實(shí)驗(yàn)室安全智能管控平臺(tái)多技術(shù)融合路徑研究

閆甜 張光亞 陳景賢 金國(guó)望 沈雪峰

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室安全；智能管控；多技術(shù)融合；路徑研究

近年來(lái)，隨著我國(guó)高等教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高校實(shí)驗(yàn)室的種類(lèi)和數(shù)量急速躍升，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模不斷擴(kuò)大，功能逐步增多，實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)科研活動(dòng)日趨頻繁，為學(xué)校教學(xué)實(shí)踐和科研創(chuàng)新提供了重要的支撐。但是，因?yàn)楦咝?shí)驗(yàn)具有種類(lèi)多樣性、人員流動(dòng)性、布局分散性和研究探索性等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)防控難度越來(lái)越大，時(shí)有發(fā)生的各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全事故和事件使高校面臨較大威脅[1-2]，已引起高校自身和社會(huì)各界的高度關(guān)注。因此，如何從高校自身管理特點(diǎn)出發(fā)，系統(tǒng)化地管控高校實(shí)驗(yàn)室安全，以提升實(shí)驗(yàn)室安全綜合治理水平，是當(dāng)前高校所面臨的關(guān)鍵課題。

在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著信息化的發(fā)展與應(yīng)用，現(xiàn)代技術(shù)手段遍及生活的每一個(gè)角落，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)室安全溯源提供了技術(shù)保障[3-4]。在疫情防控期間，二維碼成為減少接觸和追蹤接觸者的重要工具，方便非接觸式共享數(shù)據(jù)[5]。因此，利用人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的有效融合，搭建實(shí)驗(yàn)室智能安全管理平臺(tái)，可有效開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作，進(jìn)而為實(shí)驗(yàn)室的智能安全管理提供決策支持。

1實(shí)驗(yàn)室安全管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

針對(duì)當(dāng)前高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室存在的數(shù)據(jù)收集不全面、信息共享不及時(shí)、人員管理不到位、安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、管控難度大等一系列問(wèn)題，綜合應(yīng)用SG網(wǎng)絡(luò)、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)適用技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)室安全管理搭建起一個(gè)以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)為架構(gòu)、云計(jì)算為中心、AI為產(chǎn)出的安全智能管控平臺(tái)（圖1）。該平臺(tái)作為一個(gè)科學(xué)、完整、統(tǒng)一的信息共享服務(wù)平臺(tái)，具有促進(jìn)內(nèi)部信息互聯(lián)互通和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息與業(yè)務(wù)共建共享的雙重特點(diǎn)，這對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)室安全的綜合決策能力和智慧服務(wù)能力具有重要作用。

1.1分布式采集系統(tǒng)

通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁、條形碼、RFID技術(shù)、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控、連接互動(dòng)的物體或過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人員、物品和過(guò)程的智能化感知、識(shí)別和管理，以及對(duì)進(jìn)出人員信息、儀器設(shè)備、化學(xué)試劑及藥品等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信息采集，對(duì)儀器設(shè)備和化學(xué)試劑進(jìn)行實(shí)時(shí)配置及管理追蹤，并將所有數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)皆苾?chǔ)存系統(tǒng)終端?；诮y(tǒng)一數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種統(tǒng)計(jì)口徑的信息匯總和決策支持，從而建立統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1.2云桌面分析系統(tǒng)

該架構(gòu)引入基于云架構(gòu)的云桌面，從根本上保障數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的安全性和可控性?；贗nfrastructureas a Service（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，簡(jiǎn)稱(chēng)IaaS）虛擬化技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)信息共享管理平臺(tái)提供彈性服務(wù)承載系統(tǒng)，以便對(duì)云儲(chǔ)存的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3智能化管控系統(tǒng)

