引 言

實驗室是高等學校的重要組成部分，是辦好高校的基本條件之一，高校實驗室的安全管理是確保高等學校實驗教學、科學研究、技術開發(fā)、資產管理順利進行的重要保障。當前我國高校的實驗室建設進入了一個嶄新階段，隨著建設速度和投入力度的加大，高校管理變革的逐步推進，實驗室建設和管理的進一步規(guī)范化、復雜化，實驗室的安全管理工作將變得更加繁重，實驗室資產與人員增加、教學開放等給實驗室安全管理帶來了巨大的工作強度和壓力，現(xiàn)有實驗室安全管理模式和手段的落后導致各高校實驗室安全事故頻發(fā)，雖然采取了一系列措施，但由于缺乏相關信息管理平臺的支撐， 仍無法實現(xiàn)實時、可靠的實驗室安全管理 [1-2]。

針對上述情況，本文設計了一套基于物聯(lián)網技術的實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)集數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據分析、智能監(jiān)控、智能反饋和實時報警等功能于一體，通過有線、無線兩種方式實時掌握實驗室安全情況。該系統(tǒng)針對學校實驗室分布廣、安全風險點多、管理困難等特點，利用物聯(lián)網技術，通過傳感器和監(jiān)控攝像頭實時采集實驗室溫濕度信息、門禁狀態(tài)、電源通斷情況及各類人員進出實驗室情況。用戶可以通過電腦、手機、平板等終端設備實時查詢實驗室情況并接收報警信息，分析處理采集的數據信息，之后作出決策，以實現(xiàn)對實驗室的安全控制與管理，降低實驗室安全風險與事故發(fā)生率，保障高校實驗室的安全 [3-5]。

1 實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)的整體架構

系統(tǒng)整體架構如圖 1 所示。系統(tǒng)主要分為數據采集單元、數據傳輸單元、數據分析處理單元與數據接收單元。

1.1 數據采集單元

數據采集單元由傳感器、攝像頭組成，主要采集實驗室相關環(huán)境參數。傳感器內置于實驗室內部的設備中，用以監(jiān)測實驗室溫度、濕度、門禁、電壓、電流等環(huán)境參數，應用攝像頭對人體紅外和實時場景進行監(jiān)測。

1.2 數據傳輸單元

數據傳輸單元負責網絡傳輸，與服務器進行通信。本系統(tǒng)通過有線和無線方式進行數據傳輸 ：有線方式主要通過室內以太網、室外全光網絡傳輸 ；無線方式主要通過布置在各實驗室的校園 WiFi 實現(xiàn)數據傳輸，這兩種方式互為備份。

1.3 數據分析處理單元

數據分析處理單元主要指安全監(jiān)測服務器，負責對所采集數據進行分析、處理，并實時發(fā)出預警信息，在接收到實驗室管理員的指令后，對相應的物聯(lián)網設備發(fā)出決策指令。數據分析處理單元還負責數據的存儲、統(tǒng)計、圖形化顯示，生成數據報表、分析圖形等，為實驗室管理員提供決策支撐。

1.4 數據接收單元

數據接收處理單元主要指各類終端設備，包括手機、電腦、平板等，其通過安裝 APP 軟件或通過網頁訪問來查看服務器信息，并根據所得信息進行遠程控制，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控并有效處理實驗室安全狀況的功能。

2 實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成

實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件包含智能電源、智能門禁、紅外視頻監(jiān)控、溫濕度監(jiān)測感應 4 個獨立的部分，這 4 個獨立的部分各自采集相關實驗室安全數據，并通過有線或無線網絡傳輸到服務器中，服務器通過軟件對所采集的數據進行存儲和融合。系統(tǒng)硬件聯(lián)動如圖 2 所示。

紅外視頻監(jiān)控數據存儲在視頻監(jiān)控硬盤錄像機上，僅當需要查看時才從視頻監(jiān)控硬盤錄像機中調取，既節(jié)約了服務器的硬盤空間，又防止了網絡帶寬一直被占用，同時還具備監(jiān)控視頻回看功能，借助其紅外熱感應功能能夠有效掌握實驗室人員情況，防止非工作時間實驗室發(fā)生盜竊。

