基于互联网技术的便携式高值仪器管理系统的构建

王 雪，田永超，姚 霞，朱 艳，曹卫星，汤 亮

（南京农业大学国家信息农业工程技术中心；江苏省信息农业重点实验室；农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室；智慧农业教育部工程研究中心，南京 210095）

0 引言

高校实验室作为人才培养的基本单元和基础平台，是现代信息技术与教学管理的深度融合的前沿阵地，实验室的信息化水平在一定程度上代表了学科当前的技术水平和实力，也决定了这些学科开展教学和科研的水平［1-2］，高校通过搭建Web 教学管理信息平台，使用计算机管理软件来辅助日常教学工作，针对学科建设、师资队伍、人才培养、学生工作、实验室管理等模块进行基础信息化建设，提高了教务工作效率和服务水平［3-4］。随着学科进步和科学发展，各高校的设备都在不断增加，融合学科越来越多，高校的设备管理面临严峻的考验［5］。便携式设备管理是一个流程复杂的管理体系，传统教学管理平台完成了科研设备的基本信息维护，却不能有效管理和执行业务流程［6］。

手机、平板电脑等移动客户端已经超越个人电脑成为互联网的第一大终端，移动互联网是移动和互联网联合的产物，继承了移动随时、随地、随身和物联网开放、分享、互动的优势，可以为用户在终端随时提供扫码、定位、通信等操作［7-9］。将移动二维码引入实验室仪器设备管理，通过移动终端快捷地实现仪器设备的识别与入库［10］。使用微信开放平台构建图书馆借阅系统，减少借阅图书人力沟通成本，提升借阅图书效率［11-12］。将移动互联网技术与科研设备管理业务相融合，可以极大提升设备管理效率。

本文针对当前实验室便携式设备业务流程信息化管理效率低下的特点，采用先进的移动网络技术、数据存储技术、地理信息等技术优化设备借出流程，设计并构建基于移动互联网的便携式高值设备管理系统。利用移动互联网技术对设备管理、借还审批进行数字化管理，使得实验室的设备得到更高效、充分的利用。

1 实验室设备管理存在的问题

目前高校综合性实验室普遍具有多个研究方向，各个方向所需的仪器设备种类较多，需要对设备进行良好的管理和维护，同时大量的便携式设备被学生老师带到校外试验基地使用，设备存在管理和利用效率不高的问题。

（1）设备的基本信息难以维护。综合性实验室针对不同研究方向配备不同的科研仪器设备。有些设备是不同研究方向特有的仪器设备，有些设备是共性的仪器设备，不同仪器设备的使用频率、使用时长、使用方法等并不一致，导致实验室的管理工作量逐渐增大，而实验室的管理人员有限，管理人员通常在面临教学、科研任务的压力下，对实验室设备的信息管理投入的精力与需求的差距越来越大。

（2）设备的租借关系难于管理。设备都有不同使用场景，有些会租借到不同的实验室，有些会被租借到校外实验基地；设备也存放在不同的地点，有些存放在学校实验室，有些存放在校外实验基地。便携式设备租借的整个流程，从借出地点、开始使用时间、使用地点、结束使用时间，到最终归还地点，大部分依靠人为协调，仪器设备借出去之后不能快速了解到设备处于何处、负责人是谁、何时归还。在线Web 设备预约系统，租借流程以表单数据管理，填写复杂，在借出归还时需要人为进行决策。

（3）设备的使用效率比较低。在整个的设备管理周期中，从设备基本信息维护、设备预约、设备归还、账单生成，缺乏一整套的设备管理方法。实验室当前的管理系统为学校统一管理，设备基本资料的管理通常比较全面，而对于设备管理的动态流程，缺乏定制化的软件系统进行管理。设备的使用缺乏有效记录，难以保证了设备损坏可追溯、可追责。针对以上的问题，本文充分考虑设备使用时间和实验基地空间的管理的之间关系，从便携式设备管理的整个生命周期出发，将整个设备管理流程进行统一管理。