由智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能化控制系統(tǒng)組成的反饋管理控制系統(tǒng)，能夠?qū)Σ杉降乃行畔⑦M(jìn)行逐一核驗(yàn)，尤其是對(duì)非常見(jiàn)人員、老舊設(shè)備、易燃易爆危化品等進(jìn)行及時(shí)跟蹤分析，進(jìn)而明確使用人、使用地點(diǎn)、使用時(shí)間、使用數(shù)量等詳細(xì)信息及具體參數(shù)。

1.4信號(hào)報(bào)警平臺(tái)

該平臺(tái)能夠?qū)Ａ慨悩?gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析及潛在的?；窋?shù)據(jù)挖掘分析等，并連接有效數(shù)據(jù)終端，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)報(bào)警服務(wù)功能。

2多技術(shù)融合路徑研究

圍繞實(shí)驗(yàn)室安全信息和大數(shù)據(jù)分析，基于“感知、存儲(chǔ)、管理、展現(xiàn)、應(yīng)用”核心數(shù)據(jù)分析理念，搭建起一個(gè)科學(xué)、完整、統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)室智能管理平臺(tái)。該平臺(tái)向管理者提供全過(guò)程、全方位、全天候、實(shí)時(shí)在線的數(shù)據(jù)信息更新與潛在風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)分析報(bào)告，并提出具有針對(duì)性的整體創(chuàng)新技術(shù)方案和數(shù)據(jù)共享核心功能架構(gòu)（圖2）。

2.1數(shù)據(jù)感知層

為有效解決當(dāng)前儀器設(shè)備分散、品牌各異、接口不同、端口不兼容等難題，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)采集體系，統(tǒng)一采集規(guī)范，并建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，針對(duì)各類(lèi)型設(shè)備開(kāi)發(fā)接口，管理接人各類(lèi)型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以實(shí)時(shí)異構(gòu)信息的統(tǒng)一采集。

2.2數(shù)據(jù)管理層

考慮到傳統(tǒng)利用PC服務(wù)器連接儀器設(shè)備及采集數(shù)據(jù)易發(fā)生數(shù)據(jù)外泄等狀況，基于桌面云的環(huán)境數(shù)據(jù)安全管理，采用桌面云主機(jī)連接儀器等設(shè)備，以保證采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上、無(wú)法拷貝，進(jìn)而從最根本上解決數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，保證數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

數(shù)據(jù)具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，涉及多部門(mén)／領(lǐng)域，需要處理大量的數(shù)據(jù)，基于收集的實(shí)驗(yàn)室相關(guān)數(shù)據(jù)信息，建設(shè)“IaaS-PaaS-SaaS”三種層次的多元化云服務(wù)，其彈性的架構(gòu)設(shè)計(jì)，為應(yīng)用數(shù)據(jù)平臺(tái)提供彈性服務(wù)承載體系。

2.4數(shù)據(jù)展現(xiàn)層

當(dāng)前不同品牌、型號(hào)的儀器設(shè)備所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)集中管理、集中查詢(xún)，且人工收集管理耗時(shí)耗力。對(duì)多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、主題建模、分析展現(xiàn)，可以保證所有監(jiān)測(cè)站的環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一匯聚、統(tǒng)一處理和統(tǒng)一展現(xiàn)。

2.5數(shù)據(jù)應(yīng)用層

為強(qiáng)化數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備運(yùn)營(yíng)的共享管理，在運(yùn)營(yíng)管理模塊加入了數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)，使全流程可監(jiān)管、可追蹤，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行防控，并提供實(shí)時(shí)預(yù)警信號(hào)，以便管理者及時(shí)管控。

3結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室存在的數(shù)據(jù)收集不全面、信息共享不及時(shí)、人員管理不到位、安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、管控難度大等問(wèn)題，本文提出以5G網(wǎng)絡(luò)、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)適用技術(shù)融合創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了高校實(shí)驗(yàn)室智能管控平臺(tái)，提升了實(shí)驗(yàn)室的管理效率，從而實(shí)現(xiàn)高科技對(duì)高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究的賦能，有效保障了實(shí)驗(yàn)室安全。