淺談基于物聯網技術的實訓室智能化建設

摘要：21世紀是信息大爆炸的時代，隨著世界經濟、科技的高速發展，各國對應用型人才的需求缺口越來越大，實訓教學在高等職業教育中的重要性更加突出，是影響人才培養質量的重要環節，所以對高校實訓室進行智能化建設刻不容緩。本文以武漢城市職業學院實訓室的智能化改造項目為例，探討了如何利用物聯網技術來實現高校實訓室的智能化建設與管理，解決實訓室常規管理的種種弊病，提升實訓室的使用效率。

關鍵詞：實訓室管理;物聯網技術;智能化建設

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）22-0162-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 傳統實訓室管理方式弊病

（1）各高校實訓管理人員往往不足，實訓管理人員工作量大，效率低下。

（2）各高校實訓室整體利用率不高，除了常規課堂教學時間，其他時間往往處于關閉狀態，不能對學生開放。

（3）各高校實訓室之間沒有聯系，往往獨立管理，成為信息孤島，不能協同運轉。

（4）由于高校實訓室眾多，加上管理人員往往不足，導致實訓室管理員往往不能在第一時間掌握設備運行狀況，在設備出現火情等安全隱患時不能第一時間解決，從而引發安全事故。

2 國內高校對實訓室智能化管理的相關研究

我國高校對實訓室智能化管理建設的研究起步較晚，和國外發達國家的相關研究對比我國在實訓管理模式上還是存在著一些問題。雖然近期國內的部分知名高校都開發了類似的智能化實訓管理平臺，但是大部分平臺智能化程度不足，功能簡單，實訓室還是按項目和功能定期人為介入開放，實際上都沒有達到全天候無人值守的智能管理模式。有些學校雖然做到了全天候開放實訓室，其實還是由管理人員值守，不夠智能化，同時并沒有對實訓室智能開放的效果進行評估。本項目的研究不但著力于實訓室全智能化開放平臺的構建研究，后期更注重實施后的實際效果研究，并形成樣本調研報告，評估實施后對全院學生的實踐教學的受益度。進而推廣到社會，可以為其他高校共享使用。

3 智能化實訓室的特點

（1）開放性。實訓場所往往具備良好的開放性。實訓室出入管理有一套先進的門禁制度。實訓場所都安裝了相應的門禁設備。教師和學生須辦理校園卡，并且不同的身份被賦予不同的權限。學生可以在實訓室空閑時刷卡進入，同時校園卡也可在圖書館借書、復印、打印資料等。有些學院內部還實行密碼門禁制度，每個實驗室都有自動密碼鎖，充分保證了實驗室安全。多個不同實驗室的實訓室間相互打通，有利于科研設備的共享，科研人員的交流等。

（2）安全性。實訓室具備良好的防火和防盜設施，各種傳感器能夠在出現險情時及時的報警，保障實訓室設備安全及實訓人員安全。

（3）高度信息化。實訓室作為教育和科學研究的場所，具有高度的信息化。能夠實現便捷的學術交流和廣泛的信息資源共享。

4 物聯網技術

在1999年人們提出了物聯網這樣一個概念，人們希望通過物品上的射頻信息識別傳感器和互聯網有效結合在一起，實現物品的智能化管理，在我國物聯網也被稱為傳感網技術。物聯網由以下幾種核心技術組成。

（1）傳感器技術。它是物聯網技術中的核心技術，由于計算機主要處理的是二進制的數字信號，所以我們需要傳感器進行數模轉換工作，將模擬信號轉換為數字信號，這樣才能讓計算機理解并完成處理工作。

（2）RFID標簽。它是傳感器技術當中的一種，射頻識別技術主要由無線射頻技術和嵌入式技術結合而成，射頻識別技術在主要用于物品的存放管理、識別。

（3）嵌入式系統。嵌入式系統是由Semiconductor Technolo-gy和Electronics Technology以及其他技術相結合后的產物，它具備了高度的可發展性。

5 實訓室智能化建設需求分析

（1）實訓室開放性需求。我院是計算機與電子信息工程學院，實訓課程專業性更強，學生在專業學習中更加需要實訓環境的支持。而我院實訓室開放性不夠高，只是在正常教學時間內開放，實訓室利用率偏低，所以實訓室智能化建設中需解決開放性問題。我們需要通過物聯網中的各種傳感器及視頻監控系統來監控實訓設備的工作狀況，避免設備工作中出現安全隱患，保證實訓人員及設備安全問題。同時通過智能管理平臺的身份授權系統和智能門禁系統來全天對學生開放，提升實訓室設備利用率。