2 研究思路以及软件平台设计

在高校中，微信具有最广泛的用户群体和更好的用户使用黏合度，利用移动网络技术能够将移动互联网技术与实验室便携设备的全生命周期管理密切结合［13］。基于实验室设备管理的实际问题，本文利用移动网络技术、地理信息技术优化设计了便携式高值仪器管理系统。该系统以设备条形码为基础，利用手机便携扫码、地理围栏优化设备管理、借还审批操作，从而实现对实验室便携仪器的高效数字化管理。

2.1 研究思路

根据便携式设备全生命周期管理的需要，针对高校实验室便携设备管理的问题，主要需求分析对象包括设备管理和设备借还，这两个流程的信息借助移动终端的形式进行流程处理，教师（管理员）、学生（普通用户）和设备三者之间的信息传输关系如图1 所示。

图1 便携式设备管理流程传输关系

（1）用户登录鉴权。系统根据本机设备Cookie判断用户是否登录，如果没有登录唤起微信登录绑定，如果登录则判断该微信登录识别码下是否绑定用户实际的信息，如姓名、手机号等，系统会显示用户登录状态。该流程将微信开放平台提供的个人信息与系统需要的信息相互绑定，能比较安全、高效管理用户登录状态。

（2）便携设备管理（管理员）。针对系统管理员设计，主要包括便携设备录入和流程审批。在设备录入部分，可以将设备信息Excel 表批量不重复导入数据库，并且可对设备信息进行增删改查。每一个设备对应一个唯一的编码，管理员可以组合选择设备生成设备条形码，用户扫码即可对应看到每个设备信息，方便管理；在流程审批模块，管理员对设备租借申请、归还进行审核。

（3）设备租借流程（普通用户）。该部分功能针对用户（学生、教师等科研人员）设计，主要包括用户对设备的租、借、还全周期处理。用户可以模糊匹配设备信息，对特定设备发起预约申请，然后管理员进行审核，用户可在指定的实验基地使用自己的手机扫码借出设备。在设备使用完毕以后，用户可以在指定实验基地进行扫码归还，最后管理员审核设备归还情况，系统自动生成租借账单。

2.2 系统平台架构

如图2 所示，本系统平台架构由以下的3 个部分组成：

图2 平台总体架构图

（1）智能手机终端。系统依托微信开放平台，以微信APP为载体，通过第三方开发，将微信用户信息与学校学生信息相绑定，同时又能通过微信开放的接口服务唤起智能手机本身的定位、相机扫码等功能。

（2）微信平台服务器。用户登录系统后，默认绑定当前微信号信息。所有的与微信相关的登录和开放服务需先请求微信平台服务器，将个人信息、时间信息通过HTTP请求发送至微信服务器，获得用户登录的唯一标识。

（3）业务服务器。业务服务器主要进行移动端数据处理和接口，将业务逻辑封装成对应的Web 服务。本系统利用Node.js搭建HTTP网络应用协议，使用MySQL管理数据，基于REST 架构实现网络RESTful形式的服务接口。

3 平台功能组成与实现

便携式高值仪器管理系统的模块主要分为设备管理和设备租借两个功能模块。

3.1 设备管理的功能实现

设备管理功能模块。将外部设备Excel 数据，导入系统数据库。然后对设备进行编码，每个设备对应一个识别码，即设备二维码，二维码会贴到设备指定位置，供系统扫码识别使用（见图3）。

图3 设备管理的功能实现

（1）设备增删。设备增删功能是对设备信息的导入与存储。在日常的实验室工作中，设备管理经常以Excel文档保存。上传设备功能可以实现Excel 文件批量上传，只需要Excel文件拖拽到指定区域，便可以将设备信息上传到操作面板，设备删除可以对设备进行单个、批量删除。

（2）信息导出。信息导出功能是对设备信息的导出。在设备上传后，每个设备会对应生成一个唯一的设备编码，信息导出可以将系统中的设备编码以及其他信息批量导出，便于设备的归一化管理以及条形码的生成。

3.2 设备租借的功能实现

设备租借功能模块：设备申请与租借数据的生成，整个设备租借生命周期的实现，管理员和用户通过移动终端的定位、扫码、权限等进行租借流转节点的输入以及控制决策（见图4）。

图4 设备租借的功能实现

（1）首页。首页功能显示用户状态、当前通知、当前租借设备、历史租借设备。用户状态显示用户头像、昵称、级别、研究方向；当前通知显示系统推送消息；当前租借设备显示设备的基本情况，当前处在租借流程；历史租借设备显示显示设备的基本情况，历史租借流程。

