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自2009年8月總理提出“感知中國”這一物聯網建設議題以來，物聯網技術連同其在各個領域的應用受到了人們越來越廣泛的關注。物聯網，被譽為是繼計算機、互聯網、移動通信網之后的又一次信息化產業的浪潮。作為互聯網、移動通訊網等應用的增長點，將會大大促進信息化的應用，不僅僅可以提高經濟效益，還可以為國家的經濟發展提供技術動力，為產業行業開拓了又一潛力無窮的發展機會。隨著信息技術和物聯網的發展和普及，物聯網涉及各類產業和人們生活的方方面面，將大大提升互聯和智能方面的特性，使實現智慧地球的夢想成為可能［1－2］。物聯網技術在高校實驗室管理中的應用，綜合運用了現均已趨成熟的RFID、WSN技術、智能技術、納米技術等知識，將實驗室中的所有物品，包括儀器設備、辦公用品、實驗耗材、實驗環境、實驗人員等，與網絡連接起來、與移動信息網連接起來，真正實現實時的遠程控制，物聯網技術的新時代必將為人們帶來生活上、工作上的全新體驗［3］。

1物聯網技術概念

“物聯網”技術是指通過RFID、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，以有線或無線的方式把任何物品與互聯網連接起來，以計算、存儲、分析等處理方式構成所關心事物的動態和靜態的信息知識網絡，用以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡［4］。物聯網的用途非常廣泛，遍及城市管理、數字家庭、定位導航、現代物流管理、食品安全控制、零售、數字醫療、防入侵系統［5］等諸多的領域。

2高校實驗室管理現狀

高校實驗室管理目標可以分為安全性、高效性、精確性、經濟性、便捷性等。目前，高校實驗室管理最常用的方法還是主要依賴于相關實驗管理人員的定點管理以及實驗室制度規章的硬性約束這兩大措施，而這需要大量的實驗室管理人員并投入巨額的維護經費，通過在實驗室管理中應用物聯網技術可以大大降低人員費用的開支。

3基于物聯網技術的高校實驗室管理方案

3.1建立中央處理單元

中央處理單元是整個系統的核心，它要能提供強大的數據分析和處理功能，在以下各個模塊間起到橋梁的作用，能將各模塊的信息進行實時交換、處理、分析并反饋。通過物聯網及其他專業技術將實驗室中各儀器設備與中央處理單元相結合，便可實現實驗室管理員與儀器設備之間的人機互動:管理員可對儀器設備進行信息更新、維護安檢、使用預約以及過程監控等操作;儀器設備也可向實驗室管理員報告其實時運作狀態、環境安全等。

3.2建立設備管理模塊

為有需要的儀器設備安裝一個RFID標簽，相當于賦予每一臺設備一個“身份證”。通過讀寫裝置可以非常方便地讀取設備的詳細信息，例如，名稱、規格、型號、生產廠家、經銷商等;還可以通過讀寫裝置寫入需要添加的內容，例如，單位、實驗室地點、注意事項等。另外，設備的維修保養是相當重要的一個部分，可以隨時通過中央控制單元或便攜式的讀寫裝置將設備的維修記錄詳細地標注在RFID標簽中，需要時便可十分快捷地獲取到維修信息，并且，通過設置中央控制單元，可定期定時地提醒管理人員對儀器設備進行檢修。由于每次巡檢和維護的結果都記錄存儲于芯片而且這些信息是不能夠隨意更改的，這就可以避免如果出現和實驗設備相關的責任事故，不能明確人為責任還是設備責任的問題時，使實驗設備日常維護工作變得有據可查［6］。設備管理模塊大大簡化了繁重的入庫和檢修工作。

3.3建立物資管理模塊

實驗的進行常常都伴隨著實驗物資的大量消耗，通過設計相應的物資管理模塊，通過傳感器等檢測裝置，一旦實驗室中某種物資的存儲量低于系統設定的最低值時，該模塊將信息傳遞給中央處理單元，中央處理單元再通過移動網絡發送信息至實驗室管理員的智能手機、平板等移動終端上，內容包含該種存儲物資的剩余數量及所需數量等，以方便實驗室管理員及時添加物資或向商家發出補貨訂單。

3.4建立過程監測模塊

實驗的順利進行需要實驗人員的正確操作，但實驗過程中，往往由于粗心大意等原因造成不可估量的損失，這在電子教學實驗室中尤為常見。大量專業知識匱乏的學生經常會因錯誤的操作造成實驗儀器的損壞，例如，過載、欠壓等。通過實驗監測模塊，實驗指導者可預置必須要用到的實驗元件，如熱繼電器，通過比較實時操作與預置的情況是否一致，該模塊一旦檢測到實驗人員在實驗過程中未接入該元件或連接錯誤時，會自動斷開使電路無法運行避免造成儀器損壞，并將信息反映給實驗指導人員，方便找到錯誤原因且及時更正。這將大大提高儀器設備的使用壽命，省去大量的維修及購買經費。實驗過程數據可以被實時采集并以適當的方式提供給實驗者，實現實驗教學的數字化、網絡化與智能化［7］。

3.5建立人員監測模塊

確保進入實驗場所人員的安全有序是實驗室管理的重要環節。在實驗室入口處安裝一個固定的RFID射頻閱讀器，并給相關的師生配備一個電子標簽(電子標簽可進一步設計與校園一卡通集成)，這樣一來，當師生進入實驗室時，閱讀器便會非常方便地讀取該人員的基本信息，例如，姓名、學號、聯系電話等，同時相關信息也將通過物聯網發送至中央處理單元登記存儲。若需要相關考勤的記錄，便可通過中央處理單元調用數據庫中的記錄，非常快捷的導出考勤表等詳細內容，省去了大量煩瑣的簽到工作。而該模塊一旦監測到非授權人員擅自進入實驗室時，便可立即發出警報并發送信息至實驗室管理人員的移動終端，管理員便可第一時間采取應對措施，這對于需要重點保護保密的實驗室有非常好的效果。

3.6建立環境監測模塊

不少實驗室對于實驗環境有著不低的要求，而環境監測不光可以幫助實驗順利進行，還可以在出現安全問題，如火災、漏氣等情況時第一時間啟動應急措施。環境監測模塊可以安裝溫度、濕度、氣體、光電傳感器等，并與110聯網，通過中央處理單元的反饋，中央處理單元或實驗人員即可做出相應的控制。而該模塊一旦監測到實驗室出現火災、漏氣等險情時，中央處理單元將立即啟動消防系統并報警，同時發送信息至實驗室管理人員的移動終端，使安全問題在第一時間得到有效控制。

4結束語

本文通過構建一個基于物聯網的模塊化設計實驗室管理平臺，來實現高校實驗室內的硬件管理、人員檢測及安全監測等內容，該系統可以較好地改進高校在實驗室管理中存在的信息化程度低、管理工作繁重復雜等問題，對于高校智能實驗室建設具有一定的借鑒意義。

參考文獻

［1］黃崢，古鵬.物聯網實驗室建設研究與探討［J］.實驗技術與管理，2012，29(2):191－195.

［2］朱勇，張昕明，王寧.基于射頻識別技術的物聯網專業綜合實驗研究［J］.實驗技術與管理，2012，29(6):17－19.

［3］ZORAIM.FromToday'sInternetofThingstoaFutureIn-ternetofThings:aWirelessandMobilityRelatedView［J］．IEEEWirelessCommunications，2010，1536－1284:44－51.

［4］楊剛，沈沛意，鄭春紅，等.物聯網:理論與技術［M］.北京:科學出版社，2010，5.

［5］徐迪威，蔡建新.物聯網及其應用剖析［J］.計算機工程與應用，2011，47(15):229－231.

