CN111598751A - 一种基于实验场景的实验室管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于实验场景的实验室管理系统，以实验的时间顺序为基础，以实验者的行为操作为主线，通过将实验管理的子系统进行串联，构建的针对实验过程的实验室管理系统；所述实验室管理系统包括基础服务支撑层、管理层和展示层；建立一站式管理系统，大大提高系统使用的便捷性，增加了不同子系统的关联性，实现了实验场景全过程的一站式管理；本发明将实验管理子系统进行串联，提供了高效、便捷、实用的管理系统；提供了实验录制及实验培训、实验仿真功能，将每次实验进行统计与归档，为下一次实验提供培训、仿真资料。
Description
技术领域
本发明涉及电数字数据处理领域，尤其涉及一种基于实验场景的实验室管理系统。
背景技术
随着时代的进步，工业互联网的快速发展，基于时代背景的科研需求日益激增，原来实验室内传统的人工管理模式及离散的实验数据报告，已经无法满足大数据时代持续的科研需求。在现有实验室管理系统中，针对各个场景有对应的单一系统，缺乏一条主线，并且在实验前无法根据实验内容演示实验视频、仿真数据及查阅实验文档，无法了解先关实验的历史实验数据、实验成果、实验参与人。针对完成的实验过程，基于场景串联各个子系统，建立体系化的实验管理平台成为了迫切需要。
目前现有技术中公开了一种智慧实验室管理平台，通过建设智慧实验室信息化管理平台，促使实验室工作线上分析和线下管理相结合，实现所有实验室和师生实践无遗漏的数据导向管理，便于后期的大数据分析。此实验室管理系统，主要针对安全、实验数据等方向的管理系统，同时各自子管理系统较为分散，缺乏统一的主线，缺少以实验过程为场景的一站式管理方案，不同子管理系统数据缺少互通性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于实验场景的实验室管理系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于实验场景的实验室管理系统，以实验的时间顺序为主线，以实验者的行为操作为主线，通过将实验管理的子系统进行串联，构建的针对实验过程的管理系统；包括基础服务支撑层、管理层和展示层；
所述基础服务支撑层为系统的后端处理部分，与实验设备进行对接，采集实验数据；与第三方平台进行数据交互；对输入的所述实验数据进行数据处理及存储；设置系统的基础配置；受所述管理层控制将数据传输至所述展示层；
所述管理层根据实验过程设置三个子系统，包括实验前子系统、实验中子系统和实验后子系统；所述实验前子系统对实验前的准备阶段的数据信息进行管理和监控；所述实验中子系统对实验过程中的实验数据进行管理和监控；所述实验后子系统对实验后实验室设备以及实验结果进行管理；
所述展示层为系统的前端显示部分，通过显示设备对系统的控制功能及实验数据进行显示；
所述基础服务支撑层、所述管理层与所述展示层相关联，通过所述展示层的显示信息实现所述管理层对所述基础服务支撑层中的控制指令，使所述基础服务支撑层中的数据进行变化，以及调用所述基础服务支撑层中的数据传输至所述展示层进行展示。
优选的，所述实验前子系统包括实验室预约、实验审批、实验设备预检、实验排期、实验用具申领、实验培训管理和实验仿真。
优选的，所述实验中子系统包括实验视频讲解、实验资料发放、实验过程记录、在线讨论、实验数据上传、实验室安全监测和实验视频录制。
优选的，所述实验后子系统包括实验用具归还、实验设备检查、实验报告撰写、实验成果管理、实验视频归档和实验资料整理。
优选的，所述管理层针对三种用户设置权限，三种用户包括实验学生、实验老师和实验室管理者。
优选的，所述基础服务支撑层包括物联网连接模块、数据处理模块、数据存储模块、数据管理模块、系统设置模块；
所述物联网连接模块通过API与物联网设备相连接，进行实验数据的采集；所述物联网连接模块分别连接所述数据处理模块和数据存储模块，对所述实验数据进行数据处理和存储；所述数据处理模块与所述数据管理模块相连接，所述数据管理模块与所述管理层之间进行信息交互，所述管理层通过所述数据管理模块对所述基础服务支撑层中存储的数据进行调用；所述系统设置模块分别与所述数据存储模块和所述数据管理模块相连接，对系统的自主设置数据进行存储或修改。
优选的，所述数据处理模块通过TensorFlow技术进行数据处理。
优选的，所述数据存储模块通过分布式存储对所述实验数据进行存储，通过Redis对实时传输的数据、消息通知和缓存数据进行存储；以Mysql作为持久化的存储介质。
优选的，采用React、Ant Desing技术进行前端所述展示层的实现。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种基于实验场景的实验室管理系统，基于实验场景的实验过程建立一站式管理系统，通过建立以各阶段的实验场景为目标对象的软件管理系统，以人在实验场景下的活动为主线进行管理，大大提高系统使用的便捷性，增加了不同子系统的关联性，实现了实验场景全过程的一站式管理。本发明将实验管理子系统进行串联，提供了高效、便捷、实用的管理系统；提供了实验录制及实验培训、实验仿真功能，将每次实验进行统计与归档，为下一次实验提供培训、仿真资料。
