基于物联网的检测/校准实验室管理技术

【摘要】基于物联网的检测/校准实验室管理技术是发展我国现代检测/校准业务实验室的必由之路。通过深入思考我国检测/校准实验室的现状、不足和管理困境，结合物联网的感知网络技术，提出基于物联网的检测/校准实验室的信息化管理，并在信息化管理的基础上通过数据开发，保障检测/校准环境、优化实验仪器设备的配置、实时监测实验仪器与实验样品的运行等。

【关键词】物联网；检测/校准实验室；信息化管理

1.引言

物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感器设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。物联网的定义包含了两重意思：第一，物联网的核心和基础是互联网；第二，用户端从互联网延伸和扩展到了物与物之间的信息交换和通信[2]。

物联网通过大量的传感器、RFID、二维码等信息源，获得实时性、周期性的数据信息，实现全面的感知，并利用云计算等对海量信息进行分析、处理，对物实施智能化控制和管理。

在2009年总理提出“感知中国”[3]以来，物联网受到全社会的极大关注，物联网行业快速发展，相关技术不断成熟。在国内，基于RFID的一卡通、物流、门禁、考勤等系统，大大方便了我们的生活。

检测/校准实验室是按照检测和校准实验室能力的通用要求[4]建立并运行，从事按照规定的程序/条件，为确定给定产品的一种或多种特性/量值，进行处理或提供服务所组成的技术操作等相关工作。检测/校准实验室作为检测/校准的服务机构，为我国的国民经济提供有力的支撑和保障。

同时，为了提高实验室自身检测/校准水平，保障结果报告的有效性、准确性、真实性，更需要依托物联网的感知、协同、控制等前沿技术，保障检测/校准环境、优化实验仪器设备的配置、实时监测实验仪器与实验样品的运行等。

2.检测/校准实验室的现状和不足

目前，我国检测/校准实验室基本上已经建立起内部办公网络、检测检验信息查询系统、GSM短信系统、安防系统、门禁和考勤系统、仪器设备电子台帐、实验样品电子标签管理系统等，基本上实现了信息化。但这些信息管理系统只是针对单独某一项事务，无法对实验室的实验环境、仪器设备、实验样品、现场人员、库房等进行综合信息管理。

实验室门禁和考勤系统未与外来人员管理相结合，检测/校准实验室的人员除了实验室内部人员外，还包括送检厂家人员、现场咨询人员等，根据检测和校准实验室能力的通用要求的规定，实验室不允许与检验无关的人员进入，外来人员或者客户进入检验室，必须在保证其他客户机密的情况下经相关部门同意后，在有关人员陪同下方可进入，不允许外来人员单独滞留在检测场所。但现场管理中很难杜绝实验室外的人员不经意间闯入实验场所，甚至影响实验的正常测试结果。

仪器设备和样品管理大多采用手工贴标，然后录入的方式管理，这种方式效率低、准确性差，不能动态管理。同时，实验仪器设备在实验室内的不同房间内的分布离散、管理难度大、维护保养不及时，信息获取被动，对设备数量和种类繁多的实验室，管理人员无法快速寻找设备。许多实验设备还经常被外借或私自挪用，往往不按时归还，增加了实验设备的管理难度和管理成本。且实验设备的说明书等信息均是纸质的，易丢失、易破损，不易管理和查询。

由于实验样品的流动性、形状不规则性、检验流程的多样性、入库及出库的不确定性等原因，实验现场和库房管理已经是令各个检测/校准实验室头痛的问题。

实验室进行检测/校准服务时，对实验的温度、湿度、照明等环境控制具有严格的规定，现在基本采用手动控制方式，控制精度差，易受到外部干扰超出控制范围。实验室的照明、设备供电、大型设备开关无法实现自动调节，资源浪费严重。

送检厂家及人员对送检进度需实时了解，而现在基本上是实验人员测试后手动输入到对外的信息查询系统后实现，这种方式不但不能实时更新送检进度，而且增加了实验人员的工作量，且容易误登记、漏登记。

3.基于物联网的检测/校准实验室构建

在实验室原有内部局域网的基础上设置数据服务器、Web服务器、实时通讯服务器及外网出口等后台网络层系统，增加射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、状态传感器等感知层设备，新建或改造环境控制、检测检验信息查询、GSM短信、安全防护、门禁和考勤、仪器设备状态识别与控制、实验样品状态识别等应用层设施。并通过对系统数据整合，导入特定的检测检验程序、文件流转控制程序等，可实现是整个实验室的物、人、环境、实验流程、实验过程、实验结果的全面管理。具体见图1。

