱量調節消耗而使生長發育過程減緩，甚至誘發水腫、呼吸道疾病等病理損傷。高溫環境阻礙了機體表面的水分蒸發，或誘導部分實驗動物水和電解質代謝紊亂，出現肝腎腫脹。此外，環境溫度亦與實驗動物的體內生物酶活性及生殖功能息息相關[3]。當溫度過高（達到30℃以上)時，雄性動物產生精子的能力出現顯著下降；雌性動物性周期紊亂，妊娠率降低[4]。

1.2 濕度控制的必要性

一般相對濕度以40%～70%為宜。高濕環境為微生物的滋生繁殖提供了有利條件[5]，實驗動物接觸霉變的飼料或墊料時可通過經口/透皮/呼吸等途徑暴露于各類病原體，同時過高的環境濕度可通過干擾體表水分蒸發進而影響機體代謝與調節，降低實驗動物抵抗力，內外因素的聯合導致發生機會性感染。相對濕度過低易引發多種溫血動物皮膚黏膜出現干燥、干裂乃至壞死。濕度和溫度均與動物情緒狀態存在一定聯系，在非適宜環境中動物或出現狂躁表現，以哺乳母鼠咬仔為代表的異常現象往往對實驗結果產生較大干擾。

2 無線溫濕度監測系統的優勢分析

2.1 網絡智能

通過“監測終端——管理主機——云服務平臺”的多級傳輸，無線溫濕度監測系統實現數據網絡化。當數據異常（如超出設定范圍)時，系統可進行線上線下聯合示警，通過警示燈閃爍、報警器響鳴、云平臺提醒等多種手段傳呼人員進行處理，經過簡單的程序設計，平臺可實現針對不同的異常情況在示警時給出相應的提示及備注，如應著重注意檢修何處、是否應進行開窗處理等。基于網絡技術的智能設計減輕了人工壓力，降低人力成本，符合“互聯網+”的時代潮流。

2.2 便捷高效

采集區域內溫濕度的監測終端可直接將讀取的數值投遞到液晶屏上，增強可視性，也規避傳統借助溫度計測量時因估讀帶來的測量誤差。借助最基礎的數學模型，監測系統可直觀展現各參數曲線變化，對指定時段參數的極值、均值等進行高效識別或快速運算。利用信息技術，可在手機端或云服務平臺上對歷史記錄及實況進行查詢，直觀大方的設計界面方便操作及檢索，可顯著縮短數據處理時間、提升整體工作效率。

2.3 安全可靠

系統設定了較為嚴格的密碼授權和用戶分級制度，并配備有較新的網絡防火墻。項目核心人員擁有最高權限，臨時工作人員只有最初級的權限，防范實驗設計遭到泄露、實驗環境遭到惡意或意外破壞的可能。在通信中斷情況下，終端數據可補傳中轉站（無線管理主機)，進而上傳云服務器平臺。多級存儲和補傳機制確保了數據安全，可最大程度降低實驗意外損失。

2.4 兼容多元

監測終端可根據實際需求的不同配置相應的探頭，如以低功耗為優先考慮因素時選擇單電源探頭，以抗干擾為優先考慮因素時選擇雙路探頭。隨著冷凍消融等新技術的提出，以超低溫探頭為代表的輔助器材得到更新，無線溫濕度監測系統在設計時對不同類型的探頭均有一定的兼容性。此外，為方便管理人員進行查看和處理，系統輸出數據報表時可根據選定時間段輸出TXTPDF等格式的文件，避免單一格式文件因需進行格式轉化時數據損失的潛在問題。

3 中心SPF級屏障系統動物設施安裝與使用經驗

中心實驗室安裝方案是采取在各個SPF級屏障系統動物實驗室內分別安放無線溫濕度采集器（監測終端)，在屏障系統外安放接收管理主機（接收器)。出于安全性及穩定性考量，設定以下安裝要求：（1)安放位置應滿足無線溫濕度采集器可準確收集實驗室內無線溫濕度狀況，接收管理主機可準確清晰地進行信號收發；（2)安放位置附近要有穩定的電源插口；（3)放置位置不能干擾實驗進行；（4)在SPF級屏障系統動物實驗室內安放固定無線溫濕度采集器施工時的一切操作要遵守中心實驗室相關SOP要求。

依據中心工作安排，利用密碼授權，把用戶分成不同的等級，依據不同權限可獲取不同服務。管理人員通過采用云服務器技術，利用安裝在電腦上的云服務器監測軟件或手機APP可以查詢歷史及當前數據、報警記錄、統計分析等。普通工作人員可以在手機收到短信息提示，在環境溫濕度超過預設值時收到預警，提醒我中心值班人員及時采取措施。無線溫濕度采集器的整體設計及工作流程如附圖所示。

附圖 無線溫濕度采集器的整體設計及工作流程

4 結語

經過一段時期的實踐和檢驗，無線溫濕度傳感器在數據采集方面展示出較高的精度和準確度。無線傳輸技術的使用避免了在中心SPF級動物實驗室重新布線，降低工程成本的同時最大化的縮短了改裝時間，沒有影響正常的生產進程。總結來看，無線溫濕度傳感器最大的應用優勢在于提供一種無線遠程監測解決方案，實現了工作人員在遠離監控室的情況下依然可以用手機、平板電腦等便攜電子設備的遠程終端隨時查詢歷史、當前數據、報警記錄及統計分析，并可通過系統的線上線下聯動提醒及時對異常情況進行處理，為中心SPF級屏障系統動物設施的監護與管控提供了有力保障。此外，原先只有處在監控室的人員能及時了解所有實驗室溫濕度實況，現在可以根據需要把數據讀取的權限開放給維護人員、實驗人員及中心管理層，提高管理效率。

隨著網絡信息技術的高速發展，工程管理與數據處理逐步走向“網絡化”“無紙化”“互聯網+”思維已融入生活、科研的方方面面。雖然無線溫濕度監測系統在SPF級屏障系統動物設施中的應用已展現出顯著優勢，但仍存在一定的上升空間，如人工智能技術有望融入監測系統中，在環境參數異常時直接遣派機器人進行處理，真正走向實驗室管理的自動化。作為互聯網+思維的實踐典例，無線溫濕度監測系統在SPF級屏障系統動物設施的應用亦可類推到其他傳統設施中，如何利用云計算[6]、大數據分析[7]等新興技術，把數據采集、計算、儲存、處理和數據共享、輔助決策運用到動物實驗室監控和管理中，有待進一步探索和挖掘。