基于遠程桌面技術的開放共享型高校實驗設備研究

文章編號：1671-489X（2025）06-0031-04""DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.06.031

0 引言

實驗室是高等院校進行科學研究和人才培養的重要場所，通常具有實驗和實踐兩大功能。偏向科學研究的實驗室通常配備有先進的實驗儀器設備和試劑等，旨在支持各種復雜的研究工作和實驗項目；偏向實踐訓練的實驗室通常會配備模擬軟件、實訓設備、模型等，旨在培養學生的實踐能力和創新思維。目前我國高校普遍存在實驗設備使用率不高甚至閑置的問題，尤其是一些價值昂貴、高精密的實驗設備，且同學科的實驗設備普遍存在重復購置的情況[1-2]。

如何提高實驗室和實驗設備的使用率，充分發揮有限資源的人才培養功能，是眾多實驗室管理者和科研教育工作者的關注焦點。李婧等[3從實驗條件、實驗項目、實驗隊伍和管理制度四個方面入手，對高校公共實驗教學平臺開放共享管理模式進行了研究；王宇鑫[4開展了將物聯網技術應用于多設備共享實驗室管理的研究，提出一種高效的實驗室管理系統設計方案；王瑞等[5設計了一個基于開放共享理念的以設備預約為主體業務的實驗室Web平臺；何敏等以美國賓夕法尼亞大學MRI實驗室為例，探討了美國高校在大型綜合共享實驗室方面的管理模式。

但目前的研究多是對開放共享實驗室管理系統的研究，關于實驗設備具體如何實現遠程開放與資源共享卻鮮有報道，本文將基于遠程桌面技術對如何實現實驗設備遠程開放與資源共享展開探討。

1 遠程桌面技術

遠程桌面技術是通過互聯網由一個終端遠程控制另一個或多個終端，并且被遠程控端的桌面界面圖像可以顯示于本地控制端。使用本地控制端的設備對遠程被控端設備進行操控時，如同直接操控遠程設備，屏幕上顯示的是被控端的桌面圖像，并且可以操控鼠標打開被控端的應用程序，瀏覽被控端設備中的文件資料等[7]

不同的平臺有各自獨立的遠程桌面系統，并且采用不同的技術手段來實現，例如，微軟Windows系統常用的是遠程桌面協議（RemoteDesktopProtocol，RDP），蘋果Mac系統采用的是蘋果遠程桌面（Apple RemoteDesktop，ARD），Linux系統上各類VNC程序如TightVNC、RealVNC、UltraVNC等較為常用。

遠程桌面軟件的流程分為初始化握手階段和正常交互階段兩個階段。初始化握手階段主要進行客戶端連接服務器時的認證和雙方協商服務器向客戶端發送圖像畫面消息時所采用的像素格式與編碼方式。在正常交互階段，遠程桌面軟件主要實現兩個功能，一是遠端系統桌面圖像的顯示，一是本地端對遠端系統的控制。其中遠端系統桌面圖像的顯示涉及圖像消息的傳輸、屏幕變化的檢測、圖像消息的壓縮編碼三個重要環節，對遠端系統的控制涉及對鍵盤與鼠標事件的模擬輸入。

現在市面上遠程控制產品主要有兩大類型：一類是系統自帶的遠程控制軟件，如Windows的遠程桌面，主要局限于局域網；一類是第三方軟件，如ToDesk、TeamViewer、向日葵等，這類軟件使用方便，但必須依賴互聯網，且需要額外安裝客戶端。

目前遠程桌面連接的應用場景越來越多，如遠程辦公、遠程支持、遠程教育和培訓、遠程監控和管理、多屏幕協作等。

2高校實驗室的分類和管理屬性

由于涉及產權、安全、保密、費用等因素，并不是所有的高校實驗室都適合開放共享。在探討開放共享之前，必須先了解高校實驗室的分類和管理屬性。

高校實驗室種類繁多，涵蓋不同領域和研究方向，可以根據其研究方向、設備和技術等進行多維度分類。常見的高校實驗室分類如表1所示。

此外，高校實驗室還可以按級別分為全國重點實驗室、省部級重點實驗室等。

各高校都會出臺相關的實驗室管理制度文件，明確實驗室設立的目的、管理原則和職責，并成立實驗室安全工作領導小組，負責實驗室安全管理的日常工作，包括制定和完善實驗室安全規章制度、應急預案，監督執行，安全教育等。實驗室管理主要包括實驗室的安全管理、人員管理、設備管理、環境管理等。其中，安全管理的主要內容包括實驗室安全教育和準入制度的實施、安全審核、危險化學品安全管理等。

我國的實驗室主要集中在高校和科研院所，管理嚴格，不以營利為目的。在這種背景下，在公辦高校建設開放共享型實驗室的難度較大。

3適合遠程開放共享的實驗設備屬性

遠程開放共享型實驗室本質上是遠程開放共享實驗設備，但并不是所有的實驗設備均適合遠程開放。適合遠程開放共享的實驗設備必須考慮以下幾個因素。

1）安全。實驗室安全事故時有發生，危險性高、需要實時觀察和緊急預案的實驗設備不適合遠程開放共享，因為存在網速遲滯、斷電等隱患。

2）成本。實驗設備的遠程開放共享需要考慮實際需求、使用成本、維護成本、管理成本等。采用瘦客戶機模式的云桌面方式特別適合遠程開放共享，尤其是實驗室安裝有MATLAB、ANSYS等大型計算或虛擬仿真軟件的工作站。

3）保密。遠程桌面技術需要利用網絡傳輸數據，存在數據泄露的隱患，且操作遠端系統難免留下數據記錄，因此有數據密級要求的實驗需要考慮數據安全因素。

4）協作。很多實驗的開展涉及多工序與多設備，如樣品制作、試劑添加、電源開斷、參數更改、樣品騰挪等，該類型的實驗很難遠程開放共享，畢竟移動式協作機器人目前還處于研發階段。

