基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)應(yīng)用研究

范山崗　沈建華

摘 要 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，高等院校的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)信息化管理，實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、統(tǒng)計(jì)等功能已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，但是實(shí)驗(yàn)室的管理過(guò)程仍有許多環(huán)節(jié)需要管理員的介入，自動(dòng)化和智能化程度不高。本文探討了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化及無(wú)人值守實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)及其應(yīng)用，為高校實(shí)驗(yàn)室信息化管理提出新的思路。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng) 智能化

中圖分類(lèi)號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

我國(guó)高等教育已經(jīng)進(jìn)入新的發(fā)展階段，以產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE）模式等為代表的人才培養(yǎng)模式正在得到越來(lái)越多的業(yè)界認(rèn)可。與此同時(shí)，隨著越來(lái)越多的高校重視工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證及新工科的推進(jìn)，高校和用人單位對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力、工程應(yīng)用的能力和創(chuàng)新能力越來(lái)越重視。在這個(gè)大背景下，為培養(yǎng)學(xué)生的相應(yīng)能力，高校對(duì)實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)愈發(fā)重視，這就對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理提出了更高的要求。

高校實(shí)驗(yàn)室最早多采用人工管理模式，實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行維護(hù)基本為人工負(fù)責(zé)。近年隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，很多實(shí)驗(yàn)室建立了網(wǎng)站，進(jìn)行開(kāi)放預(yù)約和信息公示。隨著國(guó)家級(jí)和省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)，不少高校已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理的網(wǎng)絡(luò)化和信息化。但與目前不斷發(fā)展的需求相比，仍然缺乏高度智能化、自動(dòng)化，適應(yīng)靈活多樣的實(shí)踐教學(xué)及創(chuàng)新活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)。本文介紹了南京郵電大學(xué)結(jié)合自身專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，開(kāi)展的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)研究與建設(shè)的實(shí)踐。

1實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)分析

我校是電子信息類(lèi)高校，實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)全校學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)和通信、網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)保障工作，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要用到電腦、專(zhuān)業(yè)軟件、實(shí)驗(yàn)箱、開(kāi)發(fā)板、常用電子儀器儀表等資源，需要為各課程分配實(shí)驗(yàn)室和各種實(shí)驗(yàn)資源，做到有效合理、充分利用。

同時(shí)實(shí)驗(yàn)室管理人員要面對(duì)全校師生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室預(yù)約登記，合理分配實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備，并在預(yù)約時(shí)間開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，準(zhǔn)備耗材、實(shí)驗(yàn)箱、網(wǎng)絡(luò)等所需的軟硬件和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中統(tǒng)計(jì)學(xué)生出勤率、設(shè)備利用率等參數(shù)，還要保障實(shí)驗(yàn)室安全可控，統(tǒng)計(jì)故障設(shè)備，修理等。教師和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)、設(shè)備預(yù)約環(huán)節(jié)；實(shí)驗(yàn)室管理人員在預(yù)約登記和日常管理環(huán)節(jié)；教學(xué)管理人員在事后的考勤、使用率等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)環(huán)節(jié)都要耗費(fèi)大量精力。人工參與日常管理下實(shí)驗(yàn)室的利用效率偏低，師生使用也不方便。

為更好保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我校進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)嘗試，將實(shí)驗(yàn)老師和管理人員從低效的日常管理中解放出來(lái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、效果評(píng)估等更有價(jià)值的工作中來(lái)，為此提出建設(shè)全自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。

2實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了真正實(shí)現(xiàn)智能化，無(wú)人化，系統(tǒng)需要從實(shí)驗(yàn)的參與人員、所需實(shí)驗(yàn)室、所需軟硬件和實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理等幾個(gè)方面出發(fā)，在數(shù)據(jù)獲得部分對(duì)接學(xué)校已有系統(tǒng)，獲得實(shí)驗(yàn)安排、人員名單、聯(lián)系方式；在日常管理部分引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使門(mén)禁管理、電源管理和集中監(jiān)控部分都實(shí)現(xiàn)無(wú)人化；在軟件管理部分引入虛擬化、資源化技術(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)態(tài)分配所需軟件環(huán)境。為此實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)分成如圖1所示，由管理系統(tǒng)門(mén)戶(hù)、電源管理、門(mén)禁管理、軟件管理和監(jiān)控管理模塊組成。

其中實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)門(mén)戶(hù)：是所有功能的展示臺(tái)，采用B/S架構(gòu)，負(fù)責(zé)對(duì)外展示和進(jìn)行系統(tǒng)交互，日常自動(dòng)從教務(wù)獲得實(shí)驗(yàn)安排、分配實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)對(duì)外提供課程預(yù)約，所有師生都可以提交資源占用預(yù)約，可以是座位量級(jí)的用于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)，可以是實(shí)驗(yàn)室量級(jí)的用戶(hù)課程實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)自動(dòng)記錄基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)束后向老師主動(dòng)推送考勤數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中師生可以提交故障報(bào)修，管理人員可以維修或響應(yīng)；管理日志用戶(hù)實(shí)驗(yàn)室本身管理工作的安排和記錄；同時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)和實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)管理功能也在門(mén)戶(hù)網(wǎng)站中。

