基于IOT技术的大学实验室管理

李玉荣，刘 英，吴志威

(南京林业大学 机械电子工程学院，南京 210037)

基于IOT技术的大学实验室管理

李玉荣，刘 英，吴志威

(南京林业大学 机械电子工程学院，南京 210037)

文章在介绍大学实验室管理现状和概述物联网技术的基础上，提出采用物联网技术实现对实验室的进一步科学管理。分析了IOT技术应用于实验室管理的可行性，搭建了系统软硬件构架 ，挖掘了该模式的优点，提升了大学实验室管理的效率和自动化程度。

高校；实验室；物联网(IOT)；管理

大学实验室是学校进行教学及科研的重要场所之一，是科技产地、人才培养的基地。实验室管理主要是指对实验室的环境条件、仪器设备、实验室人员、实验物资等各类活动进行研究和管理[1]。随着招生规模的扩大，大学实验室的资产规模也日益扩大，实验室的仪器设备数量也与日俱增。实验室的科学管理变得尤为重要。

1 大学实验室管理现状

大学实验室根据功能可分为教学活动、科学研究、结果演示实验室三大类。一般来说，大学实验室管理长期依靠手工记账、标签的形式进行管理，导致存在以下常见的问题：信息系统自动化程度还较低、管理监督力度不够、小型仪器易丢失、大型设备的维护困难、资产共享开放程度不够等[2]。贵州工业职业技术学院的王瑾在基于物联网的实验室管理技术一文中建议通过采用先进的物联网RFID技术对实验物品的基本数据、实验过程及实验设备的全生命周期进行全方位的系统管理，以改进实验室的管理。但作者只是简单提及了RFID技术在上述在三面的应用考虑，至于如何具体的实现上述方案、如何综合的运用除RFID技术外的其他各类关键技术以及实验室内各管理系统之间如何综合互动管理等问题都尚需探讨和回答[3]。同时，国外的其他大学，欧美等当前较为先进的实验室也仅限于大型仪器设备的预约系统、实验人员操作危机报警等纯网络化的管理方式[4]。

2 物联网技术概述

物联网(IOT)是在互联网的基础上将通信的对象延伸到物品之间。它具有全面感知、可靠传递、智能处理的特点，物联网技术推进了射频技术(RFID)，人工智能等新兴技术的发展和应用领域的创新研究[5]。IOT技术主要包括四项：射频识别、无线传感器网络、智能技术和纳米技术[6]。物联网技术的用途非常广泛，遍及智能家居、路灯监控、智能消防、环境监控、资产管理、物流管理、工业监测管理等诸多的领域。

3 基于IOT技术的大学实验室管理

将IOT技术应用于实验室环境中，首先要考虑应用在实验室的可行性，分析技术自身优势、相关实验室人员对于技术的了解程度和接受程度以及投资软件硬件的成本。

3.1 我校自动化实验室相关人员调查

根据南京林业大学机电院自动化实验室的具体情况，通过对教师、本科生、研究生的调研发现，自动化实验的相关人员对于IOT技术有一定的认识，了解到物联网技术是电力电子、通信、计算机控制、测控等多领域相关专业知识融合成，但是对于物联网现有应用案例以及在大学实验室管理中的可能应用等方面，他们的认识和了解程度都还相对比较低。在不完全考虑成本的前提下，相关人员大部分欢迎借助物联网技术对实验室进行管理，他们看好物联网技术能够提高管理效率、提高自动化和智能化的程度。同时，少数人也持有对于IOT技术本身面临的难点和挑战的顾虑。

3.2 系统软硬件投资成本分析

以机电院自动化系的实验室为例，进行成本的核算，自动化系实验室包括教学实验室和科研实验室，占地面积250 m2，现有实验室管理人员3名(主任1名，管理员2名)。采用IOT技术对自动化实验室进行管理，需要投入的硬件主要包括：射频识别标签;无线网接入点;认证服务器和阅读器等。射频识别标签的成本很低，按照10年的使用年限，折旧额忽略不计。为了降低成本，可采用手持式的阅读器；一个约1.5万元；无线局域网已经存在，不用新投入成本。数据处理的服务器需要接入Internet，对数据进行存储、分析与加密等，可使用已有的计算机进行改造，维护费用也不必投入太多。人员投入成本，原有的实验室管理员可以通过学习进修的方式学习软件功能，代替专门的软件工程师。

