实验室“互联网+检测”模型与技术的构建探索

过峰+赵介军+霍大云+聂义

摘 要：“互联网+检测”将实现样品检测、设备耗材、数据提取、运行管控、报告形成、客户访问、数据分析等检测工作的智能化管理与自动化操作。目前，多数实验室由于受数据提取、互联互通等技术的限制，使得“互联网+检测”的“最后一公里”无法打通。文中对实验室“互联网+检测”的模型设计、智能管控方法进行了介绍，提出了射频识别、传感识别、图像识别、互联互通等技术在实验室的运用方法，以此为实验室实施“互联网+检测”提供工作思路。

关键词：互联网；产品检测；射频识别；传感识别；图像识别；互联互通

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）12-00-03

0 引 言

随着我国政府对互联网基础设施建设的重视，对大数据、云计算发展战略的部署关注越来越多。目前，国务院发布了《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》等系列文件，而这些文件也成为实施“互联网+”行动计划的纲领性文件，文件提出要推进“互联网+”，明确了促进创业创新、协同制造、现代农业等若干能形成新产业模式的重点领域发展目标任务，并明确了相关支持措施。当前已出现了“互联网+教育”“互联网+金融”“互联网+环保”“互联网+文物保护”等项目 [1]，但“互联网+检测”方面相对较少，且技术不完善，发展空间较大。

目前，很多实验室都运用实验室软件系统进行实验室管理，拥有自己的互联网公共平台，使用的检测设备也都具有数据通信功能。但由于检测设备自带的通信技术、通信协议、文件格式、数据格式等不统一，使得“互联网+检测”的“最后一公里”无法打通。这已成为实现“互联网+检测”的瓶颈。“互联网+检测”将互联网与传统检测技术相结合，通过物联、传感、通讯等技术构建了智能化实验室，使得实验室具备业务管理智能便捷、检测数据互通互联、实验室运行参数远程可控、检测工作远程实施、检测报告自动存储和远程调取等功能。因此，必须通过智能化技术将样品管理、标准资料、设备耗材、数据提取、运行监控、数据分析等检测过程中的工作要素通过数字化方式串联起来，实现工作要素与互联网的互联互通[2]。

1 “互联网+检测”的功能需求与模型

利用现有计算机、Internet网络，结合射频识别、图像识别、传感识别、数据转换等技术实现数据提取。同时，通过组合使用各种通信技术，将检测数据的检测信息和各监控设备的监控信息传送到数据库。完成实验室运行、检测设备运转、产品检测结果等各类数据的自动采集，通过互联互通操作传输数据并将其存储在云数据库中，实现检测样品、标准资料、设备耗材、数据提取、运行监控、报告形成、数据分析等工作的智能化管理。同时，通过计算机访问受限技术可远程读取实现检测数据。当客户登录系统时，从实验室获取访问权限，可在数据库中读取所需产品的检测数据和检测报告。客户也能够将反馈信息存储在数据库中，而实验室可通过访问权限获取反馈信息，完善检测需求服务。“互联网+检测”功能的主要需求如图1所示。“互联网+检测”模型如图2所示。

2 实验室运行状态多参数监控技术

借助现有的计算机、Internet网络技术，通过网络将检测设备的检测信息和各监控设备的监控信息传送到云数据库，以确保实验员和客户可实时查看每一台设备的运行状况，并检测实验室的环境状况，使实验室管理更加规范。以机电实验室电热水器能效检测装置为例分析多参数监控。实验室多参数监控模型的主要运作模式如图3所示。

