关键词实验室；物联网；校务管理
中图分类号：G642.423文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）20-0152-02
1前言
理工类大学的实验室较多，各类专业大部分以楼为单元，进行水电的松散性管理，没有细化计量。以苏州科技大学为例，校内环境学院和化工学院备有两幢相邻的实验大楼，实验室数量多达100多个（包括每个楼层的厕所）。水电的管理长期处于粗放状态，每个房间的自来水使用和电能消耗都是开放型的。因此，自来水滴跑漏的浪费普遍存在，学生实验随意浪费现象时有发生。据不完全统计，水浪费约占全月20%以上。另外，大学实验室电能的浪费也是惊人的，经常出现忘关设备及忘关电灯等事情。总而言之，学校存在不正常的耗水耗电状况，缺乏有力的技术制约和管理监督。
目前，社会供应的水电价格高涨，学校的水电费用也占据了教育成本相当的比例，因此，杜绝水电浪费也应是教育改革的重要内容。首先，要在观念上对学生及教师实施厉行节约的教育；其次，需要跟上时代步伐，进行必要的技术升级和技术改造。笔者认为，目前花费较少的资金投入，实现水电的自动监测与管理，达到智慧型的实验室监管是很有必要的。物联网是当今先进的信息网络技术，它的全面传感和可靠传输的特点，完全可以移植应用到实验室的水电数字化管理中来，这也是大学教育改革务实的先进方向，体现校务管理的正能量。
2实验室水电的全面传感应用
实验室实现节水耗能智能性管理，应该首先采用传感器技术，在每个水龙头及耗电房间加装监控传感头。管道自来水的翼轮式微型传感单元（以磁电霍尔元件的脉冲信号输出）目前市场价格相当低廉（15元/个），质量稳定可靠，已开始应用在一些工业现场。因此，学校实验室的每个水龙头的管道上配接这样的传感器是相当合适的。让它随时灵敏地监测实验室用水情况，并在夜晚无人值守情况下预警水的泄漏，可随时将数字信号传输到远程服务器。经过多次试验，证明效果较好。
同理，实验室中耗电量的瞬时及累积计测，也可以采用智能电量表，实现电能消耗的记录。这种智能电量仪表目前也很普及（100元/个），仪表的通信串口能自动完成数字电量的信号输出，并能将电能数据实现远程传输。
总之，将每个实验室的耗水耗电数据挖掘出来，才能实现耗水耗电的细化管理。
3大楼楼层单元的自动监测
据粗略统计，苏州科技大学实验大楼每个楼层单元设有20多个实验室（包括厕所），作为楼层体系单元，可以实施统一的智能化自动监测管理，策划采用国产PLC模块装置（可编程控制器），进行传感器的信号接入。对于各个实验室水龙头的传感信号数据，可以用有线布局接入到PLC的各个输入口，每个楼层可采用一套PLC装置进行智能化管理，PLC能依据设定程序自动昼夜运行，以编号方式采集到各节点自来水流量的信息数据，并能将这些数据处理后存储起来，可以每日定时将数据通过GPRS短信的方式，自动迅速传输到远端服务器。
4监控发现异变的水龙头数据
