小代君說
摘要
物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)日漸成熟，逐步引入實驗室安全管理工作中，可切實保障實驗設(shè)備安全，在實驗中心組織架構(gòu)的基礎(chǔ)上，從硬件支撐平臺和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩方面研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室設(shè)備管理模式，為實驗室設(shè)備管理提供科學(xué)的參考模型，可增強實驗設(shè)備及實驗人員安全管控有效性。主要以“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”為切入點，探討了該技術(shù)在實驗室安全管理中的具體應(yīng)用，希望能為高校實驗室管理帶來借鑒意義，切實改善實驗室管理效果。
實驗室內(nèi)設(shè)備極其復(fù)雜且昂貴，為了保障實驗室安全，需要增強實驗室管理工作的智慧性，積極引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，便可結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及微電子技術(shù)等，逐步構(gòu)造智慧實驗室，保障實驗教學(xué)工作有序進(jìn)行。
1 高校實驗室安全管理現(xiàn)狀
在傳統(tǒng)管理模式下，實驗室借助實驗管理人員，通過應(yīng)用標(biāo)簽及記錄等手段管控實驗室內(nèi)儀器與耗材。高校實驗室排課節(jié)數(shù)偏多，實驗室設(shè)備的應(yīng)用效率極高，一些儀器和設(shè)備均會在不同程度上出現(xiàn)標(biāo)簽?zāi)p等問題。在高校專業(yè)建設(shè)過程中，因?qū)I(yè)種類變多，實驗室類型及設(shè)備種類也隨之增加，這便為實驗室安全管理工作帶來了一定難度。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校實驗室安全管理中的應(yīng)用
2.1 系統(tǒng)應(yīng)用需求
2.1.1 系統(tǒng)應(yīng)用需求
以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的實驗室安全管理系統(tǒng)，主要是設(shè)置實驗室實時監(jiān)控功能及智能控制功能，增強實驗室安全管理信息化水平，強化實驗室安全管理科技水準(zhǔn)，為實驗室智能化及信息化發(fā)展奠定基礎(chǔ)，該系統(tǒng)具有下面幾點需求：
（1）代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗室管理人員登記管理方法，用信息化手段管理實驗室資源，促進(jìn)實驗室資源共享，針對設(shè)備及相關(guān)人員信息展開智能化管理、分析及記錄統(tǒng)計。
（2）實時監(jiān)測實驗室內(nèi)水電情況，并分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，支持友好界面觀測。
（3）視頻監(jiān)控實驗室所有房間情況，并發(fā)揮視頻歷史回放功能，避免發(fā)生各種安全事故。
（4）展現(xiàn)實驗室門禁功能，只有經(jīng)過授權(quán)允許，才能刷卡走進(jìn)實驗室，全面提高實驗室安全指數(shù)，減少實驗室事故風(fēng)險。
2.1.2 系統(tǒng)性能需求
實驗室物聯(lián)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)的目標(biāo)，在于全面保障高校實驗室安全。為了確保該系統(tǒng)長期運行，則需要滿足下面3點性能需求：
（1）要保證系統(tǒng)具有完整性，系統(tǒng)是否具備完整性，是衡量這一系統(tǒng)應(yīng)用實效的關(guān)鍵標(biāo)志。在開發(fā)系統(tǒng)時，應(yīng)全面考慮這一系統(tǒng)的現(xiàn)有功能，并不斷擴展功能。
（2）要保障系統(tǒng)的可靠性，通過該系統(tǒng)可實時采集與分析實驗室內(nèi)水電情況，只有構(gòu)建實時系統(tǒng)，才能提高監(jiān)控的可靠水平。
（3）要確保系統(tǒng)極具擴展性特點，物聯(lián)網(wǎng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層等3大層次，每一層次都有不同的標(biāo)準(zhǔn)，通常采取模塊化設(shè)計方式，在設(shè)計各模塊時，要遵守統(tǒng)一電氣接口及數(shù)據(jù)接口，重新組合與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)。
2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計
2.2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)