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在物聯網教學過程中，高校大多都是注重理論教學，無法滿足物聯網行業的發展，對此，許多高校開始設立物聯網專業實驗室，進行科學整體化的物聯網技術認識及實踐，提高教師教學及學生學習的效果。物聯網試驗平臺與實驗項目的開設，不同于傳統實驗室的建設，更加的靈活及貼近現展，為避免物聯網專業實驗室的建設出現傳統實驗室的“僵化”，本文將對其創新建設進行探究，從而列舉實驗室建設中出現的問題，并分析出解決措施。

1高校物聯網專業實驗室的建設現狀

物聯網實驗室建設是近幾年才提出來的，很多高校是先申請通過后，撥一筆款交給專業的教師帶隊，在學校實驗樓中劃分出一間或幾間教室置備所需的實驗器材，設立專業的實驗項目后再定期進行驗收，與其他實驗室建設并沒有什么太大的不同。就物聯網專業實驗的內容來看，分為三大層實驗，不同的實驗針對的方向不同，但是高校的物聯網實驗室都是進行實驗箱等操作，無法與現在的物聯網發展進行鏈接，出現了傳統實驗建設中的“僵化”現象，雖然有在進行實驗并有一定的成果，但卻無法有什么突破。無論是感知層實驗也好，還是網絡層實驗也罷，抑或是應用層實驗，對于學生的實際動手能力要求都很高，并且其實驗內容及過程是很靈活的，通過相應的技術例如WIFY，RF，傳感器，M2M等進行融合，對特定的項目或是平臺進行探究，一般來說這樣的實驗室是十分的靈活的，不會出現現在的疲軟期，除卻實驗室建設方面的原因外，高校的師生也是有一定的影響的。

2物聯網專業實驗室建設的需求

物聯網專業實驗室是應時代的發展建設的，這意味著物聯網專業實驗室應該滿足時代的一些要求。就物聯網專業的特點而言，實驗室應該具備多種應用系統，才能夠完成相應的實驗。物聯網是電子，計算機，檢測與通信等專業相交的交叉學科，其涉及的領域知識及技術十分的廣泛，遙感器，微處理器，嵌入式技術及相應軟件技術等都是主要的掌握內容，所以實際的動手能力要求很高。其專業上實驗培養要求是將學生培養成熟悉各種技術的專業型人才，所以實驗室建設一定要加強學生的動手能力，完善學生的理論知識，使其能夠融入社會互聯網行業中。

3高校物聯網專業實驗室建設中的問題

高校物聯網專業實驗室建設中主要存在三方面的問題，其一是實踐能力培養不足，沒有針對三層實驗進行實驗操作培養，基本都是以實驗箱為平臺進行實驗操作，學生對于物聯網專業相關的技術認知不足，其實驗環節呈現的是“傻瓜式”的，實驗參數都是提前設置好的，基本沒有什么探究性的實驗操作，這對學生的能力培養并沒有什么太大的用處。其二是未設立開設性的環境，不具備探究性實驗的系統設置，雖然實驗室在建設時雖然有提前預留了二次開發空間，但由于高校選修課程的設置及實驗箱平臺的不足所以無法進行自主型實驗及設計，這是高校物聯網最專業實驗中最大的缺陷，儀器采購系統及實驗系統都沒有統一的原則及規范性的條例，所以其制度并不完善。其三就是無法建立實驗全面的實驗系統，無法使學生全面進行認識物聯網，存在認知誤區對今后的工作產生負面作用，加之實驗室的開放性力度不夠，無法讓學生充分地利用實驗室進行實驗，大部分的實驗室都是有教師占用，進行課程設置，這是傳統實驗室留下的弊端。

4實驗室建O改進措施

就目前物聯網實驗室的弊端可以看出，高校對于實驗室的建設重視度并不高，在物聯網教學中也是重理論輕實驗。所以為了完成物聯網專業實驗室的創新建設，第一步就是加強高校對于物聯網實驗室的建設重視度，這不僅需要高校的建設，還需要政府及教育部門的相關政策，從而加強高校對于物聯網專業的重視。其中師資建設也是其中的改進措施之一，物聯網的興起是近幾年的事，其專業教師的職業意識與其他專業教師一樣是不行的，物聯網的教師應該充分認識到實驗的重要性，雖然物聯網并不是以實驗為主的專業，但是實驗卻是十分重要的，近年來高校的改革對師資建設也存在一定的保留，所以無法全面地提升高校的實踐及理論教學效果。由于傳統的實驗室弊端存在，所以加強物聯網師資建設也是現在的重點。其三就是加強云計算等技術的課程實驗建設，物聯網專業實驗跟現代的計算機技術，電子等存在很大的淵源，所以增加現在比較流行的互聯網云功能的實驗教學尤為重要，實驗最好是能夠與實際接軌，才能夠充分地培養學生的能力，加強其社會競爭力，實現其專業化人才培養的目標。

5結語

綜上所述，物聯網專業實驗室的創新建設不僅體現在IT、M2M等技術認識上，更在于實驗內容的更新增加與實驗項目的實際化，其管理制度也要增強。

參考文獻

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1 物聯網專業實驗室的目標與要求

1.1 物聯網實驗室建設目標

高校應以“把握發展趨勢，提高應用能力”為目標，提出基于物聯網信息平臺的智能化實驗室解決方案，其意義在于：提高教學科研水平，提高學生應用能力，促進學生就業，提升學校競爭力。

高校面向基礎性教學實驗、面向行業綜合應用性實驗、面向學校科研項目開發性平臺為目的，促進物聯網實訓室的建設。以實訓室為基礎，聯合各方力量，促進物聯教學的發展、物聯網人才的培養。

1.2 實驗室物聯網人才培養

物聯網是計算機科學與技術、網絡工程、電子技術、信息工程、通信工程及其兩邊緣科學交叉滲透、相互融合的基礎上發展起來的一門新型應用型學科。專業立足于計算機專業類知識培養體系，注重學生基礎知識掌握、綜合素質的提高和應用創新能力培養。以物聯網技術為基礎，研究從感知層（包括傳感器、射頻識別、核心控制等）到網絡層（包括傳感網絡、通信系統、計算機網絡等）再到以面向產業和行業應用的應用層相關的理論和工程應用問題，重點突出實踐能力和應用創新能力的培養。注重培養能適應物聯網工程所涉及的多學科發展需求的新型創新人才，為我國以物聯網和傳感網為代表的下一代信息技術新興產業發展輸送急需的開發、管理、生產等人才。

2 物聯網實驗室具體建設方案

2.1 物聯網應用實訓室（能應用）

物聯網應用實訓室以物聯網工程信息平臺為核心，構建融合有線IP網、寬帶無線局域網、光載無線技術、無線傳感網絡、嵌入式設備以及系統軟件和應用軟件于一體的物聯網無線WiFi及傳感網絡實驗平臺。各種接入設備（傳感器件、控制器件、移動終端、教學電腦等）都可以無線接入物聯網工程信息平臺，成為物聯網實驗設備的一部分，構建物聯網的感知層；系統通過統一的物聯網信息中心，完成數據的存儲、分析和應用。應用可以根據學校的專業建設方向進行選擇，以滿足物聯網專業建設的定方向，能應用。

2.1 物聯網信息平臺（定方向）

1.物聯網信息平臺簡介

物聯網信息平臺是物聯網實驗室整體解決方案的核心和基礎，將實驗箱、實驗套件、物聯網綜合應用系統（智能家居、智慧實驗室、智能物流、智能工業、智慧超市等）等接入統一的物聯網信息平臺，實現多課程、跨實驗設備、多系統的綜合應用實訓，同時，智能手機、平板電腦、第三方實驗設備等智能終端和設備也可接入物聯網信息平臺，成為實驗設備的一部分，從而大大改變實驗的形式、效果和內容。

2.平臺應用的DIY

物聯網信息平臺的接入采用標準計算機網絡協議（TCP/IP），方便智能設備的移動接入，同時系統預留外網接口，提供學生本地、遠程網絡訪問實驗室系統，開展本地/遠程網絡實驗。

物聯網信息平臺配置數據服務器，提供遠程網絡授權訪問，支持資料下載、遠程實驗和遠程授課、學習。

3.提供教師物聯網科研平臺

物聯網信息平臺提供一個開放的專業平臺，包括硬件資源、網絡資源、軟件資源，是教師和學生開展物聯網相關科研的極好平臺，可以開展感知層基礎研究、分布式天線系統研究、無線網絡分布研究、室內定位研究、分布式數據庫和云計算研究、以及應用系統研究。

2.2 物聯網基礎教學實驗室（寬基礎）

基礎教學的核心課程以物聯網網絡體系、射頻識別和無線傳感器網絡為主要教學課程，可通過學習和實驗掌握物聯網最基本網絡和無線射頻技術知識，為后續的物聯網應用實訓打好扎實的理論基礎，滿足物聯網專業建設中的“寬基礎”的教學。

（1）物聯網開發應用實驗箱（能應用）

該實驗箱包括種類豐富的感知層設備和網絡層接入設備，以及采用Cortex-A8體系處理器的嵌入式開發板為數據網關，配合物聯網信息平臺所搭建的無線WiFi網絡平臺以及配套的應用軟件，學生可以直觀地感受和學習到物聯網所涉及的知識，為接下來的專業知識學習打下良好的基礎。