附图说明
图1是实验室管理系统的功能框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于实验场景的实验室管理系统，以实验的时间顺序为基础，，通过将实验管理的子系统进行串联，构建的针对实验过程的实验室管理系统；所述实验室管理系统包括基础服务支撑层、管理层和展示层；
所述基础服务支撑层为系统的后端处理部分，与实验设备进行对接，采集实验数据；与第三方平台进行数据交互；对输入的所述实验数据进行数据处理及存储；设置系统的基础配置；受所述管理层控制将数据传输至所述展示层；
所述管理层根据实验过程设置三个子系统，包括实验前子系统、实验中子系统和实验后子系统；所述实验前子系统对实验前的准备阶段的数据信息进行管理和监控，包括实验室预约、实验审批、实验设备预检、实验排期、实验用具申领、实验培训管理和实验仿真；所述实验中子系统对实验过程中的实验数据进行管理和监控，包括实验视频讲解、实验资料发放、实验过程记录、在线讨论、实验数据上传、实验室安全监测和实验视频录制；所述实验后子系统对实验后实验室设备以及实验结果进行管理，包括实验用具归还、实验设备检查、实验报告撰写、实验成果管理、实验视频归档和实验资料整理；所述管理层针对三种用户设置权限，三种用户包括实验学生、实验老师和实验室管理者。
所述展示层为系统的前端显示部分，采用React和Ant Desing技术构建前端显示框架，通过显示设备对系统的控制功能及实验数据进行显示；完成前端所述展示层的实现。
所述基础服务支撑层、所述管理层与所述展示层相关联，所述管理曾德功能通过所述展示层的人机交互对所述基础服务支撑层发送控制指令，使所述基础服务支撑层中的数据进行变化，以及调用所述基础服务支撑层中的数据传输至所述展示层进行展示。
所述基础服务支撑层包括物联网连接模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、系统设置模块和系统插件：
所述物联网连接模块通过API与物联网设备相连接，通过实验设备自动导入或通过人工填写的方式将实验数据通过所述物联网连接模块输入到所述实验室管理系统中；所述数据采集模块实时将所述物联网连接模块的输入数据通过Flume日志收集存储于所述数据存储模块；所述数据存储模块以Ceph作为非结构化数据的存储介质对所述实验数据进行分布式存储，对实时传输的数据、消息通知和缓存数据通过Redis进行存储，对于软件系统业务操作数据以Mysql进行存储；所述数据处理模块通过接收数据采集模块传递的数据，所述数据处理模块采用大数据Hive技术对采集模块采集的实验数据进行分布式计算数据处理，将数据处理为KV格式传递给系统插件模块；所述系统插件，对于数据处理结果数据通过所述系统插件传入专业的软件管理层；所述系统设置模块分别与其他各模块相连接，对系统配置进行自主设置。
上述基于实验场景的实验室管理系统的工作过程为：在实验开始前，通过第三方平台进行实验室预约及审批，并通知实验室管理员进行设备检查，以及通过第三方平台申领实验用具并观看相应的实验教学视频，还可以在实验开始前通过所述实验室管理系统进行实验仿真；在实验过程中，提供教师讲解功能，并在讲解完成后发放实验资料，学生在实验过程中在所述实验室管理系统中实时记录的实验数据，并对整个实验进行视频录制以及安全监控；实验完成后，通知实验室管理员进行实验用具和实验设备的检查，提供实验报告撰写和实验成果提交功能，对实验结果进行整理并上传，并对录制的视频进行归档。
实施例
本实施例中，以实验过程的时间顺序为主线，根据所述实验室管理系统的管理层的功能，展现利用上述所述实验室管理系统进行实验的完整过程：
在实验前，所述实验前子系统中进行实验室预约、实验审批、实验设备预检、实验排期、实验用具申领、实验培训管理和实验仿真；
实验室预约：提供在线查看每日空余实验室、预约实验室功能；实验审批：提供实验室预约后，实验老师对学生的实验的申请信息进行审批；实验设备预检：提供实验室安全管理员对设备进行实验前预先检查设备更新设备状态；实验排期：提供实验申请成功后进行排期及向第三方平台发送预约成功通知；实验用具申领：提供本次实验用具查看及预约时间进行线下申领功能；实验培训管理：提供实验前资料及课程学习功能；实验仿真：提供仿真实验环境，线上模拟实验室进行预实验功能。此功能引入各种专业的仿真软件，以统一的API协议进行通信。
实验过程中，所述实验中子系统中进行实验视频讲解、实验资料发放、实验过程记录、在线讨论、实验数据上传、实验室安全监测和实验视频录制；
实验视频讲解：提供同屏演示功能，供实验老师讲解实验内容；实验资料发放：提供文件传输、文档展示功能，供讲解完发放实验资料使用；实验过程记录：提供实验中数据记录功能；在线讨论：提供实时聊天功能，给实验小组之间与辅导教师提供交流平台；实验数据上传：提供实验数据记录功能，包含两种方式，一种是人为填写的电子报告上传，另一种为接入物联网协议的实验设备数据自动上传；实验室安全监测：提供视频在线监测功能、基于传感器的温度及有害气体浓度监测功能、基于人活动行为监测功能，监测到异常情况，发出实验室警报声、短信电话通知；实验视频录制：提供设备操作过程录制、实验室监控视频录制功能，供其他实验人员提供操作演示视频使用。
