基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統的設計

金濤

摘要：為提高實驗員工作效率，加強高校實驗室資源的信息化管理，筆者以數字傳媒類專業實驗室為例，設計了基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統。該系統包含預約管理、設備管理、實驗室管理和互動交流等四個模塊，其采用身份驗證技術和配置網絡端口的方式來保證數據庫的安全。本文從需求分析、功能模塊設計、數據庫設計、系統安全性分析四個方面對系統設計進行了詳細闡述。

關鍵詞：物聯網；實驗室資源；信息管理系統

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）20-0126-04

引言

近年來，隨著社會對技能型人才需求量的不斷提升，各高校投入大筆資金建設專業實驗室，并加大實驗教學的課時量，因而實驗室及設備的使用頻率不斷提高，設備的借出和歸還手續繁雜，加大了實驗室管理人員的工作量。因此，如何運用信息技術對高校實驗室資源進行信息化管理成為高校實驗室管理人員所面臨的重要課題之一。

目前，物聯網技術為高校實驗室資源進行信息化管理提供了契機。它是以互聯網為基礎，把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。基于物聯網技術的特點，高校實驗室資源可在設備管理、實驗室管理、預約管理等方面開展信息化管理，并運用實驗室管理的理念及物聯網技術，構建信息管理系統。

需求分析

本研究以數字傳媒類專業為例，設計該專業的實驗室資源信息管理系統。該系統包括預約管理功能、設備管理功能和實驗室管理功能等，它的設計主要基于以下四方面的需求。

第一，順應信息時代的發展趨勢，實現實驗室資源的數字化管理。目前，高校對實驗設備借還及實驗室借用，基本都依靠紙質表格或實驗室使用日志進行管理，這種傳統的管理方式既加大了實驗室管理人員的工作量，又容易導致工作失誤。而利用信息管理系統則能明顯提高實驗室管理人員的工作效率。

第二，合理安排專業實驗教學設備和場所。在廣東技術師范學院，數字傳媒類專業重在培養學生的實踐操作能力，實驗教學是培養該能力的最佳途徑。因而，學校為這一類專業的實驗教學配備了若干實驗室，并采購了攝像機、蘋果一體機等設備。而利用信息管理系統則可使這些實驗場所和設備更好地為師生的實驗教學和課外創作服務。

第三，使實驗室資源管理走向科學化與規范化。數字傳媒類專業實驗室造價高，各種設備價格昂貴，因此，我們應該進行信息化管理，發揮實驗室資源的實際價值。

第四，為師生、管理員提供一個互動交流空間。教師可利用互動交流空間指導學生開展實驗教學，為學生解答實驗教學中的問題。同時，教師和學生可向管理員提出有關實驗室建設和應用的建議，共同把實驗室建設成開展實驗教學的平臺。

功能模塊設計

基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統包含預約管理模塊、設備管理模塊、實驗室管理模塊和互動交流模塊。物聯網為該系統提供了多方面的技術支持，使信息管理系統更加智能化和便捷。

1.預約管理模塊

預約管理模塊針對學生/教師、管理員兩種身份設計了不同的子模塊。針對學生/教師身份，設計了預約設備、預約實驗室兩個子模塊。針對管理員身份，設計了審核預約信息、分配借用權限兩個子模塊。在分配借用權限這一子模塊中包含了生成二維碼的功能，該功能是運用物聯網RFID標簽技術，所生成的二維碼與設備上的RFID標簽相關聯，且能用于標記設備或實驗室的借用狀態（如圖1）。

2.設備管理模塊

設備管理模塊主要完成對單反相機、攝像機、三腳架、攝影燈具等實驗器材的借還手續辦理及設備位置跟蹤。拿到設備借用權限的學生/教師登錄信息管理系統，并下載由系統自動生成的借用申請表。管理員通過掃描申請表上的二維碼便可了解學生/教師需要借用的設備名稱、序列號，并在信息管理系統中標記借出的狀態。該模塊針對學生/教師、管理員兩種身份設計了不同的子模塊。利用學生/教師身份登錄該模塊，可點擊下載由系統自動生成帶二維碼的借用申請表。利用管理員身份登錄該模塊，可進行設備基本信息錄入、設備庫存查看、設備位置跟蹤等操作。

