導(dǎo)語(yǔ)：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室管理模式研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:隨著高校實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和硬件條件不斷改善,建立基于現(xiàn)代信息技術(shù)的,更為科學(xué)和行之有效的實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)行模式是實(shí)驗(yàn)室開放共享、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的當(dāng)務(wù)之急。分析了我校植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的運(yùn)行管理現(xiàn)狀及存在問題,嘗試以中心公共平臺(tái)大型儀器室作為試點(diǎn),引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),初步建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。將物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)交叉融合,逐步提高中心實(shí)踐教學(xué)資源的開放共享率,并有效緩解實(shí)驗(yàn)室安全管理壓力,切實(shí)為師生服務(wù)。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)室管理；開放共享；安全管理

“雙一流”大學(xué)的建設(shè)過(guò)程中,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),努力提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力是人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一,而加快構(gòu)建高水平實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),完善質(zhì)量管理體系,不斷提高實(shí)踐教學(xué)水平是其基本保障［1-2］。高校實(shí)驗(yàn)室作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要場(chǎng)所,在高校的教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用,新形勢(shì)下,實(shí)驗(yàn)室必須逐步提高開放資源的利用率與共享率,充分發(fā)揮其在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育環(huán)節(jié)中的重要作用。然而,當(dāng)前現(xiàn)狀表明高校實(shí)驗(yàn)室硬件條件建設(shè)得到快速發(fā)展的同時(shí),實(shí)驗(yàn)室管理水平卻未能與之獲得相應(yīng)的提升,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)行模式與逐年增長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)需求之間存在的矛盾日漸凸顯,使得實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了各種各樣的問題亟待解決。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來(lái),物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等具有智能化的信息技術(shù)不斷發(fā)展成熟,為實(shí)驗(yàn)室管理提供了新的方法和視角［3-5］。物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)是由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)Auto-ID實(shí)驗(yàn)室于1999年提出,它是通過(guò)紅外線傳感器、射頻識(shí)別(RFID)、激光掃描器、定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備,按照約定協(xié)議把物品和網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)進(jìn)行信息交換以及通信,從而實(shí)現(xiàn)智能化跟蹤、識(shí)別、監(jiān)控、定位與管理的一種物物相連網(wǎng)絡(luò)?！拔锫?lián)網(wǎng)”的出現(xiàn)打破了數(shù)據(jù)管理和物理設(shè)施間相互獨(dú)立的模式,其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛?，F(xiàn)階段,物聯(lián)網(wǎng)在“智慧校園”建設(shè)中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用規(guī)模都在不斷地?cái)U(kuò)大［6-8］。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心近年來(lái)逐步嘗試通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的手段積極改革傳統(tǒng)的管理運(yùn)行模式,解決以往實(shí)驗(yàn)室管理過(guò)程中存在的問題,以緩解實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行和安全管理帶來(lái)的壓力,并不斷提高中心平臺(tái)的開放共享效率。

1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式的問題與挑戰(zhàn)

為了滿足逐年增加的教學(xué)、科研活動(dòng)需求,我校實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的數(shù)量及規(guī)模都在持續(xù)擴(kuò)大,各實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的管理變得更加復(fù)雜,傳統(tǒng)的以人工為主的實(shí)驗(yàn)室管理模式已不能滿足目前實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的高要求,實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理過(guò)程中面臨著各種各樣的問題,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)隨著實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程、各類“雙創(chuàng)”項(xiàng)目及學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)的大幅度增加、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目范圍和質(zhì)量的逐步提高,實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理的壓力隨之而來(lái);(2)由于受到時(shí)間、空間、人力以及安全性等管理因素的限制,實(shí)驗(yàn)室的開放共享程度未能達(dá)到預(yù)期的效果,從而使得一方面優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源未能得到充分利用,另一方面影響了大學(xué)生課外開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)科競(jìng)賽、活動(dòng)的開展;(3)管理人員不能及時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的使用狀態(tài),導(dǎo)致維護(hù)、保養(yǎng)不及時(shí),尤其是開放共享的大型儀器設(shè)備更是故障頻發(fā),維修周期長(zhǎng),嚴(yán)重影響了教學(xué)和科研的正常進(jìn)行;(4)實(shí)驗(yàn)室安全管理壓力大,近些年高校實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生,實(shí)驗(yàn)室安全管理中面臨著許多安全隱患,如水電安全、?；饭芾怼x器設(shè)備使用、實(shí)驗(yàn)室開放使用等。雖然目前大部分高校實(shí)驗(yàn)室都配備了攝像頭,但是攝像設(shè)備往往具有較大的盲區(qū),所采集的數(shù)據(jù)比較單一,也無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控,一旦有危險(xiǎn)情況發(fā)生,不能及時(shí)獲得信息和采取相應(yīng)的措施。盡管目前中心實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建立或引進(jìn)了一系列信息化管理系統(tǒng),如實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備綜合管理系統(tǒng)等,但是各個(gè)系統(tǒng)仍處于孤立狀態(tài),未能達(dá)到理想的效果,而且引入的此類系統(tǒng)側(cè)重于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課程的安排、調(diào)度和運(yùn)行等傳統(tǒng)管理功能。總之,現(xiàn)有的管理模式在管理的時(shí)效性上是滯后的,無(wú)法實(shí)時(shí)反映實(shí)驗(yàn)室的工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)室管理必須突破時(shí)間、空間、人力等因素限制,積極探索一套更為科學(xué)和行之有效地開放共享管理模式,打造基于信息化環(huán)境的開放實(shí)驗(yàn)室,使實(shí)驗(yàn)室能夠安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn),切實(shí)為師生服務(wù)。

