基于物联网技术的军队院校实验室管理探究

马国胜， 杨鹭怡

(1.电子工程学院，安徽 合肥 230037； 2. 陆军军官学院，安徽 合肥 230031)



基于物联网技术的军队院校实验室管理探究

马国胜1， 杨鹭怡2

(1.电子工程学院，安徽 合肥 230037； 2. 陆军军官学院，安徽 合肥 230031)

利用物联网技术进行现今军事院校实验室管理工作，改造传统的实验室管理的模式，是新技术应用的大胆创新。文中从管理系统的整体构架入手，分析物联网技术在军内高校的实验室日常管理应用的特点，将RFID标签、读写器、无线设备接入点、数据处理服务器等硬件设备和中央处理等各个智能管理软件系统融合在一起，实现除日常管理之外的实验室环境安全监测管理以及实验室设备应用集成的创新，从而达到利用先进的网络技术，实现实时的远程控制，真正地实现实验室管理的自动化、网络化、信息化、智能化和实时化的目标。

物联网技术； RFID技术； 实验室管理； 网络化； 信息化

0 引 言

军校实验室是我军高校进行科研、教学的最重要的场所，其作为院校中“三大支柱之一”，在新型军事人才培养等方面起着不可替代的作用。因此，实验室管理水平在一定程度上直接反映了该院校的总体管理水平，也直接影响到高素质的新型军事人才的培养。

目前军校的实验室管理主要存在信息系统自动化程度低、管理制度监督力度不够、小型仪器设备容易丢失、大型仪器设备较难维护、资产共享开放程度不够、实验环境安全不够等问题。现今的管理方式主要还是依赖管理人员手动操作管理及依靠实验室规章制度的硬性约束管理。为了从根本上实现实验室管理的自动化、智能化和实时化，目前日趋成熟的物联网技术是可以融入并应用到其中的一种最佳选择。

1 物联网技术的发展及应用

物联网是指通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，以有线或无线的方式把任何物品与互联网连接起来，以计算、存储、分析等处理方式构成所关心事物的动态和静态的信息知识网络，用以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。物联网具有全面感知、可靠传递、智能处理、无处不在的特点，被誉为是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息化产业的浪潮，物联网拓展了互联网应用的发展空间，推进了RFID等新兴产业技术的发展和应用领域技术的创新研究，物联网受到了各国政府、企业界和学术界的高度重视，欧盟、美国、日本等国甚至都己将之列入其国家和区域型的信息化战略[2]。

物联网发展到今天，其应用领域已非常广泛，在高校实验室管理中，应用最为广泛的还是物联网关键技术中的RFID技术，例如，麻省理工学院的电子研究实验室利用EPCGen2无源RFID标签来追踪和管理上千份文件[3]，大大提高了实验室文件的管理效率。电子门禁系统也已普遍运用于我国高校和军队院校实验室的入口处，替代了原有传统的“手工登记薄”，不仅大大方便了实验室进出人员的统计，极大地增强了实验室的安全系数[4]。

但实验室管理的是综合的，多方面的，在军队院校中，物联网技术应用还十分有限。就目前军队院校的实验室管理现状来看，还基本局限于某一领域的技术或设备简单的横向扩展，尚未注重实现更为紧密的纵向联系。为此，我们尝试提出基于物联网技术的军队院校实验室管理初步方案，旨在为了真正实现便捷的、智能化的、实时的军队实验室管理模式。

2 基于物联网技术的军校实验室管理方案

针对物联网技术应用于军校实验室管理这个课题进行探索性分析，提出基于物联网技术的军队院校实验室管理的初步方案，主要分硬件、软件系统及系统架构三部分来进行研究。

2.1 实验室管理方案中的硬件部分

硬件部分主要包括：射频识别RFID标签、读写器、无线设备接入点、数据处理服务器等。

RFID是一种应用于信息采集系统的非接触式的自动识别技术，它可以工作于各种恶劣的环境，可以识别高速运动的物体，并可同时识别多个标签，能够快速地实现物体的追踪和管理，拥有高可靠性、强保密性、方便快捷等特点[3，5]。

