小代君說
摘要
物聯網的技術日漸成熟，逐步引入實驗室安全管理工作中，可切實保障實驗設備安全，在實驗中心組織架構的基礎上，從硬件支撐平臺和軟件系統結構兩方面研究了基于物聯網的實驗室設備管理模式，為實驗室設備管理提供科學的參考模型，可增強實驗設備及實驗人員安全管控有效性。主要以“物聯網技術”為切入點，探討了該技術在實驗室安全管理中的具體應用，希望能為高校實驗室管理帶來借鑒意義，切實改善實驗室管理效果。
實驗室內設備極其復雜且昂貴，為了保障實驗室安全，需要增強實驗室管理工作的智慧性，積極引入物聯網技術。在計算機互聯網基礎上，便可結合網絡技術及微電子技術等，逐步構造智慧實驗室，保障實驗教學工作有序進行。
1 高校實驗室安全管理現狀
在傳統管理模式下，實驗室借助實驗管理人員，通過應用標簽及記錄等手段管控實驗室內儀器與耗材。高校實驗室排課節數偏多，實驗室設備的應用效率極高，一些儀器和設備均會在不同程度上出現標簽磨損等問題。在高校專業建設過程中，因專業種類變多，實驗室類型及設備種類也隨之增加，這便為實驗室安全管理工作帶來了一定難度。
2 物聯網技術在高校實驗室安全管理中的應用
2.1 系統應用需求
2.1.1 系統應用需求
以物聯網為基礎的實驗室安全管理系統，主要是設置實驗室實時監控功能及智能控制功能，增強實驗室安全管理信息化水平，強化實驗室安全管理科技水準，為實驗室智能化及信息化發展奠定基礎，該系統具有下面幾點需求：
（1）代替傳統實驗室管理人員登記管理方法，用信息化手段管理實驗室資源，促進實驗室資源共享，針對設備及相關人員信息展開智能化管理、分析及記錄統計。
（2）實時監測實驗室內水電情況，并分析統計數據，支持友好界面觀測。
（3）視頻監控實驗室所有房間情況，并發揮視頻歷史回放功能，避免發生各種安全事故。
（4）展現實驗室門禁功能，只有經過授權允許，才能刷卡走進實驗室，全面提高實驗室安全指數，減少實驗室事故風險。
2.1.2 系統性能需求
實驗室物聯網安全管理系統的目標，在于全面保障高校實驗室安全。為了確保該系統長期運行，則需要滿足下面3點性能需求：
（1）要保證系統具有完整性，系統是否具備完整性，是衡量這一系統應用實效的關鍵標志。在開發系統時，應全面考慮這一系統的現有功能，并不斷擴展功能。
（2）要保障系統的可靠性，通過該系統可實時采集與分析實驗室內水電情況，只有構建實時系統，才能提高監控的可靠水平。
（3）要確保系統極具擴展性特點，物聯網包含感知層、網絡層及應用層等3大層次，每一層次都有不同的標準，通常采取模塊化設計方式，在設計各模塊時，要遵守統一電氣接口及數據接口，重新組合與應用物聯網安全管理系統。
2.2 系統總體設計
2.2.1 系統整體架構
在設計實驗室物聯網安全管理系統之際，應結合物聯網架構層特點，將該系統分為感知層、網絡層與應用層，具體如圖1所示。感知層而言，其作用相當于人的皮膚、眼睛、耳朵等，是物聯網采集信息和識別物體的重要手段，可以有效識別物體以及匯聚數據。在該系統中，主要通過設置水流量計、攝像頭以及讀寫器等智能監控水電，而且還匯聚了門禁系統采集功能、視頻監控功能等。網絡層主要是通過互聯網、有線通信網等共同作用。發揮“神經中樞”一般的效果，負責傳遞和處理感知層信息。通過應用ZigBee無線傳感網絡技術傳輸數據，將所有數據通過智能轉換，與光纖環網連接，最終匯總數據，將數據傳遞于中央服務器。應用層是人、系統和物聯網的接口，在這一系統中，分為UI、數據層及業務層等，具有信息管理、電能監控以及水流監控等作用。
▲圖1系統體系架構圖
2.2.2 系統功能
在這一系統中，關于各種功能設計的內容及要點，總結起來體現在下面幾方面：
（1）水流監測：這一功能的目的，在于全面監測和了解實驗室的安全用水情況。在實驗室洗手間內安置了水流量計，并在流量計和中央控制室間通過應用光纖環網進行遠距離傳輸，借助光纖大數據，傳到中央服務器中。進而監控與采集數據。
（2）電能監測：這一功能核心任務在于獲取實驗室用電情況，針對突發用電事故做出反應與處理。為了切實達到這一目標，應該在實驗室內設置專業電能檢測電器箱，使用互感器發送電流信號，將所有信號上傳到電力儀表中。使用ZigBee無線傳輸方法傳輸數據，通過光纖環網與系統連接，令中央服務器精準讀取電能表數據，從而達到實時監控的效果。
（3）視頻監控：主要監控實驗室的動態情況，在每一個房間內裝置自動識別光線攝像頭，連接紅外攝像頭與客戶端軟件，便可采集與傳輸視頻數據，時刻調出監控畫面或歷史畫面。
（4）門禁管理：主要檢驗進入實驗室人員的身份，只有獲得權限以及符合要求的人才能進入實驗室。門禁系統采用RFID射頻技術，可以精準識別目標，并獲得信息，與數據庫中的信息加以比對。如果信息一致，就可以獲得進入實驗室的資格了。
（5）信息管理：這一功能主要就是管理和共享實驗室信息資源，錄入相關人員及設備信息，以便在發現故障時及時修改人員信息、設備休息，從而確保實驗室數據安全管理體現數字化優勢。
（6）數據分析：針對采集到的水信息、電信息、人員信息加以匯總，做出統計與分析，使用曲線圖或報表進行輸出，以供相關管理人員參考。
2.3 系統實現
2.3.1 系統硬件
系統主要應用光纖環網，收集紅外報警信息、讀寫器信息及電力參數、水流量參數，將所有信息匯總于中央服務器，操作人員在中央服務器上進行操作與觀察，實施集中控制模式，通過發揮中央服務器作用，便可記錄監測數據內容，進一步分析與查證報表、數據包與曲線。有關該系統的硬件設施，主要如圖2所示。其中，中央服務器與控制柜存在于中央控制室中，在中央控制柜中設置了“224GPU”、“光纖交換機”、“光纖轉換盒”、“硬盤錄像機”以及“工控機”等諸多設備，不同設備具有不同特點，均可支持物聯網實驗室安全監控系統長足運行，發揮高效的安全保障作用。
▲圖2 系統硬件組織架構
2.3.2 系統軟件
這一系統的軟件實現主界面，主要如圖3所示，涉及水流量監控系統、安全防控子系統、電能子系統以及報表打印子系統等。整個系統操作界面極其簡潔，具有超強的可視性，通過一個界面便可進一步了解不同房間水電情況、視頻情況，全方位保障實驗室內的安全，一旦出現任何故障，便可立即控制。
▲圖3 系統主界面
?3 結語
物聯網技術的不斷發展，為高校實驗室安全管理帶來了諸多便利。不可否認，在傳統實驗室安全管理等方面，存在一定問題，所以急需引入物聯網技術。發揮物聯網技術優勢，構建集水電監測、視頻監測、門禁管理等為一體的安全管理系統，進一步保障實驗室內人員安全、設備安全、耗材安全，為實驗室運營與發展提供堅定的后盾力量。