2物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初探

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種智能化的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng),借助各種傳感器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和繼電器實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接,其技術(shù)能給整個(gè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境帶來(lái)革命性的改變［9-10］。在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室中各種儀器設(shè)備可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集動(dòng)力、環(huán)境、安防、消防等信息,如市電、UPS電源、配電開關(guān)、溫濕度、精密空調(diào)、漏水、煙霧、門磁等實(shí)時(shí)信息,然后直接傳輸給物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智慧化識(shí)別、跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控及遠(yuǎn)程管理等功能,實(shí)驗(yàn)室管理人員可通過(guò)瀏覽Web頁(yè)面或者移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地查看實(shí)驗(yàn)室工作狀態(tài),如遇緊急狀況可立即在手機(jī)短信或APP上收到報(bào)警事件信息,便于及時(shí)排查解決突發(fā)問題?；谥行哪壳耙呀?jīng)建設(shè)使用的信息化管理系統(tǒng),包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備綜合管理系統(tǒng)等,以公共平臺(tái)大型儀器室作為試點(diǎn),引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),初步建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。如圖1所示,首先,中心整體需要搭建一個(gè)物聯(lián)平臺(tái),即中央信息系統(tǒng),用于信息的收集和相關(guān)數(shù)據(jù)處理,采用無(wú)線傳輸方式,有良好的可擴(kuò)展性,后期可根據(jù)需求隨時(shí)在此物聯(lián)平臺(tái)上添加拓展更多的應(yīng)用,如智慧消防、環(huán)境檢測(cè)、遠(yuǎn)程水電表等。其次,需要給與管理的儀器設(shè)備安裝上采集器或者傳感器,用于信息的讀取和解碼,然后快速傳輸給物聯(lián)平臺(tái)。最后,終端用戶要在Web頁(yè)面或者移動(dòng)設(shè)備中安裝相應(yīng)的軟件或APP,完成注冊(cè)和登陸。當(dāng)加入物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中,其參數(shù)發(fā)生了變化,設(shè)備傳感器就會(huì)立刻向物聯(lián)平臺(tái)發(fā)射信號(hào),使系統(tǒng)響應(yīng)并報(bào)警,同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知到實(shí)驗(yàn)室管理人員,使進(jìn)行相應(yīng)處理,由此達(dá)到對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。本次建設(shè)大型儀器室進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)管控的設(shè)備主要有實(shí)驗(yàn)室門禁和監(jiān)控電源、UPS電源、墻面配電開關(guān)、空調(diào)、投影儀、煙霧報(bào)警器、水表等。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力實(shí)驗(yàn)室開放管理

