云計(jì)算在智慧實(shí)驗(yàn)室信息化平臺(tái)中應(yīng)用

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摘要：為了順應(yīng)教育教學(xué)信息化水平要求，提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源優(yōu)化配置，提升實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)和管理水平，利用信息化手段構(gòu)建一個(gè)智慧化、智能化的信息化平臺(tái)是十分必要的。本文基于廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)和管理現(xiàn)狀，提出了一個(gè)云計(jì)算信息化平臺(tái)架構(gòu)，對(duì)智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享、實(shí)驗(yàn)室使用審驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行維護(hù)管理等方面提出了具體的功能要求。實(shí)踐結(jié)果表明，采用云計(jì)算技術(shù)建設(shè)的智慧實(shí)驗(yàn)室信息化平臺(tái)能夠很好地滿足使用者實(shí)際開(kāi)放共享的需要。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；智慧實(shí)驗(yàn)室；信息化平臺(tái)；開(kāi)放共享

1引言

為了順應(yīng)教育教學(xué)信息化水平要求，提高高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源優(yōu)化配置，提升實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)和管理水平，需大力推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等現(xiàn)代技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用，推動(dòng)高校智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[1]。智慧實(shí)驗(yàn)室是集實(shí)驗(yàn)室管理、環(huán)境安全檢測(cè)、分布式存儲(chǔ)、智能實(shí)驗(yàn)管理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理等功能于一體的實(shí)驗(yàn)室。高校實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)和軟硬件資源優(yōu)化整合的任務(wù)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主要依靠人工管理和記錄教學(xué)過(guò)程。隨著新技術(shù)的發(fā)展和教育教學(xué)信息化水平要求，亟需提升實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)和管理水平。本文運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺(tái)，有效輔助實(shí)驗(yàn)室管理人員提高工作效率和管理水平。

2實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)現(xiàn)狀

隨著高科技的蓬勃發(fā)展，信息化管理方式已經(jīng)滲透到各個(gè)行業(yè)中。高校實(shí)驗(yàn)室管理只有滿足當(dāng)前和未來(lái)的信息化發(fā)展需求，才能實(shí)現(xiàn)智慧化和智能化開(kāi)放式管理[2]。目前高校對(duì)教育教學(xué)信息化建設(shè)投入加大，為實(shí)驗(yàn)室管理信息化建設(shè)提供有力推手。但目前實(shí)驗(yàn)室仍以傳統(tǒng)的人工管理模式為主，大大增加了學(xué)校的人工成本開(kāi)支，影響學(xué)校實(shí)驗(yàn)室治理現(xiàn)代化進(jìn)程。主要表現(xiàn)在：（1）管理模式分級(jí)不合理。實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁管理方式沿用人工管理模式，人力消耗大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)管理員、教師和學(xué)生的分級(jí)身份認(rèn)證。隨著設(shè)備逐年增添，管理工作日益繁瑣。（2）教學(xué)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存難。在傳統(tǒng)管理模式下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理和教學(xué)管理等情況主要依靠管理員和任課教師手動(dòng)記錄，不便于長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累和統(tǒng)計(jì)匯總。（3）場(chǎng)地效用發(fā)揮不夠。高校學(xué)生規(guī)模逐年擴(kuò)招，實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地有限，目前無(wú)法通過(guò)信息化手段透明實(shí)驗(yàn)室資源，場(chǎng)地利用率高低不一。（4）設(shè)備維護(hù)繁瑣。設(shè)備逐年老化，型號(hào)多種多樣，線路復(fù)雜，在人員有限的條件下，隱患難以及時(shí)徹底排除。（5）安全措施不足。目前實(shí)驗(yàn)室主要出現(xiàn)亂開(kāi)設(shè)備電源、設(shè)備忘關(guān)浪費(fèi)資源、防火防盜措施不夠等，缺少實(shí)時(shí)性的信息化預(yù)警方式。上述現(xiàn)狀易造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室管理和設(shè)備維護(hù)等業(yè)務(wù)脫節(jié)。

