云計算在智慧實驗室信息化平臺中應用

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摘要：為了順應教育教學信息化水平要求，提高高校實驗教學資源優化配置，提升實驗室信息化建設和管理水平，利用信息化手段構建一個智慧化、智能化的信息化平臺是十分必要的。本文基于廣西財經學院實驗室信息化建設和管理現狀，提出了一個云計算信息化平臺架構，對智慧實驗室建設進行整體規劃和設計，在實驗數據共享、實驗室使用審驗和實驗室運行維護管理等方面提出了具體的功能要求。實踐結果表明，采用云計算技術建設的智慧實驗室信息化平臺能夠很好地滿足使用者實際開放共享的需要。

關鍵詞：云計算；智慧實驗室；信息化平臺；開放共享

1引言

為了順應教育教學信息化水平要求，提高高校實驗教學資源優化配置，提升實驗室信息化建設和管理水平，需大力推動互聯網、大數據和云計算等現代技術在實驗室管理中的應用，推動高校智慧實驗室建設[1]。智慧實驗室是集實驗室管理、環境安全檢測、分布式存儲、智能實驗管理、實驗過程管理等功能于一體的實驗室。高校實驗室主要承擔實驗教學活動和軟硬件資源優化整合的任務。傳統實驗室主要依靠人工管理和記錄教學過程。隨著新技術的發展和教育教學信息化水平要求，亟需提升實驗室信息化建設和管理水平。本文運用云計算技術構建實驗室信息化管理平臺，有效輔助實驗室管理人員提高工作效率和管理水平。

2實驗室信息化建設現狀

隨著高科技的蓬勃發展，信息化管理方式已經滲透到各個行業中。高校實驗室管理只有滿足當前和未來的信息化發展需求，才能實現智慧化和智能化開放式管理[2]。目前高校對教育教學信息化建設投入加大，為實驗室管理信息化建設提供有力推手。但目前實驗室仍以傳統的人工管理模式為主，大大增加了學校的人工成本開支，影響學校實驗室治理現代化進程。主要表現在：（1）管理模式分級不合理。實驗室門禁管理方式沿用人工管理模式，人力消耗大，且無法實現管理員、教師和學生的分級身份認證。隨著設備逐年增添，管理工作日益繁瑣。（2）教學數據儲存難。在傳統管理模式下，實驗數據管理和教學管理等情況主要依靠管理員和任課教師手動記錄，不便于長期數據積累和統計匯總。（3）場地效用發揮不夠。高校學生規模逐年擴招，實驗室場地有限，目前無法通過信息化手段透明實驗室資源，場地利用率高低不一。（4）設備維護繁瑣。設備逐年老化，型號多種多樣，線路復雜，在人員有限的條件下，隱患難以及時徹底排除。（5）安全措施不足。目前實驗室主要出現亂開設備電源、設備忘關浪費資源、防火防盜措施不夠等，缺少實時性的信息化預警方式。上述現狀易造成實驗教學、實驗室管理和設備維護等業務脫節。

3信息化管理平臺功能

實驗室信息化管理平臺將實驗室管理、數據儲存、安全管理等網絡化，管理人員需要在多臺客戶端進行操作管理的工作量大大減少，工作效率明顯提高。主要實現的功能有：（1）支持系統管理員、實驗室管理員、教師、學生等相關人員的實際使用需要；（2）應用云技術，平臺獲取的實驗數據均保存在服務器，定期自動備份，避免數據丟失；（3）突破地域限制，真正實現廣域網通訊，支持不同的資源終端的應用虛擬接入；（4）通過數據分析，智能調節設備和環境，檢測設備開閉情況，對突發事件及時反應和處理，保證設備及人員安全；（5）平臺提供簡單的操作界面，便捷的操作方法，在使用過程中，用戶更好的關注具體的業務功能，提現平臺的應用價值。

4基于云計算的平臺設計

4.1云計算技術

云計算技術架構體系主要由三個部分組成，自下而上分別為基礎層、平臺層、應用層[3-4]。其中基礎層主要負責為平臺層或用戶準備所需的計算和存儲等資源，如服務器虛擬化和分布式存儲等。平臺層主要負責提供系統開發的相關軟硬件資源，如數據庫緩存和并行處理等。應用層主要負責為多種用戶提供應用程序，并使用平臺層的服務。架構體系如圖1所示。