植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是我校重要的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)之一,承擔(dān)著全校植物生產(chǎn)類專業(yè)本科生及研究生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)任務(wù),并對(duì)本科生畢業(yè)論文實(shí)習(xí)、各級(jí)各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和課外實(shí)踐競(jìng)賽、活動(dòng)等提供開放共享平臺(tái)。近年來(lái),隨著學(xué)校對(duì)人才培養(yǎng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的不斷重視,中心18個(gè)功能實(shí)驗(yàn)室所承擔(dān)實(shí)踐課程和“雙創(chuàng)”項(xiàng)目等大幅增加,涉及的專業(yè)多,學(xué)生規(guī)模大,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目范圍和質(zhì)量逐年提高,這些都給中心的開放運(yùn)行管理帶來(lái)了不少壓力,主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境管理、安全管理、設(shè)備管理、人員管理等方面。因此,中心實(shí)驗(yàn)室的開放共享程度未能達(dá)到預(yù)期的效果,現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)行模式已不能適應(yīng)當(dāng)前人才培養(yǎng)過(guò)程中對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的高要求,中心需要亟待探索并采用先進(jìn)的管理理念和管理技術(shù),以提高公共資源的開放共享效率。以中心大型儀器室為試點(diǎn)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),并將物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)與大型儀器平臺(tái)現(xiàn)有管理系統(tǒng)交叉融合,實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備預(yù)約、門禁授權(quán)、異地遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)上報(bào)等功能的集約化、智能化管理。具體包括以下幾個(gè)子系統(tǒng):(1)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng):查詢實(shí)驗(yàn)室占用情況,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室、儀器設(shè)備的預(yù)約及核準(zhǔn),查詢預(yù)約狀態(tài)和反饋信息等;(2)門禁系統(tǒng):門卡授權(quán)管理,并記錄刷卡開門情況;(3)監(jiān)控系統(tǒng):實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室工作狀態(tài),移動(dòng)終端或電腦端實(shí)時(shí)查看實(shí)驗(yàn)室視頻及歷史錄像;(4)物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程控制,掌握實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、安防報(bào)警、定時(shí)開關(guān)設(shè)備電源等;(5)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng):實(shí)驗(yàn)室課程安排,實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備利用率統(tǒng)計(jì),儀器設(shè)備維護(hù)申請(qǐng)、審批,相關(guān)數(shù)據(jù)上報(bào)等。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)使中心大型儀器室的管理突破了時(shí)間、空間、人力等因素的限制,管理人員可隨時(shí)隨地掌握實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、儀器設(shè)備、公共設(shè)施等的狀態(tài)及使用情況,可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室全天候、全空間面向?qū)W生開放,為大學(xué)生完成自主實(shí)驗(yàn)、自主創(chuàng)新提供平臺(tái)條件,為改善實(shí)驗(yàn)室開放管理水平提供了有力保障。中心將逐步使物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)推廣應(yīng)用于其他功能實(shí)驗(yàn)室,以點(diǎn)帶面,全面改革中心現(xiàn)行管理模式,從而有效提升中心整體公共實(shí)驗(yàn)資源的開放共享效率。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力實(shí)驗(yàn)室安全管理

隨著實(shí)驗(yàn)室開放程度和使用頻率的增加,實(shí)驗(yàn)室安全管理面臨的形勢(shì)也越來(lái)越嚴(yán)峻,一系列安全管理問題逐漸顯現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室安全涉及方方面面,一旦發(fā)生危險(xiǎn)事故,后果十分嚴(yán)重。中心實(shí)驗(yàn)室的日常安全管理中都面臨著一些安全隱患,如水電安全、?；饭芾怼x器設(shè)備使用、開放使用等。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)漏洞很多,攝像設(shè)備通常會(huì)留下很多盲區(qū),而且監(jiān)控錄像不能實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)異常情況,需要事后人為判斷。另外,其采集信息單一,提供有效信息不夠全面,而且沒有有效的分析工具,不能異地遠(yuǎn)程監(jiān)控。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室安全管理,并有效提高安全管控的及時(shí)性和高效性。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、用電安全系統(tǒng)、煙霧報(bào)警系統(tǒng)等,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?；饭?、空調(diào)、投影儀、光照培養(yǎng)箱、超低溫冰箱、門禁監(jiān)控等設(shè)備的使用安全和環(huán)境安全,如遇異常情況,可立刻啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警功能,將實(shí)時(shí)信息反饋到實(shí)驗(yàn)室管理員的實(shí)時(shí)通信設(shè)備上(如圖1),使其遠(yuǎn)程控制開關(guān),關(guān)閉具有危險(xiǎn)的電力系統(tǒng),將險(xiǎn)情控制在第一時(shí)間,從而大大緩解實(shí)驗(yàn)室安全管理的壓力。因此,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下,實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境安全監(jiān)控會(huì)有很大改觀,安全管理效率會(huì)大幅提升,對(duì)于中心實(shí)驗(yàn)室整體的安全管理工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5結(jié)語(yǔ)

中國(guó)教育科學(xué)研究院倡導(dǎo)的深入貫徹落實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”國(guó)家戰(zhàn)略、促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的全面深度融合,為學(xué)校整體創(chuàng)新提供理論引領(lǐng)和實(shí)踐指導(dǎo)的系統(tǒng)性建設(shè)方案。智慧校園、智慧實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真平臺(tái)等的構(gòu)建不斷涌現(xiàn),“智慧教育”已經(jīng)成為高校教育發(fā)展的新方向。高校實(shí)驗(yàn)室不僅是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的主要陣地,也是反映學(xué)校教學(xué)、科研和管理水平的窗口,是學(xué)科建設(shè)、科研活動(dòng)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),是高校整體建設(shè)和發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[11-12]。現(xiàn)階段,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和硬件條件不斷改善的同時(shí),建立基于現(xiàn)代信息技術(shù)的,更為科學(xué)和行之有效的實(shí)驗(yàn)室管理運(yùn)行模式是當(dāng)務(wù)之急。“以人為本”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式更加需要資源開放共享的實(shí)驗(yàn)室,智能化的實(shí)驗(yàn)室管理模式才能使實(shí)驗(yàn)室高效率運(yùn)轉(zhuǎn),切實(shí)為師生服務(wù)。

作者：孔令娜 曹蕾 張慧 吳震 張煒 單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心