传感器的安装可以挖掘耗费水电的数据，进行科学管理。另一方面，可避免突发事故，应急灾难。某实验室一旦出现滴跑漏的水浪费现象，水龙头流量数据会发生异变。如夜晚或中午期间，传感的水流仍然在活动，流量依然在递增，突发出现不正常现象，远程计算机会及时捕捉到这些不正常的数据信息，及时预警跟踪，对实验室提出质疑和重点检查，有利于积极开展教学设备安全维护工作。当出现严重的自来水灾难事故，传感器数据特别异常，已经超越预设红线，PLC自动控制器自动关闭实验室的电磁水阀，及时切断供水，达到智能控制安全维护的目的。
5实验室的细化记录和大数据分析
远程服务器每日不断收到各个编号的实验室耗水用电的数据信息，进行快速数据分析。计算机采用大数据的聚类分析方法，在空间上找出与其他实验室不同的异常现象，在时间上查出数据异变的耗水用电问题。这种智慧的细化计量管理，找到了科学水电管理的考量标准，也为我国教育改革及进一步的开放实验室打下基础。
6智慧实验室管理的投入产出分析
目前，学校没有制定措施对基层专业（院、系）的水电额度进行限制，也没有颁布各种奖惩规定，导致某些基层领导不把水电浪费当回事，并且普遍存在一些错误观念，如：“浪费一点儿有何关系？”假如从大学管理的投入产出分析，水电问题也是大学实验室不可避免的重要基础问题，只有智慧型地管好它，才能搞好高校教育、大学科研及开放实验室的改革。
智慧管理的经济核算仔细分析实验大楼数十个实验房间（包括厕所）的水电物联网管理，其软硬件的资金投放不是很大，只需花费几万元经费即能有效改造整座大楼工程，这些经费比一年的水电浪费资金少很多。但是很多基层领导不会经济核算，不关心这种精细的技术改造，平时反而热衷于将财力放在大楼的装潢上。这种经济的不对称投入现象不应再出现。
智慧管理激发师生厉行节约观念今后实现每个实验室节水减耗的定量管理，一定会促进师生在各个环节的节约工作，一定会更加关注设备的使用及维护，一定会避免突发事故的发生。师生细心关注水电耗用记录及奖惩的激励制度，当然也就促进了实验室节水减耗发展。从学校方面来说，各个大楼的水电数据汇总，可以从物联网的统筹信息高度进行大数据聚类分析，实施全局性学校水务平衡及能耗规划。
智能管理促进实验设备的改进实验室水务及能耗进行定量有效管理，可以提高师生杜绝浪费的观念，促进大家对耗水费电的实验设备进行有效改进。如苏州科技大学环保实验大楼，普遍进行水污染参数COD的测定实验，实验中的回流加热要采用自来水连续几小时的冷却，为此将白白流走许多自来水，而且学生人手一套实验装置，浪费相当惊人。
学校教师发明创造一种COD实验装置，采用先进的风冷技术取代自来水冷却，并能达到很好的实验效果。但这种教育发明措施长期闲置、不被重视，被人们认为是可用可不用的多余改造。这种情况确实耐人寻味，大学节水节电改造措施真的难以推广吗？所以，一旦学校环保楼今后实施物联网智慧管理和严厉的奖惩制度，这种浪费水的现象势必会被制止。
7结束语
大学实验室面向教育教学、科学研究和实验开放，它的建设任务极其繁重。智慧型的水电管理是基础性数字化的定量工作，当今物联网技术（全面传感、网络传输、数据应用）的应用能够改换其面貌，改进其工作。对此进一步呼吁，实验室的水电管理技术改进应该纳入大学管理的重要内容，大学实验室无人关注的水电浪费应该迅速制止，科学的节水减耗措施应当积极实施。
参考文献
[1]杨帆，李虎雄.基于无线传感网络的校园安全预警系统设计[J].物联网技术，2015，5（3）：10-12.