RFID主要由电子标签、读写器及天线三部分组成。每个电子标签的电子编码都是唯一的，附着在需要标识的物体上[6]。读写器可用于标签内数据和信息的识读及写入。当标签进入阅读区域时，标签能够接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的物体信息，或者主动发送某一频率的信号。读写器读取信息并解码后，送至中央处理系统进行数据的处理工作。整个射频识别的链路包括阅读器、防碰撞算法、电子标签及协议标准[7]。

2.2 实验室管理方案中的软件系统

(1) 中央处理系统。中央处理系统是整个软件系统的核心部分，负责提供强大的数据分析和处理功能，并在仪器设备、实验物资、环境监测、人员各个管理子系统及与其他实验室之间的共享子系统之间数据交换、处理、沟通和分析的渠道，将实验室中各子系统所采集到的信息进行实时处理、分析并进行及时的反馈。

通过综合运用各类物联网技术，实验室管理员可以很轻松地实现对整个实验室运行情况进行实时控制，并能通过中央处理系统能非常便捷地实现对实验室的仪器设备、实验物资、实验环境、实验人员等之间的互动控制(见图1)。

(2) 仪器设备的智能管理。通过仪器设备采集控制中心将实验室中各仪器设备与中央处理系统相结合，实现远程控制。在此系统中，实验室管理员可以对仪器设备进行信息更新、使用预约、维护安检以及过程控制等操作，同时，仪器设备也可自动进行入库管理，并适时向实验室管理员报告其运作动态。

鉴于物联网在物流领域的广泛运用，基于物联网的自动入库管理系统以生产商置于仪器设备上的射频电子标签作为产品识别和信息采集的技术纽带，通过实验室出入口的读写器对仪器设备进行自动识别[8-9]，既可以获得仪器设备的所有详细信息，而且还能自动生成入库清单以完成自动化入库管理的目的[10]。

规范的维护安检对于大型仪器设备的可持续运转至关重要。使用RFID系统进行管理，中央控制系统可定期提醒技术员对相应的仪器设备进行安检，并将维护安检信息录入RFID标签中存储。这里，管理员可以通过阅读器获取仪器设备的基本信息，更新信息可以通过两个渠道：① 直接通过中央控制系统，② 通过读写器，将读写器的信息通过手持机发送到“采集控制中心”和“中央处理系统”进行数据的更新。

实验人员可以利用RFID系统，通过实验室的中央处理系统对所需的实验仪器进行预约使用。管理人员可通过物联网对仪器设备的启动、暂停、关闭等过程进行智能化的控制。

(3) 环境安全的实时监控。通过实验环境采集控制中心，实验室内的环境信息可以适时的传送到中央处理系统。系统预先设定好温度、湿度、光线等安全范围，中央处理系统会通过控制实验室的开关，自动开启、关闭空调、加湿器及采光系统等。当实验室出现安全问题时，采集控制中心和中央处理系统协作在第一时间启动自动报警功能，关闭有危险的电力、水力等系统，将险情在第一时间得到控制。同时将实时信息反映在实验室管理人员的实时通讯设备上。

(4) 实验物资的自动采购。充足的原材料是保证实验正常进行的基本条件之一。基于物联网技术的实验室管理方法要能够实现实验室内的“易耗物资”和“实验物资供应商”之间互动，也就是无需人工干预便可保证实验室有充足的实验物资供科研和教学实验所需。系统可以根据实验耗材的使用率自动补充其库存量[11]，当然，要有协议供给的实验物资供货商事先协议好各种耗材的定价、性能等[12-13]。

(5) 实验人员的智能管理。出入实验室场所的人员主要有实验室管理人员、实验技术人员及师生。为确保其安全有序，进入实验室区域的人员必须佩戴电子标签，在实验室入口的阅读器上进行识别，获取其基本信息(姓名、职称、院系、联系方式等)，同时将信息通过物联网传输到中央处理系统的相应模块进行登记存储。当阅读器获取的信息与预约授权系统数据信息相一致时，该人员便可进入实验室，否则阅读器会自动发出报警，通知实验室管理人员有非法进入者，请尽快采取相应措施[14]。