產品應具備功能與特點。

1.傳感器種類豐富應涵蓋了電容式傳感器、電阻式傳感器、光敏傳感器、氣敏傳感器等10余種不同種類的傳感器。

2.實驗箱搭配高效能Cortex-A8開發板搭載Android操作系統，學生可在本地對采集數據進行處理。

3.實驗箱提供了物聯網中間件技術相關章節，提供了完整的設備指導學生動手做出串口WiFi中間件，了解中間件在物聯網中所起到的承上啟下的作用。

4.完整詳盡的實驗指導書，源碼詳細注釋并且完全開放方便學生學習和二次開發。

5.實驗箱上的每個節點留有豐富的外設接口，方便后續外設擴充需要。

（2）RFID實驗箱簡介

實驗箱應囊括業界普遍使用的四款RFID模塊即低頻（LF）RFID模塊，高頻（HF）RFID模塊。特高頻（UHF）RFID模塊以及2.4G微波模塊，實驗課程重點放在對于各頻段RFID模塊的管理、控制以及上位機程序的應用開發上。學生們可以利用開放的通訊協議，使用多種編程語言（C/C++，JAVA等）編寫上位機應用程序與RFID模塊進行數據的采集交互。于此同時結合聯網信息平臺提供的網絡平臺，可以實現多個實驗箱之間的互聯互通，從而模擬出諸如倉儲物流等RFID廣泛覆蓋的行業應用場景。

產品應具備特點與功能。

1.實驗箱應集成了RFID技術所涉及低頻、高頻、特高頻以及2.4G微波四種RFID模塊，無需額外采購其他模塊。

2.提供各個模塊的完整的通信協議，學生可以直接通過協議接口利用多種編程語言與模塊進行數據交換。

3.實驗箱搭配WiFi模塊可以直接接入物聯網信息平臺，真正實現實驗箱與實驗箱之間的互聯互通。

4.實驗箱應配套有豐富的設備（蜂鳴器、數碼管、矩陣鍵盤、LED燈）。

3 應用技術型大學實驗室建設的思考

由于高校擴招的原因，目前2015年的應屆高校畢業生突破700萬人，對就業市場是一個很大的壓力，但是市場對人才的需求反而得不到滿足，其原因是很多高校的人才培養與市場人才的需求不一致。就以目前的獨立學院為例，其畢業生最欠缺的能力就是實踐動手能力。而用人單位對獨立學院的畢業生最看中的也就是這個能力。所以目前應用型高校應向技術型大學轉變。轉型最關鍵在于對技術學生的動手能力的培養，學生動手能力的培養最關鍵硬件設備就是高校實驗與實訓室的建設，所以對于應用技術型大學的物聯網實驗室建設改革也迫在眉睫。

參考文獻

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課題的研究，是根據智慧實驗室建設的環境對感知、控制的具體要求以及使用人的功能要求，研究設計在小規模試驗的環境下建立一個可供體驗、實訓、研究的物聯網技術支撐平臺及網絡架構。1.研究智慧實驗室建設傳感網網絡架構，根據新校區智慧實驗室建設，各智慧教室的空間分布情況及功能分布情況進行相關的研究設計，提出完整的傳感網網絡架構方案。2.物聯網技術支撐平臺，研究傳感及控制系統集成模塊、管理系統模塊及智能處理模塊三個部分集成為一個整體的物聯網，構成物聯網技術支撐平臺方案。該課題研究的核心內容是由感知及控制系統集成模塊、管理系統模塊及智能處理模塊三個部分集成后形成的物聯網。該系統不僅將三個部分疊加到一起，還將三個部分有機的集成，特別是智能處理模塊要達到智能化的功能，要隨時訪問另外兩個模塊的數據，并根據訪問的數據分析處理做出準確的判斷，輸出控制信號到控制系統交給執行機構執行。因此，要解決的重點問題是構成由三個系統模塊組成的有機集成系統——物聯網。要突破的難點問題是如何按照智慧實驗室建設環境下對感知、控制的具體要求及使用人的功能要求，設計出有機集成的三個系統模塊方案，并使其達到功能要求的智能化。

篇5

高校的物聯網實驗室目前基本上存在以下三個問題：（1）學生親手實踐的空間較小，難以培養自己獨特的創新能力；（2）學生易走進物聯網認識的誤區，因為借助不了實際應用的物聯網實驗系統；（3）缺乏開放的實驗室管理制度。

二、高校物聯網實驗室的建設構想

在建設高校物聯網實驗室時從以下三個問題來入手：（1）解決學生親手實踐的空間較小，難以培養自己獨特的創新能力的問題。現在在高校普遍存在的問題是，學生的親手動手實驗的條件被大大地限制，一般專業課的實踐都是借助實驗箱來作為實踐平臺。這類的傻瓜型實驗，學生剛開始時可能會引起一些興趣，但是這種感覺不會維系很長時間，長久下去學生的創新思維與能力就會被淹沒。（2）避免學生因為借助不了實際應用的物聯網實驗系統，而走進物聯網認識的誤區。目前，在理想的物聯網實驗室建設技術上，還沒有一套完全健全、成熟的技術方案。比如說像物聯網中同步性和安全性問題、尋址問題等都沒有得到較好的解決，始終成為了阻礙物聯網實驗室的開發和設計。（3）建立合理開放的實驗室管理制度。高校實驗室并不是對學生無條件地開放，一般多為教師所用，這也是教育心理學上的一個弊端。高校安排的實驗教師在等級、薪資待遇、升值機會等方面都不如教師，這就導致了實驗室工作管理人員不會上心，失去了認真工作的動力。

三、高校物聯網實驗室的建設內容

3.1構建多層次的實驗體系

物聯網是一門聯系到物理、數學等基礎性學科和無線通訊、計算機網絡、RFID等專業性學科等諸多知識交織在一起的交叉性的學科。因此要想完全學好或是教好這門學科并不能僅憑單獨的一兩門課程的知識，在外部條件下必須依賴于設備優良的實驗室器材和實驗環境。所以建議設計一套科學的課程群實驗的新體系，這樣便于學生在理解和掌握物聯網等理論知識的同時，更好地掌握其技術性的原理以及操作細則，更多那個計劃足額生在動手動腦過程中迸發的創新性思維。

3.2科學性的物聯網管理和實驗系統配置

這項改革主要是將物聯網管理分成兩大部分，一是由教師們組成的教學團隊，二是有由長期從事試驗系統配置和設計的工作人員組成的科研團隊。讓兩者分清自己的工作任務，相互之間合作共贏，一起管理和運用好物聯網實驗室。另外，關于器材的申報任務就叫可科研團隊中的有經驗的工作人員統一定制，并取得教學團隊成員的商量與意見。最后設備的管理和維護還需要所有人共同的努力，學生于老師都有義務保護好自己的實驗室，我各自的學習和工作共同營造優質的環境。

3.3努力爭取實驗室提供開放的機會

實驗室內的儀器雖然貴重，但是長期擱置不用也就浪費了大好的資源。傳統的實驗室開放管理制度明顯滿足不了學生的需求，所以建議倡開將開放時間定義為是實驗時間和實驗內容的開放。也就是說當學生未能完成自己的實驗任務可以在實驗室內繼續重做，另外，開放的內容比一定是老師硬性規定的，可以依據各個學生自己的情況，選擇自己薄弱的實驗課程。

四、高校物聯網實驗室建設對教學的意義

作為一項開放性實驗教學，同時也作為一項新的教學模式，物聯網實驗室的教學效果還不能夠完全體現出來。但是我們相信隨著今后教育體制改革的不斷深入，像物聯網實驗室這類的開放式的教學模式一定會成為教學的主流方法。

五、結語

總而言之，想要管理好高校的物聯網實驗室并非一朝一夕能夠完成的。它涵蓋了操作人員的綜合素質高效管理制度、學科設計等諸多相關的復雜問題。所以，建設完備的高校物聯網實驗室還需要我們的共同努力，堅持嚴謹科學的創新精神一定能取得最后的成功。

參考文獻

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1物聯網技術概述

物聯網建立在GPS定位系統、射頻識別技術、紅外感應系統、激光掃描等設備基礎上,利用當中的傳感器,按照相關協議,促使互聯網與實物之間進行連接,從而實現信息之間的互換、交流,為工作人員提供準確的實物定位、有效識別并進行跟蹤,進而實現智能管理的目的[1]。在物聯網技術中,傳感器技術、嵌入式技術是其中最為關鍵的技術。在計算機技術運用過程中,傳感器技術發揮了重要的基礎性作用。目前,傳感器技術已經發展為智能傳感器,可以實現自動診斷、測量多參數,同時,也可以發揮網絡通信等功能。其中射頻識別系統就是該技術的一種,應用該技術可以對物品進行自動識別,在物流運輸管理行業中發揮了重要作用。而嵌入式技術也得到了飛速發展,比如導航系統、數字電視、多媒體終端設備、手機等。

