智慧實驗室智能化建設
分類：熱點專題 作者：acmelab 發(fā)布時間：2023-08-21 11:40:02
傳統(tǒng)的實驗室信息管理系統(tǒng)存在功能單一、無法與其他系統(tǒng)對接、較多依賴紙質(zhì)記錄等缺陷。近些年，隨著移動設備、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術的發(fā)展，以新技術打造新型智慧實驗室已經(jīng)勢在必行。未來智慧型實驗室的建設是在不斷得完善和發(fā)展的,甚至可能實現(xiàn)三維立體虛擬實驗室等。
“智慧實驗室”建立在傳統(tǒng)實驗室的基礎上，融入互聯(lián)網(wǎng) + 的創(chuàng)新建設理念，通過網(wǎng)絡（基于 WIFI 的無線局域網(wǎng)、移動通信等）接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)物與物、物與人、服務與人的泛在鏈接。實現(xiàn)對實驗資源的智慧化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理以及實驗過程與結(jié)果的及時反饋，提供一個完全開放式的創(chuàng)新實驗環(huán)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(guī)行為，繼而從根本上培養(yǎng)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(chuàng)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(nèi)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(jù)“3I”要素分析不難得出，在基礎網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、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(xiàn)在以下幾方面。 1、基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取 主要包括以各類溫濕度傳感器、門禁、監(jiān)控攝像頭、智能化節(jié)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(shù)據(jù)信息。這些信息將全部匯聚集至智慧校園數(shù)據(jù)平臺，由大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行全面整合分析，提供有關實驗室環(huán)境、設備狀態(tài)情況，以便于管理人員對實驗室進行保養(yǎng)維護。 實驗室內(nèi)各類教學應用軟件及網(wǎng)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)平臺提供相關教學數(shù)據(jù)，全面實現(xiàn)教學過程的全面連接互通、即時交互，實現(xiàn)資源共享、實時監(jiān)控。 3、以“智能化”為核心的大數(shù)據(jù)分析平臺設計 與各類學校智慧校園數(shù)據(jù)中心建設相比，智慧實驗室建設將有所區(qū)別，對于沒有校級數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)平臺，在進行教學輔助的同時，由教學平臺直接提供教學數(shù)據(jù)的分析與統(tǒng)計；對于建有校級大數(shù)據(jù)中心的學校，則可以匯聚至數(shù)據(jù)中心，綜合全校智慧教室、智慧實驗室、網(wǎng)絡教學平臺等各類終端的數(shù)據(jù)統(tǒng)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(lián)、互聯(lián)、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(tǒng)、智慧窗簾、智慧桌椅、智慧溫控及節(jié)能系統(tǒng)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(lián)通直接關系智慧實驗室的基礎環(huán)境建設，所有聯(lián)通數(shù)據(jù)將通過傳感器傳輸至智慧平臺經(jīng)視頻和數(shù)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(xiàn)實驗室按時自動開放、自動簽到、上下課、自動節(jié)能、自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度和自動調(diào)節(jié)室內(nèi)光線，實現(xiàn)智能化環(huán)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(diào)節(jié)，做好課前準備工作。 互聯(lián)層建設是在基礎硬件設施全部安裝調(diào)試運轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)傳輸均要依靠互聯(lián)層。在互聯(lián)層上，實驗室教學的核心數(shù)據(jù)，包括物聯(lián)層的所有數(shù)據(jù)、教師日常教學信息、教學平臺操作數(shù)據(jù)、實驗室作業(yè)、試題和考試信息等均在此層面進行搜集匯聚，各類數(shù)據(jù)的來源各不相同，數(shù)據(jù)格式也不一致，因此，在互聯(lián)層采取何種信息連接方式全面整合、統(tǒng)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(lián)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(gòu)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(nèi)容。智慧的核心是數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)的來源就是前述兩步建設的內(nèi)容，如何處理好這些數(shù)據(jù)，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(nèi)容。各類不同數(shù)據(jù)均會根據(jù)數(shù)據(jù)中心標準規(guī)范匯聚至中心，通過建設面向服務的架構(gòu)模型，中心管理系統(tǒng)通過數(shù)學算法和統(tǒng)計工具轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進行分析，執(zhí)行結(jié)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(lián)網(wǎng)等領域，并規(guī)范計算機體驗管理，儀器管理和設備，數(shù)據(jù)統(tǒng)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(chuàng)造綠色，低碳，低能耗，智能和舒適的實驗環(huán)境，將不可避免地成為實驗室下一階段建設的核心。基于智慧物聯(lián)網(wǎng)技術的開放實驗室管理系統(tǒng)在開放服務、資源共享、便捷管理和節(jié)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(lián)網(wǎng)智慧家庭、物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)智慧商鋪、物聯(lián)網(wǎng)智慧工業(yè)等更多的應用領域，培養(yǎng)更多的物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)人才。
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