3信息化管理平臺(tái)功能

實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺(tái)將實(shí)驗(yàn)室管理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、安全管理等網(wǎng)絡(luò)化，管理人員需要在多臺(tái)客戶端進(jìn)行操作管理的工作量大大減少，工作效率明顯提高。主要實(shí)現(xiàn)的功能有：（1）支持系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理員、教師、學(xué)生等相關(guān)人員的實(shí)際使用需要；（2）應(yīng)用云技術(shù)，平臺(tái)獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均保存在服務(wù)器，定期自動(dòng)備份，避免數(shù)據(jù)丟失；（3）突破地域限制，真正實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)通訊，支持不同的資源終端的應(yīng)用虛擬接入；（4）通過(guò)數(shù)據(jù)分析，智能調(diào)節(jié)設(shè)備和環(huán)境，檢測(cè)設(shè)備開(kāi)閉情況，對(duì)突發(fā)事件及時(shí)反應(yīng)和處理，保證設(shè)備及人員安全；（5）平臺(tái)提供簡(jiǎn)單的操作界面，便捷的操作方法，在使用過(guò)程中，用戶更好的關(guān)注具體的業(yè)務(wù)功能，提現(xiàn)平臺(tái)的應(yīng)用價(jià)值。

4基于云計(jì)算的平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)體系主要由三個(gè)部分組成，自下而上分別為基礎(chǔ)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層[3-4]。其中基礎(chǔ)層主要負(fù)責(zé)為平臺(tái)層或用戶準(zhǔn)備所需的計(jì)算和存儲(chǔ)等資源，如服務(wù)器虛擬化和分布式存儲(chǔ)等。平臺(tái)層主要負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的相關(guān)軟硬件資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)緩存和并行處理等。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)為多種用戶提供應(yīng)用程序，并使用平臺(tái)層的服務(wù)。架構(gòu)體系如圖1所示。

4.2平臺(tái)云架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)是實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺(tái)運(yùn)行的基礎(chǔ)?；谠朴?jì)算架構(gòu)的特點(diǎn)和實(shí)際平臺(tái)建設(shè)需求，實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺(tái)云架構(gòu)分為四層，如圖2所示。感知層：主要設(shè)備是信息采集和控制節(jié)點(diǎn)，管理員通過(guò)軟件對(duì)感知層設(shè)置，設(shè)備可以自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)室的信息，例如：環(huán)境溫濕度、防火、防盜檢測(cè)、設(shè)備清點(diǎn)等信息。通過(guò)控制類的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)照明控制、窗簾控制、門(mén)禁控制、電源控制、上電授權(quán)控制等控制。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層是傳輸控制指令的通道。該部分可通過(guò)校園網(wǎng)傳輸通道來(lái)完成，由交換機(jī)、路由器、網(wǎng)線組成。系統(tǒng)層：系統(tǒng)層是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)中心，完成感知層采集的數(shù)據(jù)分析、處理、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程服務(wù)功能。硬件設(shè)備包含有服務(wù)器、存儲(chǔ)器及系統(tǒng)服務(wù)軟件。應(yīng)用層：應(yīng)用層是人機(jī)交互的界面，即軟件系統(tǒng)，用戶通過(guò)軟件進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)智能化控制的設(shè)置。軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手機(jī)，平板和電腦等多終端信息推送顯示。

