馬國(guó)勝， 楊鷺怡

(1.電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037； 2. 陸軍軍官學(xué)院，安徽 合肥 230031)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室管理探究

馬國(guó)勝1， 楊鷺怡2

(1.電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037； 2. 陸軍軍官學(xué)院，安徽 合肥 230031)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)今軍事院校實(shí)驗(yàn)室管理工作，改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理的模式，是新技術(shù)應(yīng)用的大膽創(chuàng)新。文中從管理系統(tǒng)的整體構(gòu)架入手，分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軍內(nèi)高校的實(shí)驗(yàn)室日常管理應(yīng)用的特點(diǎn)，將RFID標(biāo)簽、讀寫器、無(wú)線設(shè)備接入點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器等硬件設(shè)備和中央處理等各個(gè)智能管理軟件系統(tǒng)融合在一起，實(shí)現(xiàn)除日常管理之外的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全監(jiān)測(cè)管理以及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備應(yīng)用集成的創(chuàng)新，從而達(dá)到利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程控制，真正地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化和實(shí)時(shí)化的目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； RFID技術(shù)； 實(shí)驗(yàn)室管理； 網(wǎng)絡(luò)化； 信息化

0 引 言

軍校實(shí)驗(yàn)室是我軍高校進(jìn)行科研、教學(xué)的最重要的場(chǎng)所，其作為院校中“三大支柱之一”，在新型軍事人才培養(yǎng)等方面起著不可替代的作用。因此，實(shí)驗(yàn)室管理水平在一定程度上直接反映了該院校的總體管理水平，也直接影響到高素質(zhì)的新型軍事人才的培養(yǎng)。

目前軍校的實(shí)驗(yàn)室管理主要存在信息系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、管理制度監(jiān)督力度不夠、小型儀器設(shè)備容易丟失、大型儀器設(shè)備較難維護(hù)、資產(chǎn)共享開放程度不夠、實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全不夠等問題?，F(xiàn)今的管理方式主要還是依賴管理人員手動(dòng)操作管理及依靠實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的硬性約束管理。為了從根本上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的自動(dòng)化、智能化和實(shí)時(shí)化，目前日趨成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是可以融入并應(yīng)用到其中的一種最佳選擇。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是指通過RFID、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，以有線或無(wú)線的方式把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，以計(jì)算、存儲(chǔ)、分析等處理方式構(gòu)成所關(guān)心事物的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的信息知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳遞、智能處理、無(wú)處不在的特點(diǎn)，被譽(yù)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息化產(chǎn)業(yè)的浪潮，物聯(lián)網(wǎng)拓展了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展空間，推進(jìn)了RFID等新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)的創(chuàng)新研究，物聯(lián)網(wǎng)受到了各國(guó)政府、企業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，歐盟、美國(guó)、日本等國(guó)甚至都己將之列入其國(guó)家和區(qū)域型的信息化戰(zhàn)略[2]。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到今天，其應(yīng)用領(lǐng)域已非常廣泛，在高校實(shí)驗(yàn)室管理中，應(yīng)用最為廣泛的還是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中的RFID技術(shù)，例如，麻省理工學(xué)院的電子研究實(shí)驗(yàn)室利用EPCGen2無(wú)源RFID標(biāo)簽來(lái)追蹤和管理上千份文件[3]，大大提高了實(shí)驗(yàn)室文件的管理效率。電子門禁系統(tǒng)也已普遍運(yùn)用于我國(guó)高校和軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室的入口處，替代了原有傳統(tǒng)的“手工登記薄”，不僅大大方便了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)出人員的統(tǒng)計(jì)，極大地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室的安全系數(shù)[4]。