在當前階段，具備以下特征的實驗設備非常適合遠程開放共享：安全系數高，不存在安全隱患；使用、維護與管理成本低；單機實驗，需要的協作少；無需保密，如實訓類；使用人數多，課時不能滿足使用需求，且實驗或實訓價值大；實驗演示能獲得更好的教學效果，且實驗設備不便于帶到課堂上。

4構建基于遠程桌面技術的開放共享型實驗設備系統

本文構建的基于遠程桌面技術的開放共享型實驗設備系統的結構框圖如圖1所示。其中的實驗儀器設備、攝像頭、電源管理模塊等在數量上可以是單臺或多臺，并經交換機與上位機組網，各終端IP地址設置在同一網段，再經互聯網與遠程用戶端建立連接，電源管理模塊負責通斷各個終端設備的電源。

以可編程控制器實訓設備為例，闡述基于遠程桌面技術的開放共享型實驗設備結構框架。

1）硬件包括：L61P-CM電源模塊、三菱L02CPU本體模塊、網絡攝像頭、網絡繼電器IO模塊CORXCX-6102E、上位機、交換機。根據產品說明書和圖1插接好各個模塊的電源和端口。

2）在上位機上安裝GXWorks2和實驗室綜合監控系統軟件。實驗室綜合監控系統軟件可以基于VisualStudioMFC平臺開發，在MFC上調用OpenCV視覺庫后可顯示多路監控攝像頭畫面，如圖2所示；在MFC上建立控制網絡繼電器模塊的button并調用其產家提供的函數庫，從而實現對PLC的通斷電控制，如圖3所示。圖4為實物現場。

3）用戶端與上位機建立遠程連接的方式通常有兩種：一種是選擇安裝同一款第三方遠程桌面軟件，如向日葵、TeamViewer、Todesk等；另一種是選擇系統自帶的遠程桌面連接，如在Windows系統里運行mstsc，配置好遠程設置。建立遠程連接后，用戶端即可登錄上位機并進行相關操控與實訓。

上述設備在沒有實驗室綜合監控系統軟件的情況下也可以進行遠程桌面操控與實訓，因為網絡繼電器I0模塊與攝像頭的廠家都會配套有相關軟件，如海康威視提供的海康互聯監控軟件、科星互聯提供的網絡繼電器模塊的用戶軟件，安裝后可以直接使用。圖5為筆者搭建的含上位機、PLC、伺服電機驅動器、直線模組、視覺系統、交換機和監控攝像頭等的基于遠程桌面技術的開放共享型實驗設備現場。

Windows系統自帶免費的遠程桌面功能，無需下載安裝其他軟件。對局域網的遠程控制，Windows能輕松做到，且速度快畫質好，因此Windows系統優選自帶的遠程桌面功能。蘋果OS系統和Linux系統優選第三方遠程軟件，然而免費版的第三方遠程軟件一般都會限速，遠程桌面幀率低，只能采用點對點傳輸模式，畫質為標清等。

此外，Windows遠程桌面的一個重要特性是可以開通多用戶多會話的遠程桌面，每個會話之間相互不干擾，并不只是桌面控制那么簡單。默認Windows系統采用的是單用戶模式，它意味著當一個用戶登錄時如果另一個用戶也在登錄，那就得等待當前用戶退出或者被強制踢出。如果允許多人同時登錄操作同一臺遠程電腦，即遠程多開，就得運行gpedit.msc命令，可以編輯計算機組策略中的遠程桌面服務，點擊禁用“將遠程桌面服務用戶限制到單獨的遠程桌面服務會話”，選擇啟用“限制連接的數量”，然后在“允許的RD最大連接數”選項選擇所能接受的最多的同時遠程用戶數，確定即可。遠程多開還有一個方法，就是創建多個用戶分開來連接。值得注意的是，遠程多開共享同一臺上位機里的軟件資源，不會出現干涉；但多用戶同時遠程控制同一臺上位機所關聯的同一實驗儀器設備，就會出現干涉。

5 結束語

基于遠程桌面技術實現高校實驗設備的遠程開放共享，可以提升高校實驗室資源的使用率，充分利用有限資源培養人才、產出科研成果。本文通過剖析高校實驗室和實驗設備的屬性，找出開放共享率低的實質原因，并分析遠程開放共享要具備的條件，進而構建出開放共享型實驗設備系統結構框圖，并給出具體實施案例，以期為更多遠程開放共享型實驗設備的設計開發提供參考。

6 參考文獻

[1]劉華，劉炳康，左連村，等．應用型本科院校共享實驗室建設路徑研究［J].實驗技術與管理，2016，33（10）：255-257.

[2]廖夢琬．高職院校儀器設備利用率提升途徑研究［J].林區教學，2022（3）：50-53.

[3]李婧，王承明，王健．高校公共實驗教學平臺開放共享管理模式研究［J].高教學刊，2023，9（15）：140-144.

[4]王宇鑫．物聯網技術應用于多設備共享實驗室管理的研究與實現[D].沈陽：沈陽工業大學，2019.

[5]王瑞，徐方晨．開放共享實驗室的Web平臺設計與實現[J].工業控制計算機，2019，32（7）：120-122.

[6]何敏，王啟立，何亞群，等．美國大學大型共享實驗平臺管理模式探索及啟示［J]．實驗技術與管理，2020，37（4） ：283-287.

[7]李暉，鐘生海，王清理.基于RFB協議的Linux遠程桌面程序的分析與研究［J].計算機工程與設計，2022，43（2） ：346-351.