基于物联网技术的高校实验室安全监测系统设计

吴恒 肖恰 廖小健

摘 要：文中设计了一套基于物联网技术的高校实验室安全监测系统，该系统利用视频监控摄像头、温湿度感应器、电子门禁、智能电源等硬件设备实时采集实验室相关安全数据，并通过有线与无线网络传递至服务器进行分析和处理，进而告知实验室管理员进行决策和处理，在一定程度上解决了高校实验室安全管理薄弱的问题，提升了高校实验室的安全管理水平与安全保障能力。

关键词：物联网;实验室;安全管理;监测系统;实时采集;系统架构

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）07-00-03、数据分析处理单元与数据接收单元。

1.1 数据采集单元

数据采集单元由传感器、摄像头组成，主要采集实验室相关环境参数。传感器内置于实验室内部的设备中，用以监测实验室温度、湿度、门禁、电压、电流等环境参数，应用摄像头对人体红外和实时场景进行监测。

1.2 数据传输单元

数据传输单元负责网络传输，与服务器进行通信。本系统通过有线和无线方式进行数据传输：有线方式主要通过室内以太网、室外全光网络传输;无线方式主要通过布置在各实验室的校园WiFi实现数据传输，这两种方式互为备份。

1.3 数据分析处理单元

数据分析处理单元主要指安全监测服务器，负责对所采集数据进行分析、处理，并实时发出预警信息，在接收到实验室管理员的指令后，对相应的物联网设备发出决策指令。数据分析处理单元还负责数据的存储、统计、图形化显示，生成数据报表、分析图形等，为实验室管理员提供决策支撑。

1.4 数据接收单元

数据接收处理单元主要指各类终端设备，包括手机、电脑、平板等，其通过安装APP软件或通过网页访问来查看服务器信息，并根据所得信息进行远程控制，以实现远程监控并有效处理实验室安全状况的功能。

2 实验室安全监测系统的硬件组成

实验室安全监测系统硬件包含智能电源、智能门禁、红外视频监控、温湿度监测感应4个独立的部分，这4个独立的部分各自采集相关实验室安全数据，并通过有线或无线网络传输到服务器中，服务器通过软件对所采集的数据进行存储和融合。系统硬件联动如图2所示。

红外视频监控数据存储在视频监控硬盘录像机上，仅当需要查看时才从视频监控硬盘录像机中调取，既节约了服务器的硬盘空间，又防止了网络带宽一直被占用，同时还具备监控视频回看功能，借助其红外热感应功能能够有效掌握实验室人员情况，防止非工作时间实验室发生盗窃。

智能门禁能够实时掌握实验室房门的开关状态，及时提醒实验室管理员在实验结束后关闭房门。可实现对仪器设备及实验室开放过程中的全程管理与控制，并与智能电源集中控制终端联动，当学生刷卡进入时自动分配座位并给相应设备供电，记录学生的进出情况，自动提交到管理服务器，生成学生、仪器设备使用记录等原始统计资料，降低实验的安全风险。

智能电源通过网络远程控制技术实现对有源实验仪器设备的授权使用，系统自动对被预约的仪器设备供电或断电，保证只为被授权或预约用户开放使用。通过远程电源集中控制终端，实现对仪器设备的网络远程供电与断电控制，结合监测系统平台智能数据采集联动实现刷卡进入时对指定设备供电，刷卡退出时判断设备运转状态并给予提示或拒绝断电，以保证设备安全，实时监测设备的运行状态。

3 验室安全监测系统的软件设计

本模块基于.NET语言和MVC技术开发构建，采用SQL Server数据库和UTF-8字符集，应用B/S开发模式进行设计与研究。实验室安全监测系统软件设计包括实验室安全准入考核管理、实验室安全检查管理、危险物品管理、监测显示等4个模块，如图3所示。

3.1 安全准入考核管理模块

该模块包含实验室安全自主学习子模块、实验室安全考试题库子模块、实验室安全考核子模块等3部分。该模块采取网上学习与网络考试相结合的教学形式，在学生进入实验室之前通过系统对实验的安全与规范有一个全面的认识与学习。网络考试子模块为评价学生的实验室安全学习效果提供了快速有效的检验平台。

网上学习和在线练习方便了学生的学习和对实验室安全知识的掌握。通过考试的学生才有资格进入实验室学习、做实验及进行各类研究，未通过考试的学生则需要通过再学习直至考试通过为止。

3.2 安全检查管理模块

该子模块包含计划检查管理、安全检查通知、实验室安全核查、安全问题整改、统计报表、数据上报等6个部分，具有规范安全检查机制流程的作用，组成如图4所示。

3.3 危险物品管理模块

危险物品管理模块包含申购危险品、采购验收、危险物品使用管理、危险品废弃物管理、危险品库存管理、危险品统计查询等6个部分。通过该子模块能够强化危险品安全保障体系，通过采取网上购买与线上申请购买两种形式，可对危险品的根源进行管理监控，开展危险品从集中采购、供应商管理、仓储、领用、使用、库存预警和回收等环节的智能化管理，通过对危险品流通信息的实时监测和数据挖掘分析，为危险品相关监管部门提供数据支撑及决策支持。

3.4 监测显示模块

系统监测显示子模块主要包括网站监测显示及移动终端监测显示两部分。

网站监测显示主要通过各学院的门户网站实时显示本单位的实验室安全情况，并建立实验室安全信息档案，发布实验室安全状况曲线，形成实验室安全情况统计数据，并计算实验室安全风险指数，进行实验室潜在安全风险的评估和

预警。

移动终端监测显示主要通过在移动终端上安装APP软件来实时、准确地监测实验室安全状况，可在实验室出现异常时发出预警信號，让实验室管理员第一时间处理实验室安全问题，保护实验室安全。

4 结 语

本文基于TCP/IP以太网技术、无线WiFi、传感器技术、视频识别技术、移动应用开发技术、Web Service技术及.NET，SQL等主流开发工具设计了一个实验室安全监测系统，该系统通过将物联网技术应用于实验室安全监测，可有效地实现基于物联网的全天候和智能化实时安全报警和监控功能，最大程度降低实验室安全风险，为学校的实验工作提供安全

保障。

参 考 文 献

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