3.1 实验仪器设备管理

针对现有仪器设备管理的不足，建立仪器设备的动态信息库，见图2。

将实验仪器设备加装RFID标签或者传感器，对实验仪器设备进行定位，必要时可采集仪器设备的运行状态，当仪器设备发生异常时，可自动报警并通知专人处理。对一些具有危险性的实验设备或检测过程，实验人员可进行远程操作实时采集实验数据。同时所有数据均上传至数据服务器存储，实现实验数据的长期持续获取。

3.2 人员管理

将实验室的各个房间或者区域按照对外来人员的允许进入程度分类，对实验室内部人员及外来人员分级管理，某一级别人员只能进入其相应级别的区域。当其进入未被允许的区域时，传感器会自动报警，并将信息传送给相关人员处理。同时，结合门禁系统和考勤系统，形成完善的人员管理机制。

3.3 实验环境管理

对实验室重点区域的温度、湿度、照明等信息实时采集，当某区域的某个指标趋近实验要求的限制值时，应报警并开启相应的处理设备进行处理。譬如，1号实验室的温度趋近实验环境要求的上限值时，系统会自动开启1号实验室的制冷设备或加大其制冷能力，并将信息传送给环境管理人员、安全管理人员及在1号实验室进行检测的检验人员处理。

3.4 实验样品管理及送检进度状态信息化管理

在实验样品加装RFID标签或条形码的基础上，在应用层导入实验样品的检测流程及流转过程，设置流程节点，每个节点完成后，可经过激光扫描等触发方式使检测流转至下一节点，所有节点信息可向相关负责人和客户并在数据服务器存储，实现相关负责人及送检厂家对送检进度的实时查询。样品入库和出库时设置节点，使库房管理人员对库存样品有实时和动态的掌握，同时对库存样品（送检厂家来不及领取或实验室有留样要求的情况）与其对应的检测报告/证书领取等信息整合，可以实现对需出库样品进行预先管理。

3.5 实验室安全防护管理

可在实验室布置红外及烟温探测节点实时监测，对于档案室等重点监测部位可适当密集不知探测节点，监测参数一旦超出正常值，即可启动消防装置和防灾隔离装置，并将异常位置和异常信息传送至管理中心，实时报警，并通过通讯服务器传送至实验室安全管理人员及主管领导。

4.数据挖掘应用

在实现整个实验室全面监测管理的基础上，可以深层挖掘数据，对数据进行分析、归纳、处理，可以对实验室的内部管理有质的推进。

比如：根据实验仪器设备的使用频次和开机时间的统计，可以评估是否需要增加实验仪器；根据实验仪器设备的使用地点统计，可评估实验仪器的最佳存放地点；根据不同实验仪器设备的平均无故障时间，可以对比不同厂家及型号的仪器设备的优劣，为后续的设备采购提供数据支撑。

同理，根据实验样品在送检过程中的流转路线进行统计，可以优化样品检验流程及检验流水线的配置；根据实验样品各个检验节点的流转时间进行统计，可以分析各个环节及不同检验人员对送检周期的影响等。

5.结语

随着数字化与智能化时代的来临，检测/校准实验室基于物联网技术管理是发展我国现代检测/校准业务实验室的必由之路，对推动我国实验室管理的规范化、高效化、智能化起到重要的作用。

当然，海量数据传输拥堵或故障、传感网络的可靠性、电磁干扰等潜在的风险[5]，也是基于物联网技术的实验室管理中所必须应对的。

参考文献

[1]Lu Yan，Yan Zhang，LaurenceT Yang，Huangsheng Ning.The Internet of Things：From RFID to the Next Generation Pervasive Networked Systems[M].New York：Auerbach Publications，2008.

[2]吴峥，周春月.基于物联网的智慧实验室[C].第十七届全国青年通信学术年会论文集，2012：206-209.

[3].政府工作报告[N].人民日报，2010-03-04.

[4]GB/T 27025-2008检测和校准实验室能力的通用要求[S].

[5]李向军.物联网安全及解决措施[J].农业网络信息，2010：5-7.