2物聯網技術在化學化工實驗室安全管理中的應用實踐

2.1實驗室物資管理

從傳統化學化工實驗室物品管理方式看,無論是藥品還是耗材,主要是以貼標簽方法為主,利用人工操作的方式,在標簽中記錄相關設備的購買日期、使用、保養等情況,統計化學藥品,同時,為了便于管理,會打印出藥品的清單貼在藥品柜上。此種實驗室管理方式可以較為直觀的看到相關物品情況。但不足之處便是,標簽容易破損,也不容易保存,同時,增加了管理人員的工作量,不利于提升工作效率。對此,可以引入物聯網技術,借助無線射頻技術實現智能化物資管理,在該技術作用下,可以利用電子標簽,記錄對應的化學藥品具體信息,其中包含了藥品使用情況、剩余情況等。在無線射頻系統中,天線是其中最為關鍵的部分,其主要職責就是接收、傳輸信號,經過處理后傳輸到讀寫器中[3]。此外,利用電子標簽的方式,還可以實現動態管理實驗室資產,比如,實驗室設備購入日期、分配調撥以及維修保養等具體信息通過智能化管理,有利于提升化學化工實驗室管理水平、工作效率。同時,也可以實現動態監測,幫助管理人員隨時掌握設備情況,為后續安全管理打好基礎。

2.2實驗室安全管理

2.2.1監測實驗室溫濕度。化學化工實驗室內的物資具有一定的特殊性,當中部分化學藥品還屬于高危物品,所以,對室內環境具有較高的要求,比如服務器、X射線衍射儀、紅外光譜儀等設備,必須滿足一定的通風性。同時,室內濕度、溫度都要達到設備存放標準,主要是因為高溫、濕度環境會嚴重影響其散熱情況,造成儀器損壞[4]。而一些強堿性化學藥品,如果處于高濕度環境中,會因為其吸水性作用,導致重量發生變化,直接影響后續實驗準確性。為解決上述問題,有必要采用物聯網技術,利用遠程監控系統,實時掌握、調節實驗室的溫濕度[5]。基于物聯網技術下的遠程監控系統,包含了溫濕度采集系統、數據處理系統、數據傳輸系統。系統將獲取到的數據,借助路由器,實時傳回到電腦、手機客戶端,給管理人員掌握實驗室環境提供幫助。其中溫濕度采集系統,涉及溫度以及濕度傳感器和不同節點模塊,而后經過溫濕度數據傳輸系統[6],輸送到數據處理系統中,在服務器與戶端之間的數據信息的交互,最終得到溫濕度數據。實驗室管理人員可依托局域網,通過手機隨時查看溫濕度數據,進而實現有效監測,保證實驗室安全[7]。2.2.2實施實驗室火災監測。如果化學化工實驗室不慎出現火災、爆炸等事故,將會嚴重危害到實驗室財物安全、人員安全,導致不可逆的嚴重后果,對周圍環境造成嚴重影響。因此,必須要對實驗室實施火災預警監測[8]。一般情況下,為達到火災預警的目的,會采用安裝煙霧報警器的方法,但對于實驗室無人的情況,此種煙霧報警器并不能較好的起到報警作用[9]。對此,可以引入物聯網技術,監測實驗室火災情況,如果發生火災,會進行聲光報警,同時,管理人員的手機、電腦都會同時收到報警信息,從而及時實施救火。在物聯網技術作用下,系統會將火災報警信息直接發送到就近消防站,以便及時救援,將財產損失、人員傷亡降到最低。依托物聯網技術的新型火災報警器,在火災報警器中融入了GSM模塊或者網絡,一旦監測到實驗室內發生火災,系統的溫度傳感器或者煙霧傳感器,會及時獲得感知,并向火災探測器傳輸數據。經過火災探測器分析后,確定為火災,該系統便會直接發出聲光火災報警,此時,新型火災報警器的控制器會直接向網絡發送火災報警數據,實驗室管理人員手機、消防站進而會接收到具體的火災情報,從而第一時間實施救援,降低火災損失[10]。

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Xu Chunling

Zhejiang industry polytechnic college, Shaoxing, 312000, China

Abstract: According to the problems in the traditional management of language lab, this paper is dedicated to make use of the internet of things to improve the management. Based on the meaning and features of the internet of things, the paper constructs new language lab management mode and gives the concrete application of the internet of things technology in language lab management.

Key words: the internet of things; language lab; management mode

語言實驗室是培養學生外語聽、說、讀能力的重要場所，語言實驗室的管理水平直接影響外語教學設備資源效益的發揮，關系到高校外語教育質量。因此，加強語言實驗室的管理是外語教學、科研順利開展的重要保障。長期以來，語言實驗室都是采用人工管理的方式，效率低且容易出錯，在實驗室環境衛生保持、設備運行狀態監測、設備故障責任追蹤、設備安全保障、學生出勤情況統計等方面尚存在不少亟待解決的問題。考慮借助物聯網這一先進技術對語言實驗室進行管理，達到解決當前語言實驗室管理中種種難題的目的。

1 物聯網的內涵

物聯網(The Internet of Things，簡稱IOT)指將各種信息傳感設備，射頻識別裝置、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等裝置與互聯網相結合而形成的一個巨大網絡，從人與人之間的連接溝通擴展到人與物、物與物之間的連接溝通。物聯網可以讓設備終端與網絡連接起來，進行信息交換和通訊，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，主要有由全球產品電子代碼、射頻識別系統和信息網絡系統三大部分組成。

在這個網絡中，物品之間無需人的干預就能夠進行“交流”，其實質是利用一種能夠讓物品“開口說話”的技術，通過計算機互聯網實現物品的自動識別和信息的互聯共享，而RFID正是這種能夠讓物品“開口說話”的技術。在“物聯網”構想中，RFID標簽中存儲著規范且具有互用性的信息，通過無線網絡自動采集到中央信息系統，實現物品的識別，進而通過開放性的互聯網絡進行信息交換和共享，實現對物品的“透明”管理。

物聯網運行過程可分為三步：

第一步：標識物體屬性，包括靜態和動態屬性。靜態屬性可以直接存儲在標簽中，動態屬性需要先由傳感器實時探測。

第二步：物體屬性讀取和轉換。識別設備實現屬性讀取，并將屬性信息轉換為適合網絡傳輸的數據格式。

第三步：信息的傳輸和計算。物體信息通過網絡傳輸到信息處理中心，信息處理中心實現相關計算。

物聯網充分將新一代IT技術運用到各行各業之中，將感應器嵌入到電網、鐵路、橋梁、供水系統和油氣管道等各種物體中，然后將之與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。在這個網絡中，能力超強的中心計算機群能夠對整合網絡內部的人員、機器、設備和基礎設施進行實時的管理和控制，在此基礎上，人類能夠以更加精準和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”的狀態，進而提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然的關系。

2 基于物聯網的語言實驗室管理模式

物聯網能夠實現人類社會與物理系統的有效整合，能夠實現對整合系統內的人員、設備進行實時的信息采集和管理控制，可以對系統內的行為進行動態追蹤，極大地提高了系統的自動化、智能化程度。語言實驗室的管理是一個復雜、系統的工作，尤其是語言實驗室的日常管理，采用人工管理的形式，效率低下、問題頻出。筆者探討基于物聯網的語言實驗室管理模式，利用物聯網技術改善語言實驗室的日常管理工作。

語言實驗室的日常管理，主要可以認為是對人、物、事的管理。即有效促進人、物、事高效運作的過程。在物聯網技術的基礎上結合語言實驗室管理現狀，設計出了基于物聯網的語言實驗室管理模式圖(如圖1所示)。

圖1 物聯網視角的語音室管理模式圖

基于物聯網的語言實驗室管理，一是需要對語言實驗室系統的人、物進行屬性標識，依據靜態屬性和動態屬性的不同，分別配置標簽和傳感器。二是識別設備的安裝，針對不同的屬性標識，安裝識別設備。三是將信號接入互聯網，數據處理中心接受、處理數據。

