基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的便攜式高值儀器管理系統(tǒng)的構(gòu)建

王 雪，田永超，姚 霞，朱 艷，曹衛(wèi)星，湯 亮

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心；江蘇省信息農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物系統(tǒng)分析與決策重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；智慧農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心，南京 210095）

0 引言

高校實(shí)驗(yàn)室作為人才培養(yǎng)的基本單元和基礎(chǔ)平臺(tái)，是現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)管理的深度融合的前沿陣地，實(shí)驗(yàn)室的信息化水平在一定程度上代表了學(xué)科當(dāng)前的技術(shù)水平和實(shí)力，也決定了這些學(xué)科開展教學(xué)和科研的水平［1-2］，高校通過搭建Web 教學(xué)管理信息平臺(tái)，使用計(jì)算機(jī)管理軟件來輔助日常教學(xué)工作，針對(duì)學(xué)科建設(shè)、師資隊(duì)伍、人才培養(yǎng)、學(xué)生工作、實(shí)驗(yàn)室管理等模塊進(jìn)行基礎(chǔ)信息化建設(shè)，提高了教務(wù)工作效率和服務(wù)水平［3-4］。隨著學(xué)科進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展，各高校的設(shè)備都在不斷增加，融合學(xué)科越來越多，高校的設(shè)備管理面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)［5］。便攜式設(shè)備管理是一個(gè)流程復(fù)雜的管理體系，傳統(tǒng)教學(xué)管理平臺(tái)完成了科研設(shè)備的基本信息維護(hù)，卻不能有效管理和執(zhí)行業(yè)務(wù)流程［6］。

手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)客戶端已經(jīng)超越個(gè)人電腦成為互聯(lián)網(wǎng)的第一大終端，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是移動(dòng)和互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合的產(chǎn)物，繼承了移動(dòng)隨時(shí)、隨地、隨身和物聯(lián)網(wǎng)開放、分享、互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，可以為用戶在終端隨時(shí)提供掃碼、定位、通信等操作［7-9］。將移動(dòng)二維碼引入實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理，通過移動(dòng)終端快捷地實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的識(shí)別與入庫［10］。使用微信開放平臺(tái)構(gòu)建圖書館借閱系統(tǒng)，減少借閱圖書人力溝通成本，提升借閱圖書效率［11-12］。將移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與科研設(shè)備管理業(yè)務(wù)相融合，可以極大提升設(shè)備管理效率。

本文針對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室便攜式設(shè)備業(yè)務(wù)流程信息化管理效率低下的特點(diǎn)，采用先進(jìn)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、地理信息等技術(shù)優(yōu)化設(shè)備借出流程，設(shè)計(jì)并構(gòu)建基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的便攜式高值設(shè)備管理系統(tǒng)。利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)設(shè)備管理、借還審批進(jìn)行數(shù)字化管理，使得實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備得到更高效、充分的利用。

1 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理存在的問題

目前高校綜合性實(shí)驗(yàn)室普遍具有多個(gè)研究方向，各個(gè)方向所需的儀器設(shè)備種類較多，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行良好的管理和維護(hù)，同時(shí)大量的便攜式設(shè)備被學(xué)生老師帶到校外試驗(yàn)基地使用，設(shè)備存在管理和利用效率不高的問題。

（1）設(shè)備的基本信息難以維護(hù)。綜合性實(shí)驗(yàn)室針對(duì)不同研究方向配備不同的科研儀器設(shè)備。有些設(shè)備是不同研究方向特有的儀器設(shè)備，有些設(shè)備是共性的儀器設(shè)備，不同儀器設(shè)備的使用頻率、使用時(shí)長、使用方法等并不一致，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的管理工作量逐漸增大，而實(shí)驗(yàn)室的管理人員有限，管理人員通常在面臨教學(xué)、科研任務(wù)的壓力下，對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的信息管理投入的精力與需求的差距越來越大。

（2）設(shè)備的租借關(guān)系難于管理。設(shè)備都有不同使用場(chǎng)景，有些會(huì)租借到不同的實(shí)驗(yàn)室，有些會(huì)被租借到校外實(shí)驗(yàn)基地；設(shè)備也存放在不同的地點(diǎn)，有些存放在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，有些存放在校外實(shí)驗(yàn)基地。便攜式設(shè)備租借的整個(gè)流程，從借出地點(diǎn)、開始使用時(shí)間、使用地點(diǎn)、結(jié)束使用時(shí)間，到最終歸還地點(diǎn)，大部分依靠人為協(xié)調(diào)，儀器設(shè)備借出去之后不能快速了解到設(shè)備處于何處、負(fù)責(zé)人是誰、何時(shí)歸還。在線Web 設(shè)備預(yù)約系統(tǒng)，租借流程以表單數(shù)據(jù)管理，填寫復(fù)雜，在借出歸還時(shí)需要人為進(jìn)行決策。