（2）设备列表。设备列表功能可组合查询设备信息。可以根据设备编号以及名称对设备模糊查询，并显示设备的租借状态。

（3）预约申请。预约申请功能对设备进行预约操作。默认显示当前可预约的设备列表，可以对可以预约的设备进行组合查询。之后填写申请人、所在方向、申请数量、起始时间、终止时间、备注发起预约，提交管理员审批。

（4）扫码借还。扫码借还功能对设备进行借还操作。当用户当前位置处于可借还的区域，用户可以使用手机扫描设备的条形码进行借出、归还操作。

（5）个人中心。个人中心功能对个人信息进行管理。可以对个人昵称、手机号码等进行修改，管理员可以设置用户权限。

（6）预约审核。预约审核功能是管理员对普通用户的申请进行流程处理。设备整个预约、租借、归还流程中有许多需要控制的节点，预约审核功能能对预约申请、归还申请进行进度审核，保证设备的全生命周期流程运行。

4 便携式高值设备管理系统优点

学校国家信息农业工程技术中心是具有国际先进水平的国家级技术研发中心及实验基地，中心下辖江苏兴化、如皋、河南滑县等试验示范基地，依托学校重点围绕农情信息监测诊断、农业生产系统模拟、农业精确管理决策、信息产品研制开发4 个科研方向进行研究。每年的水稻、小麦生长季是师生获取课题基础数据的重要时节，生长监测方向的学生使用多波段光谱辐射仪、叶面积指数仪、全天候日光诱导叶绿素荧光仪等用作大田实验；系统模拟学生使用三维激光扫描仪、根系分析系统等进行数据建模；精确管理学生使用用近红外谷物分析仪、电导率仪等进行室内试验。针对复杂的便携式设备使用场景，便携、高效的设备管理系统显得尤为重要。

经过系统功能测试以及基本数据库构建，该系统已经嵌入实验室微信公众号平台中，成功在2021 年春夏季水稻季实验中使用，相对于之前管理方式，系统具有众多优点有。

（1）设备管理流程高效。从便携式设备管理的整个生命周期出发，将整个设备管理流程进行统一化管理。用户通过手机能快速方便租借设备，管理员能够对各个实验室设备的租借情况一目了然，及时获取设备的流转信息。通过对整个设备管理流程进行优化，设备预约以及审核环节效率得到极大提高，实验室的设备得到更加充分的利用。

（2）设备借还操作便携。以设备条形码为管理单元，通过移动设备定位、扫码即可随时随地完成设备借还操作。区别于之前的学校业务系统，学生租借设备需要找到一台电脑，打开学校官网，填写一系列的设备进行设备预约，联系老师进行租借，该系统只需要在可租借范围内随时打开手机端微信客户端，在指定位置扫描设备的条形码即可对设备进行借还（见图5）。

图5 系统实际使用情况

（3）系统应用可开放拓展。该系统依托微信开放平台，结合实际业务场景进行开发，将开放融入微信的开发，同时又可保证业务数据的独立。在高校中，微信具有最广泛的用户群体和更好的使用黏合度，该应用能方便地嵌入微信公共号、微信小程序，并且有着良好的兼容性和用户体验。当系统有功能需要更新时，能在自身的业务服务器上进行可扩展和迭代。

5 结语

在移动互联网时代，微信已成为移动终端的重要的入口之一，具有免安装、可拓展、高流量的特点，各行各业都开始基于微信开放平台进行定制开发，向用户提供高效、随时随地的移动互联网服务［14-16］。基于移动互联网的便携式高值设备管理系统面向校园庞大的学生老师用户，采用先进的移动网络技术、数据存储技术、地理信息等技术优化设备借出流程，改变了传统实验室的设备管理方式。该系统将每个设备抽象成唯一的识别码，以条形码为最小的管理单元，利用移动互联网技术对设备管理、借还审批进行数字化管理，使得实验室的设备得到更高效、充分的利用。目前该系统已经在实验室运行，取得了良好的管理效果，随着移动互联网技术的不断升级，相信会为实验室的便携式设备管理提供更多的数据支撑和信息化服务。