3 物聯網在語言實驗室管理中的應用

在語言實驗室日常管理中，物聯網技術在三個方面得以體現，分別為人、物、事的管理。

3.1 人的管理

3.1.1 學生考勤

在語言實驗室門口架設RFID讀取器，同時給每個學生佩戴RFID標簽，實驗系統會自動感測RFID信息，結合學生課堂學習監控等統計學生的出勤情況。教師可通過網絡查詢學生出勤率、課堂學習信息等獲知學生上課情況。

3.1.2 教師評估

利用物聯網的多種數據采集終端，對課堂中教師的教學行為進行采集，隨時對教師教學管理、教學實施和教學保障工作狀態進行全方位、全天候的質量評估監控。并且提供多種數據處理結果，對教師進行全面的分析評估，科學、公正、合理地反映教師課堂教學質量，并幫助教師找出差距，分析原因，進一步提高學校教學水平和教師素質，建設一支理論基礎雄厚，實踐能力更強的高素質師資隊伍。

3.2 物的管理

3.2.1 構建智能化教學環境

物聯網的引入使教學環境的每個物件都具有了數字化、網絡化、智能化的特性，管理員可即時捕捉、分析師生教與學的需求信息，并做出相應調整，為師生提供更加智能化的教學支持。

例如，可在教室內裝上有特種感知的傳感器，管理員通過管理計算機設定教室照明燈、風扇、空調的開關和語音設備的啟動時間，上課前計算機遙控傳感器自動開啟各類設備，下課時再自動關閉，提高了管理員的工作效率。我們還可以在實驗室門口處裝上探測器，探測學生是否帶有零食、飲料等禁止攜帶入內的物品進入實驗室，并對違規者發出警告，從而加強語言實驗室環境安全與衛生的維持。

3.2.2 設備信息管理

傳統上，我們獲知實驗設備或者耗材的相關信息一般都是通過翻閱產品說明書。這種紙質的說明書很容易被丟失或遭到污損，不方便保存。使用物聯網中的RFID技術對實驗設備進行管理，可用電子標簽將實驗設備的基本屬性(型號、規格、出廠日期、單價、設備號、使用地點、生產廠家、維修記錄等)和幫助信息等內容存儲起來，通過閱讀器閱讀即可方便地獲知并可通過網絡進行管理。當存儲的信息內容發生變化時，用手持讀/寫卡器修改芯片內容，更新電子標簽，同時更新后的標簽信息可自動通過手持機發送到設備管理服務器進行數據更新，進而減少盤點時間，提高盤點質量。

由于實驗設備的電子標簽存儲有大量信息及維護、維修記錄，這樣在現場就可以很清楚地掌握該設備的使用情況，設備維護、巡檢后的信息立刻即可錄入手持機，同時存儲在設備的電子標簽中，這樣不僅節省了人力、物力，同時也提高了實驗設備的使用效率，使設備巡檢、維護變得簡單易行。

3.2.3 設備狀態檢測

語言實驗室管理中，設備狀態檢測是一項重要工作。設備的維修與否是建立在設備狀態檢測的基礎上。傳統的設備維修一般采用兩種方式：一種是定期維修，經過一定時間運行后，統一對設備進行檢修；另一種是故障后維修，當設備運行出現故障后對設備進行維修。定期維修，容易造成資源浪費，在一些不需要維修的設備上浪費時間和資源。故障后維修周期較長，不能盡快投入使用，影響正常的實驗教學進程。因此，實驗設備的運行狀態監測是實驗設備管理的重中之重。

物聯網環境下，在實驗設備中嵌入傳感器，監控設備運行狀態，評估關鍵的運行參數，設備的這些關鍵運行參數一旦發生改變，傳感器將會立刻向物聯網發出警示信號，信息處理中心在收到這些信號后，設備運行狀態評估系統將對設備運行狀態進行評估，并反饋評估結果。管理者根據系統反饋結果，進行設備管理決策，決定設備維修策略。

3.3 事的管理

3.3.1 學習過程評估

物聯網能同步記錄學習過程，可以應用到學習過程評估中。同時，學生可以多方面利用記錄的學習過程：如果在學習過程中，學生對某項知識理解不透徹或有錯誤，可以利用記錄過程進行學習反思，尋找學習失敗原因；也可以利用學習記錄信息，回顧學習過程，加深對學習涉及知識的理解。

3.3.2 故障責任追蹤

語言實驗室內每天都有不同班級的學生來上課，承擔教學任務繁多，實驗設備很容易出現故障，如果沒有充分的證據說明，管理員很難查出設備損壞的原因，即便查出是人為損壞，也很難追蹤到具體的責任人，以至于不能立刻采取有效的處罰措施。使用射頻跟蹤自動識別管理系統，由于每臺設備上都裝有射頻芯片，儲存了大量的有關設備信息，包括每次維護、維修、巡檢的記錄，而這些信息是不能隨意更改的，這就避免了一旦出現相關責任事故，不能明確責任的問題，使實驗設備日常維護工作變得有據可查。

3.3.3 安全管理

使用RFID技術，可以對語言實驗室設備進行實時的跟蹤管理，可以嘗試在每個實驗室門上安裝門禁模塊，該模塊包括讀頭和聯網接頭，其主要的功能是自動掃描進出實驗室門的物品，并將搬動時間、進出房間號等信息發給中心管理計算機。管理員可運用此技術為實驗設備預定若干命令，并設置報警裝置。這樣，當有人將帶有電子標簽的實驗設備帶出實驗室時，就會被門禁模塊掃描到，如果當前位置與預定位置不相符，門禁模塊即可發出報警訊號，并將該信息通過網絡傳輸到中心管理計算機，防止私自挪用實驗室設備或發生意外情況，達到保護實驗設備安全的目的。

4 結束語

借助物聯網技術，可以使瑣碎、復雜、低效的手工管理轉變為簡單、輕松、高效的自動化管理，極大地簡化了管理流程，降低了管理人員的勞動強度，提升了管理效率。由此可見，物聯網技術必將成為語言實驗室智能化管理的一個重要手段。

參考文獻

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0 引 言

當前，我國高校的實驗室管理普遍存在信息化程度低、對實驗室出入人員的考勤不夠準確和效率太低，對實驗室內部人員缺乏有效的定位以及對實驗室內環境缺少有效監測和預警等問題，為了解決這些問題，筆者設計了一個基于物聯網的高校實驗室管理平臺。

該平臺能實現物聯網技術在實驗室管理中的應用，通過RFID技術實現對實驗室內人員的考勤和定位管理，人員一旦進入危險區域，立刻啟動預警功能。通過無線傳感器網絡技術實現對實驗室內的環境參數，包括有毒有害氣體、煙霧濃度等進行實時監測，一旦有毒有害氣體外泄或者電源線等其他設備著火，煙感傳感器會立刻監測到數據并啟動報警裝置。

1 基于物聯網的高校實驗室管理平臺設計

1.1 考勤模塊設計

在實驗室入口處設置一個考勤節點，即安裝一個固定的RFID射頻閱讀器，這樣進入實驗室的人員佩戴一個電子標簽（或者集成到校園一卡通）進入實驗室區域時，閱讀器便會自動識讀該人員的基本信息，同時獲取的信息也將通過物聯網自動傳輸到中央處理系統的相應模塊進行登記存儲。將考勤節點的刷卡記錄提取到實驗室考勤管理系統的后臺數據庫中，經過考勤數據分析后，即可查詢我們需要的相應時間段內的學生個人考勤報表或班級考勤報表。

圖1所示是本系統中的實驗室人員考勤模塊結構流程圖。整個模塊由數據采集、數據傳輸和考勤管理等三部分組成。

另外，本系統也分為系統硬件部分和軟件部分。系統硬件部分作為整個系統的信息采集部分，主要由射頻卡、讀寫器和控制器三部分組成；而軟件部分的主要功能包括信息采集、基礎信息維護以及信息管理。其具體功能模塊劃分如圖2所示。

2.2 定位模塊設計

實驗室內人員定位功能將采用監控中心、有線傳輸和無線信息檢測采集3層網絡來實現。系統整體結構如圖3所示。

由圖3可見，本系統網絡共分為3級。第1級網絡是監控中心，由監控主機和報警裝置組成。可通過友好的人機界面實現人員的監測及管理；第2級網絡是有線數據傳輸平臺，主要通過CAN總線實現各個監控點和監控室的數據傳輸；第3級網絡的無線信息采集系統在實驗室內重要據點安裝RFID閱讀器。閱讀器天線接收到電子標簽發來的射頻信號，經過處理后，提取出個人信息，發送到監控中心。