4.3平臺(tái)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

搭建一個(gè)覆蓋實(shí)驗(yàn)室相關(guān)事務(wù)的網(wǎng)上辦公和業(yè)務(wù)流程處理的系統(tǒng)平臺(tái)，加強(qiáng)業(yè)務(wù)流程的過(guò)程監(jiān)管和科學(xué)評(píng)價(jià)，承載更優(yōu)秀的管理實(shí)現(xiàn)和理念，使實(shí)驗(yàn)室管理人員不再為多個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、事務(wù)審驗(yàn)和業(yè)務(wù)辦理而發(fā)愁，讓平臺(tái)真正成為實(shí)驗(yàn)室管理工作的得力助手。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室相關(guān)崗位的工作聯(lián)系起來(lái)，方便獲取實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以提高實(shí)驗(yàn)室的整體管理水平。4.3.1實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)使用刷臉、校園卡開(kāi)門(mén)，對(duì)系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理員、教師、學(xué)生等相關(guān)人員進(jìn)行角色分配和授權(quán)；實(shí)現(xiàn)相關(guān)人員考勤數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出；且可需求自主選擇門(mén)禁聯(lián)動(dòng)。4.3.2電源控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和照明電源有效控制，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，且與門(mén)禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)通電功能。同時(shí)對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室使用電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，生成報(bào)表，對(duì)超量使用的實(shí)驗(yàn)室作出提醒，對(duì)異常情況進(jìn)行警報(bào)提醒。4.3.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)視頻直播和環(huán)境監(jiān)控功能，包括遠(yuǎn)程教學(xué)功能、智能跟蹤、數(shù)字音頻視頻處理。具備統(tǒng)一的設(shè)備認(rèn)證授權(quán)，對(duì)接入平臺(tái)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編碼，數(shù)據(jù)安全加密等。4.3.4環(huán)境安全監(jiān)管系統(tǒng)。環(huán)境安全監(jiān)管應(yīng)具備對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、儀器設(shè)備及人員進(jìn)行安全監(jiān)控能力。實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳、門(mén)禁系統(tǒng)與智能實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)授權(quán)管理、視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控與回放等，對(duì)突發(fā)事件能作出及時(shí)報(bào)警，并保存數(shù)據(jù)。4.3.5實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。具備實(shí)驗(yàn)課程管理、教學(xué)管理、數(shù)據(jù)管理、資源開(kāi)放管理、成績(jī)統(tǒng)計(jì)管理等多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理功能。它可多維度實(shí)時(shí)呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為管理員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析報(bào)表。4.3.6實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理系統(tǒng)。與教務(wù)系統(tǒng)課表對(duì)接，自動(dòng)呈現(xiàn)空閑實(shí)驗(yàn)室，教師和學(xué)生可以自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)室和時(shí)間。預(yù)約審批通過(guò)，申請(qǐng)人可按申請(qǐng)地點(diǎn)和時(shí)間使用實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理共享，凸顯信息化、模塊化、便捷化的教學(xué)管理優(yōu)勢(shì)。4.3.7分布式儲(chǔ)存服務(wù)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)與校級(jí)中心服務(wù)器多次操作數(shù)據(jù)融合更新、雙向同步傳輸?shù)拇鎯?chǔ)服務(wù)系統(tǒng)。具備以實(shí)驗(yàn)室為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)高效存取與處理、斷電續(xù)航、軟關(guān)機(jī)功能及遠(yuǎn)程同步策略控制。4.3.8其他管理子系統(tǒng)。除上述智慧實(shí)驗(yàn)室必備的信息化管理平臺(tái)外，二期規(guī)劃建設(shè)教學(xué)行為過(guò)程管理系統(tǒng)、座位預(yù)約系統(tǒng)、設(shè)備開(kāi)放共享系統(tǒng)和教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，進(jìn)一步滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化需求，完善平臺(tái)建設(shè)。

4.4網(wǎng)絡(luò)模式

平臺(tái)由B/S架構(gòu)而成。B/S可以在任何地方進(jìn)行操作而不用安裝軟件[5-6]。對(duì)于學(xué)校日常管理來(lái)說(shuō)，多校區(qū)多實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的管理人員需要在多臺(tái)客戶端進(jìn)行操作管理，效率和工作量繁多，B/S架構(gòu)的平臺(tái)可以有效解決多客戶端同時(shí)訪問(wèn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，如圖4所示。

5結(jié)束語(yǔ)

本文創(chuàng)新性地利用云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的功能需求，搭建了平臺(tái)整體架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶對(duì)該平臺(tái)架構(gòu)的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室管理人員只需要通過(guò)信息化平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟、硬件資源的集中管控。后續(xù)將逐步建立和豐富實(shí)驗(yàn)視頻和案例教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流本科課程建設(shè)提供基礎(chǔ)保障。

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作者:劉芳 麥濤 王剛 單位:廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 經(jīng)濟(jì)與管理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心