智能門禁能夠實時掌握實驗室房門的開關狀態(tài)，及時提醒實驗室管理員在實驗結束后關閉房門?？蓪崿F(xiàn)對儀器設備及實驗室開放過程中的全程管理與控制，并與智能電源集中控制終端聯(lián)動，當學生刷卡進入時自動分配座位并給相應設備供電，記錄學生的進出情況，自動提交到管理服務器，生成學生、儀器設備使用記錄等原始統(tǒng)計資料，降低實驗的安全風險。

智能電源通過網絡遠程控制技術實現(xiàn)對有源實驗儀器設備的授權使用，系統(tǒng)自動對被預約的儀器設備供電或斷電，保證只為被授權或預約用戶開放使用。通過遠程電源集中控制終端，實現(xiàn)對儀器設備的網絡遠程供電與斷電控制，結合監(jiān)測系統(tǒng)平臺智能數據采集聯(lián)動實現(xiàn)刷卡進入時對指定設備供電，刷卡退出時判斷設備運轉狀態(tài)并給予提示或拒絕斷電，以保證設備安全，實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)。

3 驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計

本模塊基于 .NET 語言和 MVC 技術開發(fā)構建， 采用SQL Server 數據庫和 UTF-8 字符集，應用 B/S 開發(fā)模式進行設計與研究。實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計包括實驗室安全準入考核管理、實驗室安全檢查管理、危險物品管理、監(jiān)測顯示等 4 個模塊，如圖 3 所示。

3.1 安全準入考核管理模塊

該模塊包含實驗室安全自主學習子模塊、實驗室安全考試題庫子模塊、實驗室安全考核子模塊等 3 部分。該模塊采取網上學習與網絡考試相結合的教學形式，在學生進入實驗室之前通過系統(tǒng)對實驗的安全與規(guī)范有一個全面的認識與學習。網絡考試子模塊為評價學生的實驗室安全學習效果提供了快速有效的檢驗平臺。

網上學習和在線練習方便了學生的學習和對實驗室安全知識的掌握。通過考試的學生才有資格進入實驗室學習、做實驗及進行各類研究，未通過考試的學生則需要通過再學習直至考試通過為止。

3.2 安全檢查管理模塊

該子模塊包含計劃檢查管理、安全檢查通知、實驗室安全核查、安全問題整改、統(tǒng)計報表、數據上報等 6 個部分，具有規(guī)范安全檢查機制流程的作用，組成如圖 4 所示。

3.3 危險物品管理模塊

危險物品管理模塊包含申購危險品、采購驗收、危險物品使用管理、危險品廢棄物管理、危險品庫存管理、危險品統(tǒng)計查詢等 6 個部分。通過該子模塊能夠強化危險品安全保障體系，通過采取網上購買與線上申請購買兩種形式，可對危險品的根源進行管理監(jiān)控，開展危險品從集中采購、供應商管理、倉儲、領用、使用、庫存預警和回收等環(huán)節(jié)的智能化管理，通過對危險品流通信息的實時監(jiān)測和數據挖掘分析， 為危險品相關監(jiān)管部門提供數據支撐及決策支持。

3.4 監(jiān)測顯示模塊

系統(tǒng)監(jiān)測顯示子模塊主要包括網站監(jiān)測顯示及移動終端監(jiān)測顯示兩部分。

網站監(jiān)測顯示主要通過各學院的門戶網站實時顯示本單位的實驗室安全情況，并建立實驗室安全信息檔案，發(fā)布實驗室安全狀況曲線，形成實驗室安全情況統(tǒng)計數據，并計算實驗室安全風險指數，進行實驗室潛在安全風險的評估和預警。

移動終端監(jiān)測顯示主要通過在移動終端上安裝 APP 軟件來實時、準確地監(jiān)測實驗室安全狀況，可在實驗室出現(xiàn)異常時發(fā)出預警信號，讓實驗室管理員第一時間處理實驗室安全問題，保護實驗室安全。

4 結 語

本文基于 TCP/IP 以太網技術、無線 WiFi、傳感器技術、視頻識別技術、移動應用開發(fā)技術、Web Service 技術及 .NET， SQL 等主流開發(fā)工具設計了一個實驗室安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將物聯(lián)網技術應用于實驗室安全監(jiān)測，可有效地實現(xiàn)基于物聯(lián)網的全天候和智能化實時安全報警和監(jiān)控功能，最大程度降低實驗室安全風險，為學校的實驗工作提供安全保障。