关键词：物联网；智慧实验中心；资源管理平台
中图分类号：G647文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）17-0008-02
一、现状
实验中心作为北京市市级实验教学示范中心已经在实验室种类、基础设备、实践教学等方面取得了较好发展。随着时代的发展，实验室管理方法和手段也在不断更新进步，云计算、智慧实验室、物联网等技术的发展对实验中心的建设管理工作提出了更高的要求。现阶段，实验中心的发展和管理水平处于瓶颈期，亟待进一步提升。在实验中心管理方面存在的不足之处可概况为以下三个方面：
1.信息处于人工干预阶段，包括中心通知公告、实验室排课、研讨室会议室预约占用等信息。
2.设备智能化管理处于初级阶段，包括计算机在长时间无学生使用时自动关机、实验室照明智能调节、计算机长期无学生使用时自动报警提示管理人员进行维护。
3.设备、场地控制监控处于原始阶段，无法智能授权。
二、物联网背景下的机遇与挑战
全球通信网络已经基本满足了人与人随时随地沟通的需求，而物与物、物与人的通信及上层应用的基本发展需求正涌现出来，虽然物联网技术发展存在一些困难，但是物联网技术的发展是大势所趋，智慧校园、智慧城市的发展已经进入实质性建设阶段。物联网是让物“活起来”，能够“学习”、“交流”、“思考并付诸行动”。实验中心的计算机、信息屏、照明、门窗、摄像头、温湿度、场地资源等均可结合传感器、芯片、数据服务器实现智能化监视和控制。新技术带来新的挑战，实验中心管理工作应直面新的挑战，从智慧实验室开始，逐步实现智慧实验中心，为智慧校园和智慧城市增光添彩。
三、需求分析
在调研过程中，学生、教师和实验室管理人员提出了很多需求，主要w纳为：用户管理，要求记录用户的姓名、学号、类型、班级、部门等内容；信息资源管理，新闻公告、学生上课课表实时、即时查询空实验室、会议室研讨室预约及占用信息查询；实验室硬件场地资源管理，管理员可进行远程控制、即时控制、智能授权门禁卡权限和设备电源开关状态；无纸化办公，所有申请、预约均可在平台中完成；数据统计与展示功能，所有数据均可在管理后台导出，并具有自动展示分析功能。除上述需求外，学生特别提出平台中应集成失物招领信息功能，学生经常出现校园一卡通、U盘、手机等物品遗忘实验室情景，现有的失物招领箱效率较低、可扩散性差。在此基础上，资源管理平台应具备对大量数据进行智能管理和挖掘的能力，实验室每学年上课的课程安排情况基本一致，且平台每学年都会产生大量教学数据，这些数据中蕴含着设备可用状态信息、软件使用频率信息、特定时间段易出现的问题信息、安全信息等。最后，平台应在具备数据挖掘能力的基础进行智能决策，为实验室管理和发展提供支撑。
四、资源管理平台功能设计
结合实验中心发展现状和物联网技术现阶段产品及发展方向，对中心资源管理平台进行了功能设计和系统构成示意图设计。
管理平台功能设计如图1所示，主要分为四个层级：资源模块层、功能模块层、智能控制管理层、智能决策层。资源层主要是中心现有资源的分类整理，包括硬件、场地、信息资源；功能模块层是管理平台应具备的基本功能；在实现资源智能控制的基础上使用人工智能算法对资源的各类数据信息进行数据挖掘，实现智能化监控；在上述层级的基础上，根据具体需求设定参数达到智能决策的水平，真正实现智慧实验中心。
管理平台系统构成示意图如图2所示，主要从用户层面展示平台的功能和操作技术手段。根据设计思路，平台可实现设备统一管理和远程监控、中心信息智能和实时查询预约、实验室内所有设备根据环境自动智能控制、安全自动报警提示等功能。
五、小结
实验中心的资源管理平台的实现需要两个支撑条件：（1）专项资金的支持；（2）高水平的物联网产品。技术的更新正在加紧向我们扑来，市场上也出现了一批产品和独立模块可满足中心的平台建设需求。现阶段中心正在积极申请专项资金的支持，在此基础上中心也在积极挖掘内在研发潜能。新技术带来实验中心新的发展，新的发展终将为高素质人才培养服务。
参考文献：
[1]周春月，闫子淇.基于物联网技术的智慧实验室架构研究[J].实验室研究与探索，2014，（05）.