3 實驗室環境參數的實時監測和預警

以數據集中存儲、管理和設備、環境監測為基礎，配備相應硬件，使用集成開發管理軟件，實現智能環境監控。監視參數主要包括有毒有害氣體濃度和煙霧濃度。

有毒有害氣體和煙感傳感器監測數值經過模擬量通信模塊轉換，集中由電腦主機管理，通過配套的管理軟件顯示和報告有關數據。

當各傳感器測量結果超出范圍時，向手機或監控軟件發出報警信號，要求管理員處理。整個實驗室環境監測拓撲圖如圖4所示。

4 結 語

本文通過一個基于物聯網的實驗室管理平臺來實現高校實驗室內的人員考勤、定位管理，同時實現實驗室環境的實時監測和預警，該系統可以較好地解決高校在實驗室管理中存在的信息化程度低、安全隱患不能及時預警等問題，對于高校的實驗室管理具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻

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實驗室對設備管理的軟硬件系統不夠完善。如存在機房管理員對機房設備管理不智能；機房設備丟失后無法找回；計算機損壞后維護不方便；機房的安全管理等問題。

資源共享機制比較薄弱。實驗室的服務對象單一，大部分只是針對專業學生、老師。而且實驗室時間不靈活，利用率低。

實驗室管理中對教學方面的管理較薄弱。如：對教師和學生不到或者遲到的監控；對機房環境監控 ；對機房管理員的管理。以及學生在聽課過程中出現了遺漏，無法補上，導致學習效果難以提升。

二、進行以物聯網為基礎的計算機實驗室管理方案

把物聯網三層結構作為出發點，并以計算機實驗室所構建的組織結構為基礎，實現基于物聯網背景的計算機實驗室管理系統。從實驗室實際管理工作中所遇到的問題出發，主要從實驗設備管理以及實驗教學管理兩個方面分析如何依靠物聯網技術順利解決問題，進行以物聯網為基礎的計算機實驗室管理。

實驗設備管理

（1）資產管理。對實驗室資產管理主要包括設備申購、設備報廢、設備的遺失處理和設備的資產核查等多個方面的工作。

設備申購主要指的是購置機房所需設備，比方說服務器、學生機、指紋機等，需要通過招標購置。在申購成功之后，通過RFID標簽或者是條形碼進行標識，把設備的廠家/型號、采購日期和維修記錄的等級這些信息上傳到實驗室的管理系統當中。

設備報廢指的是在設備使用時間達到其最大壽命期限后，在設備處做出報廢確認之后，對RFID標簽或者是條形碼進行清除，且在設備管理系統當中把設備狀態修改為報廢，然后把報廢設備交給設備處進行處理。

設備遺失指的是設備被盜或者是丟失，在保衛處或者是設備處做出核實之后，進行設備遺失的處理工作，且在設備管理系統中把設備狀態修改為遺失。

資產核查指的是在每個學期開始至結束時對設備資產進行統計，保證設備的物理存在同管理系統中數據記錄是一致的。

（2）維護管理。對實驗室的設備進行維護管理作為計算機實驗室全部工作中的重點所在，其工作質量的好壞能夠直接影響到實驗室進行教學的實際效果。在進行設備維護時，要爭取第一時間發現問題所在，并在最短的時間內徹底解決問題，以此來保證計算機實驗室能夠順利的展開教學工作。維護管理工作主要包括保修、維修以及維護這三個部分，其全部過程都會完整的保存在設備管理系統當中。

報修：可以對獨立設備安裝嵌入式傳感器，在設備出現故障時，實驗室管理系統中的管理員帳戶中能查看到故障設備的位置，這樣可以避免教師或者是學生進行設備報修登記不及時的情況。

維修：在實驗室管理工作人員接收到設備故障的通知后，及時進行設備維修工作，如果沒有及時解決故障，可以通過短信平臺同設備公司的售后服務人員取得聯系并進行設備維修工作。在設備維修完成之后，還要對設備狀態做出修改，撤銷故障警報。

維護：通過實驗室工作人員對設備軟硬件與實驗室中設備進行定期的抽檢與維護。

（3）安全管理。為保證實驗室內設備的安全，每個實驗室需配備有實時地視頻監控、紅外線報警裝置以及門禁系統等多種安全設備。對于機房設備防盜管理，可以通過無線遠程視頻監控系統來維護，它需要把獨立的設備安裝電子標簽，電子標簽會將設備的信息與位置發送給管理端，從而實現對設備不間斷監管。而對于設備軟件系統，則需要通過專業的殺毒軟件、硬盤保護卡以及防火墻等技術措施保障系統的安全性。還可以安裝無線溫濕度傳感器和煙感器來監管實驗室的環境，及時發現如火災等情況。

（4）共享管理。

進行設備共享管理指的是在沒有進行教學行為的時間內提供給非教學活動以場所及設備，重視實驗室中設備的網上共享與，主動需找同其他企業與高校之間的交流機會，使設備的經濟效益與利用率得到提高。

共享管理主要包括在非教學時間段設備與實驗室有償租借。實驗租借主要指對外租借計算機機房，滿足租借方在實驗教學之外的任務，比方說企業培訓、上機考試或者是學生培訓等。設備租借一般是指實驗室殊設備的對外租借，比方說網絡測試儀以及服務器等等。對于設備租借的管理，都需要記錄在實驗室管理系統當中，保證設備的安全性。

2. 實驗教學管理

（1）課表管理。實驗室管理員能通過實驗室的管理系統查詢到所管理教室的課表，從而能實時關注教學過程中出現的實驗室管理方面的問題。

（2）教學管理。通過教學管理的具體對象進行區分，主要包括課程管理、教師管理和學生管理三個部分。

課程管理：從實驗教學的具體計劃出發，教師把制定好的實驗教學計劃進程表、報告模板和教學大綱等相關材料提交到實驗室的管理系統上，以此進行教學資料庫的建設。還可以安裝wifi攝像頭，對教師當堂課教學進行錄像，課程教學完畢后將視頻傳送到實驗室管理系統中，方便學生重復聽課。

學生管理：可以通安裝指紋考勤機來記錄學生遲到和缺課。還要利用實驗室的管理系統，為學生提供登錄賬戶，通過此賬戶登錄管理系統之后，可以詳細查看實驗課程的安排情況、進行作業的提交、實驗成績的查詢，還可以向老師提出疑難問題、對老師進行評價等。

教師管理：教師也可要通過指紋考勤機來實現考勤管理。并利用實驗室管理系統建立帳戶，教師能查看到課學生名單和進行實驗作業的批改工作、對學生提交的實驗報告進行查詢、解答學生提出的疑難問題以及進行學生實驗成績的提交等，使教師能夠方便的對學生具體實驗課程內容進行管理。

總結

本文以物聯網具備的三層結構為基礎，分析探討了在物聯網背景下可以對實驗室室管理工作進行的改進與優化，研究了計算機實驗室實施教學管理與設備管理的新方法與新思路，創新了物聯網實驗室硬件管理支撐平臺和軟件支撐系統管理結構，優化出以物聯網為基礎的實驗室室管理模式。期望在計算機實驗室進行管理的過程中能夠切實利用所有資源，使實驗室成為支撐教學與科研的有力平臺。

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在看重學生實踐能力與創新能力的今天，高校實驗室的質量已經成為彰顯高校綜合實力的重要部分，普通高校實驗室已成為教學、科研等的重要場所，高校實驗室的管理水平成為直接反映高校整體管理水平的一個方面，實驗室管理得好與壞、實力的強與弱已成為該高等院校的一種實力體現。通過對目前高校實驗室管理體制和實驗室儀器、人員、資金管理等方面存在問題的剖析，就物聯網技術在高校實驗室管理中的應用進行相關研究。

