胡育璐，李步云，張 林，何金成

（福建農(nóng)林大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州 350002）

基于RTLS的農(nóng)業(yè)工程實驗室設(shè)備管理探索

胡育璐，李步云，張 林，何金成

（福建農(nóng)林大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州 350002）

針對農(nóng)業(yè)工程實驗室的特點，探究RTLS的系統(tǒng)構(gòu)架在實驗室設(shè)備管理上的可行性。對比以RFID技術(shù)及Wi-Fi技術(shù)為基礎(chǔ)的RTLS系統(tǒng)，擇優(yōu)進(jìn)行實驗室設(shè)備定位系統(tǒng)的構(gòu)架。對農(nóng)業(yè)工程實驗室布局優(yōu)化、各類型儀器設(shè)備定位管理提出了新想法，使農(nóng)業(yè)工程實驗室的管理更加科學(xué)高效。

RTLS；農(nóng)業(yè)工程實驗室；管理

隨著國內(nèi)高校教育進(jìn)一步加大投入，重視學(xué)生實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)，實驗室建設(shè)緊跟步伐。眾多高校探索實驗室儀器設(shè)備的高效管理系統(tǒng)，主要研究方向是實現(xiàn)儀器的智能管理和控制，提高設(shè)備的利用率。在實際工作中，實驗室人員應(yīng)結(jié)合不同實驗室的特點來開展儀器設(shè)備的管理工作。以農(nóng)業(yè)工程實驗室為例，農(nóng)業(yè)工程下設(shè)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)生物環(huán)境、農(nóng)業(yè)電氣化等不同專業(yè)方向，因此實驗室內(nèi)的儀器設(shè)備規(guī)格型號各異。在大量不同類型的儀器設(shè)備中，需耗費管理人員大量精力區(qū)分記憶不同儀器設(shè)備的放置位置。因此需要探討在農(nóng)機(jī)實驗室的特定條件下，如何對不同種類的儀器設(shè)備進(jìn)行定位管理。

1 RTLS技術(shù)

（1）實時定位系統(tǒng)（Real Time Location System）。RTLS（Real Time Location System）是基于信號的無線電定位方式，實時定位和追蹤設(shè)備的位置信息。目前的RTLS有兩種模式：RFID（radio frequency identification）射頻識別技術(shù)采用專用的RFID電子標(biāo)簽與讀寫器。②WI-FI（WIreless-FIdelity）無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由WI-FI定位標(biāo)簽和無線局域網(wǎng)接入點（AP）構(gòu)成，如圖1、圖2所示。

圖1 基于RFID技術(shù)的RTLS系統(tǒng)模型圖

圖2 基于W I-FI技術(shù)的RTLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（2）方案選擇。RFID技術(shù)近幾年在實驗室管理的應(yīng)用研究已經(jīng)較為成熟，研究方向多偏向于設(shè)備系統(tǒng)管理。若考慮對儀器設(shè)備的定位管理，則傾向選擇WI-FI技術(shù)。WI-FI技術(shù)的優(yōu)勢在于：電波技術(shù)覆蓋范圍廣，室內(nèi)通訊距離可以覆蓋300m。網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快，可靠性高。部署簡單快速，產(chǎn)品成熟。伴隨手持終端（智能手機(jī)）的普及，采用現(xiàn)有的WLAN室內(nèi)通訊能夠更加高效便捷的進(jìn)行實驗室儀器設(shè)備定位。

結(jié)合WI-FI技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備管理系統(tǒng)之間的聯(lián)系，在實驗室內(nèi)只需要利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，及自有手持終端即可完成系統(tǒng)的構(gòu)成。已知WI-FI無線定位技術(shù)可用于室內(nèi)及室外。在實驗室日常管理中，儀器設(shè)備的存放大多以室內(nèi)為主，因此選擇室內(nèi)定位。