電源管理模塊：是基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)級(jí)電源工程，機(jī)房有主控模塊，各實(shí)驗(yàn)室使用嵌入式的智能空開(kāi)，支持以太網(wǎng)連接和電力載波連接，實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用基于單片機(jī)的可通信開(kāi)關(guān)，能根據(jù)主控的命令按實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)臺(tái)來(lái)控制電力開(kāi)關(guān)。

門(mén)禁管理模塊：采用非接觸式NFC卡為憑證，各房間安裝電子門(mén)禁，對(duì)接學(xué)校的一卡通系統(tǒng)，師生可以在授權(quán)時(shí)間方便進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室，系統(tǒng)同時(shí)記錄刷卡記錄，作為打卡或考勤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

軟件管理模塊：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室承擔(dān)課程較多，使用專(zhuān)業(yè)軟件有些非常耗費(fèi)資源，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要做成多個(gè)操作系統(tǒng)和軟件不同組合，生成映象，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)加載不同的系統(tǒng)，生成合適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

監(jiān)控模塊：實(shí)驗(yàn)室視頻監(jiān)控系統(tǒng)，整合在門(mén)戶(hù)中，可以做到實(shí)驗(yàn)過(guò)程可監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀態(tài)可檢測(cè)，既可以做教學(xué)輔助，也是可以做安全的監(jiān)控。

3實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)首先從教學(xué)教務(wù)系統(tǒng)獲得教學(xué)任務(wù)安排，獲得實(shí)驗(yàn)課教師、學(xué)生安排，從一卡通系統(tǒng)獲得師生的校園卡信息，從智慧校園系統(tǒng)獲得老師和同學(xué)的聯(lián)系方式。然后根據(jù)教學(xué)安排，自動(dòng)分配實(shí)驗(yàn)室，在師生來(lái)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)準(zhǔn)備軟件環(huán)境，開(kāi)放門(mén)禁系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)外提供實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻，并記錄實(shí)驗(yàn)考勤數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)關(guān)閉供電系統(tǒng)和門(mén)禁，并向老師提供考勤數(shù)據(jù)。

從而在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得+實(shí)驗(yàn)室分配、實(shí)驗(yàn)軟件準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放、實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控和實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉等五個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守（如圖2）。實(shí)驗(yàn)室管理員不用在供電、軟件準(zhǔn)備、門(mén)禁等日常方面再投入精力，老師對(duì)于教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的實(shí)驗(yàn)不用預(yù)約、不用等待，師生僅在需要調(diào)整實(shí)驗(yàn)安排或進(jìn)行開(kāi)放實(shí)驗(yàn)時(shí)才需要登錄門(mén)戶(hù)，自己提交資源申請(qǐng)。這樣也極大方便老師和學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)室。

4結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一年的建設(shè)和試運(yùn)行，現(xiàn)在基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，在實(shí)驗(yàn)室管理和廣大師生中都獲得一致好評(píng)，成為基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。后續(xù)實(shí)驗(yàn)室將進(jìn)一步應(yīng)用基于圖像分析的人工智能技術(shù)，建設(shè)基于人臉識(shí)別的考勤和門(mén)禁系統(tǒng)，引入實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻的智能分析和耗材的自動(dòng)發(fā)放回收。朝著提升實(shí)驗(yàn)室使用的便利性和提高實(shí)驗(yàn)器材利用率的方向，繼續(xù)深入探索實(shí)驗(yàn)室智能化的無(wú)人值守技術(shù)。

基金項(xiàng)目：江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（ PPZY2015A034），江蘇省高等教育教改重點(diǎn)項(xiàng)目（ 2015JSJG027），南京郵電大學(xué)教學(xué)改革重點(diǎn)課題（JG00215JX56， JG00215JX01， JG00215JX54）。

作者簡(jiǎn)介：范山崗（1980-），男，江蘇南京人，碩士，助教，主要從事實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。通訊作者：沈建華（1972-），男，江蘇江陰人，博士，教授，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)，信息與通信工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副主任，主要從事實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳文華，楊慶，沈新元等.智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)下的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（02）：172-176 + 197.

[2] 張繼霞，彭紹春，蘭山等.高校實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍的“5P”建設(shè)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（03） ： 344-347.

[3] 柴鈺.大學(xué)生自主管理的開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索.2012，31（01）：82-85.

[4] 王成勇，周慧杰，朱曉勇.基于科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新途徑[J].高教論壇，2011（10）：23-26.endprint