（3）設(shè)備的使用效率比較低。在整個(gè)的設(shè)備管理周期中，從設(shè)備基本信息維護(hù)、設(shè)備預(yù)約、設(shè)備歸還、賬單生成，缺乏一整套的設(shè)備管理方法。實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前的管理系統(tǒng)為學(xué)校統(tǒng)一管理，設(shè)備基本資料的管理通常比較全面，而對(duì)于設(shè)備管理的動(dòng)態(tài)流程，缺乏定制化的軟件系統(tǒng)進(jìn)行管理。設(shè)備的使用缺乏有效記錄，難以保證了設(shè)備損壞可追溯、可追責(zé)。針對(duì)以上的問題，本文充分考慮設(shè)備使用時(shí)間和實(shí)驗(yàn)基地空間的管理的之間關(guān)系，從便攜式設(shè)備管理的整個(gè)生命周期出發(fā)，將整個(gè)設(shè)備管理流程進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2 研究思路以及軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

在高校中，微信具有最廣泛的用戶群體和更好的用戶使用黏合度，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)⒁苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室便攜設(shè)備的全生命周期管理密切結(jié)合［13］?；趯?shí)驗(yàn)室設(shè)備管理的實(shí)際問題，本文利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地理信息技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)了便攜式高值儀器管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以設(shè)備條形碼為基礎(chǔ)，利用手機(jī)便攜掃碼、地理圍欄優(yōu)化設(shè)備管理、借還審批操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室便攜儀器的高效數(shù)字化管理。

2.1 研究思路

根據(jù)便攜式設(shè)備全生命周期管理的需要，針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室便攜設(shè)備管理的問題，主要需求分析對(duì)象包括設(shè)備管理和設(shè)備借還，這兩個(gè)流程的信息借助移動(dòng)終端的形式進(jìn)行流程處理，教師（管理員）、學(xué)生（普通用戶）和設(shè)備三者之間的信息傳輸關(guān)系如圖1 所示。

圖1 便攜式設(shè)備管理流程傳輸關(guān)系

（1）用戶登錄鑒權(quán)。系統(tǒng)根據(jù)本機(jī)設(shè)備Cookie判斷用戶是否登錄，如果沒有登錄喚起微信登錄綁定，如果登錄則判斷該微信登錄識(shí)別碼下是否綁定用戶實(shí)際的信息，如姓名、手機(jī)號(hào)等，系統(tǒng)會(huì)顯示用戶登錄狀態(tài)。該流程將微信開放平臺(tái)提供的個(gè)人信息與系統(tǒng)需要的信息相互綁定，能比較安全、高效管理用戶登錄狀態(tài)。

（2）便攜設(shè)備管理（管理員）。針對(duì)系統(tǒng)管理員設(shè)計(jì)，主要包括便攜設(shè)備錄入和流程審批。在設(shè)備錄入部分，可以將設(shè)備信息Excel 表批量不重復(fù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，并且可對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行增刪改查。每一個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的編碼，管理員可以組合選擇設(shè)備生成設(shè)備條形碼，用戶掃碼即可對(duì)應(yīng)看到每個(gè)設(shè)備信息，方便管理；在流程審批模塊，管理員對(duì)設(shè)備租借申請(qǐng)、歸還進(jìn)行審核。

（3）設(shè)備租借流程（普通用戶）。該部分功能針對(duì)用戶（學(xué)生、教師等科研人員）設(shè)計(jì)，主要包括用戶對(duì)設(shè)備的租、借、還全周期處理。用戶可以模糊匹配設(shè)備信息，對(duì)特定設(shè)備發(fā)起預(yù)約申請(qǐng)，然后管理員進(jìn)行審核，用戶可在指定的實(shí)驗(yàn)基地使用自己的手機(jī)掃碼借出設(shè)備。在設(shè)備使用完畢以后，用戶可以在指定實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行掃碼歸還，最后管理員審核設(shè)備歸還情況，系統(tǒng)自動(dòng)生成租借賬單。

2.2 系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

如圖2 所示，本系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)由以下的3 個(gè)部分組成：

圖2 平臺(tái)總體架構(gòu)圖

（1）智能手機(jī)終端。系統(tǒng)依托微信開放平臺(tái)，以微信APP為載體，通過第三方開發(fā)，將微信用戶信息與學(xué)校學(xué)生信息相綁定，同時(shí)又能通過微信開放的接口服務(wù)喚起智能手機(jī)本身的定位、相機(jī)掃碼等功能。