2 實驗室管理

（1）農(nóng)機(jī)實驗室特點。以某高校農(nóng)業(yè)工程實驗室為例，該農(nóng)業(yè)工程實驗室平面面積500m2，內(nèi)有大型拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等農(nóng)業(yè)教學(xué)機(jī)具，也存放了小型環(huán)刀、硬度計等實驗測量工具。農(nóng)業(yè)工程實驗室主要承擔(dān)的是農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的教學(xué)及農(nóng)業(yè)工程類科研任務(wù)。主要實驗設(shè)備及儀器是依托農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動化專業(yè)的教學(xué)計劃進(jìn)行設(shè)置。農(nóng)業(yè)工程實驗室以農(nóng)業(yè)服務(wù)為主，根據(jù)地方發(fā)展及建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需要，切實培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及動手能力。實驗室內(nèi)配置的大型儀器設(shè)備包括聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)、翻轉(zhuǎn)犁等；中型的如拆裝用柴油機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)實驗臺等；小型儀器如紅外熱像儀、手持式地物光譜儀、飼料（谷物）硬度計等。

（2）實驗室布局。如圖3所示。由于電腦等精密儀器不宜用于有塵土的環(huán)境，且對于貴重精密儀器在大型實驗室內(nèi)保管需更加注重安全，因此在整個農(nóng)機(jī)實驗室內(nèi)另外單獨隔出兩間辦公室。辦公室A內(nèi)放置儲物柜、文件柜，用于收納小型儀器、貴重儀器及文件，實驗室B內(nèi)安排放置電腦作為服務(wù)器，允許進(jìn)行實驗的人員進(jìn)出。東南方向設(shè)置土槽實驗平臺，供學(xué)生進(jìn)行農(nóng)機(jī)相關(guān)教學(xué)實驗使用。大型儀器設(shè)備放置于實驗室的大型空間內(nèi)。農(nóng)業(yè)工程實驗室分布圖中畫出了大型儀器設(shè)備的分布。中型儀器設(shè)備，重量較輕的部分放置于貨架，利用電動堆高車進(jìn)行管理；較重的儀器出于安全考慮，直接置于地面空位。小型儀器設(shè)備及貴重儀器統(tǒng)一收納于辦公室內(nèi)，便于管理。

圖3 農(nóng)業(yè)工程實驗室分布圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

（1）工作結(jié)構(gòu)。在設(shè)備上放置WI-FI發(fā)射器（定位標(biāo)簽），在服務(wù)器端安裝接收器。接收器接收到無線傳輸來的位置數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析。通過應(yīng)用程序中的相關(guān)算法得出設(shè)備位置，并通過三維繪圖直觀了解該設(shè)備方位，方便進(jìn)行查找，如圖4所示。

圖4 RTLS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）使用功能。①儀器狀態(tài)管理。現(xiàn)使用的實驗室管理系統(tǒng)只能顯示儀器放置的實驗室，在實驗室內(nèi)的定位則需依靠WI-FI發(fā)射器來進(jìn)行。采用RTLS后，儀器位置狀態(tài)的改變反應(yīng)出儀器管理狀態(tài)是正常、借出、報廢等，對儀器的位置能做到及時更新，實時追蹤。②圖像定位顯示。室內(nèi)定位數(shù)據(jù)處理的趨勢是可視化。為充分利用空間，在實驗室內(nèi)的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)通常是多層結(jié)構(gòu)，如置物架、文件柜等。在內(nèi)部放置儀器，信息反饋到電腦，利用程序?qū)崿F(xiàn)可視化管理，可以大量減少管理人員的工作量。

4 結(jié)語

RTLS系統(tǒng)能夠使資產(chǎn)管理部門對所屬各類設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)定位，減少管理者在日常工作中因?qū)ふ以O(shè)備而花費的時間。實踐中采用的無線網(wǎng)絡(luò)基于802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)，適用于市面大部分無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有良好的適應(yīng)性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不僅可以通過互聯(lián)網(wǎng)完成設(shè)備的定位，還能進(jìn)一步探究記錄設(shè)備的位置信息移動記錄、事件管理等，更有效地幫助實驗室管理人員進(jìn)行高效設(shè)備管理，具有一定的現(xiàn)實意義。

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胡育璐（1990-），女，碩士研究生，助理實驗師，主要從事實驗室管理和實驗教學(xué)工作。

何金成（1973-），男，博士。