一、高校實驗室管理建設需依靠物聯網技術

1.目前部分實驗室管理、建設基本上依附于某個專業或研究中心，專門為某個特定專業的學生教師服務，造成了實驗室教學、科研目的單一的情況，從而造成設備使用效率低及教學資源浪費，在一定程度上影響教師的科研、教學能力及學生的實踐、創新、綜合能力的提升，導致科研、實踐、教學三者結合的優勢很難在教學中體現出來。實驗室的發展建設是需要宏觀規劃與微觀布局的。很多實驗室在建設過程中應先進行統籌規劃，否則在建設過程中會導致實驗室目的性單一，經常采購相似甚至基本相同的設備。在我國普通高校實驗室建設經費普遍不充裕的情況下應盡量避免實驗資源的嚴重浪費，以上的一些因素嚴重制約了實驗室建設發展，從而制約教師及學生的實踐能力提升。在調查了很多所普通高校、獨立院校實驗室建設情況后，發現了一些相似或類似的問題。在理工類專業，實驗設備在大部分實驗室供不應求，不能滿足科研實驗的需要；而在其他一些專業實驗室中，同類設備則出現多年閑置或封存的狀況。大部分財經類專業的電子商務實驗室、財務管理實驗室、ERP模擬實驗室、計算機網絡實驗室和計算機基礎實驗室，這些實驗室設備基本相同，都能獨立滿足本專業的科研教學要求，但實驗室的實際使用狀況卻是計算機基礎實驗室通常都全天運轉，而其他幾個模擬實驗室其使用率卻不足30%，這就說明教學科研資源的使用情況上沒有較為合理的規劃安排。

2.在科技高速發展的今天，實驗室設備更新換代周期越來越小，很多設備往往很短年限就跟不上科研、教學的需求，但是大部分高校對實驗室經費的投入卻沒有進行對應的調整，反之很多高校投入實驗室的建設經費卻在逐年遞減。例如，很多高校使用的實驗設備尤其是微機仍是7年前，甚至是更久以前的設備，這些設備出現了嚴重老化，不斷出現故障錯誤，而且運算、調試速度越來越慢，有些甚至無法滿足教學所需的最低要求。這不但增加了實驗室的維護困難，還使得教師、學生能力提高效率低下，嚴重影響了學生的學習積極性。現在很多基礎學科的實驗室經費無法得到滿足，高校較多地將經費投入到科研實驗室，對于基礎學科實驗室缺少資金扶持，導致基礎實驗室條件落后、設備陳舊。隨著知識體系結構的不斷完善、增加，很多設備無法滿足新的實驗需求，實驗儀器的性能跟不上技術的改革和發展，導致實驗運行結果不夠精確。總的來說，基礎學科實驗室同樣需要高校實驗室建設資金的傾斜。高校實驗室建設需要一門新技術來方便管理。物聯網技術與實驗室管理相互融合必將為高校實驗室建設帶來新的革命。

二、物聯網技術在我國的運用和發展

物聯網技術在我國主要用于醫療、安防、污水處理、電網、鐵路、橋梁等各行各業當中，之后我們把物聯網與互聯網整合起來，從而實現事物的數據化、網絡化，在這個整合后的網絡當中，由強大的計算機機群來管理整合后網絡中的人員、設備、設備的管理和控制，在此基礎上我們可以更加智能化的生活和管理。我國在1999年就啟動了物聯網核心傳感網技術研究，研發水平處于世界前列，物聯網在我國高校的研究，聚焦點在南郵。無錫市2009年9月與北京郵電大學就傳感網技術研究和產業發展簽署合作協議，標志中國“物聯網”進入實際建設階段。2010年6月10日，江南大學整合相關學科資源，推動相關學科跨越式發展，江南大學信息工程學院和江南大學通信與控制工程學院合并組建成立“物聯網工程學院”，也是全國第一個物聯網工程學院。2011年4月，長安大學成立了我國第一個國家級大學科技園。2010年教育部下達了高校設置物聯網專業的申報通知。物聯網可以是一個專業但不一定是一個學科。

三、高校實驗室利用物聯網技術進行管理的應用

在物聯網技術與我們學習生活緊密結合的影響下，高校實驗室管理工作中存才很多改進和優化的地方，提出了實驗實訓中心實施設備管理和教學管理的新方法和新思路，主要就物聯網技術的兩個方面的應用做詳細說明，即硬件支撐平臺和軟件管理結構。

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孕前優生質控物聯網主要針對衛計系統醫療機構，同時可向家庭和個人提供延伸服務。系統集成的硬件產品涉及電子、計算機、機械、網絡等行業，其推廣應用將對我國相關產業具有很大的帶動作用，形成一個全新的健康服務信息產業領域。本文是筆者在該項目設計開發中的幾點總結和體會。

1 物聯網質控系統總體架構設計

項目涉及的目標用戶范圍廣，包括醫療服務機構、醫療行政部門、醫療科研機構、醫療設備運維機構、醫療信息管理機構等，涵蓋了這些組織機構的醫學檢驗主要業務流程及依托信息化技術手段實現對這些業務流程的監管、優化，因此對系統架構的通用性、前瞻性、可擴展性、易維護性要求較高，通用性是指本項目必須要具備與項目目標用戶現有系統、未來待建系統的集成與交互；前瞻性是指本項目系統在實現技術手段上必須要有一定的前瞻性，滿足未來系統需求、業務、運營模式發展的需要；可擴展性是指本項目必須要在性能上，可根據業務需求隨時進行擴展；易維護性是指本項目系統一旦發生故障，應能在短時間內修復，不能長時間影響業務流程的運作。

本項目的系統架構中包含三層，分別是感知層、網絡層、應用層。

感知層是整個系統的基礎，采集整個系統相關的數據。它包括以下數據：實驗室工作環境數據包括溫度傳感器采集室內溫度數據、濕度傳感器采集室內濕度數據；實驗室工作人員認證采用指紋儀、虹膜、身份證等身份識別工具識別；實驗室診斷試劑、檢測樣品用RFID、掃描碼等識別；實驗室工作場景數據包括用攝像頭采集工作人員狀態、試劑情況、操作流程等；實驗室設備數據包括血常規數據、尿常規數據、微生物數據等。

網絡層實現感知數據信息的可靠傳輸：實驗室與外界信息傳輸采用有線網絡包括專用網及互聯網、無線網絡包括移動3G/4G；實驗室內信息傳輸采用控制總線、WIFI、藍牙、ZIGBEE等實現網絡互連，對實時性要求較高的感知數據如設備狀態數據等為及時有效控制采用網絡專線傳輸。

應用層用戶包括專家、行政管理人員、設備運維人員、信息管理人員等，通過專家系統提供的相應數據統計、分析并進行圖形化的顯示使實驗室或上級機構專家可實時監控數據是否異常，及時進行干預調控；通過業務系統行政管理人員可監控實驗室每日工作情況包括檢驗項目開展情況、工作量等指標，進行有效決策；通過運維系統實驗室設備管理部門可實時監控設備運行狀態是否正常，若發生異常系統自動報警，設備運維人員可第一時間進行遠程維護或趕到現場處理；通過信息系統信息管理部門可進行大數據分析挖掘以支持行政管理部門的決策。

2 與系統連接的實驗室設備信息采集傳輸及接口標準研制

本物聯網系統實驗室設備信息采集傳輸及接口標準是一個難點。其主要難點在于：首先，該標準需要綜合考慮各地實驗室服務業務的特征。制定的標準必須易理解、易推廣，才能被各地廣泛的認同、使用、推廣。其次，制定的標準必須有良好的擴展性和向下兼容性，否則該標準將不能很好的延續下去。這種良好的擴展性和向下兼容性不僅僅是業務層面的，還是技術層面的，所以，在制定標準的時候，需要綜合考慮未來實驗室醫學檢驗服務業務的發展，制定出良好的框架，以方便未來業務的擴展，同時能夠兼容以前的標準。因此，標準規范的制定是本項目的重點、難點，也是項目能否成功與否的關鍵問題。

3 系統數據容災備份與安全認證服務技術

實驗室質控系統涉及到巨大的數據存儲和管理，為了能夠保證數據和系統的安全性，系統需采用多種安全保障與備份的綜合方案構建高可信的公共服務體系安全架構。首先，在數據內容的安全加密方面，數據傳輸采用SSL加密，用戶密碼采用不可逆的MD5加密算法，信息資源的加密采用不可逆的DSA加密算法；其次，網絡傳輸方面采用反向服務器機制，可以在防火墻設備中同時使用這兩種方式，其中反向用于外部網絡訪問內部網絡時使用，正向或包過濾方式用于拒絕其他外部訪問方式并提供內部網絡對外部網絡的訪問能力。結合這些方式提供最佳的安全訪問方式；再者，對于數據傳輸方面將采用數字簽名技術，在基于國際公認的具有商用安全強度的非對稱密鑰算法的技術上，開發基于數字簽名的婦幼健康公共服務的安全認證體系，以形成統一的、高效的、開放的、安全的、可控的、可認證的信息化協同平臺的安全基礎，確保物聯網系統數據傳遞和交換能夠不被盜取、不被篡改、不被抵賴。

孕前優生實驗室質控物聯網系統符合國家重大應用需求及產業扶持政策，服務于國家免費孕前優生健康檢查這一重大民生需求，可提高基層醫療機構的孕前優生健康檢查服務效率和管理水平，為提高人口素質改善國民生殖健康水平提供技術支撐環境，因此該系統的研發設計和推廣應用具有極大地現實意義。

參考文獻

[1]劉尊亮.信息化人口和生殖健康服務管理系統設計芻議 [J].信息通信，2012（02）.