但實(shí)驗(yàn)室管理的是綜合的，多方面的，在軍隊(duì)院校中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用還十分有限。就目前軍隊(duì)院校的實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀來(lái)看，還基本局限于某一領(lǐng)域的技術(shù)或設(shè)備簡(jiǎn)單的橫向擴(kuò)展，尚未注重實(shí)現(xiàn)更為緊密的縱向聯(lián)系。為此，我們嘗試提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室管理初步方案，旨在為了真正實(shí)現(xiàn)便捷的、智能化的、實(shí)時(shí)的軍隊(duì)實(shí)驗(yàn)室管理模式。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的軍校實(shí)驗(yàn)室管理方案

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于軍校實(shí)驗(yàn)室管理這個(gè)課題進(jìn)行探索性分析，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室管理的初步方案，主要分硬件、軟件系統(tǒng)及系統(tǒng)架構(gòu)三部分來(lái)進(jìn)行研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)室管理方案中的硬件部分

硬件部分主要包括：射頻識(shí)別RFID標(biāo)簽、讀寫器、無(wú)線設(shè)備接入點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器等。

RFID是一種應(yīng)用于信息采集系統(tǒng)的非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它可以工作于各種惡劣的環(huán)境，可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體，并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，能夠快速地實(shí)現(xiàn)物體的追蹤和管理，擁有高可靠性、強(qiáng)保密性、方便快捷等特點(diǎn)[3，5]。

RFID主要由電子標(biāo)簽、讀寫器及天線三部分組成。每個(gè)電子標(biāo)簽的電子編碼都是唯一的，附著在需要標(biāo)識(shí)的物體上[6]。讀寫器可用于標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)和信息的識(shí)讀及寫入。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽?zāi)軌蚪邮臻喿x器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的物體信息，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)。讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理工作。整個(gè)射頻識(shí)別的鏈路包括閱讀器、防碰撞算法、電子標(biāo)簽及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[7]。

2.2 實(shí)驗(yàn)室管理方案中的軟件系統(tǒng)

(1) 中央處理系統(tǒng)。中央處理系統(tǒng)是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理功能，并在儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)物資、環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員各個(gè)管理子系統(tǒng)及與其他實(shí)驗(yàn)室之間的共享子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換、處理、溝通和分析的渠道，將實(shí)驗(yàn)室中各子系統(tǒng)所采集到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、分析并進(jìn)行及時(shí)的反饋。

通過綜合運(yùn)用各類物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室管理員可以很輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并能通過中央處理系統(tǒng)能非常便捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)物資、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)人員等之間的互動(dòng)控制(見圖1)。

(2) 儀器設(shè)備的智能管理。通過儀器設(shè)備采集控制中心將實(shí)驗(yàn)室中各儀器設(shè)備與中央處理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。在此系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)室管理員可以對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行信息更新、使用預(yù)約、維護(hù)安檢以及過程控制等操作，同時(shí)，儀器設(shè)備也可自動(dòng)進(jìn)行入庫(kù)管理，并適時(shí)向?qū)嶒?yàn)室管理員報(bào)告其運(yùn)作動(dòng)態(tài)。

鑒于物聯(lián)網(wǎng)在物流領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，基于物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)入庫(kù)管理系統(tǒng)以生產(chǎn)商置于儀器設(shè)備上的射頻電子標(biāo)簽作為產(chǎn)品識(shí)別和信息采集的技術(shù)紐帶，通過實(shí)驗(yàn)室出入口的讀寫器對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別[8-9]，既可以獲得儀器設(shè)備的所有詳細(xì)信息，而且還能自動(dòng)生成入庫(kù)清單以完成自動(dòng)化入庫(kù)管理的目的[10]。

規(guī)范的維護(hù)安檢對(duì)于大型儀器設(shè)備的可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。使用RFID系統(tǒng)進(jìn)行管理，中央控制系統(tǒng)可定期提醒技術(shù)員對(duì)相應(yīng)的儀器設(shè)備進(jìn)行安檢，并將維護(hù)安檢信息錄入RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)。這里，管理員可以通過閱讀器獲取儀器設(shè)備的基本信息，更新信息可以通過兩個(gè)渠道：① 直接通過中央控制系統(tǒng)，② 通過讀寫器，將讀寫器的信息通過手持機(jī)發(fā)送到“采集控制中心”和“中央處理系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新。

