基于数据挖掘技术的实验中心动态监督巡视系统设计研究

摘要：实验中心各类物资和人员的聚集增加了安全管理的复杂性。在分析现有实验中心信息化水平的情况下，提出使用数据挖掘技术分析实验中心各类风险物资的状态转换特征和公共区域师生员工的行为特征，构建对应的系统硬件和软件设计方案，通过该系统能够实现快速自动化识别风险物资以及人员行为的各类异常状况，并产生相应的动态监督巡视方案，提高巡视工作的目的性和有效性。

关键词：实验室安全；监督巡视；数据挖掘

实验室安全是高校建设发展的基础和保障，与高校事业发展同等重要。随着国家对教育、科研大力投入，高校整合各个实验室建设大型实验中心，同时各类风险物资和人员在实验中心的集中整合也增加了实验中心安全管理的复杂性，实验中心安全事故时有发生。因此，建立更为科学的实验中心安全管理系统十分必要和紧迫。

近些年来，高校实验中心安全管理工作得到越来越多的重视，虽然很多高校也根据学校自身的特征制定了一系列的管理措施，但是实验室安全事故仍然时有发生。究其原因，高校实验室安全管理存在人员信息化管理模式落后、危险品信息化管理主要体现在采购环节而缺乏实时状态信息、缺乏人员和风险物资的痕迹管理信息等问题[1]。当然，目前以信息技术为支撑、以PC和智能手机为工具、以移动后勤或掌上后勤为主要形式的高校实验中心管理模式正在逐渐兴起，数字化革命正在推动高校实验中心管理观念的变革[2]。为了提高高校实验中心管理水平，前人已经做了较多的工作，比如校园网环境中的实验室管理体系设计[3]、实验室综合管理平台的构建等[4]。这些成果促进了信息化技术在高校实验室管理中的应用，但是这些应用主要侧重于对实验中心设备的管理，对基于信息化技术的实验中心安全管理缺乏深入研究。

已有学者通过对当前实验室安全管理工作中存在问题的分析研究，探索构建实验室安全管理常效保障体系，保障师生员工的人生和财产安全[5]；提出使用信息化手段加强实验室安全的源头监管，监督危险物资的状态[6]。部分学者使用信息化技术设计实验室管理系統巡视员监督子系统，加强实验室巡视效率[7]。同时许多新的技术也逐渐应用到实验室安全管理工作中，比如构建一种基于ZigBee技术的实验室环境监测系统，从而构建了一个无线传感器网络，实现对实验室环境的监测[8]；在物联网原理研究基础上，利用RFID技术实现线下实验室设备的采集与传输，从而实现对实验室设备的在线管控[9]。这些工作充分体现了信息化技术在实验中心安全管理中的有效性，但是这些新技术的应用依然缺乏对于风险物资状态的智能化分析和对于师生员工行为模式的智能分析。为此，本文提出使用数据挖掘技术研究风险物资的状况和师生员工的行为特征，并自动生成对应的安全巡视方案。

数据挖掘技术在企业人力资源管理中已经取得了部分成功应用，比如采用决策树分类算法，将决策树模型用于人力资源管理中[10]；采用自相关组成成分法挖掘人力资源信息，实现人力资源优化建模[11]。本文通过使用构建基于数据挖掘技术的实验中心动态巡视系统，根据对风险物资状态和人员行为信息的挖掘分析，提出动态实验中心巡视方案，提高巡视效率，降低安全风险。

1 系统硬件设计分析

按照设计要求，整个系统由多个无线个人卡片传感器、一个个人行为数据库、一个资产管理数据库、一个人员信息数据库、和一个数据分析与管理终端组成。系统整体结构图如图1所示。

其中资产管理数据库用于同步校内资产管理部门数据库，分类记录化学风险物资、生物风险物资、辐射风险物资和其他易燃物资的校内状态，记录对应的进出实验中心时间。人员信息数据库包括实验中心的教师、学生和管理人员信息及其对应的权限。通过在实验中心的各个公共区域部署人员卡片传感器采集实验中心人员的行为信息并通过网络存储在人员行为数据库。数据分析终端主要用于通过数据挖据方法发现物资和人员行为的异常，并生成对应的安全巡视计划。

2 系统软件设计分析

软件设计遵守三层架构体系，通过业务逻辑层实现系统的高内聚低耦合特性，从而为系统未来的功能扩充和维护创造便利条件。结合实践管理体会，本文对各层次的内部进一步细化，形成如图2所示软件的三层架构体系图。

表示层位于最外层（最上层），最接近实验中心管理人员。用于为管理人员显示系统处理后的有效数据和接收输入的数据，为管理人员提供一种交互式操作的界面。表示层可以划分为系统界面外观层和系统界面规则层，外观层用于实现系统界面功能，而规则层主要用于接收外观层信息并调用对应的业务逻辑结构。

