物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)日漸成熟，逐步引入實(shí)驗室安全管理工作中，可切實(shí)保障實(shí)驗設備安全，在實(shí)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(lián)網(wǎng)的實(shí)驗室設備管理模式，為實(shí)驗室設備管理提供科學(xué)的參考模型，可增強實(shí)驗設備及實(shí)驗人員安全管控有效性。主要以“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”為切入點(diǎn)，探討了該技術(shù)在實(shí)驗室安全管理中的具體應用，希望能為高校實(shí)驗室管理帶來(lái)借鑒意義，切實(shí)改善實(shí)驗室管理效果。

實(shí)驗室內設備極其復雜且昂貴，為了保障實(shí)驗室安全，需要增強實(shí)驗室管理工作的智慧性，積極引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎上，便可結合網(wǎng)絡(luò )技術(shù)及微電子技術(shù)等，逐步構造智慧實(shí)驗室，保障實(shí)驗教學(xué)工作有序進(jìn)行。

1.高校實(shí)驗室安全管理現狀

在傳統管理模式下，實(shí)驗室借助實(shí)驗管理人員，通過(guò)應用標簽及記錄等手段管控實(shí)驗室內儀器與耗材。高校實(shí)驗室排課節數偏多，實(shí)驗室設備的應用效率極高，一些儀器和設備均會(huì )在不同程度上出現標簽磨損等問(wèn)題。在高校專(zhuān)業(yè)建設過(guò)程中，因專(zhuān)業(yè)種類(lèi)變多，實(shí)驗室類(lèi)型及設備種類(lèi)也隨之增加，這便為實(shí)驗室安全管理工作帶來(lái)了一定難度。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校實(shí)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(lián)網(wǎng)為基礎的實(shí)驗室安全管理系統，主要是設置實(shí)驗室實(shí)時(shí)監控功能及智能控制功能，增強實(shí)驗室安全管理信息化水平，強化實(shí)驗室安全管理科技水準，為實(shí)驗室智能化及信息化發(fā)展奠定基礎，該系統具有下面幾點(diǎn)需求：

（1）代替傳統實(shí)驗室管理人員登記管理方法，用信息化手段管理實(shí)驗室資源，促進(jìn)實(shí)驗室資源共享，針對設備及相關(guān)人員信息展開(kāi)智能化管理、分析及記錄統計。

（2）實(shí)時(shí)監測實(shí)驗室內水電情況，并分析統計數據，支持友好界面觀(guān)測。

（3）視頻監控實(shí)驗室所有房間情況，并發(fā)揮視頻歷史回放功能，避免發(fā)生各種安全事故。

（4）展現實(shí)驗室門(mén)禁功能，只有經(jīng)過(guò)授權允許，才能刷卡走進(jìn)實(shí)驗室，全面提高實(shí)驗室安全指數，減少實(shí)驗室事故風(fēng)險。

2.1.2 系統性能需求

實(shí)驗室物聯(lián)網(wǎng)安全管理系統的目標，在于全面保障高校實(shí)驗室安全。為了確保該系統長(cháng)期運行，則需要滿(mǎn)足下面3點(diǎn)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(shí)效的關(guān)鍵標志。在開(kāi)發(fā)系統時(shí)，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(guò)該系統可實(shí)時(shí)采集與分析實(shí)驗室內水電情況，只有構建實(shí)時(shí)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(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò )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(shí)，要遵守統一電氣接口及數據接口，重新組合與應用物聯(lián)網(wǎng)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(shí)驗室物聯(lián)網(wǎng)安全管理系統之際，應結合物聯(lián)網(wǎng)架構層特點(diǎn)，將該系統分為感知層、網(wǎng)絡(luò )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(lián)網(wǎng)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(guò)設置水流量計、攝像頭以及讀寫(xiě)器等智能監控水電，而且還匯聚了門(mén)禁系統采集功能、視頻監控功能等。網(wǎng)絡(luò )層主要是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、有線(xiàn)通信網(wǎng)等共同作用。發(fā)揮“神經(jīng)中樞”一般的效果，負責傳遞和處理感知層信息。通過(guò)應用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)傳輸數據，將所有數據通過(guò)智能轉換，與光纖環(huán)網(wǎng)連接，*終匯總數據，將數據傳遞于中央服務(wù)器。應用層是人、系統和物聯(lián)網(wǎng)的接口，在這一系統中，分為UI、數據層及業(yè)務(wù)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(guān)于各種功能設計的內容及要點(diǎn)，總結起來(lái)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(shí)驗室的安全用水情況。在實(shí)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(guò)應用光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行遠距離傳輸，借助光纖大數據，傳到中央服務(wù)器中。進(jìn)而監控與采集數據。

（2）電能監測：這一功能核心任務(wù)在于獲取實(shí)驗室用電情況，針對突發(fā)用電事故做出反應與處理。為了切實(shí)達到這一目標，應該在實(shí)驗室內設置專(zhuān)業(yè)電能檢測電器箱，使用互感器發(fā)送電流信號，將所有信號上傳到電力儀表中。使用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸方法傳輸數據，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)與系統連接，令中央服務(wù)器精準讀取電能表數據，從而達到實(shí)時(shí)監控的效果。

（3）視頻監控：主要監控實(shí)驗室的動(dòng)態(tài)情況，在每一個(gè)房間內裝置自動(dòng)識別光線(xiàn)攝像頭，連接紅外攝像頭與客戶(hù)端軟件，便可采集與傳輸視頻數據，時(shí)刻調出監控畫(huà)面或歷史畫(huà)面。

（4）門(mén)禁管理：主要檢驗進(jìn)入實(shí)驗室人員的身份，只有獲得權限以及符合要求的人才能進(jìn)入實(shí)驗室。門(mén)禁系統采用RFID射頻技術(shù)，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(jìn)入實(shí)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(shí)驗室信息資源，錄入相關(guān)人員及設備信息，以便在發(fā)現故障時(shí)及時(shí)修改人員信息、設備休息，從而確保實(shí)驗室數據安全管理體現數字化優(yōu)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(xiàn)圖或報表進(jìn)行輸出，以供相關(guān)管理人員參考。

2.3 系統實(shí)現

2.3.1 系統硬件

系統主要應用光纖環(huán)網(wǎng)，收集紅外報警信息、讀寫(xiě)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(wù)器，操作人員在中央服務(wù)器上進(jìn)行操作與觀(guān)察，實(shí)施集中控制模式，通過(guò)發(fā)揮中央服務(wù)器作用，便可記錄監測數據內容，進(jìn)一步分析與查證報表、數據包與曲線(xiàn)。有關(guān)該系統的硬件設施，主要如圖2所示。其中，中央服務(wù)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(pán)錄像機”以及“工控機”等諸多設備，不同設備具有不同特點(diǎn)，均可支持物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗室安全監控系統長(cháng)足運行，發(fā)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(shí)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(gè)系統操作界面極其簡(jiǎn)潔，具有超強的可視性，通過(guò)一個(gè)界面便可進(jìn)一步了解不同房間水電情況、視頻情況，全方位保障實(shí)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

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，為高校實(shí)驗室安全管理帶來(lái)了諸多便利。不可否認，在傳統實(shí)驗室安全管理等方面，存在一定問(wèn)題，所以急需引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，構建集水電監測、視頻監測、門(mén)禁管理等為一體的安全管理系統，進(jìn)一步保障實(shí)驗室內人員安全、設備安全、耗材安全，為實(shí)驗室運營(yíng)與發(fā)展提供堅定的后盾力量。