實(shí)驗(yàn)人員可以利用RFID系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)室的中央處理系統(tǒng)對(duì)所需的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行預(yù)約使用。管理人員可通過物聯(lián)網(wǎng)對(duì)儀器設(shè)備的啟動(dòng)、暫停、關(guān)閉等過程進(jìn)行智能化的控制。

(3) 環(huán)境安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過實(shí)驗(yàn)環(huán)境采集控制中心，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的環(huán)境信息可以適時(shí)的傳送到中央處理系統(tǒng)。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好溫度、濕度、光線等安全范圍，中央處理系統(tǒng)會(huì)通過控制實(shí)驗(yàn)室的開關(guān)，自動(dòng)開啟、關(guān)閉空調(diào)、加濕器及采光系統(tǒng)等。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)安全問題時(shí)，采集控制中心和中央處理系統(tǒng)協(xié)作在第一時(shí)間啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警功能，關(guān)閉有危險(xiǎn)的電力、水力等系統(tǒng)，將險(xiǎn)情在第一時(shí)間得到控制。同時(shí)將實(shí)時(shí)信息反映在實(shí)驗(yàn)室管理人員的實(shí)時(shí)通訊設(shè)備上。

(4) 實(shí)驗(yàn)物資的自動(dòng)采購(gòu)。充足的原材料是保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行的基本條件之一?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理方法要能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的“易耗物資”和“實(shí)驗(yàn)物資供應(yīng)商”之間互動(dòng)，也就是無(wú)需人工干預(yù)便可保證實(shí)驗(yàn)室有充足的實(shí)驗(yàn)物資供科研和教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需。系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)耗材的使用率自動(dòng)補(bǔ)充其庫(kù)存量[11]，當(dāng)然，要有協(xié)議供給的實(shí)驗(yàn)物資供貨商事先協(xié)議好各種耗材的定價(jià)、性能等[12-13]。

(5) 實(shí)驗(yàn)人員的智能管理。出入實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)所的人員主要有實(shí)驗(yàn)室管理人員、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員及師生。為確保其安全有序，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室區(qū)域的人員必須佩戴電子標(biāo)簽，在實(shí)驗(yàn)室入口的閱讀器上進(jìn)行識(shí)別，獲取其基本信息(姓名、職稱、院系、聯(lián)系方式等)，同時(shí)將信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)的相應(yīng)模塊進(jìn)行登記存儲(chǔ)。當(dāng)閱讀器獲取的信息與預(yù)約授權(quán)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息相一致時(shí)，該人員便可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，否則閱讀器會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，通知實(shí)驗(yàn)室管理人員有非法進(jìn)入者，請(qǐng)盡快采取相應(yīng)措施[14]。

在實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備操作區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)設(shè)定人員的進(jìn)入權(quán)限，該權(quán)限的設(shè)定必須和設(shè)備的預(yù)約使用情況相匹配。區(qū)域入口的閱讀器會(huì)進(jìn)行識(shí)別并將其涉及的所有信息發(fā)送至中央處理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。如果在實(shí)驗(yàn)操作過程中儀器設(shè)備出現(xiàn)故障等，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間分析是機(jī)器故障還是人員操作的問題。若實(shí)驗(yàn)人員單獨(dú)從事實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，需佩戴一個(gè)與安全控制中心連接的傳感器，一旦其長(zhǎng)時(shí)間靜止或出現(xiàn)人員摔倒情況，傳感器會(huì)自動(dòng)向控制中心報(bào)警，大大提高了使用者的安全系數(shù)[15]。這個(gè)做法已經(jīng)為國(guó)外不少實(shí)驗(yàn)室采用，效果非常顯著。