在進行設備基本信息錄入時，管理員可采用掃描器技術，通過掃描貼在設備上的RFID標簽，將設備的名稱、序列號、價格、購置日期、性能參數等信息掃入系統中進行存儲。在設備庫存查看模塊中，管理員可實時了解設備借出的數量、現有的數量等情況，方便設備的調度、保管等工作。在設備位置跟蹤模塊中，管理員還可應用系統定位技術，判斷貼有RFID標簽的設備當前所處的位置，并利用該模塊了解設備使用的場所，擴展管理范圍，有利于保證設備安全（如圖2）。

3.實驗室管理模塊

實驗室管理模塊主要是對專業實驗室的課程安排及借用進行管理。該模塊針對學生/教師和管理員兩種身份分別設置了子模塊（如圖3）。針對學生/教師身份的子模塊具有生成帶二維碼的借用申請表的功能，通過掃描該二維碼，系統可以顯示學生/教師所借用的實驗室名稱和編號，還能夠記錄實驗室的借用狀態。針對管理員身份的子模塊設置了實驗室基本信息錄入、實驗課程安排、當前使用狀態三個子模塊。其中，實驗室基本信息錄入子模塊利用了掃描器技術，可以將實驗室的RFID標簽掃描后，把實驗室的名稱、編號、室內設備、容納人數、主要用途、造價、建成日期等信息自動錄入計算機，從而方便管理人員了解每間實驗室的大致情況。實驗課程安排子模塊則顯示了所有實驗室在不同時間段的使用狀態，當前使用狀態子模塊則顯示了所有實驗室在當前的時間段內是否被使用，這兩個子模塊對管理員具有重要參考價值，如果遇到沒有課程安排且無人使用的實驗室則優先予以安排。

4.互動交流模塊

互動交流模塊用于學生和教師之間交流實驗教學的心得和體會，幫助學生更好地掌握實驗技能，是一個學生與教師開展實驗教學的在線互動平臺。同時，該模塊還可為管理員提供一個收集實驗室建設與應用建議的平臺。該模塊針對學生/教師、管理員兩種身份分別設置了子模塊（如下頁圖4）。利用學生/教師身份登錄平臺，可以針對實驗教學中遇到的問題或實驗教學中的心得和體會，以帖子形式進行互動交流。利用管理員身份登錄平臺，可通過掃描學生證和教師工作證上的二維碼獲取相關個人信息，并錄入信息管理系統，實現用戶注冊。隨后，學生/教師便可利用個人編號登錄到各個模塊中。管理員可對帖子進行發布、查看、刪除等操作。

數據庫設計

數據庫是信息管理系統的核心和基礎。它把信息管理系統中大量的數據按一定的模型組織起來，提供存儲、維護、檢索數據的功能，使信息管理系統可以方便、及時、準確地從數據庫中獲得所需的信息。[1]基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統中的數據庫包含設備、實驗室的靜態數據以及其狀態的動態數據。通過需求分析和系統功能模塊分析，筆者得出的各模塊所包含的數據項和數據結構如下。

①預約管理模塊：因該模塊對學生/教師而言，需要查看設備庫存數量和實驗室借用狀態，對管理員而言，需要根據設備庫存數量和借用狀態以及實驗室的借用狀態和課程安排，分配借用權限，所以它應包含三張數據表，即用戶（姓名、學號、工號、密碼），設備（設備名稱、序列號、庫存數量、借用狀態），實驗室（實驗室名稱、編號、室內設備、借用狀態、課程安排）。

