基于物聯網技術的高校實驗室安全監測系統設計

吳恒 肖恰 廖小健

摘 要：文中設計了一套基于物聯網技術的高校實驗室安全監測系統，該系統利用視頻監控攝像頭、溫濕度感應器、電子門禁、智能電源等硬件設備實時采集實驗室相關安全數據，并通過有線與無線網絡傳遞至服務器進行分析和處理，進而告知實驗室管理員進行決策和處理，在一定程度上解決了高校實驗室安全管理薄弱的問題，提升了高校實驗室的安全管理水平與安全保障能力。

關鍵詞：物聯網;實驗室;安全管理;監測系統;實時采集;系統架構

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）07-00-03、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境參數。傳感器內置于實驗室內部的設備中，用以監測實驗室溫度、濕度、門禁、電壓、電流等環境參數，應用攝像頭對人體紅外和實時場景進行監測。

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測服務器，負責對所采集數據進行分析、處理，并實時發出預警信息，在接收到實驗室管理員的指令后，對相應的物聯網設備發出決策指令。數據分析處理單元還負責數據的存儲、統計、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，以實現遠程監控并有效處理實驗室安全狀況的功能。

2 實驗室安全監測系統的硬件組成

實驗室安全監測系統硬件包含智能電源、智能門禁、紅外視頻監控、溫濕度監測感應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。系統硬件聯動如圖2所示。

紅外視頻監控數據存儲在視頻監控硬盤錄像機上，僅當需要查看時才從視頻監控硬盤錄像機中調取，既節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生盜竊。

智能門禁能夠實時掌握實驗室房門的開關狀態，及時提醒實驗室管理員在實驗結束后關閉房門。可實現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對有源實驗儀器設備的授權使用，系統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，實現對儀器設備的網絡遠程供電與斷電控制，結合監測系統平臺智能數據采集聯動實現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并給予提示或拒絕斷電，以保證設備安全，實時監測設備的運行狀態。

3 驗室安全監測系統的軟件設計

本模塊基于.NET語言和MVC技術開發構建，采用SQL Server數據庫和UTF-8字符集，應用B/S開發模式進行設計與研究。實驗室安全監測系統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對實驗的安全與規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、統計報表、數據上報等6個部分，具有規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節的智能化管理，通過對危險品流通信息的實時監測和數據挖掘分析，為危險品相關監管部門提供數據支撐及決策支持。

3.4 監測顯示模塊

系統監測顯示子模塊主要包括網站監測顯示及移動終端監測顯示兩部分。

網站監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，發布實驗室安全狀況曲線，形成實驗室安全情況統計數據，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、準確地監測實驗室安全狀況，可在實驗室出現異常時發出預警信號，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、移動應用開發技術、Web Service技術及.NET，SQL等主流開發工具設計了一個實驗室安全監測系統，該系統通過將物聯網技術應用于實驗室安全監測，可有效地實現基于物聯網的全天候和智能化實時安全報警和監控功能，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。

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