（2）實訓教學管理需求。通過開發實訓教學管理模塊來實現實驗室常規實驗管理。該模塊由軟件及硬件部分組成，硬件部分包含服務器、傳感器、監控系統、門禁系統及班排系統，軟件部分包含了實訓管理模塊、實訓教學模塊、實訓考核模塊等部分。教師通過管理平臺提交實訓申請，實訓管理中心進行審核，完成實訓前期準備。學生通過管理平臺授權后查看實訓室班排信息，選擇進入相應實訓室完成實訓，最后提交實訓報告，由實訓管理平臺進行成績評估。

（3）智能化的電源管理需求。用電安全是實訓室必須具備的基本條件，實訓室對學生進行無人值守開放時需通過電源管理模塊來解決遠程電源開關等安全問題。

（4）實訓室財產管理需求。我院實訓室眾多，設備類型繁雜，給實訓室資產管理帶來了很大的難度，現需通過開發財產管理模塊來實現設備財產及耗材的智能化管理，降低設備損耗率。

6 項目實施

6.1 改造開發流程圖

6.2 硬件平臺搭建

（1）服務器。服務器是實驗室智能化管理中心的信息運算處理節點，必須具備強大的運算能力和穩定性。結合我院的需求，服務器采用Dell r530系列。

（2）門禁系統。主要由控制器、磁力鎖、讀卡器、攝像頭、網絡接口、連接線纜等設備組成，結合射頻技術及人臉識別技術來進行相關人員的身份鑒別及開放。

（3）基礎網絡。采用千兆以太網技術來保證數據低延時的高速傳輸。

（4）傳感器。為了保證實訓室人員及設備安全，實驗室管理人員需對設備工作狀態進行實時監控，而傳感器就是智能化管理系統的眼睛，非常關鍵。基于需求實訓室需安裝溫濕度傳感器、煙感傳感器以及傳感器控制系統及視頻監控系統來實現智能化監控及管理。

（5）班排系統。通過智能班排系統能夠實現實訓室相關信息展示、實驗管理、實訓開放、信息通知等功能，是和學生進行交流和互動的重要平臺。該系統主要硬件為平板顯示設備，處理器往往采用Arm架構，操作系統往往采用安卓，輸入設備往往使用電容觸摸屏。平板顯示設備通過連接到服務器上的管理系統來實現相應功能。

6.3 實訓室智能化平臺開發流程

（1）整體框架。智能管理平臺采用主流的B/S架構，服務上系統軟件采用Windows Sever，數據庫采用soL。

（2）基于實訓管理需求平臺進行模塊化開發。劃分實訓控制中心模塊、實訓管理模塊、門禁安全模塊、電源管理模塊、財產管理模塊。

（3）項目開發及測試。通過測試發現問題，進行調整，最終解決問題。

7 整體效果評估

我院413大數據實訓室從2018年九月起開始對學生進行完全開放，該實訓室共有高性能計算機40臺、華為大數據服務器兩組、DCN路由交換和信息安全設備兩組，主要用于網絡技術專業學生的實訓教學工作。該實訓室在開放期間基本上無教師值守，我院多個專業的學生在此自主實訓。計應專業和計網專業的部分學生在該實訓室成立了工作室，并取得了不錯的成績。其中計網專業的學生在2019年的全國高職技能大賽大數據賽項上獲得了全國二等獎，計應專業的學生開發的無人機預警系統和森林防火系統獲得了國外用戶的青睞，其他部分學生的專業課成績也得到了提高。實訓室進行智能化管理和開放對高職院校教學及科研有著非常明顯的推動作用，值得推廣。

8 結束語

21世紀，中國智造需要高素質技能人才，對高職院校的實訓教學提出了更高的要求，傳統的實訓室管理模式已經不能滿足教學與日常的需求。通過物聯網技術和計算機技術對實訓室進行智能化建設可以提升實訓室管理水平，提高實訓設備利用率，提升學生的實際技能水平。

參考文獻：

[1]李赫賀.高校實訓室建設與管理的問題分析及對策研究[J].科教文匯，2019（26）：15-16.

[2]范山崗，沈建華.基于物聯網技術的高校實驗室管理系統應用研究[J].科教導刊（電子版），2017（32）：53-54.

【通聯編輯：代影】

基金項目：武漢城市職業學院骨干教師課題——基于物聯網技術的實訓室智能化建設研究（編號2018whcvcG12）

作者簡介：韓明（1977-），男，湖北武漢人，武漢城市職業學院計算機與電子信息工程學院，實驗師，本科，研究方向：計算機網絡技術、計算機硬件技術。