[2]宋庭新.中小企業云制造服務平臺的研究與開發[J].計算機集成制造系統，2013， 19（05）.

[3]黃必清，黃必清，王濤，朱鵬，薛霄，吳蕓.基于本體的臨床試驗數據語義查詢[J].清華大學學報（自然科學版），2012（01）.

作者簡介

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2 物聯網技術概述

從“智慧地球”理念到“感知中國”概念的提出，隨著全球一體化、工業自動化和信息化進程的不斷深入，物聯網時代悄然來臨[1]。物聯網（Internet of Things）是通過運用射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[2]。通俗地說，物聯網就是物物相連的互聯網。

目前，物聯網的關鍵技術主要有射頻識別技術、傳感器技術、ZigBee技術等。

RFID（Radio Frequency Identifaction）即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽。RFID系統由讀寫器、電子標簽和天線組成。讀寫器包括固定式讀寫器與手持式閱讀器。

ZigBee技術是一種新興的低功耗、低成本、高容錯性的短距離通信技術。

3 基于物聯網的智能化實驗室管理系統的設計

3.1 系統整體設計方案

該系統是一個無線傳感網絡。硬件方面，預先在每間實驗室安裝門禁控制器、ZigBee無線節點、溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器。每件實驗設備、物品，實物實驗報告、作業貼有RFID標簽。每個實驗操作平臺配備手持閱讀器。軟件方面，需要在物聯網的終端安裝管理系統的軟件。

3.2 系統各模塊功能

該系統由七大功能模塊組成。

3.2.1 管理員登錄

該系統軟件只允許管理員登錄后才能使用，如果不是管理員則需要先注冊。

3.2.2 網絡管理

實現網絡連接狀態的查看和設置。

3.2.3 使用人員管理

所有人員必須使用身份卡進出實驗室，門禁控制器利用射頻識別技術識別進出實驗室的人員身份，數據庫里能夠檢測到的人員能夠直接進入實驗，而臨時人員需要進行系統登記后才能進入。

3.2.4 實驗室設置

遠程控制ZigBee無線節點，對實驗室的基本信息進行日常管理，顯示實驗室的動態使用狀況。為了能給學生提供寬松的實驗條件，通過開放實驗室，學生能夠預約課余時間來做實驗。如圖1所示，根據開放日期，查看學生提交的預約申請。

3.2.5 實驗教學管理

（1）教師和學生考勤管理。當教師、學生進入實驗室，門禁控制器識別身份卡，將進入、離開的時間記錄在軟件上，實現教師、學生的自動考勤。

（2）實驗項目管理。為了規范實驗教學內容，需要教師預先錄入每門實驗課程的教學計劃、實驗大綱、多媒體教案、基礎實驗項目、綜合實訓項目、操作規程以及實驗示例等教學資源。學生隨時可以下載相關教學資源進行閱讀和操作練習，有助于提高學生自主學習的能力。

（3）實驗過程實時監控。對所有實驗室設備、物品的狀況進行監控，比如實驗過程中，哪些設備能正常使用，哪些發生故障。同時還可監控學生的實驗過程，及時發現學生學習中存在的問題，教師進行集中講解，提高學習效率。

（4）實驗作業和成績管理。實驗完成后學生可以通過該RFID技術將實物實驗報告、作業或實驗結果上傳到系統進行儲存，便于管理員、教師批改作業、統計分析學生實驗成績，當課程結束時學生能夠查看自己每次的作業成績，以及該門課程的總評成績。

（5）交流討論。實驗前，教師可以通過該模塊向學生實驗管理規章制度，布置實驗任務，與學生進行實驗方法的討論，增加學生與教師、學生之間的互動。

3.2.6 實驗設備和物品管理

每件實驗設備、物品貼的標簽上載有對應的編號、名稱、狀態、購置日期、維修記錄等信息，實現了信息智能儲存功能。使用人員通過手持閱讀器識別領用的設備、物品上標簽，將它們的基本信息反饋到如圖3所示的界面上，有利于實驗人員提前了解設備、物品的基本資料，還可以對它們進行定位、跟蹤，顯示使用人員身份，有效地監管了實驗設備、物品的使用狀態，防止有人將它們任意拿出實驗室。另外RFID標簽還能實現相同或不同實驗室的設備、物品間進行通信，高效地利用了資源。

3.2.7 環境監測

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1物聯網的概念

物聯網是物物相連的互聯網，是以互聯網為核心并在此基礎上的延伸和擴展，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，并通過智能感知、識別技術，進行信息交換和通信。物聯網需要射頻技術，智能感知技術，無線傳感網絡，通信傳輸技術和云技術等關鍵技術來支持。

射頻識別（RFID）技術：一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號及其空間耦合的傳輸特性，實現對靜止或移動物品的自動識別。

2物聯網的RFID技術在實驗室開放管理的應用

2.1實驗室安全方面的管理

實驗室在業余時間面向學生開放后，會涉及到安全方面的問題，例如，設備儀器的安全，傳統的做法是每個實驗室配備一個專職的實驗員，但實驗室開放的數量增多后，會涉及到人力資源的浪費。如在每個實驗室裝上視頻監控，但視頻監控有時會因清晰度、角度和設備故障（如視頻監控硬盤損壞）等原因而不能做到實時的監控。為了保障實驗室開放后的設備安全，可以利用RFID技術，在每個實驗設備上打上電子標簽，只要設備的RFID標簽在實驗室的有效范圍內，就可以對設備的進行動態的追蹤和監控。這個電子標簽可以將實驗設備的具置記錄下來。如果發生設備的被盜等行為，而使設備的位置發生變化，那么此時電子標簽就可以感應此行為的發生，并可以立即通過無線傳感網絡傳輸，通知管理員，這時管理員就可以做出相應的處理。從而保障了實驗設備的安全。

同時還可以使用RFID技術的門禁系統，來識別進入實驗室人員的情況，包括人員的身份信息、進入的時間、離開的時間等。對比傳統接觸式的門禁，會由于油跡、灰塵等惡劣環境而容易產生故障，從而導致識別功能的失效。而RFID技術的門禁系統，可以避免這些情況的發生，RFID技術的門禁系統，具有無需接觸或瞄準，能在比較惡劣的環境下工作，無須人工干預便能識別。傳統接觸式的門禁，每次只能識別一個人的信息，不能做到批量處理，效率低下。而RFID技術的門禁系統，能做到同時識別多人的信息，從而使識別的效率大大提高。實驗室管理人員可以利用RFID技術的門禁系統功能上的優勢，來統計進出實驗室人員的信息，出入的具體時間，從而清楚地，快速地掌握當前的實驗室的開放程度和使用狀態，并以此作為以后的實驗室統籌安排提供依據。同時，RFID技術的門禁系統還可以設置實驗室的分時段開放，即只有某一時段可以使用，其它時段則不開放。

2.2實驗室設備的管理

實驗室的設備和儀器種類繁多，有硬件的設備，也有軟件的，同時也可能包括一些細小的電子模塊。同時每臺設備的硬件和軟件配置都會有所不同。傳統的做法是使用人工手寫輸入登記管理的方法，這種方法需對每一件設備的配置進行詳細的記錄，這樣做不僅效率低下，維護和整理起來也不方便，一旦設備的硬件或軟件有變動，都需重新作出修改，對于實驗設備數量龐大的，人工統計不易整理，且效率低下，如果發生數據丟失，需重新進行人工統計，工作量非常大。

將RFID技術系統應用到實驗設備的管理上，不僅使設備的統計效率大大提高，而且能做到實驗設備資源的合理統籌。使用RFID技術系統對實驗室的設備進行管理時，可以將設備的基本屬性，如設備的基本軟硬件配置、購置年份、使用期限、使用說明信息等內容存儲到設備的電子標簽上，存儲在電子標簽的信息，可以通過閱讀器和網絡，數據庫進行集中式讀取和管理，當設備的基本信息有變更或內容發生變化時，可以很容易修改芯片的內容進行修改，并且新的信息可以通過無線傳感網絡傳送到數據庫服務器上進行數據的更新。