4 基于IOT技术的大学实验室管理系统架构

本文考虑的实验室管理系统主要基于IOT技术的应用，整体架构由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图1所示。

根据硬件部分的流程图得知，具体的数据流程为手持的读写器将RFID的标签信息通过无线通信技术传输到无线设备接入点，接入点继续将信息传递给数据处理服务器，对采集的实验室相关数据进行存储、整理分析等。RFID在信息存储量、抗干扰能力、安全性和实时性方面的优势是传统的磁卡和条形码不可比拟的。软件部分的核心是中央处理器，它负责提供强大的数据分析和处理功能，在人员管理中心、实验室环境中心及设备物资采购中心架起桥梁的作用。将每个子系统的数据交换、流向互动连接起来，进行实时的反馈。

图1 基于IOT技术的大学实验室管理系统架构

从该架构图中可以看出，实验室管理员可以轻松地通过界面观察到目前的分中心运作情况，进行设备数据更新、实验室预约、维修管理等；并且能便捷的与物资供应合作商进行数字化联络，了解新产品动态。

5 结束语

本文采用IOT技术对大学实验室管理进行研究，挖掘了该模式的优点：1) 相对提高大学实验室管理的效率，在传统的人工记载的基础上，综合运用物联网技术、无线传感器技术、智能控制技术等实现了实验室管理的智能化，提高了自动化水平。2) 提高实验室的安全系数，传统的安全检查模式是依靠技术人员的定期安检，而本系统所采用的方法减少了技术人员的辛苦，当实验室的温度湿度或者空气净化度发生改变超过设定参数，中央处理器会及时控制安置在实验室的智能装备，解决安全隐患。3)实现人机对话，传统意义上的实验，在没有指导书的情况下，学生不能独立完成实验，但有了物联网技术的应用，师生通过手持阅读器就能获得实验说明和步骤，快速实现人机对话。

从理论角度上，本文对物联网技术在实验室管理中的应用做了探讨，但是技术层面上需要解决的问题，如大量的传感器布置、无线传输统一的通信标准、信息梳理软件的编制等都是进一步研究的重点。

[1]李伟.基于产权理论的高校大型仪器设备管理研究[D].武汉：华中科技大学,2007:15-20.

[2]和彦苓.实验管理学[M].北京:人民卫生出版社,2008:20-25.

[3]王瑾.基于物联网的实验室管理技术[J].Computer Knowledge and Technology,2010,6(21)：5741-5742.

[4]加州大学采用RFID传感器追踪酒厂发酵桶[EB].RFID世界网，(2010-12-13).http://3g rfidworid.com.cn/News View.aspx/32011.

[5]张铎.物联网:大趋势[M].北京:清华大学出版社,2010: 7.

[6]谈峰.基于RFID技术的物流跟踪系统研究与实现[D].杭州：浙江大学,2008:25-30.

Laboratory Management of University Based on IOT

LI Yurong，LIU Ying，WU Zhiwei

(College of Mechanical and Electronic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

This paper has an overview of the basic situation of university laboratory management and networking technology.An implementation of Internet of Things technology to further scientific management of laboratory is put forward. The feasibility of the application of IOT technology in the laboratory management is analyzed. The system’s hardware and software architecture are built. The advantages of this system are dug.This research enhances the efficiency and the automation of university laboratory management.

colleges and universities；laboratory; internet of things; management

2014-02-24

南京林业大学大学生实验室创新项目——基于物联网技术的实验室管理探究(nlsycx201306)。

李玉荣(1986-),女,硕士,实验员,研究方向:网络化监控。

G482；O4-33；TP399

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.058