【物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)論文】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的實驗室開放建設(shè)實踐

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1、【物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)論文】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的實驗室開放建設(shè)實踐 摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校實驗室的應(yīng)用日趨成熟，實驗室開放建設(shè)的需求也更為迫切。信息技術(shù)的成熟為實驗室開放建設(shè)的科學化、規(guī)范化提供技術(shù)保障。文章從實驗室建設(shè)和管理中存在的問題、實驗室開放建設(shè)的條件準備、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于開放實驗室的實踐案例和成效分析等方面進行闡述。開放實驗室的建設(shè)為教學改革創(chuàng)造了條件，同時也提升了實驗室管理的效能。 關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；開放實驗室；實驗室管理 一、引言 近年來，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)在高等學校的不斷深入應(yīng)用為學校教育教學帶來了深刻變革，數(shù)字校園、智慧校

2、園建設(shè)取得了突破性進展。長江師范學院實驗室建設(shè)過程中，以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念為指導，按照“智慧感知、服務(wù)教學、開放共享、科學決策”原則，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，以實驗室管理改革為重點，以實驗室開放共享為目的，通過實驗室開放管理平臺、實驗室信息化綜合管理系統(tǒng)和智慧門禁系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)了信息技術(shù)對實驗室管理的支撐，促進了學校教育教學改革和發(fā)展。 二、實驗室建設(shè)和管理中存在的問題 以長江師范學院為例，學校在實驗室建設(shè)和運行中發(fā)現(xiàn)，當前的實驗室管理過程存在如下問題：實驗室建設(shè)各自為政；實驗教學定時、定點、定內(nèi)容、定輔導教師，個性化程度低；學生自主發(fā)展

3、和實踐鍛煉的實踐、空間和資源有限；實驗教學質(zhì)量評價機制不健全，不能有效調(diào)動師生的積極性。這些問題嚴重制約實踐教學體系和創(chuàng)新教育體系建設(shè)。結(jié)合學校信息化工作開展和以上問題的實際，學校在《長江師范學院事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出“大力實施信息化戰(zhàn)略，加快教育現(xiàn)代化進程”，部署了“優(yōu)化信息化環(huán)境”、“推動教學模式創(chuàng)新”、“實現(xiàn)管理信息化”等3項重大工程，著力推進教育資源和教學環(huán)境信息化建設(shè)、信息技術(shù)與教育教學深度融合、治理體系現(xiàn)代化與信息服務(wù)能力同步提升。在這樣的背景下，打破實驗室建設(shè)、管理、使用壁壘，打造基于信息化環(huán)境的開放實驗室，是建設(shè)高水平應(yīng)用型大學的必然要求，也是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才，提

4、高學生實踐動手能力、科學研究能力和創(chuàng)新能力的客觀需要。 三、建設(shè)實驗室開放管理平臺可行性分析 1.體制機制保障為保證實驗室開放建設(shè)工作的開展，在學校網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導小組的統(tǒng)一領(lǐng)導下，教務(wù)處、資產(chǎn)管理中心、信息化辦公室、各二級學校實驗中心各司其職，分工協(xié)作，明確責任，對項目中提出的各項任務(wù)、重大決策與總體部署進行落實。通過開展實驗室開放平臺建設(shè)調(diào)研，定期召開建設(shè)工作會，探索實驗室開放平臺建設(shè)機制與應(yīng)用模式，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)實驗室開放平臺建設(shè)實施，開展實驗室開放宣傳普及與人員培訓。 2.實驗室開放建設(shè)經(jīng)費保障依托學校智慧校園建設(shè)的經(jīng)費投入，采取自籌、合作

5、、項目申報等形式獲取各級財政支持，按照邊建邊受益、分步實施的原則投入。形成良性的、循序漸進的資金投入機制，實驗室開放建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定。 3.實驗室開放平臺政策保障建立校級領(lǐng)導研究實驗室開放共享管理工作機制，確保實驗室開放建設(shè)的規(guī)范運行。編制《長江師范學院實驗室共享管理平臺項目實施方案》，出臺《長江師范學院貴重儀器設(shè)備管理辦法》《長江師范學院儀器設(shè)備管理使用規(guī)程》《長江師范學院信息化數(shù)據(jù)管理辦法》《長江師范學院信息化項目管理辦法》等規(guī)章制度。為提高實驗室開放建設(shè)使用成效，教務(wù)處、信息化辦公室、各二級學院對教師、學生、試驗室管理人員開展培訓。 四、實驗室開放平臺架構(gòu)