（2）微信平臺(tái)服務(wù)器。用戶登錄系統(tǒng)后，默認(rèn)綁定當(dāng)前微信號(hào)信息。所有的與微信相關(guān)的登錄和開放服務(wù)需先請(qǐng)求微信平臺(tái)服務(wù)器，將個(gè)人信息、時(shí)間信息通過HTTP請(qǐng)求發(fā)送至微信服務(wù)器，獲得用戶登錄的唯一標(biāo)識(shí)。

（3）業(yè)務(wù)服務(wù)器。業(yè)務(wù)服務(wù)器主要進(jìn)行移動(dòng)端數(shù)據(jù)處理和接口，將業(yè)務(wù)邏輯封裝成對(duì)應(yīng)的Web 服務(wù)。本系統(tǒng)利用Node.js搭建HTTP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議，使用MySQL管理數(shù)據(jù)，基于REST 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RESTful形式的服務(wù)接口。

3 平臺(tái)功能組成與實(shí)現(xiàn)

便攜式高值儀器管理系統(tǒng)的模塊主要分為設(shè)備管理和設(shè)備租借兩個(gè)功能模塊。

3.1 設(shè)備管理的功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)備管理功能模塊。將外部設(shè)備Excel 數(shù)據(jù)，導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行編碼，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)識(shí)別碼，即設(shè)備二維碼，二維碼會(huì)貼到設(shè)備指定位置，供系統(tǒng)掃碼識(shí)別使用（見圖3）。

圖3 設(shè)備管理的功能實(shí)現(xiàn)

（1）設(shè)備增刪。設(shè)備增刪功能是對(duì)設(shè)備信息的導(dǎo)入與存儲(chǔ)。在日常的實(shí)驗(yàn)室工作中，設(shè)備管理經(jīng)常以Excel文檔保存。上傳設(shè)備功能可以實(shí)現(xiàn)Excel 文件批量上傳，只需要Excel文件拖拽到指定區(qū)域，便可以將設(shè)備信息上傳到操作面板，設(shè)備刪除可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行單個(gè)、批量刪除。

（2）信息導(dǎo)出。信息導(dǎo)出功能是對(duì)設(shè)備信息的導(dǎo)出。在設(shè)備上傳后，每個(gè)設(shè)備會(huì)對(duì)應(yīng)生成一個(gè)唯一的設(shè)備編碼，信息導(dǎo)出可以將系統(tǒng)中的設(shè)備編碼以及其他信息批量導(dǎo)出，便于設(shè)備的歸一化管理以及條形碼的生成。

3.2 設(shè)備租借的功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)備租借功能模塊：設(shè)備申請(qǐng)與租借數(shù)據(jù)的生成，整個(gè)設(shè)備租借生命周期的實(shí)現(xiàn)，管理員和用戶通過移動(dòng)終端的定位、掃碼、權(quán)限等進(jìn)行租借流轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的輸入以及控制決策（見圖4）。

圖4 設(shè)備租借的功能實(shí)現(xiàn)

（1）首頁。首頁功能顯示用戶狀態(tài)、當(dāng)前通知、當(dāng)前租借設(shè)備、歷史租借設(shè)備。用戶狀態(tài)顯示用戶頭像、昵稱、級(jí)別、研究方向；當(dāng)前通知顯示系統(tǒng)推送消息；當(dāng)前租借設(shè)備顯示設(shè)備的基本情況，當(dāng)前處在租借流程；歷史租借設(shè)備顯示顯示設(shè)備的基本情況，歷史租借流程。

（2）設(shè)備列表。設(shè)備列表功能可組合查詢?cè)O(shè)備信息?？梢愿鶕?jù)設(shè)備編號(hào)以及名稱對(duì)設(shè)備模糊查詢，并顯示設(shè)備的租借狀態(tài)。

（3）預(yù)約申請(qǐng)。預(yù)約申請(qǐng)功能對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)約操作。默認(rèn)顯示當(dāng)前可預(yù)約的設(shè)備列表，可以對(duì)可以預(yù)約的設(shè)備進(jìn)行組合查詢。之后填寫申請(qǐng)人、所在方向、申請(qǐng)數(shù)量、起始時(shí)間、終止時(shí)間、備注發(fā)起預(yù)約，提交管理員審批。

（4）掃碼借還。掃碼借還功能對(duì)設(shè)備進(jìn)行借還操作。當(dāng)用戶當(dāng)前位置處于可借還的區(qū)域，用戶可以使用手機(jī)掃描設(shè)備的條形碼進(jìn)行借出、歸還操作。

（5）個(gè)人中心。個(gè)人中心功能對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行管理?？梢詫?duì)個(gè)人昵稱、手機(jī)號(hào)碼等進(jìn)行修改，管理員可以設(shè)置用戶權(quán)限。