②設備管理模塊：該模塊主要針對管理員而開發的，它不僅能幫助管理員了解設備的一些基本靜態信息、庫存數量、借出的數量，而且還能讓管理員實時了解設備的位置，加強管理強度。因此，它對應的數據表為設備管理（名稱、序列號、價格、購置日期、性能參數、庫存數量、借出數量、借用狀態、設備位置跟蹤）。

③實驗室管理模塊：該模塊也是針對管理員而開發的，它可以讓管理員全面了解實驗室的一些基本情況和目前的借用情況以及課程安排情況，方便管理員分配實驗室給學生使用。其對應的數據表為實驗室管理（實驗室名稱、編號、室內設備、容納人數、主要用途、造價、建成日期、借用狀態、課程安排）。

④互動交流模塊：該模塊可讓學生/教師、管理員以帖子形式開展討論與交流，對學生/教師而言可進行發布、查看帖子，對管理員而言可對學生/教師用戶進行管理，以及對帖子進行管理。該模塊包含兩張數據表，即用戶管理（姓名、性別、年級、學號、工號），帖子管理（標題、內容、發表日期、姓名、性別、年級、學號、工號）。

為充分反映用戶要求，筆者還構造了一個數據庫E-R模型圖，其特點：第一，能真實、充分地反映現實世界及其事物與事物之間的聯系；第二，易于被用戶理解；第三，易于修改和擴充；第四，易于向關系、網狀、層次等其他數據模型轉換。[2]

為減少數據的冗余性，筆者將上述所列舉的各功能模塊對應的數據表進行簡化和綜合，得出4張數據表：一是用戶（姓名、性別、年級、學號、工號、密碼），二是設備（設備名稱、序列號、價格、購置日期、性能參數、庫存數量、借出數量、借用狀態、設備位置跟蹤），三是實驗室（實驗室名稱、編號、室內設備、容納人數、主要用途、造價、建成日期、借用狀態、課程安排），四是帖子（標題、內容、發表日期）。

筆者采用E-R圖進行數據庫的概念結構設計，明確表達了用戶與設備、實驗室、帖子之間的關系，如圖5所示。

系統安全性分析

數據庫安全就是保證數據庫信息的保密性、完整性、一致性和可用性。當數據庫被使用時，應確保合法用戶得到數據的正確性，同時要保護數據免受威脅。[3]該信息管理系統采用了身份驗證技術和配置網絡端口的方式來保障數據庫的安全。

第一，身份驗證技術。基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統不允許未經身份驗證的用戶登錄并對數據庫進行操作。該系統使用Session對象記錄用戶的用戶名和密碼，當用戶將瀏覽器關閉后，所建立的會話鏈接自動斷開，從而保證用戶信息的安全。

第二，配置網絡端口。基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統的數據庫屬于端口型數據庫，因此非常有必要進行網絡端口的安全配置，以防止黑客攻擊。該系統安裝后將在TCP/IP篩選的選項卡里設置只允許在TCP端口80和443上分別進行HTTP和HTTPS連接。

總結

筆者所設計的基于物聯網的高校實驗室資源信息管理系統具有預約管理、設備管理、實驗室管理和互動交流管理四個功能模塊，能減輕高校實驗員的工作負擔，提高工作效率，在二維碼技術、RFID標簽技術等物聯網技術的支持下，還能讓相關實驗設備的信息錄入、信息查詢和位置跟蹤等工作進一步智能化、人性化和規范化，使實驗室資源能公平地分配給學生和教師使用，同時也保證了設備的安全。在后續研究中，該系統的開發將應用環境配置方便、開發周期短的ASP技術，通過合理地編寫代碼，使代碼的執行效率和系統數據庫的安全性提高。

參考文獻：

[1]林樂杰.科研管理信息系統中數據庫的設計與實現[D].北京：北京化工大學，2006：27.

[2]薩師煊，王珊.數據庫系統概論（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]吳溥峰，張玉清.數據庫安全綜述[J].計算機工程，2006，32（12）：85.