实验完成后，所述实验后子系统中进行实验用具归还、实验设备检查、实验报告撰写、实验成果管理、实验视频归档和实验资料整理；
实验用具归还：提供查看已申领的实验用品、归还用品功能，供实验老师清点归还用具使用；实验设备检查：提供设备状态上报功能，供实验安全员对实验设备进行安全检查使用。综合利用物联网协议统一发送至数据采集终端，及人工在实验记录上填写的方式，更新实验设备状态；实验报告撰写：提供报告撰写、报告提交功能，用于实验结束撰写实验报告；实验成果管理：提供成果撰写、成果提交、查看成果状态功能、成果推送到第三方平台；实验视频归档：提供视频分类功能，利用基于人工智能无监督学习技术，利用实验室预约数据、实验室地理位置及名称数据、实验时间数据整理功能，将视频以对应的实验类型、实验参与人分类归档；实验资料整理：提供资料上传功能，用于实验老师上传实验相关资料作为培训资料使用。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明公开了一种基于实验场景的实验室管理系统，基于实验场景的实验过程建立一站式管理系统，通过建立以各阶段的实验场景为目标对象的软件管理系统，以人在实验场景下的活动为主线进行管理，大大提高系统使用的便捷性，增加了不同子系统的关联性，实现了实验场景全过程的一站式管理。本发明将实验管理子系统进行串联，提供了高效、便捷、实用的管理系统；提供了实验录制及实验培训、实验仿真功能，将每次实验进行统计与归档，为下一次实验提供培训、仿真资料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，以实验的时间顺序为主线，通过将实验管理的子系统进行串联，构建的针对实验过程的管理系统；包括基础服务支撑层、管理层和展示层；
所述基础服务支撑层为系统的后端处理部分，与实验设备进行对接，采集实验数据；与第三方平台进行数据交互；对输入的所述实验数据进行数据处理及存储；设置系统的基础配置；受所述管理层控制将数据传输至所述展示层；
所述管理层根据实验过程设置三个子系统，包括实验前子系统、实验中子系统和实验后子系统；所述实验前子系统对实验前的准备阶段的数据信息进行管理和监控；所述实验中子系统对实验过程中的实验数据进行管理和监控；所述实验后子系统对实验后实验室设备以及实验结果进行管理；
所述展示层为系统的前端显示部分，通过显示设备对系统的控制功能及实验数据进行显示；
所述基础服务支撑层、所述管理层与所述展示层相关联，通过所述展示层的显示信息实现所述管理层对所述基础服务支撑层中的控制指令，使所述基础服务支撑层中的数据进行变化，以及调用所述基础服务支撑层中的数据传输至所述展示层进行展示。
2.根据权利要求1所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述实验前子系统包括实验室预约、实验审批、实验设备预检、实验排期、实验用具申领、实验培训管理和实验仿真。
3.根据权利要求1所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述实验中子系统包括实验视频讲解、实验资料发放、实验过程记录、在线讨论、实验数据上传、实验室安全监测和实验视频录制。
4.根据权利要求1所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述实验后子系统包括实验用具归还、实验设备检查、实验报告撰写、实验成果管理、实验视频归档和实验资料整理。
5.根据权利要求1所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述管理层针对三种用户设置权限，三种用户包括实验学生、实验老师和实验室管理者。
6.根据权利要求1所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述基础服务支撑层包括物联网连接模块、数据处理模块、数据存储模块、数据管理模块、系统设置模块；
所述物联网连接模块通过API与物联网设备相连接，进行实验数据的采集；所述物联网连接模块分别连接所述数据处理模块和数据存储模块，对所述实验数据进行数据处理和存储；所述数据处理模块与所述数据管理模块相连接，所述数据管理模块与所述管理层之间进行信息交互，所述管理层通过所述数据管理模块对所述基础服务支撑层中存储的数据进行调用；所述系统设置模块分别与所述数据存储模块和所述数据管理模块相连接，对系统的自主设置数据进行存储或修改。
7.根据权利要求6所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述数据处理模块通过TensorFlow技术进行数据处理。
8.根据权利要求6所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，所述数据存储模块通过分布式存储对所述实验数据进行存储，通过Redis对实时传输的数据、消息通知和缓存数据进行存储；以Mysql作为持久化的存储介质。
9.根据权利要求6所述的基于实验场景的实验室管理系统，其特征在于，采用React、Ant Desing技术进行前端所述展示层的实现。
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