(6) 共享開放管理系統(tǒng)?！肮蚕?、開放”無(wú)疑已成為21世紀(jì)各大高校實(shí)施科技與創(chuàng)新戰(zhàn)略的新高地?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的管理方案使軍校與各地方高校間實(shí)驗(yàn)室資源的共享和開放真正成為可能。每個(gè)高校的中央處理系統(tǒng)將管理該單位內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)室儀器儀表、環(huán)境條件、實(shí)驗(yàn)物資等，匯總成數(shù)據(jù)并進(jìn)行整理、分析、管理、數(shù)據(jù)加密。同時(shí)，提取可與其他單位共享的信息數(shù)據(jù)，通過Internet網(wǎng)絡(luò)，匯總到一個(gè)公共服務(wù)數(shù)據(jù)中心與信息平臺(tái)。該數(shù)據(jù)中心融合、分析各單位的信息數(shù)據(jù)，并在信息平臺(tái)上展示，為使用單位提供開放與共享信息服務(wù)[14]。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

基于前述的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本組成部分，圖2所示給出了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室管理的系統(tǒng)架構(gòu)流程圖。

圖2 實(shí)驗(yàn)室管理的系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)的流程。例如要進(jìn)行一個(gè)環(huán)境測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試人員在使用測(cè)試設(shè)備及準(zhǔn)備階段，可以持便攜式閱讀器對(duì)需使用的測(cè)試設(shè)備(如示波器、網(wǎng)絡(luò)分析儀)進(jìn)行信息核對(duì)，并確認(rèn)是否使用的設(shè)備精度、使用的物資(線纜、測(cè)試探頭)是否匹配以及環(huán)境(溫度、濕度)等都可通過信息標(biāo)簽進(jìn)行確認(rèn)或獲取。并且實(shí)驗(yàn)完成后，可以在被測(cè)物上同樣將測(cè)試所用設(shè)備信息、環(huán)境信息寫入被測(cè)物品RFID標(biāo)簽內(nèi)。管理人員定期可以將測(cè)試設(shè)備的使用信息、校準(zhǔn)信息、配套匹配信息等結(jié)合專用軟件進(jìn)行核對(duì)及管理。

3 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用，從根本上改變軍隊(duì)院校一貫運(yùn)用傳統(tǒng)的方法來(lái)管理實(shí)驗(yàn)室的落后局面。綜合運(yùn)用現(xiàn)今已日趨成熟的射頻識(shí)別、WSN技術(shù)、智能技術(shù)、納米技術(shù)等知識(shí)，將實(shí)驗(yàn)室中的所有物品，包括儀器設(shè)備、辦公用品、實(shí)驗(yàn)耗材、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)人員等與網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)信息網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程控制，真正實(shí)現(xiàn)了軍隊(duì)院校實(shí)驗(yàn)室管理的自動(dòng)化、信息化、智能化、低碳性和高效性。

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Research on Lab Management of Military University Based on Internet of Things

MAGuo-sheng1，YANGLu-yi2

(1. Electronic Engineering University， Hefei 230037, China;2. Military University， Hefei 230031， China)

Application of the Internet of things in the academies laboratory management of military academics is bold innovation. This application is to transform the traditional pattern into a new one. Starting with the overall architecture of the system, this article analyzed the characteristics of laboratory networking technology in the daily management applications of military colleges and universities. The system combines RFID tags, readers-writers, wireless AP, data processing servers and other hardware devices and intelligent central processing management software together to achieve innovation targets. It truly achieves the targets of remote control, automated management, cyberization, informatization, intelligence and real-timed.

the Internet of things technology; RFID technology; laboratory management; network; informatization

2014-06-15

馬國(guó)勝(1963-),女,安徽合肥人，碩士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：射頻與通信技術(shù)。

Tel.：13965012276；E-mail：gsmaw@sina.com

TN 929.5;TP 393

A

1006-7167(2015)03-0251-04