实验室监测系统以C8051F040单片机为核心，由传感器、信号调理电路、数据处理电路、键盘、通信接口等组成。在对电热水器进行能效检测时，通过温度传感器、功率传感器、流量传感器等对实验参数进行采集，数据经处理后，由单片机通信接口电路将数据传输至CAN总线（CAN总线作为目前最有前途的现场总线之一，拥有实时性好、可靠性高、性价比突出等优点）[3]。实验室中的其他设备以相同原理分别组成智能监控系统2、智能监控系统3等。最后，实验室的所有监测数据都将上传至CAN-Ethernet总线（实现现场CAN总线网络和以太网通信之间的转换），最终通过以太网将数据传送至监控计算机完成实验室多参数的采集。CAN总线和以太网通信稳定可靠，数据传输准确无误，监控中心的监控计算机可以实时准确地获得现场数据[4]。本系统实现了对监控实验室数据及时、准确地检测，而CAN总线和以太网通信准确可靠的特性则保证了实验室多参数数据的准确传输，同时实验室人员可以通过监控计算机随时获取当前及之前的实验设备参数，方便实时监控和后期检查。

3 实验室智能管控的实施方法与技术

实验室开展的检测工作涉及样品、设备、检具、夹具、耗材等[4]，因此，要实现“互联网+检测”就需要实验室与这些物品建立起数据实时交换的互联互通系统，即实验室需实现智能管控，使得在检测过程各环节的物品能在检测工作中进行数据自动交换。而实验室可以更多的采用射频识别技术和传感识别技术。

在射频识别技术中，RFID标签是主要的数据载体，通过分布式RFID的应用及与Internet技术的连接，可实现与贴标物品的数据交换。实验室可依托自身已有的实验室管理软件平台，在内部建立EPC网絡架构。该架构主要由数据库、应用软件、读写设备以及电子标签等部分组成，如图4所示。实验室将样品管理信息写入RFID 标签，通过固定式读写器或手持读写设备与实验室管理软件联通，对样品流转状态、检测进程、检测状态等实现自动识别，提高样品管理和流程管理的效率。将设备检具的管理信息写入RFID 标签，通过固定式读写器与实验室管理软件的互联，对设备检具的放置位置、计量周期、维护周期、保养要求等实现自动识别与提示，提高设备管理的效率和准确性。将耗材和检具的管理信息写入RFID标签，通过固定或手持式读写设备，实现对耗材和检具的智能化管理。甚至可在实验室工作服内放置RFID 标签，通过固定式读写设备实现对工作人员活动情况的日常管理[5]。endprint

随着传感识别技术的发展，新型传感器正向着智能化、小型化、集成化、多功能化等方向发展，传感器在种类上已由过去的少数品种扩展到光敏、热敏、力敏、电压敏、磁敏、气敏、湿敏、声敏、射线敏、离子敏、生物敏等，使得传感识别技术在国防、工业等领域得到成熟运用。智能传感器技术的飞速发展为实验室实施智能管控提供了更多可选的技术方案。实验室可组合运用上述传感器技术，依托自身已有的实验室管理软件，借助现有的计算机、Internet网络技术，对实验室设备参数进行实时采集，并将采集的参数通过网络传输到中央控制系统，实现设备参数的集中管理。中央控制系统采用图形化界面的方式，将前端传输过来的数据参数进行分析、整理，通过模拟实验室画面实现实验室多参数监控和运行状态的互通互联。也可对实验室温度、湿度、电、水、气等运行参数进行智能控制，提高运行效益。

4 检测数据提取的实施方法与技术

目前，很多实验室都已开发并运用了实验室软件系统，并建立了自己的实验室数据库，且其配置的多数检测设备都具有数据通信功能。但由于检测设备的通信协议与技术、输出文件格式与内容不统一，导致无法自动将检测数据提取至实验室数据库，而这已成为实现实验室“互联网+检测”的瓶颈。实验室有望通过运用图像识别技术、传感识别技术、Excel软件技术突破该瓶颈。

图像识别技术利用计算机和数学推理的方法实现了对形状、模式、曲线、数字的图像识别与信息提取。在实验室检测过程中，由于指针式电壓表、液压表、百分表等检测设备产生的数据无法实现互联互通，因此常由人工读取数据。对于这种现象，实验室可采用图像识别技术进行处理。运用CCD数据采集代替人工数据提取，由CCD采集指针指示数据、指示柱显示数据等示值图像，通过软件分析提取图像预处理、二值化、细化特征点，然后形成电子化数据输出，具体如图5所示。图像识别技术在人工读数环节的应用，实现了人工读数环节检测数据的自动提取，而与实验室数据库的融合，使得该类检测设备的检测数据与互联网实现了互联互通。同时，可结合软件系统预设的限值对提取出的数据进行结果自动判定，降低人为错误，提高检测效率。

