基于物联网的高校实验室管理研究

应海盛

摘要：该文分析物联网的无线射频技术的特点，结合当前高校实验室管理现状，针对实验室设备、人员、环境等管理所存在的问题，将物联网的无线射频技术应用到实验室管理中，讨论实验室仪器设备管理、人员管理、环境管理的新方法，从而实现高校实验室的智能化管理。

关键词：物联网；RFID技术；实验室管理；设备管理

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）21-0047-03

Research on University Laboratory Management Based on Internet of things

YING Hai-sheng

（Zhejiang Ocean University， Zhoushan 316000， China）

Abstract： This paper analyzes the characteristics of wireless radio frequency technology， combined with the current situation of university laboratory management， for laboratory equipment， personnel， environment and other issues， the wireless radio frequency technology is applied to laboratory management， discussing the new method of laboratory equipment management， personnel management， environmental management， so as to realize the intelligent management of University laboratory.

Key words： Internet of things； RFID technology； laboratory management； equipment management

在“大众创业，万众创新”的时代背景下，实践创新能力越来越受到重视。高校实验室是学生实践能力培养的教学重地，也是教师科学研究的重要场所，其建设和管理工作是高校建设的一项重要工作。继计算机、互联网之后的物联网技术实现了人与物、物与物之间的对话，给高校的教育信息化带来了变革。将物联网技术应用于实验室管理中，提高实验室管理水平，加快实现实验室管理的信息化和智能化。

1 高校实验室管理现状

1.1 实验室管理机制不健全

许多高校实验室管理工作实行实验实践管理处和二级学院二级管理的体制。实验室日常管理工作缺乏正确认识，认为实验室门能开、设备能用别丢就行。对实验室环境的建设和实验室管理人员的业务培养都不够重视，不利于实验室的建设管理。

实验室建设主要依托学科专业，各实验室之间一般各自为政。随着跨学科交叉的发展，资源共享机制的缺乏，出现了各实验室重复购置大量的仪器设备、设备使用效率过低等现象。高校服务地方的不到位，与企业的沟通共享比较缺乏，在假期期间实验室设备基本处于空置状态，因此资源共享机制的完善能大大提高设备综合利用率。

1.2 实验室管理系统不完善

科技的发展对人才素质要求不断提高，高校不但理工科课程开设实验课程，且文科类课程也开设实践课程。使得高校实验室数量增多，实验设备投入增加，特别是大型精密实验仪器设备投入增多。随着设备共享、交叉学科的发展，实验设备经常因教学科研需要而出借，增加了设备的流动性，增加管理的难度。

传统的设备管理系统虽然能实现建档、查询等功能，但对定位、维护、调剂、租借等工作缺少实时性，难以及时掌握设备的流向，为了适应新形势下实验室管理需求，功能完备的实验室管理系统应包括资产管理、安全管理、教学管理、维护管理和租借管理等各个方面。

1.3 安全意识淡薄

随着“平安校园”的建设，高校对实验室安全管理工作逐年加强。教师学生进入实验室前，必须参加并通过本专业的实验室安全培训和考核，否则拒绝进入实验室。但从具体情况来看，学生对于这类培训表面应付多于深刻认识，教师安全意识也不是很强烈，如吸烟、乱拉移动插座，使用大功率电器等现象心存侥幸，存在很大的安全隐患。因此，要让教师和学生从根本上认识到实验室安全的重要性和责任心。

2 物联网技术概念与特点

物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（ RFID） 技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集相互连接的物体或过程，获取需要的信息，按约定的协议与互联网结合，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从技术架构上来看，物联网由感知层、网络层和应用层组成。感知层由感知信息的各种传感器以及传感器网关构成，负责采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等网络先进技术组成，负责传输信息。应用层是物联网和用户的接口，利用分布式协同处理、云计算、群集智能等信息处理技术，结合行业需求，建立信息处理和发送机制，实现物联网的智能应用。

物联网的三层技术架构打破了物理设施和数据管理之间相互独立的传统思维，为实验室管理提供了新思路。无线射频识别（RFID）作为物联网获取信息的传感设备，采用非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象，获取相关数据信息，并将信息发送到后台进行处理。RFID射频识别主要由电子标签和读写器所组成，其中，电子标签是RFID技术的信息载体，其编码具有唯一性。读写器用于电子标签内相关数据信息的读写。当携带有电子标签的物体进入到读写器信号覆盖范围时，电子标签接收到读写器发出的射频信号，借助感应电流将存储在标签芯片的数据发送出去，读写器读取到信息后，进行解码操作，再将信息发送到后台进行识别处理。整个识别过程不需要人工参与，操作快捷方便，是技术应用的首选。