4.2平臺云架構設計

架構是實驗室信息化管理平臺運行的基礎。基于云計算架構的特點和實際平臺建設需求，實驗室信息化管理平臺云架構分為四層，如圖2所示。感知層：主要設備是信息采集和控制節點，管理員通過軟件對感知層設置，設備可以自動采集實驗室的信息，例如：環境溫濕度、防火、防盜檢測、設備清點等信息。通過控制類的節點實現照明控制、窗簾控制、門禁控制、電源控制、上電授權控制等控制。網絡層：網絡層是傳輸控制指令的通道。該部分可通過校園網傳輸通道來完成，由交換機、路由器、網線組成。系統層：系統層是整個系統的數據服務中心，完成感知層采集的數據分析、處理、存儲和遠程服務功能。硬件設備包含有服務器、存儲器及系統服務軟件。應用層：應用層是人機交互的界面，即軟件系統，用戶通過軟件進行對系統智能化控制的設置。軟件系統可實現手機，平板和電腦等多終端信息推送顯示。

4.3平臺整體架構設計

搭建一個覆蓋實驗室相關事務的網上辦公和業務流程處理的系統平臺，加強業務流程的過程監管和科學評價，承載更優秀的管理實現和理念，使實驗室管理人員不再為多個系統之間的數據共享、事務審驗和業務辦理而發愁，讓平臺真正成為實驗室管理工作的得力助手。通過實驗設備與實驗室相關崗位的工作聯系起來，方便獲取實驗過程產生的數據，以提高實驗室的整體管理水平。4.3.1實驗室門禁系統。實現使用刷臉、校園卡開門，對系統管理員、實驗室管理員、教師、學生等相關人員進行角色分配和授權；實現相關人員考勤數據的查詢、統計和導出；且可需求自主選擇門禁聯動。4.3.2電源控制系統。實現實驗室設備和照明電源有效控制，并能實現遠程控制，且與門禁系統實現開門通電功能。同時對各個實驗室使用電量數據統計和分析，生成報表，對超量使用的實驗室作出提醒，對異常情況進行警報提醒。4.3.3視頻監控系統。實現視頻直播和環境監控功能，包括遠程教學功能、智能跟蹤、數字音頻視頻處理。具備統一的設備認證授權，對接入平臺的設備進行統一編碼，數據安全加密等。4.3.4環境安全監管系統。環境安全監管應具備對實驗室環境、儀器設備及人員進行安全監控能力。實現溫濕度數據實時回傳、門禁系統與智能實驗管理系統聯動授權管理、視頻實時監控與回放等，對突發事件能作出及時報警，并保存數據。4.3.5實驗管理系統。具備實驗課程管理、教學管理、數據管理、資源開放管理、成績統計管理等多種實驗教學管理功能。它可多維度實時呈現統計數據，為管理員提供準確的數據分析報表。4.3.6實驗室開放管理系統。與教務系統課表對接，自動呈現空閑實驗室，教師和學生可以自主預約實驗室和時間。預約審批通過，申請人可按申請地點和時間使用實驗室。通過軟硬件結合，實現數據集中管理共享，凸顯信息化、模塊化、便捷化的教學管理優勢。4.3.7分布式儲存服務系統。實現實驗室數據與校級中心服務器多次操作數據融合更新、雙向同步傳輸的存儲服務系統。具備以實驗室為單位進行數據高效存取與處理、斷電續航、軟關機功能及遠程同步策略控制。4.3.8其他管理子系統。除上述智慧實驗室必備的信息化管理平臺外，二期規劃建設教學行為過程管理系統、座位預約系統、設備開放共享系統和教學互動系統等子系統，進一步滿足實驗教學信息化需求，完善平臺建設。

4.4網絡模式

平臺由B/S架構而成。B/S可以在任何地方進行操作而不用安裝軟件[5-6]。對于學校日常管理來說，多校區多實驗場所的管理人員需要在多臺客戶端進行操作管理，效率和工作量繁多，B/S架構的平臺可以有效解決多客戶端同時訪問問題，實現遠程維護，如圖4所示。

5結束語

本文創新性地利用云計算技術，結合實驗室管理平臺的功能需求，搭建了平臺整體架構，實現多個用戶對該平臺架構的應用。實驗室管理人員只需要通過信息化平臺即可實現對實驗教學軟、硬件資源的集中管控。后續將逐步建立和豐富實驗視頻和案例教學網絡資源庫等實驗教學資源，為虛擬仿真實驗教學一流本科課程建設提供基礎保障。

參考文獻

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[6]胡國強,楊彥榮.智慧教育背景下高校智慧實驗室的構建與研究.實驗技術與管理,2021,38(3):283-287

作者:劉芳 麥濤 王剛 單位:廣西財經學院實驗教學中心 經濟與管理國家級實驗教學示范中心