摘要：基于高校智能实验室系统的实验室智能管理系统评估是高校教育领域的重要组成部分。信息技术为实验室建设的跨越式发展提供了机遇，高校智能实验室建设应运而生。一个先进和创新的智能实验室系统，可以提供全新的学习机制和先进的管理环境，实现一种全新的高校实验室的管理模式。
关键词：BP神经网络；智能实验室；绩效评估；管理信息系统
引言
智能实验室管理系统由硬件平台、管理软件系统和基于信息控制技术的实验室管理控制系统3个部分组成。通过网络电源控制器监管仪器设备，将预约、门禁刷卡连用进行身份识别，并通过高清晰视频监控系统对实验过程进行监控。实验用户可以直接进入实验室使用权限内的仪器设备，实现实验室对学生的全面开放，进一步提高实验室管理水平和实验教学质量。
随着现代信息技术的发展，实验室智能管理系统是一种新型的实验室建设方式，在实验室管理实践中优势在于：确保实验室开放时间与空间，以确保有效的操作和设备的安全使用，加强实验室规范化管理，减少实验室专门团队的工作量，保证实验室运行数据的准确性和科学。实验室智能管理系统产生大量真实可靠的数据，通过对数据进行筛选和整理后，以指标可视化形式在系统中展现，能为实验室各级管理人员提供支持，更好地规划实验室的建设。
实验室绩效是衡量实验室建设成果的一个重要指标，通过实验室智能管理系统获取的大量真实可靠的数据信息，集中在大数据中的核心问题：教育数据的应用，由此智能实验室管理系统的实验室绩效评估，优化出对实验室绩效影响最大的因素，也是资金投入方向，为实验室管理人员提供支持，更好地规划实验室的建设，合理配置实验室资源，提高实验室资源利用率，减少不必要的投资，逐步改变高校实验室建设与管理理念。
1、实验室绩效评估指标理论
本文在东华大学智能实验室系统建设项目中绩效评估指标的基础上，初步拟定提出了一套实验室绩效分析的指标体系，在一级指标的基础上再分别进行细化，得到二级指标15项，该体系一级指标包括实验设备、实验教学和实验室管理三大项，二级指标包括实验室利用率、人才培养投入产出比等15项指标，以此作为高校教学实验室评估体系的指标集合。
为推动实验室的高效发展，提高实验室的使用效率，对高校实验室进行绩效分析是一项非常重要的工作。为检验各学院实验室用于实验教学和对学生开放使用的效率，在对实验室进行科学客观的绩效评价基础上，探索实验室建设投入分配的新机制，东华大学开发了实验室绩效分析模块。以智能实验室管理系统收集的基础数据为依据，运用绩效分析数学模型对各学院实验室进行绩效分析。
东华大学实验室智能管理系统通过物联技术捕获在线数据，通过与校管理层用户的沟通与交流后，得到一致的需求，最终由吴良老师提供可以形成数据信息报表的统计数据模型，即可对i个学院的绩效值的可视化展示，以此来考核实验室管理和实验室教学的效率。下面对东华大学实验室智能管理系统中绩效评估指标可视化展现形式做简单介绍。
依托实验实训智能管理平台收集的数据，整理出实验室工作投入部分数据和实验室工作产出部分数据，并据此对实验室的绩效进行分析。
1.1实验室工作投入部分数据
1)实验室专职管理、工作人员数和人员结构；
2)当年投入的实验室日常运行经费（分学院、学科）；
3)当年投入的实验室建设项目经费和累计近5年投入的建设经费（分学院、学科）；
4)实验室现有的设备台数和设备额总值；
5)实验室用于学科实验教学的面积。
1.2实验室工作产出部分数据
1)实验开出率：实际开出的实验数／教学计划规定的实验数（分学院、学科）；
2)学生参加实验情况及效率：参加实验的人时数，实验室开放的人时数，大型仪器设备使用人数和使用机时数（分学院、学科）；
3)教师参加指导实验的人数（分学院、学科）
4)学院实验室接待外学院教师、学生人数和人时数（分学院、学科）
1.3实验室效率计算指标
1)生均实验人时数。计算每个当量学生进实验室的人时数。（分基础、专业、学科和学院）；
2)实验室大型设备仪器利用率（对每台10万元以上的仪器设备进行统计计算）；
3)大型仪器设备的平均利用率；
4)专职管理人员人均接待学生、教师的人时数；
5)实验设备完好率；
6)教师参加指导实验占实验指导人员总人数的比例；