业务逻辑层的功能主要集中在巡视方案相关业务规则的制定、业务流程的实现、行为数据挖掘等与动态巡视业务需求有关的系统设计，也承担人员与资产关系信息相关流程的实现。作为本系统的核心环节，业务逻辑层分为两大功能模块，其中人员与资产管理业务逻辑包括接口层和业务层，并且和动态巡视方案业务逻辑公用数据库访问层。数据访问层用于实现对数据库的连接、查询和各种更新操作。通过访问数据库中的人员行为信息和物资变动信息，使用数据挖掘方法发现人员的异常行为或是物资的异常变动，在日常基本巡视基础上增加动态巡视，并将巡视方案通过方案制订接口层提交表示层。

数据层用于存储本系统的相关数据，包括资产管理数据库、人员信息数据库和人员行为数据库，同时数据层需要同步学校资产管理部门、人事部门和学工部门的数据库，实时更新物资、教工和学生的相关状态信息。

3 系统功能结构设计

结合我校工学院实验中心对实验室日常管理要求，通过分析现有常见实验室风险隐患，设计风险物资日常监督与异常挖掘系统、师生行为异常数据挖掘系统和巡视人员管理系统等三个子系统，共九个主要功能模块，详细功能结构如图3所示。

巡视人员管理系统主要用于管理实验中心相关工作人员，包括基本信息和相关巡视日志，用于对实验中心巡视人员绩效考核。动态巡视方案管理系统包括风险物资日常监督与异常挖掘子系统和师生行为异常数据挖掘子系统。风险物资日常监督与异常挖掘子系统主要用于对存在化学风险、生物风险、辐射风险和其他易燃风险物资的状态监督，包括进入实验中心时间、灭失时间、转出时间、存储地点、责任人等相关信息；挖掘风险物资的时空转换特征，识别异常状态并产生对应的巡视方案。师生行为异常数据挖掘系统除了师生基本信息管理功能之外，主要用于挖掘师生出入实验室的时间特征、分析人员在实验中心各个公共区域出现特征，对系统发现的人员异常行为生产对应的巡视方案，预防风险发生。

4 总结

随着高校的快速发展，实验中心各类物资与人员愈发集中，安全风险快速增加。本文提出使用数据挖掘技术分析各类风险物资的状态转换特征，自动识别安全隐患，加强巡视目的性，能够有效加强风险物资的管控；同时本文提出使用分析实验中心公共区域师生员工的行为特征，分析中心不同实验室成员的行为规律，自动识别存在安全隐患的异常行为，并快速生成巡视方案，提高巡视效率。本文提出的实验中心动态监督巡视系统能够降低大型实验中心的巡视人员班次，并提高巡视效率，降低实验中心安全风险。

参考文献：

[1] 陈一星，张伟，王雪，等. 高等院校实验室安全管理系统设计与实现[J]. 实验技术与管理，2016，33（11）：274-278.

[2] 王武海. 论数字化革命背景下中国高校后勤管理方式的变革[J]. 陕西师范大学学报（哲学社会科学版），2013（2）：171-176.

[3] 樊世科，张理平. 一种基于校园网的实验室管理体系设计[J]. 延安大学学报：自然科学版，2006，25（3）：80-82.

[4] 林盛，山成菊，潘杰克，等. 实验室综合管理平台的构建与实现[J]. 实验室研究与探索，2017，36（4）：245-247.

[5] 邵凯隽，孟军，王世泽，等. 实验室安全管理常效保障体系的建设与实践[J]. 实验技术与管理，2016，33（3）：235-240.

[6] 周健，吴炎，朱育红，等. 信息化背景下高校实验室安全管理新趋势[J]. 实验技术与管理，2016（1）：226-228.

[7] 庞聪，杜瑞林，王磊，等. 实验室管理系统中监督体系的设计与建立[J]. 伊犁师范学院学报，2017，11（2）：68-72.

[8] 黄莺. 基于ZigBee技术的实验室环境监测系统[J]. 测控技术，2014，33（10）：109-111.

[9] 曲娜，盛桂珍，杨海波. 基于物联网技术的智慧开放实验室管理系统设计[J]. 实验技术与管理，2015，32（12）：140-142.

[10] 亓春鹏. 数据挖掘技术在企业人力资源管理中的应用[J]. 企业经济，2012（1）：13-13.

[11] 卢轶遐. 基于数据挖掘的人力资源最优结构建模设计[J]. 现代电子技术，2017，40（24）：43-45.

基金项目：

南京农业大学“卓越教学”课堂教学改革实践项目（JF17080286）；2017南京农业大学工学院教育教学改革研究项目（2017G13）。

作者簡介：

李中华（1967—），男，江苏盐城，硕士，院总务处处长，研究方向为实验室安全管理等。