（6）預(yù)約審核。預(yù)約審核功能是管理員對(duì)普通用戶的申請(qǐng)進(jìn)行流程處理。設(shè)備整個(gè)預(yù)約、租借、歸還流程中有許多需要控制的節(jié)點(diǎn)，預(yù)約審核功能能對(duì)預(yù)約申請(qǐng)、歸還申請(qǐng)進(jìn)行進(jìn)度審核，保證設(shè)備的全生命周期流程運(yùn)行。

4 便攜式高值設(shè)備管理系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

學(xué)校國家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心是具有國際先進(jìn)水平的國家級(jí)技術(shù)研發(fā)中心及實(shí)驗(yàn)基地，中心下轄江蘇興化、如皋、河南滑縣等試驗(yàn)示范基地，依托學(xué)校重點(diǎn)圍繞農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)診斷、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)模擬、農(nóng)業(yè)精確管理決策、信息產(chǎn)品研制開發(fā)4 個(gè)科研方向進(jìn)行研究。每年的水稻、小麥生長季是師生獲取課題基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要時(shí)節(jié)，生長監(jiān)測(cè)方向的學(xué)生使用多波段光譜輻射儀、葉面積指數(shù)儀、全天候日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒鈨x等用作大田實(shí)驗(yàn)；系統(tǒng)模擬學(xué)生使用三維激光掃描儀、根系分析系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)建模；精確管理學(xué)生使用用近紅外谷物分析儀、電導(dǎo)率儀等進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。針對(duì)復(fù)雜的便攜式設(shè)備使用場(chǎng)景，便攜、高效的設(shè)備管理系統(tǒng)顯得尤為重要。

經(jīng)過系統(tǒng)功能測(cè)試以及基本數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，該系統(tǒng)已經(jīng)嵌入實(shí)驗(yàn)室微信公眾號(hào)平臺(tái)中，成功在2021 年春夏季水稻季實(shí)驗(yàn)中使用，相對(duì)于之前管理方式，系統(tǒng)具有眾多優(yōu)點(diǎn)有。

（1）設(shè)備管理流程高效。從便攜式設(shè)備管理的整個(gè)生命周期出發(fā)，將整個(gè)設(shè)備管理流程進(jìn)行統(tǒng)一化管理。用戶通過手機(jī)能快速方便租借設(shè)備，管理員能夠?qū)Ω鱾€(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的租借情況一目了然，及時(shí)獲取設(shè)備的流轉(zhuǎn)信息。通過對(duì)整個(gè)設(shè)備管理流程進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)備預(yù)約以及審核環(huán)節(jié)效率得到極大提高，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備得到更加充分的利用。

（2）設(shè)備借還操作便攜。以設(shè)備條形碼為管理單元，通過移動(dòng)設(shè)備定位、掃碼即可隨時(shí)隨地完成設(shè)備借還操作。區(qū)別于之前的學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)，學(xué)生租借設(shè)備需要找到一臺(tái)電腦，打開學(xué)校官網(wǎng)，填寫一系列的設(shè)備進(jìn)行設(shè)備預(yù)約，聯(lián)系老師進(jìn)行租借，該系統(tǒng)只需要在可租借范圍內(nèi)隨時(shí)打開手機(jī)端微信客戶端，在指定位置掃描設(shè)備的條形碼即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行借還（見圖5）。

圖5 系統(tǒng)實(shí)際使用情況

（3）系統(tǒng)應(yīng)用可開放拓展。該系統(tǒng)依托微信開放平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行開發(fā)，將開放融入微信的開發(fā)，同時(shí)又可保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的獨(dú)立。在高校中，微信具有最廣泛的用戶群體和更好的使用黏合度，該應(yīng)用能方便地嵌入微信公共號(hào)、微信小程序，并且有著良好的兼容性和用戶體驗(yàn)。當(dāng)系統(tǒng)有功能需要更新時(shí)，能在自身的業(yè)務(wù)服務(wù)器上進(jìn)行可擴(kuò)展和迭代。

5 結(jié)語

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，微信已成為移動(dòng)終端的重要的入口之一，具有免安裝、可拓展、高流量的特點(diǎn)，各行各業(yè)都開始基于微信開放平臺(tái)進(jìn)行定制開發(fā)，向用戶提供高效、隨時(shí)隨地的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)［14-16］。基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的便攜式高值設(shè)備管理系統(tǒng)面向校園龐大的學(xué)生老師用戶，采用先進(jìn)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、地理信息等技術(shù)優(yōu)化設(shè)備借出流程，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理方式。該系統(tǒng)將每個(gè)設(shè)備抽象成唯一的識(shí)別碼，以條形碼為最小的管理單元，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)設(shè)備管理、借還審批進(jìn)行數(shù)字化管理，使得實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備得到更高效、充分的利用。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行，取得了良好的管理效果，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷升級(jí)，相信會(huì)為實(shí)驗(yàn)室的便攜式設(shè)備管理提供更多的數(shù)據(jù)支撐和信息化服務(wù)。