智慧實驗室智能化建設
分類：熱點專題 作者：acmelab 發布時間：2023-08-21 11:40:02
傳統的實驗室信息管理系統存在功能單一、無法與其他系統對接、較多依賴紙質記錄等缺陷。近些年，隨著移動設備、云計算、物聯網等新技術的發展，以新技術打造新型智慧實驗室已經勢在必行。未來智慧型實驗室的建設是在不斷得完善和發展的,甚至可能實現三維立體虛擬實驗室等。
“智慧實驗室”建立在傳統實驗室的基礎上，融入互聯網 + 的創新建設理念，通過網絡（基于 WIFI 的無線局域網、移動通信等）接入方式，把任何物品與互聯網連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人、服務與人的泛在鏈接。實現對實驗資源的智慧化識別、跟蹤、監控和管理以及實驗過程與結果的及時反饋，提供一個完全開放式的創新實驗環境，但也能完整記錄實踐過程，建立實時通信平臺，及時糾正錯誤步驟，約束違規行為，繼而從根本上培養工作人員的獨立性以及分析問題與解決問題的能力。其具有很高的創新性與推廣應用價值。 智慧實驗室建設屬于當前“智慧校園”建設的重要組成部分之一，目前國內無論是高校還是中小學都在開展相應的智慧校園建設，智慧教室、智慧實驗室、智慧后勤如火如荼地進行著。因此，智慧實驗室建設與智慧校園建設息息相關，根據“3I”要素分析不難得出，在基礎網絡、數據、管理等方面，智慧實驗室將直接融入智慧校園建設，但又有其獨特的建設要求，具體表現在以下幾方面。 主要包括以各類溫濕度傳感器、門禁、監控攝像頭、智能化節能設備、智能化考勤設備和計算機設備等所獲取的有關實驗室溫度、濕度、光線、能耗、使用率和故障率等各項基礎數據信息。這些信息將全部匯聚集至智慧校園數據平臺，由大數據系統進行全面整合分析，提供有關實驗室環境、設備狀態情況，以便于管理人員對實驗室進行保養維護。 實驗室內各類教學應用軟件及網絡教學平臺將輔助整個實驗室教學過程，同時全面收集教學相關數據，一方面自行進行各類教學行為分析，另一方面將向智慧校園數據平臺提供相關教學數據，全面實現教學過程的全面連接互通、即時交互，實現資源共享、實時監控。 與各類學校智慧校園數據中心建設相比，智慧實驗室建設將有所區別，對于沒有校級數據中心的學校，在智慧實驗室建設過程中可以充分考慮使用實驗室教學大數據平臺，在進行教學輔助的同時，由教學平臺直接提供教學數據的分析與統計；對于建有校級大數據中心的學校，則可以匯聚至數據中心，綜合全校智慧教室、智慧實驗室、網絡教學平臺等各類終端的數據統一進行匯集、存儲、分類、整合與分析，將教學信息變成可用知識。
綜上所述，智慧實驗室建設的核心目標是打造物聯、互聯、智慧3個層面。具體的建設步驟同樣也可以分為3個步驟。 此步驟在硬裝階段需要提前設計智慧門禁系統、智慧窗簾、智慧桌椅、智慧溫控及節能系統等，并提前進行硬裝布線，如預設傳感器、致動器、可編程的邏輯控制器（PLC）和分布式智能傳感器等。這些設備的聯通直接關系智慧實驗室的基礎環境建設，所有聯通數據將通過傳感器傳輸至智慧平臺經視頻和數字信號處理，利用溫度傳感器、濕度感覺器、攝像頭、音量傳感器、光線傳感器等可以實現實驗室按時自動開放、自動簽到、上下課、自動節能、自動調節室內溫濕度和自動調節室內光線，實現智能化環境控制。同時，課前管理人員與師生均可以提前對實驗室狀況進行控制調節，做好課前準備工作。 互聯層建設是在基礎硬件設施全部安裝調試運轉正常后需要進行整體布局的關鍵步驟，起到承上啟下的重要作用，整個計算機實驗室的所有數據傳輸均要依靠互聯層。在互聯層上，實驗室教學的核心數據，包括物聯層的所有數據、教師日常教學信息、教學平臺操作數據、實驗室作業、試題和考試信息等均在此層面進行搜集匯聚，各類數據的來源各不相同，數據格式也不一致，因此，在互聯層采取何種信息連接方式全面整合、統一各類信息將直接影響智慧實驗室的建設水平。目前，在互聯層常見的連接傳輸方式包括無線類（WiFi、Z-Wave、NFC、藍牙、紫蜂等）、有線類（雙絞線、光纖等）。 智慧層是在上述兩步完成后需要整體設計架構的重要一步，也是整個智慧計算機實驗室建設的頂端核心內容。智慧的核心是數據，而這些數據的來源就是前述兩步建設的內容，如何處理好這些數據，將其整合、分析，得出可用的決策建議就是第三步建設需要考慮的核心內容。各類不同數據均會根據數據中心標準規范匯聚至中心，通過建設面向服務的架構模型，中心管理系統通過數學算法和統計工具轉換數據進行分析，執行結果預測、場景建模和模擬，幫助實驗室管理人員進行管理、分析，為實驗教學、實驗室建設管理提供決策支持。 智慧實驗室可以將最先進的技術集成到計算機科學，通信，物聯網等領域，并規范計算機體驗管理，儀器管理和設備，數據統計分析等，提高儀器的效率和設備的使用。提供更好的體驗，研究和教學服務，創造綠色，低碳，低能耗，智能和舒適的實驗環境，將不可避免地成為實驗室下一階段建設的核心?；谥腔畚锫摼W技術的開放實驗室管理系統在開放服務、資源共享、便捷管理和節省人力資源等諸多方面具有重要意義，市場前景廣闊。該項技術可以進一步擴展到物聯網智慧家庭、物聯網智慧農業、物聯網智慧商鋪、物聯網智慧工業等更多的應用領域，培養更多的物聯網技術開發人才。