目前，实验室配置的先进检测设备通常自带检测数据输出功能。但由于各检测设备自带的数据库结构并不统一，导致实验室检测数据库无法与检测设备数据库直接对接，输出的检测数据无法直接进入实验室检测数据库。因此实验室需要对检测设备输出的检测数据进行二次处理，方可实现数据的自动提取。虽然检测设备自带的检测数据库结构不同，结果输出为图形、曲线等，但它们可以将数据以类似Excel表格的形式导出电子数据。因此，在该过程中可使用Excel软件技术，对设备输出的实验室所需数据进行标注，通过软件对标注的数据自动提取，并将自动提取的数据按照实验室数据库结构进行自动录入。实现自带检测数据输出功能的检测设备与实验室数据库的无缝对接。

此外，可将传感识别技术直接用于检测。如前文所述，由于传感识别技术的迅猛发展，新型传感器不仅向着集成化、智能化方向发展，也向着种类多样化的方向发展，同时其精度也越来越高。因此，在精度满足检测工作要求的情况下，可运用温度、电流、振动、湿度、压力、位置等智能化传感器提取检测数据，使其可直接服务于检测工作。通过实验室软件平台，将采集到的数据汇入实验室检测数据库。

5 检测数据传输的实施方法与技术

目前，很多实验室受网线布局等硬件条件的限制，无法有效保障检测数据传输的实时性，因此实验室“互联网+检测”应运而生。可结合实验室布局情况建立多种无线形式的检测数据传输方式[6]。

使用有源或无源RFID标签，通过UHF频段与RFID固定式或手持式读写器进行无线连接，读写器与实验室数据库进行有线或无线连接，实现数据的互联互通。在设备处设置无线路由器，使用WiFi技术将设备的有线信号转化为无线信号，然后通过UHF、ISM等频段与实验室数据库进行无线连接，实现数据的互联互通。可在设备中设置蓝牙，采用无连接（ACL）方式进行数据传输，形成短距离无线通信，实现与实验室数据库的连接[7]。互联互通示意图如图6所示。

6 结 语

“互联网+检测”的内涵涉及实验室智能管控、检测数据提取、报告自动生成、远程检测实施、客户需求定制服务、大数据分析等内容，但最关键的是数据提取和互联互通。因此，在“互联网+检测”的推广中应重点对各类数据的提取技术方法进行研究构建，并应结合实验室实际现状研究通信技术的组合运用。“互联网+检测”是未来检测技术的发展趋势，所以必须对数据提取技术和通信技术进行研究并取得突破，才能为“互联网+检测”的推广应用以及后续检测需求定制化服务和检测数据大数据分析等提供技术基础。

参考文献

[1]宁家骏.“互联网+”行动计划的实施背景、内涵及主要内容[J].电子政务，2015（6）： 32-38.

[2]黄楚新，王丹.“互联网+”意味着什么——对“互联网+”的深层认识[J].新闻与写作，2015， （5）： 5-9.

[3]张弘.基于CAN总线的信号采集与处理模块研究[D].南京：南京航空航天大学， 2007.

[4]过峰，聂义，俞建峰.射频电子标签可靠性试验研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2016， 34（4）： 5-11.

[5]过峰，赵介军，梁奇，等.基于RFID技术的系统构建与验证方法选择[J].家电科技，2016（5）： 44-47.

[6] Boss R W.The Open System Interconnection as a building block in a health sciences information network[J].Bulletin of the Medical Library Association， 1985，73（4） 330-337.

[7] Lu Y， Morris K C， Frechette S. Current Standards Landscape for Smart Manufacturing Systems[J].NISTIR， 2016：8107.

[8]朱志强，孙英，邓振军，等.射频识别技术（RFID）在口岸防控物资仓库中的设计与应用[J].物联网技术，2014，4（5）：15-17.endprint