3 物联网技术在实验室管理中的应用

3.1 设备智能管理

目前实验室设备管理采用条形码作为固定资产标签，贴在设备的醒目位置，这种标签容易污损或脱落。仪器设备的采购合同、保修协议、使用说明书、安装驱动程序等信息容易随着时间的推移、管理人员和设备场地的更换而流失。实验设备的外出维修或出借移动时，只能进行借条等登记，这些都给设备的定位登记维护带来管理上的困难。

在设备管理中引入物联网技术，利用RFID进行智能识别，实现对设备的识别、定位与跟踪，提高智能化程度。

1）设备的登记入帐。在每台设备上安置RFID电子标签，记载设备的固定资产编号、名称、型号、购置日期、保修截止日期、采购合同、使用说明书、使用部门等，通过读卡器识别传输到后台管理系统，实现设备的登记入帐，防止标签丢失污损，便于数据查询、更新和统一管理。

2）实验设备的维护。RFID电子标签随时记录设备的维修记录信息。实验设备出现故障，更换部分硬件时，用读写器获取实验设备的相关信息，并修改该实验设备电子标签的所更换硬件的配置信息，记载故障现象原因和解决方案，并将这些信息自动传输到后台控制系统进行数据更新。同时，后台控制系统根据设备特点、使用频率等信息预测出设备可能出现故障的时间点，定时地提醒实验管理人员对实验设备进行检测，并将检测后相关信息存储到RFID电子标签中，返回到后台控制系统，以便更准确的预测故障时间点，从而有效地提高了设备的检测维护工作的效率。

3）实验设备的跟踪定位。实验室仪器设备经常外出维修，外借和私自挪用，没有明确的归位时间。另高校教师进修访问、岗位调动、实验室扩建搬迁、机构合并拆分等，容易造成设备档案遗失，不利于设备有效管理。利用物联网技术，动态的掌握仪器设备的流向，实现对仪器设备智能识别跟踪。对出借和外出维修设备，设置归位期限，并在期限期满前，短信提醒相关责任人，以便及时了解设备的状态，及时归位。

在实验室的出入场所安置RFID固定读写器门禁系统，根据身份认证设置仪器设备的移动权限，当携带电子标签的实验设备进入门禁系统范围时，读写器自动感应电子标签的相关信息，提交并核对相关身份认证，记录设备进出时间和位置，并发送到后台控制系统，自动生成设备的出入库清单，防止意外和私自挪用，确保实验室设备安全。

4）设备使用过程跟踪。为了提高实验室建设的有效性，需对开设的实验项目、实验类别、实验人数等进行统计分析，特别是大型精密仪器设备的使用记录更要详细登记台帐，这些一般都由纸质台帐簿实现。而传感器能自动跟踪使用记录，自动完成登记并进行数据统计。

设备出现故障的现象和时间都难以预知，管理员难以第一时间掌握故障的信息。利用物联网的传感器，根据每台设备芯片的记录信息实时了解每台设备的使用情况，使设备的故障原因有据可查。还可以实时对设备的运行状况进行监测，一旦关键参数发生异常，将其状况进行判断，并发出预警信息，实时跟踪设备的运行状态。

3.2 实验人员的智能管理

物联网技术实现了实验室的全自动化管理，无人职守，为实验室场所的安全有序以及实验设备的责任到人提供了技术保障。教师和学生在某时段使用实验室时，应提前在预约系统上预约实验时间，获得实验室使用权限，后台控制系统产生相应的表单。当携带有RFID电子标签信息的教师和学生进入实验室门禁系统的范围时，读写器自动地识别每个人的基本信息，并自动发送到后台管理系统进行登记和比对，若比对通过则打开通道安排相应的位置，否则属于非授权进入，系统自动发出报警提示，告知实验管理人员。该系统实现高度自动化，同时具有进出双向识别功能，对进出实验室人员进行准确、快速、自动的查验，实现实时动态监控。

3.3 实验室环境智能监控

实验室使用人员多，仪器设备数量多，不缺乏大型精密仪器，使用时间长，会产生大量的电磁干扰及高温等现象，减少设备使用寿命；因此实验室环境监控是实验室安全工作的重要环节。目前大部分实验室内放置温度、湿度等各种检测仪，实验管理员定时检查检测仪的指数，若超过规定范围时，及时进行相应的处理。但这种模式存在一定的滞后性。

利用物联网的传感技术，在实验室安装烟雾监测仪、温湿度传感器等相关传感器，对实验室的环境进行实时监控，控制合理的温度和湿度，监测烟雾情况，并将数据信息实时地发送到后台控制系统，一旦数据异常，自动地控制实验室的制冷空调、加湿器、自动拉响警报，关闭门禁系统便于疏散、切断非消防电源，保证实验室安全。

4 结束语

物联网的智能感知能力、快速信息传输能力、强大的数据处理能力将实验室管理水平得到质的飞跃。但在具体的实施部署过程中存在着很多待解决的问题，如实验室传感器的布置、自动预警系统、仪器设备电子标签安置、资金的投入、实验室管理人员业务素质的提高、教师学生的安全意识的培养和提高等。

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