7)实验项目开出率（分基础、专业、学科和学院）。
2、基于在线数据诱导作用的实验室管理系统建设智能实验室管理系统是基于绩效分析计算指标的。由于学院实验中心的管理水平有待提高，以及实验室建设投入分配的新机制需要探索。在此情况下，采用综合指数法计算实验室综合效率值是比较客观合理的。实验室智能管理系统就是指通过计算机网络将实验室的分析仪器连接起来，通过建立以实验室为中心的分布式管理体系，根据科学的实验室管理理论和计算机数据库技术，建立完善的质量保证体系，实现数据网络化共享、无纸化记录与办公、资源与成本管理、人员量化考核，为实验室管理水平的整体提高和实验室的全面管理提供先进的技术支持。
通过实验室智能管理系统的建设，将各实验室进行数字化改造，建成网络化、智能化的实验室管理平台，实现设备的远程管理、实验预约与设备管理互动、门禁系统与实验系统联动，并通过信息采集单元来感知、获取整体实验室的相关设备运行状态、实验室监控画面等等资料，通过原有系统和新系统的整合，结合物联网应用的模式，形成在实验室管理过程中全新的智能化管理模式。
本文的创新点在于，将对实验室的理论计算结果—实验室综合指数，作为实验室绩效的评估指标。在衡量实验室绩效时，一般是对实验室绩效的实测值即理论计算结果（例如：功效系数法、综合指数法等）。
实验室智能管理系统通过物联技术捕获在线数据，通过与校管理层用户的沟通与交流后，得到一致的需求，最终提供可以形成数据信息报表的统计数据模型，即利用可视化技术，实现实验室智能管理系统实验设备（仪器设备在用率、仪器设备预约使用率），实验教学（实验项目开出率、实验综合比率、人才培养投入产出比），实验室管理（实验室利用率、实验室开放率），对i个学院的绩效值的可视化展示，以此用来考核实验室管理和实验室教学。
3、利用BP神经网络优化实验室绩效评估指标
BP神经网络的好处在于，可以发现未知模式中数据的规律，并能够处理多种类型的数据。故高校实验室的绩效考核使用人工神经网络理论，克服了传统评估程序来创建复杂的数学模型和数学解析式的问题，同时也使评估更加准确。因此，充分合理地利用神经网络理论来建立实验室绩效评价模型是绩效评估的有效方法。
神经网络用于描述信息的特征为神经网络的输入向量，在本研究中，影响实验室绩效的因素是输入向量，实验室综合绩效是输出向量；输出的幅值之间以及如果预期的幅度有误差，并且误差在预定范围之外时，误差调整层之间的连接权重的阈值，并且神经网络的隐藏层和输出层的节点按一定的方法，该误差，直到系统是可以接受的，而在此时，权重，阈值不变化。
基于实验室智能管理系统的绩效评价模型网络结构的合理设计：神经网络的输入向量为实验室绩效的影响因素，实验室综合绩效指标为神经网络的输出向量，系统误差，设计合理的网络结构，训练样本输入网络，网络性能评价模型后，直到满足规定要求后所产生的需求。神经网络工具箱功能是完美的，它提供了多种功能，通过网络，初始化函数，训练和仿真。
4、结论
本研究对相关的数据进行了模拟训练，得出的结果表明：
1)根据上述研究可以看出用BP神经网络训练后，再通过网络泛化，即可得出较好的结果。此外，测试样本的误差普遍不大于学习样本，基本满足了教学实验室绩效评估的精度要求。
2)上述数据说明，在教学实验室评估及相关问题上使用BP神经网络能够较好的完成评估问题。
3)从模型的输出结果来看，其仿真结果和理论计算结果非常接近。实验室智能管理系统运行稳定后，各项指标提供数据抽取、分析，可以直接在系统中可视化展示，各项指标数据的得到后，在BP神经网络模型中，这些数据输入后，可以直接得出各实验室综合指标，起到预测功能。
实验教学（实验项目开出率）影响该高校智能实验室绩效，是因为高校资金投入、高校实验室建设希望教师、学生真正利用实验室建设的实验教学，对实验项目开出情况统计，真正对高校人才培养产生意义，因此高校资金再投入、实验室再建设时，要注重实验室建设的实验教学，关注实验项目开出情况，落实在高校实验室建设的人才培养上。
参考文献：
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