6、 1.實驗室開放平臺架構(gòu)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗室開放平臺搭建，需對實驗室人員、儀器設(shè)備、環(huán)境設(shè)施等有效感知識別，將視頻監(jiān)控、圖像識別、人臉識別、門禁系統(tǒng)、傳感器采集、電源控制、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、RFID射頻技術(shù)、實驗管理等技術(shù)融合應(yīng)用，實現(xiàn)考勤簽到、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控和遠程控制于一體的實驗室開放平臺。實驗室開放平臺架構(gòu)主要由實驗室監(jiān)控系統(tǒng)、實驗室門禁系統(tǒng)、實驗設(shè)備在線預(yù)約系統(tǒng)、實驗設(shè)備綜合管理系統(tǒng)、實驗課程綜合管理與分析系統(tǒng)等組成，如圖1所示。（1）實驗室監(jiān)控系統(tǒng)實驗室監(jiān)控系統(tǒng)由視頻攝像頭、紅外傳感器、GIS定位等組成，負責采集實驗室場地視頻數(shù)據(jù)，實時對實驗室監(jiān)控、錄像、視頻動態(tài)感知、網(wǎng)

7、絡(luò)聯(lián)動、存儲、備份、畫面分組等。是實驗室安全監(jiān)控、采集、存儲重要保障，實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警。（2）實驗室門禁系統(tǒng)實驗室門禁系統(tǒng)充分融合學校統(tǒng)一身份認證，拓展校園卡（碼）功能，運用IC卡射頻、人臉識別、指紋密碼、智能門禁終端、門禁控制器等，實現(xiàn)實驗室人員進出權(quán)限控制的有效管理。門禁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)有效結(jié)合實現(xiàn)實時對實驗設(shè)備電源開啟關(guān)閉和實驗室視頻監(jiān)視，驗證并保存記錄實驗室人員進出情況、實驗室內(nèi)部設(shè)備操作過程。（3）實驗設(shè)備在線預(yù)約系統(tǒng)實驗設(shè)備在線預(yù)約系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守實驗設(shè)備在線預(yù)約和管理。包括用戶管理、權(quán)限管理、儀器管理和各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，對實驗室的儀器進行授權(quán)使用，對實際運行數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控和

8、分析；管理者可通過統(tǒng)一身份驗證進行成員管理、在線預(yù)約管理、授權(quán)管理、送樣審批管理等管理工作。（4）實驗設(shè)備綜合管理系統(tǒng)實驗設(shè)備綜合管理系統(tǒng)實現(xiàn)實驗儀器相關(guān)基礎(chǔ)信息維護、授權(quán)維護、授權(quán)時段、預(yù)約規(guī)則定義、收費管理和成果與績效的管理等。包括儀器管理、儀器計費管理、成果管理和績效考核。（5）實驗課程綜合管理與分析系統(tǒng)實驗課程綜合管理與分析系統(tǒng)實現(xiàn)對實驗儀器設(shè)備使用人員的基本使用規(guī)范的控制，監(jiān)控實驗過程，查詢儀器存放位置，保證儀器設(shè)備使用安全。包括用戶授權(quán)與經(jīng)費、培訓、預(yù)約等多方面進行關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)管理員實現(xiàn)對貴重儀器的實時監(jiān)控，整合儀器信息與儀器分布地理信息，通過GIS地理監(jiān)控程序在網(wǎng)頁瀏覽器上對儀器所

9、在樓宇的地理信息進行直觀展現(xiàn)，項目成果與儀器的使用同步關(guān)聯(lián)，實時匯總績效考核信息與結(jié)果，自動生成儀器使用情況表等功能。 2.實驗室開放平臺關(guān)鍵技術(shù)方法（1）儀器設(shè)備管理控制開放實驗室核心端是儀器設(shè)備管理控制，按照預(yù)約的規(guī)則開啟和關(guān)閉，顯示設(shè)備信息、使用狀態(tài)、監(jiān)控等。采用ZigBee協(xié)議無線傳輸，控制電源、讀卡器等，實現(xiàn)刷卡對多臺儀器或同一儀器多個組件進行同時控制。通過物聯(lián)網(wǎng)路由器接入到校園網(wǎng)中，實現(xiàn)與管理平臺軟件的數(shù)據(jù)聯(lián)通。考慮某些大型實驗設(shè)備是強電壓，儀器設(shè)備管理控制端，控制電流不低于30A，電壓不低于380V。在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)脫機情況下，控制器仍能夠根據(jù)存儲信息進行訪問控制。（2

10、）ZigBeeZigBee無線通信技術(shù)是基于蜜蜂相互間聯(lián)系的方式實現(xiàn)開放實驗室控制平臺、網(wǎng)絡(luò)傳輸、傳感器控制等通過互聯(lián)網(wǎng)通信與服務(wù)器、計算機（或終端）相連接。ZigBee無線通信技術(shù)是基于IEEE802.15.4無線標準，具有傳輸數(shù)據(jù)流量小、組網(wǎng)安全和GPS功能等特點。作為開放實驗室的無線通信技術(shù)選擇，ZigBee可實現(xiàn)對傳感節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的組建和實驗設(shè)備的定位。（3）數(shù)據(jù)共享開放實驗室平臺建設(shè)與學校其他應(yīng)用系統(tǒng)對接、共享是智慧校園（數(shù)字校園）建設(shè)中最重要的技術(shù)和管理問題，需要與校內(nèi)人員信息、課程平臺、統(tǒng)一資源庫、校內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)等對接，實現(xiàn)統(tǒng)一身份識別、監(jiān)控統(tǒng)一管理、報賬結(jié)算