在实验室大型仪器设备操作区域，系统会设定人员的进入权限，该权限的设定必须和设备的预约使用情况相匹配。区域入口的阅读器会进行识别并将其涉及的所有信息发送至中央处理系统进行存储和处理。如果在实验操作过程中仪器设备出现故障等，系统会第一时间分析是机器故障还是人员操作的问题。若实验人员单独从事实验操作时，需佩戴一个与安全控制中心连接的传感器，一旦其长时间静止或出现人员摔倒情况，传感器会自动向控制中心报警，大大提高了使用者的安全系数[15]。这个做法已经为国外不少实验室采用，效果非常显著。

(6) 共享开放管理系统。“共享、开放”无疑已成为21世纪各大高校实施科技与创新战略的新高地。基于物联网技术的管理方案使军校与各地方高校间实验室资源的共享和开放真正成为可能。每个高校的中央处理系统将管理该单位内部的实验室仪器仪表、环境条件、实验物资等，汇总成数据并进行整理、分析、管理、数据加密。同时，提取可与其他单位共享的信息数据，通过Internet网络，汇总到一个公共服务数据中心与信息平台。该数据中心融合、分析各单位的信息数据，并在信息平台上展示，为使用单位提供开放与共享信息服务[14]。

2.3 系统架构

基于前述的物联网技术的基本组成部分，图2所示给出了一个基于物联网技术的军队院校实验室管理的系统架构流程图。

图2 实验室管理的系统架构

系统架构的流程。例如要进行一个环境测试实验，测试人员在使用测试设备及准备阶段，可以持便携式阅读器对需使用的测试设备(如示波器、网络分析仪)进行信息核对，并确认是否使用的设备精度、使用的物资(线缆、测试探头)是否匹配以及环境(温度、湿度)等都可通过信息标签进行确认或获取。并且实验完成后，可以在被测物上同样将测试所用设备信息、环境信息写入被测物品RFID标签内。管理人员定期可以将测试设备的使用信息、校准信息、配套匹配信息等结合专用软件进行核对及管理。

3 结 语

物联网技术在军队院校实验室管理中的应用，从根本上改变军队院校一贯运用传统的方法来管理实验室的落后局面。综合运用现今已日趋成熟的射频识别、WSN技术、智能技术、纳米技术等知识，将实验室中的所有物品，包括仪器设备、办公用品、实验耗材、实验环境、实验人员等与网络、移动信息网连接起来，实现实时的远程控制，真正实现了军队院校实验室管理的自动化、信息化、智能化、低碳性和高效性。

[1] 杨 刚，沈沛意，郑春红，等.物联网理论与技术[M].北京：科学出版社，2010:5.

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[6] 王 瑾.基于物联网的实验室管理技术[J].电脑知识与技术，2010，21(6):5741-5742.

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Research on Lab Management of Military University Based on Internet of Things

MAGuo-sheng1，YANGLu-yi2

(1. Electronic Engineering University， Hefei 230037, China;2. Military University， Hefei 230031， China)

Application of the Internet of things in the academies laboratory management of military academics is bold innovation. This application is to transform the traditional pattern into a new one. Starting with the overall architecture of the system, this article analyzed the characteristics of laboratory networking technology in the daily management applications of military colleges and universities. The system combines RFID tags, readers-writers, wireless AP, data processing servers and other hardware devices and intelligent central processing management software together to achieve innovation targets. It truly achieves the targets of remote control, automated management, cyberization, informatization, intelligence and real-timed.

the Internet of things technology; RFID technology; laboratory management; network; informatization

2014-06-15

马国胜(1963-),女,安徽合肥人，硕士，副教授，硕士生导师，研究方向：射频与通信技术。

Tel.：13965012276；E-mail：gsmaw@sina.com

TN 929.5;TP 393

A

1006-7167(2015)03-0251-04