實驗室安全智能管控平臺多技術融合路徑研究

閆甜 張光亞 陳景賢 金國望 沈雪峰

關鍵詞：實驗室安全；智能管控；多技術融合；路徑研究

近年來，隨著我國高等教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高校實驗室的種類和數(shù)量急速躍升，實驗室規(guī)模不斷擴大，功能逐步增多，實驗室的教學科研活動日趨頻繁，為學校教學實踐和科研創(chuàng)新提供了重要的支撐。但是，因為高校實驗具有種類多樣性、人員流動性、布局分散性和研究探索性等特點，實驗安全風險防控難度越來越大，時有發(fā)生的各類實驗室安全事故和事件使高校面臨較大威脅[1-2]，已引起高校自身和社會各界的高度關注。因此，如何從高校自身管理特點出發(fā)，系統(tǒng)化地管控高校實驗室安全，以提升實驗室安全綜合治理水平，是當前高校所面臨的關鍵課題。

在互聯(lián)網大數(shù)據(jù)時代，隨著信息化的發(fā)展與應用，現(xiàn)代技術手段遍及生活的每一個角落，物聯(lián)網技術的應用為實驗室安全溯源提供了技術保障[3-4]。在疫情防控期間，二維碼成為減少接觸和追蹤接觸者的重要工具，方便非接觸式共享數(shù)據(jù)[5]。因此，利用人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等技術的有效融合，搭建實驗室智能安全管理平臺，可有效開展實驗室的安全管理工作，進而為實驗室的智能安全管理提供決策支持。

1實驗室安全管理系統(tǒng)開發(fā)

針對當前高等學校實驗室存在的數(shù)據(jù)收集不全面、信息共享不及時、人員管理不到位、安全風險點多、管控難度大等一系列問題，綜合應用SG網絡、AI、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等先進適用技術，為實驗室安全管理搭建起一個以大數(shù)據(jù)為基礎、物聯(lián)網為架構、云計算為中心、AI為產出的安全智能管控平臺（圖1）。該平臺作為一個科學、完整、統(tǒng)一的信息共享服務平臺，具有促進內部信息互聯(lián)互通和實現(xiàn)實驗室信息與業(yè)務共建共享的雙重特點，這對于提高實驗室安全的綜合決策能力和智慧服務能力具有重要作用。

1.1分布式采集系統(tǒng)

通過5G網絡、實驗室門禁、條形碼、RFID技術、傳感器等物聯(lián)網技術，實時采集、監(jiān)控、連接互動的物體或過程，以實現(xiàn)對人員、物品和過程的智能化感知、識別和管理，以及對進出人員信息、儀器設備、化學試劑及藥品等實時數(shù)據(jù)的信息采集，對儀器設備和化學試劑進行實時配置及管理追蹤，并將所有數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆苾Υ嫦到y(tǒng)終端。基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)對各種統(tǒng)計口徑的信息匯總和決策支持，從而建立統(tǒng)一的物聯(lián)網數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1.2云桌面分析系統(tǒng)

該架構引入基于云架構的云桌面，從根本上保障數(shù)據(jù)信息存儲的安全性和可控性。基于Infrastructureas a Service（基礎設施即服務，簡稱IaaS）虛擬化技術，為實驗室數(shù)據(jù)信息共享管理平臺提供彈性服務承載系統(tǒng)，以便對云儲存的信息和數(shù)據(jù)進行分析。

1.3智能化管控系統(tǒng)

由智能化監(jiān)測系統(tǒng)和智能化控制系統(tǒng)組成的反饋管理控制系統(tǒng)，能夠對采集到的所有信息進行逐一核驗，尤其是對非常見人員、老舊設備、易燃易爆危化品等進行及時跟蹤分析，進而明確使用人、使用地點、使用時間、使用數(shù)量等詳細信息及具體參數(shù)。

1.4信號報警平臺

該平臺能夠對海量異構數(shù)據(jù)進行融合轉換、數(shù)據(jù)云存儲、數(shù)據(jù)實時分析及潛在的危化品數(shù)據(jù)挖掘分析等，并連接有效數(shù)據(jù)終端，以實現(xiàn)信號報警服務功能。

2多技術融合路徑研究

圍繞實驗室安全信息和大數(shù)據(jù)分析，基于“感知、存儲、管理、展現(xiàn)、應用”核心數(shù)據(jù)分析理念，搭建起一個科學、完整、統(tǒng)一的實驗室智能管理平臺。該平臺向管理者提供全過程、全方位、全天候、實時在線的數(shù)據(jù)信息更新與潛在風險數(shù)據(jù)分析報告，并提出具有針對性的整體創(chuàng)新技術方案和數(shù)據(jù)共享核心功能架構（圖2）。

2.1數(shù)據(jù)感知層

為有效解決當前儀器設備分散、品牌各異、接口不同、端口不兼容等難題，構建物聯(lián)網的環(huán)境數(shù)據(jù)采集體系，統(tǒng)一采集規(guī)范，并建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺，針對各類型設備開發(fā)接口，管理接人各類型的物聯(lián)網設備，以實時異構信息的統(tǒng)一采集。

2.2數(shù)據(jù)管理層

考慮到傳統(tǒng)利用PC服務器連接儀器設備及采集數(shù)據(jù)易發(fā)生數(shù)據(jù)外泄等狀況，基于桌面云的環(huán)境數(shù)據(jù)安全管理，采用桌面云主機連接儀器等設備，以保證采集數(shù)據(jù)存儲在服務器上、無法拷貝，進而從最根本上解決數(shù)據(jù)安全問題，保證數(shù)據(jù)的產業(yè)價值。

2.3數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)具有復雜性和動態(tài)性的特點，涉及多部門／領域，需要處理大量的數(shù)據(jù)，基于收集的實驗室相關數(shù)據(jù)信息，建設“IaaS-PaaS-SaaS”三種層次的多元化云服務，其彈性的架構設計，為應用數(shù)據(jù)平臺提供彈性服務承載體系。

2.4數(shù)據(jù)展現(xiàn)層

當前不同品牌、型號的儀器設備所產生的實驗數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)集中管理、集中查詢，且人工收集管理耗時耗力。對多源異構的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉換、主題建模、分析展現(xiàn)，可以保證所有監(jiān)測站的環(huán)境數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一匯聚、統(tǒng)一處理和統(tǒng)一展現(xiàn)。

2.5數(shù)據(jù)應用層

為強化數(shù)據(jù)、儀器設備運營的共享管理，在運營管理模塊加入了數(shù)據(jù)運營，使全流程可監(jiān)管、可追蹤，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流轉，同時對潛在風險進行防控，并提供實時預警信號，以便管理者及時管控。

3結束語

根據(jù)當前高校實驗室存在的數(shù)據(jù)收集不全面、信息共享不及時、人員管理不到位、安全風險點多、管控難度大等問題，本文提出以5G網絡、AI、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等先進適用技術融合創(chuàng)新，設計了高校實驗室智能管控平臺，提升了實驗室的管理效率，從而實現(xiàn)高科技對高校教學實驗和科學研究的賦能，有效保障了實驗室安全。