11、和資源集中管理。數(shù)據(jù)共享要解決幾個關(guān)鍵問題，即數(shù)據(jù)標準的規(guī)范、中心數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)同步和對異常數(shù)據(jù)的處理。 五、實驗室開放平臺運行效果 1.改變實驗室管理模式通過實驗室開放管理平臺的建設(shè)，把原來各二級學院分散的管理轉(zhuǎn)變成學校集中統(tǒng)一的管理，實現(xiàn)實驗項目開設(shè)中除專業(yè)培養(yǎng)方案、課程教學大綱中要求的集中實驗項目外，教師、學生可自主申請開設(shè)和驗證實驗教學大綱外的實驗項目，拓展了學生的學習資源和空間，有效調(diào)動了師生進入實驗室的積極性，推進了實踐教學體系和創(chuàng)新教育體系建設(shè)。 2.數(shù)據(jù)分析支撐實驗室管理實驗室開放平臺可監(jiān)控實驗室實驗過程，查詢儀器存放位置，保證

12、儀器設(shè)備使用安全，如圖2所示。通過GIS地理監(jiān)控程序在網(wǎng)頁瀏覽器上對儀器所在樓宇的地理信息進行直觀展現(xiàn)，如圖3所示。項目成果與儀器的使用同步關(guān)聯(lián)，實時匯總績效考核信息與結(jié)果，自動生成儀器使用情況表。 3.實驗室開放平臺建設(shè)促進學校信息化發(fā)展（1）部門聯(lián)動機制建立部門聯(lián)動機制的建立推進了高校治理體系和治理能力水平現(xiàn)代化。按照“總體規(guī)劃、明確責任、統(tǒng)一管理、分步實施”優(yōu)化智慧校園建設(shè)體制機制，采取“責任分工、技術(shù)跟進、資源配合”原則開展實驗室開放推廣工作，明確各相關(guān)單位的職責和分工，積極培養(yǎng)技術(shù)團隊，保障實驗教學順利執(zhí)行和實驗室開放平臺運行穩(wěn)定，根據(jù)系統(tǒng)推廣需要，配置管理人員、經(jīng)費

13、、物資及政策等資源。（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享機制建立以學校智慧校園平臺為基礎(chǔ)，按照教育部、?。ㄊ校┘壷腔坌@建設(shè)要求規(guī)范管理設(shè)備編碼、人員、實驗項目、場地條件等數(shù)據(jù)，為智能化實驗開放提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。智慧校園基礎(chǔ)平臺提供標準接口文檔，為不同的實驗室管理系統(tǒng)、平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理提供跨平臺應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)實驗室各類數(shù)據(jù)共享，推進學校信息化良性發(fā)展。實驗資源建設(shè)、管理及實驗教學體系從封閉走向開放，從分割走向共享，從統(tǒng)一要求走向自主創(chuàng)新，從儀器設(shè)備主導實驗項目走向需求主導實驗體系建設(shè)。（3）運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集的長效機制建立一是充分利用系統(tǒng)管理功能，嚴把實驗項目、場地審核關(guān)。二是加強師生信息化能力培訓，提高數(shù)

14、據(jù)采集質(zhì)量。三是對實驗項目數(shù)據(jù)做分析，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用效果。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和業(yè)務(wù)再造，實現(xiàn)實驗儀器管理、預(yù)約管理、自主實驗管理、事件管理和統(tǒng)計報表的自動化和智能化，促進實驗室開放和共享以及校內(nèi)外實驗資源共享，提高儀器設(shè)備的利用率。 六、結(jié)束語 實驗室開放是學校教學、科研及學科建設(shè)的重要保障條件，在實驗室教學和科學研究中起著極為重要的作用。高校需利用好物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)提升學校實驗室管理水平，充分發(fā)揮信息技術(shù)在教學、科研和社會服務(wù)方面作用。實驗室儀器設(shè)備對外開放共享要從管理制度、管理機制、開放宣傳和開放管理等方面著力提升，提高實驗室儀器設(shè)備

15、的有效使用率，促進學校教育信息化不斷向前發(fā)展。 參考文獻： [1]長江師范學院信息化辦公室.長江師范學院大型儀器設(shè)備共享平臺實施方案[EB/OL].2018. [2]王軍號.大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校計算機實驗室開放建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].教育教學論壇.2018(18):13-14. [3]鐘燕華.淺談高校計算機實驗室開放建設(shè)的研究———以大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的分析[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(9):194-196. [4]佘杰.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校實驗室管理中的應(yīng)用[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體,2019(13):15-16. [5]劉英娜.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校智慧實驗室構(gòu)建中的應(yīng)用研究[J].科技風,2019(24):95. [6]布萊恩羅素.物聯(lián)網(wǎng)安全[M].北京:機械工業(yè)出版社,2018. [7]梁劭穎,呂集爾.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的實驗室智能管理系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程,2019(22):20-21. [8]譚海軍.基于XML數(shù)字化校園數(shù)據(jù)交換中心的研究[J].無線互聯(lián)科技,2019,16(19):121-122.