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(tǒng)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(tǒng)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(jié)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(yè)建設過程中，因專業(yè)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(tǒng)應用需求

2.1.1 系統(tǒng)應用需求

以物聯網為基礎的實驗室安全管理系統(tǒng)，主要是設置實驗室實時監(jiān)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(fā)展奠定基礎，該系統(tǒng)具有下面幾點需求：

（1）代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(tǒng)計。

（2）實時監(jiān)測實驗室內水電情況，并分析統(tǒng)計數據，支持友好界面觀測。

（3）視頻監(jiān)控實驗室所有房間情況，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(tǒng)性能需求

實驗室物聯網安全管理系統(tǒng)的目標，在于全面保障高校實驗室安全。為了確保該系統(tǒng)長期運行，則需要滿足下面3點性能需求：

（1）要保證系統(tǒng)具有完整性，系統(tǒng)是否具備完整性，是衡量這一系統(tǒng)應用實效的關鍵標志。在開發(fā)系統(tǒng)時，應全面考慮這一系統(tǒng)的現有功能，并不斷擴展功能。

（2）要保障系統(tǒng)的可靠性，通過該系統(tǒng)可實時采集與分析實驗室內水電情況，只有構建實時系統(tǒng)，才能提高監(jiān)控的可靠水平。

（3）要確保系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)總體設計

2.2.1 系統(tǒng)整體架構

在設計實驗室物聯網安全管理系統(tǒng)之際，應結合物聯網架構層特點，將該系統(tǒng)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(tǒng)中，主要通過設置水流量計、攝像頭以及讀寫器等智能監(jiān)控水電，而且還匯聚了門禁系統(tǒng)采集功能、視頻監(jiān)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(fā)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(huán)網連接，*終匯總數據，將數據傳遞于中央服務器。應用層是人、系統(tǒng)和物聯網的接口，在這一系統(tǒng)中，分為UI、數據層及業(yè)務層等，具有信息管理、電能監(jiān)控以及水流監(jiān)控等作用。

▲圖1系統(tǒng)體系架構圖

2.2.2 系統(tǒng)功能

在這一系統(tǒng)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(jiān)測：這一功能的目的，在于全面監(jiān)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(huán)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(jiān)控與采集數據。

（2）電能監(jiān)測：這一功能核心任務在于獲取實驗室用電情況，針對突發(fā)用電事故做出反應與處理。為了切實達到這一目標，應該在實驗室內設置專業(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無線傳輸方法傳輸數據，通過光纖環(huán)網與系統(tǒng)連接，令中央服務器精準讀取電能表數據，從而達到實時監(jiān)控的效果。

（3）視頻監(jiān)控：主要監(jiān)控實驗室的動態(tài)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(jiān)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(tǒng)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(fā)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(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(tǒng)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(tǒng)實現

2.3.1 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)主要應用光纖環(huán)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(fā)揮中央服務器作用，便可記錄監(jiān)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(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)長足運行，發(fā)揮高效的安全保障作用。

▲圖2 系統(tǒng)硬件組織架構

2.3.2 系統(tǒng)軟件

這一系統(tǒng)的軟件實現主界面，主要如圖3所示，涉及水流量監(jiān)控系統(tǒng)、安全防控子系統(tǒng)、電能子系統(tǒng)以及報表打印子系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)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(tǒng)主界面

物聯網技術的不斷發(fā)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(tǒng)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(fā)揮物聯網技術優(yōu)勢，構建集水電監(jiān)測、視頻監(jiān)測、門禁管理等為一體的安全管理系統(tǒng)，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(fā)展提供堅定的后盾力量。