在設(shè)計實驗室物聯(lián)網(wǎng)安全管理系統(tǒng)之際，應(yīng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)層特點，將該系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，具體如圖1所示。感知層而言，其作用相當(dāng)于人的皮膚、眼睛、耳朵等，是物聯(lián)網(wǎng)采集信息和識別物體的重要手段，可以有效識別物體以及匯聚數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中，主要通過設(shè)置水流量計、攝像頭以及讀寫器等智能監(jiān)控水電，而且還匯聚了門禁系統(tǒng)采集功能、視頻監(jiān)控功能等。網(wǎng)絡(luò)層主要是通過互聯(lián)網(wǎng)、有線通信網(wǎng)等共同作用。發(fā)揮“神經(jīng)中樞”一般的效果，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層信息。通過應(yīng)用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)通過智能轉(zhuǎn)換，與光纖環(huán)網(wǎng)連接，最終匯總數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞于中央服務(wù)器。應(yīng)用層是人、系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的接口，在這一系統(tǒng)中，分為UI、數(shù)據(jù)層及業(yè)務(wù)層等，具有信息管理、電能監(jiān)控以及水流監(jiān)控等作用。
▲圖1系統(tǒng)體系架構(gòu)圖
2.2.2 系統(tǒng)功能
在這一系統(tǒng)中，關(guān)于各種功能設(shè)計的內(nèi)容及要點，總結(jié)起來體現(xiàn)在下面幾方面：
（1）水流監(jiān)測：這一功能的目的，在于全面監(jiān)測和了解實驗室的安全用水情況。在實驗室洗手間內(nèi)安置了水流量計，并在流量計和中央控制室間通過應(yīng)用光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，借助光纖大數(shù)據(jù)，傳到中央服務(wù)器中。進(jìn)而監(jiān)控與采集數(shù)據(jù)。
（2）電能監(jiān)測：這一功能核心任務(wù)在于獲取實驗室用電情況，針對突發(fā)用電事故做出反應(yīng)與處理。為了切實達(dá)到這一目標(biāo)，應(yīng)該在實驗室內(nèi)設(shè)置專業(yè)電能檢測電器箱，使用互感器發(fā)送電流信號，將所有信號上傳到電力儀表中。使用ZigBee無線傳輸方法傳輸數(shù)據(jù)，通過光纖環(huán)網(wǎng)與系統(tǒng)連接，令中央服務(wù)器精準(zhǔn)讀取電能表數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實時監(jiān)控的效果。
（3）視頻監(jiān)控：主要監(jiān)控實驗室的動態(tài)情況，在每一個房間內(nèi)裝置自動識別光線攝像頭，連接紅外攝像頭與客戶端軟件，便可采集與傳輸視頻數(shù)據(jù)，時刻調(diào)出監(jiān)控畫面或歷史畫面。
（4）門禁管理：主要檢驗進(jìn)入實驗室人員的身份，只有獲得權(quán)限以及符合要求的人才能進(jìn)入實驗室。門禁系統(tǒng)采用RFID射頻技術(shù)，可以精準(zhǔn)識別目標(biāo)，并獲得信息，與數(shù)據(jù)庫中的信息加以比對。如果信息一致，就可以獲得進(jìn)入實驗室的資格了。
（5）信息管理：這一功能主要就是管理和共享實驗室信息資源，錄入相關(guān)人員及設(shè)備信息，以便在發(fā)現(xiàn)故障時及時修改人員信息、設(shè)備休息，從而確保實驗室數(shù)據(jù)安全管理體現(xiàn)數(shù)字化優(yōu)勢。
（6）數(shù)據(jù)分析：針對采集到的水信息、電信息、人員信息加以匯總，做出統(tǒng)計與分析，使用曲線圖或報表進(jìn)行輸出，以供相關(guān)管理人員參考。
2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)
2.3.1 系統(tǒng)硬件
系統(tǒng)主要應(yīng)用光纖環(huán)網(wǎng)，收集紅外報警信息、讀寫器信息及電力參數(shù)、水流量參數(shù)，將所有信息匯總于中央服務(wù)器，操作人員在中央服務(wù)器上進(jìn)行操作與觀察，實施集中控制模式，通過發(fā)揮中央服務(wù)器作用，便可記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)容，進(jìn)一步分析與查證報表、數(shù)據(jù)包與曲線。有關(guān)該系統(tǒng)的硬件設(shè)施，主要如圖2所示。其中，中央服務(wù)器與控制柜存在于中央控制室中，在中央控制柜中設(shè)置了“224GPU”、“光纖交換機”、“光纖轉(zhuǎn)換盒”、“硬盤錄像機”以及“工控機”等諸多設(shè)備，不同設(shè)備具有不同特點，均可支持物聯(lián)網(wǎng)實驗室安全監(jiān)控系統(tǒng)長足運行，發(fā)揮高效的安全保障作用。
▲圖2 系統(tǒng)硬件組織架構(gòu)
2.3.2 系統(tǒng)軟件
這一系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)主界面，主要如圖3所示，涉及水流量監(jiān)控系統(tǒng)、安全防控子系統(tǒng)、電能子系統(tǒng)以及報表打印子系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)操作界面極其簡潔，具有超強的可視性，通過一個界面便可進(jìn)一步了解不同房間水電情況、視頻情況，全方位保障實驗室內(nèi)的安全，一旦出現(xiàn)任何故障，便可立即控制。
▲圖3 系統(tǒng)主界面
?3 結(jié)語
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，為高校實驗室安全管理帶來了諸多便利。不可否認(rèn)，在傳統(tǒng)實驗室安全管理等方面，存在一定問題，所以急需引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建集水電監(jiān)測、視頻監(jiān)測、門禁管理等為一體的安全管理系統(tǒng)，進(jìn)一步保障實驗室內(nèi)人員安全、設(shè)備安全、耗材安全，為實驗室運營與發(fā)展提供堅定的后盾力量。
