小代君说
摘要
物联网的技术日渐成熟，逐步引入实验室安全管理工作中，可切实保障实验设备安全，在实验中心组织架构的基础上，从硬件支撑平台和软件系统结构两方面研究了基于物联网的实验室设备管理模式，为实验室设备管理提供科学的参考模型，可增强实验设备及实验人员安全管控有效性。主要以“物联网技术”为切入点，探讨了该技术在实验室安全管理中的具体应用，希望能为高校实验室管理带来借鉴意义，切实改善实验室管理效果。
实验室内设备极其复杂且昂贵，为了保障实验室安全，需要增强实验室管理工作的智慧性，积极引入物联网技术。在计算机互联网基础上，便可结合网络技术及微电子技术等，逐步构造智慧实验室，保障实验教学工作有序进行。
1 高校实验室安全管理现状
在传统管理模式下，实验室借助实验管理人员，通过应用标签及记录等手段管控实验室内仪器与耗材。高校实验室排课节数偏多，实验室设备的应用效率极高，一些仪器和设备均会在不同程度上出现标签磨损等问题。在高校专业建设过程中，因专业种类变多，实验室类型及设备种类也随之增加，这便为实验室安全管理工作带来了一定难度。
2 物联网技术在高校实验室安全管理中的应用
2.1 系统应用需求
2.1.1 系统应用需求
以物联网为基础的实验室安全管理系统，主要是设置实验室实时监控功能及智能控制功能，增强实验室安全管理信息化水平，强化实验室安全管理科技水准，为实验室智能化及信息化发展奠定基础，该系统具有下面几点需求：
（1）代替传统实验室管理人员登记管理方法，用信息化手段管理实验室资源，促进实验室资源共享，针对设备及相关人员信息展开智能化管理、分析及记录统计。
（2）实时监测实验室内水电情况，并分析统计数据，支持友好界面观测。
（3）视频监控实验室所有房间情况，并发挥视频历史回放功能，避免发生各种安全事故。
（4）展现实验室门禁功能，只有经过授权允许，才能刷卡走进实验室，全面提高实验室安全指数，减少实验室事故风险。
2.1.2 系统性能需求
实验室物联网安全管理系统的目标，在于全面保障高校实验室安全。为了确保该系统长期运行，则需要满足下面3点性能需求：
（1）要保证系统具有完整性，系统是否具备完整性，是衡量这一系统应用实效的关键标志。在开发系统时，应全面考虑这一系统的现有功能，并不断扩展功能。
（2）要保障系统的可靠性，通过该系统可实时采集与分析实验室内水电情况，只有构建实时系统，才能提高监控的可靠水平。
（3）要确保系统极具扩展性特点，物联网包含感知层、网络层及应用层等3大层次，每一层次都有不同的标准，通常采取模块化设计方式，在设计各模块时，要遵守统一电气接口及数据接口，重新组合与应用物联网安全管理系统。
2.2 系统总体设计
2.2.1 系统整体架构
在设计实验室物联网安全管理系统之际，应结合物联网架构层特点，将该系统分为感知层、网络层与应用层，具体如图1所示。感知层而言，其作用相当于人的皮肤、眼睛、耳朵等，是物联网采集信息和识别物体的重要手段，可以有效识别物体以及汇聚数据。在该系统中，主要通过设置水流量计、摄像头以及读写器等智能监控水电，而且还汇聚了门禁系统采集功能、视频监控功能等。网络层主要是通过互联网、有线通信网等共同作用。发挥“神经中枢”一般的效果，负责传递和处理感知层信息。通过应用ZigBee无线传感网络技术传输数据，将所有数据通过智能转换，与光纤环网连接，最终汇总数据，将数据传递于中央服务器。应用层是人、系统和物联网的接口，在这一系统中，分为UI、数据层及业务层等，具有信息管理、电能监控以及水流监控等作用。
▲图1系统体系架构图
2.2.2 系统功能
在这一系统中，关于各种功能设计的内容及要点，总结起来体现在下面几方面：
（1）水流监测：这一功能的目的，在于全面监测和了解实验室的安全用水情况。在实验室洗手间内安置了水流量计，并在流量计和中央控制室间通过应用光纤环网进行远距离传输，借助光纤大数据，传到中央服务器中。进而监控与采集数据。
（2）电能监测：这一功能核心任务在于获取实验室用电情况，针对突发用电事故做出反应与处理。为了切实达到这一目标，应该在实验室内设置专业电能检测电器箱，使用互感器发送电流信号，将所有信号上传到电力仪表中。使用ZigBee无线传输方法传输数据，通过光纤环网与系统连接，令中央服务器精准读取电能表数据，从而达到实时监控的效果。
（3）视频监控：主要监控实验室的动态情况，在每一个房间内装置自动识别光线摄像头，连接红外摄像头与客户端软件，便可采集与传输视频数据，时刻调出监控画面或历史画面。
（4）门禁管理：主要检验进入实验室人员的身份，只有获得权限以及符合要求的人才能进入实验室。门禁系统采用RFID射频技术，可以精准识别目标，并获得信息，与数据库中的信息加以比对。如果信息一致，就可以获得进入实验室的资格了。
（5）信息管理：这一功能主要就是管理和共享实验室信息资源，录入相关人员及设备信息，以便在发现故障时及时修改人员信息、设备休息，从而确保实验室数据安全管理体现数字化优势。
（6）数据分析：针对采集到的水信息、电信息、人员信息加以汇总，做出统计与分析，使用曲线图或报表进行输出，以供相关管理人员参考。
2.3 系统实现
2.3.1 系统硬件
系统主要应用光纤环网，收集红外报警信息、读写器信息及电力参数、水流量参数，将所有信息汇总于中央服务器，操作人员在中央服务器上进行操作与观察，实施集中控制模式，通过发挥中央服务器作用，便可记录监测数据内容，进一步分析与查证报表、数据包与曲线。有关该系统的硬件设施，主要如图2所示。其中，中央服务器与控制柜存在于中央控制室中，在中央控制柜中设置了“224GPU”、“光纤交换机”、“光纤转换盒”、“硬盘录像机”以及“工控机”等诸多设备，不同设备具有不同特点，均可支持物联网实验室安全监控系统长足运行，发挥高效的安全保障作用。
▲图2 系统硬件组织架构
2.3.2 系统软件
这一系统的软件实现主界面，主要如图3所示，涉及水流量监控系统、安全防控子系统、电能子系统以及报表打印子系统等。整个系统操作界面极其简洁，具有超强的可视性，通过一个界面便可进一步了解不同房间水电情况、视频情况，全方位保障实验室内的安全，一旦出现任何故障，便可立即控制。
▲图3 系统主界面
3 结语
物联网技术的不断发展，为高校实验室安全管理带来了诸多便利。不可否认，在传统实验室安全管理等方面，存在一定问题，所以急需引入物联网技术。发挥物联网技术优势，构建集水电监测、视频监测、门禁管理等为一体的安全管理系统，进一步保障实验室内人员安全、设备安全、耗材安全，为实验室运营与发展提供坚定的后盾力量。
