实验室安全智能管控平台多技术融合路径研究

闫甜 张光亚 陈景贤 金国望 沈雪峰

关键词：实验室安全；智能管控；多技术融合；路径研究

近年来，随着我国高等教育事业的蓬勃发展，高校实验室的种类和数量急速跃升，实验室规模不断扩大，功能逐步增多，实验室的教学科研活动日趋频繁，为学校教学实践和科研创新提供了重要的支撑。但是，因为高校实验具有种类多样性、人员流动性、布局分散性和研究探索性等特点，实验安全风险防控难度越来越大，时有发生的各类实验室安全事故和事件使高校面临较大威胁[1-2]，已引起高校自身和社会各界的高度关注。因此，如何从高校自身管理特点出发，系统化地管控高校实验室安全，以提升实验室安全综合治理水平，是当前高校所面临的关键课题。

在互联网大数据时代，随着信息化的发展与应用，现代技术手段遍及生活的每一个角落，物联网技术的应用为实验室安全溯源提供了技术保障[3-4]。在疫情防控期间，二维码成为减少接触和追踪接触者的重要工具，方便非接触式共享数据[5]。因此，利用人工智能（AI）、大数据、云计算、物联网等技术的有效融合，搭建实验室智能安全管理平台，可有效开展实验室的安全管理工作，进而为实验室的智能安全管理提供决策支持。

1实验室安全管理系统开发

针对当前高等学校实验室存在的数据收集不全面、信息共享不及时、人员管理不到位、安全风险点多、管控难度大等一系列问题，综合应用SG网络、AI、大数据、云计算、物联网等先进适用技术，为实验室安全管理搭建起一个以大数据为基础、物联网为架构、云计算为中心、AI为产出的安全智能管控平台（图1）。该平台作为一个科学、完整、统一的信息共享服务平台，具有促进内部信息互联互通和实现实验室信息与业务共建共享的双重特点，这对于提高实验室安全的综合决策能力和智慧服务能力具有重要作用。

1.1分布式采集系统

通过5G网络、实验室门禁、条形码、RFID技术、传感器等物联网技术，实时采集、监控、连接互动的物体或过程，以实现对人员、物品和过程的智能化感知、识别和管理，以及对进出人员信息、仪器设备、化学试剂及药品等实时数据的信息采集，对仪器设备和化学试剂进行实时配置及管理追踪，并将所有数据信息传输到云储存系统终端。基于统一数据源，实现对各种统计口径的信息汇总和决策支持，从而建立统一的物联网数据采集系统。

1.2云桌面分析系统

该架构引入基于云架构的云桌面，从根本上保障数据信息存储的安全性和可控性。基于Infrastructureas a Service（基础设施即服务，简称IaaS）虚拟化技术，为实验室数据信息共享管理平台提供弹性服务承载系统，以便对云储存的信息和数据进行分析。

1.3智能化管控系统

由智能化监测系统和智能化控制系统组成的反馈管理控制系统，能够对采集到的所有信息进行逐一核验，尤其是对非常见人员、老旧设备、易燃易爆危化品等进行及时跟踪分析，进而明确使用人、使用地点、使用时间、使用数量等详细信息及具体参数。

1.4信号报警平台

该平台能够对海量异构数据进行融合转换、数据云存储、数据实时分析及潜在的危化品数据挖掘分析等，并连接有效数据终端，以实现信号报警服务功能。

2多技术融合路径研究

围绕实验室安全信息和大数据分析，基于“感知、存储、管理、展现、应用”核心数据分析理念，搭建起一个科学、完整、统一的实验室智能管理平台。该平台向管理者提供全过程、全方位、全天候、实时在线的数据信息更新与潜在风险数据分析报告，并提出具有针对性的整体创新技术方案和数据共享核心功能架构（图2）。

2.1数据感知层

为有效解决当前仪器设备分散、品牌各异、接口不同、端口不兼容等难题，构建物联网的环境数据采集体系，统一采集规范，并建立统一数据采集平台，针对各类型设备开发接口，管理接人各类型的物联网设备，以实时异构信息的统一采集。

2.2数据管理层

考虑到传统利用PC服务器连接仪器设备及采集数据易发生数据外泄等状况，基于桌面云的环境数据安全管理，采用桌面云主机连接仪器等设备，以保证采集数据存储在服务器上、无法拷贝，进而从最根本上解决数据安全问题，保证数据的产业价值。

2.3数据存储层

数据具有复杂性和动态性的特点，涉及多部门／领域，需要处理大量的数据，基于收集的实验室相关数据信息，建设“IaaS-PaaS-SaaS”三种层次的多元化云服务，其弹性的架构设计，为应用数据平台提供弹性服务承载体系。

2.4数据展现层

当前不同品牌、型号的仪器设备所产生的实验数据不能实现集中管理、集中查询，且人工收集管理耗时耗力。对多源异构的数据进行数据转换、主题建模、分析展现，可以保证所有监测站的环境数据实现统一汇聚、统一处理和统一展现。

2.5数据应用层

为强化数据、仪器设备运营的共享管理，在运营管理模块加入了数据运营，使全流程可监管、可追踪，实现数据和信息的流转，同时对潜在风险进行防控，并提供实时预警信号，以便管理者及时管控。

3結束语

根据当前高校实验室存在的数据收集不全面、信息共享不及时、人员管理不到位、安全风险点多、管控难度大等问题，本文提出以5G网络、AI、大数据、云计算、物联网等先进适用技术融合创新，设计了高校实验室智能管控平台，提升了实验室的管理效率，从而实现高科技对高校教学实验和科学研究的赋能，有效保障了实验室安全。