CN114240406B - 一种智能实验室可视化智慧管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能实验室可视化智慧管理系统，属于智能实验室技术领域，为了解决利用现有的实验室无法对实验室内进行合理管理；现有的内部实验数据无法很好的进行记录和存储，容易造成数据紊乱，实验只能现场教学，无法在网上进行实时教学，导致可视化效率低。本发明一种智能实验室可视化智慧管理系统，能够实时进行信息传送，保证实验过程中内部环境的质量，且实时监控，能够随时进行了解，提醒实验人员进行处理，有效保证实验的安全性，能够实时确保管理效率，实现对实验室场所、人员、设备、环境与安全保障的综合智能化管理，还可以在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，提高实验室场所监控管理效率，也保证实时预约的便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及到智能实验室技术领域，特别涉及一种智能实验室可视化智慧管理系统。
背景技术
实验室即进行实验的场所。实验室是科学的摇篮，是科学研究的基地，科技发展的源泉，对科技发展起着非常重要的作用。
1、现有的实验室在实验教学与研究过程中，大多都是人工进行实验操作，对观测以及实验信息的采集、传递、整理均为人工进行操作，这样导致无法对实验室内进行合理管理；
2、现有的内部实验数据无法很好的进行记录和存储，容易造成数据紊乱，且现有的实验室的实验只能现场教学，无法在网上进行实时教学，导致可视化效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能实验室可视化智慧管理系统，能够实时进行信息传送，保证实验过程中内部环境的质量，外部干预提高实验的精准性，且实时监控，能够随时进行了解，角度调整结构对角度进行调整，满足对拍摄角度进行调整，提高拍摄位置的精确性，可根据需要进行调整，提高整个摄像监控机组的适配性，满足调整的灵活性，提醒实验人员进行处理，有效保证实验的安全性，能够实时确保管理效率，实现对实验室场所、人员、设备、环境与安全保障的综合智能化管理，还可以在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，提高实验室场所监控管理效率，也保证实时预约的便捷性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能实验室可视化智慧管理系统，包括实验室本体，所述实验室本体的前端开设有观测玻璃，实验室本体的内部设置有检测装置，所述实验室本体的前端设置有控制面板，控制面板与检测装置电连接，所述实验室本体的内部设置有智能管理系统，智能管理系统与实验数据管理系统电连接；
所述智能管理系统包括总控电路、储存模块、警报模块和传输模块，总控电路分别与储存模块、警报模块和传输模块电连接，储存模块与摄像监测组件电连接，总控电路通过传输模块与实验数据管理系统电连接；
所述储存模块用于存储实验室数据传输链路中的传输数据，具体的数据存储过程如下：
步骤201：监测数据传输链路中的传输节点，并采集对应区域中传输节点中的数据，整合待存储数据，并针对所述待存储数据的时间复杂度进行计算，首先需要针对数据中的待存储数据进行计算：
其中，Dc表示待存储数据，σ表示网络拥塞系数，且σ＞1，δ表示数据存储系数，Ds表示一个节点中采集的数据量，Q表示总节点数；
步骤202：计算选择的区域内数据传输链路中总节点传输数据量的时间函数：
其中，T1表示区域内总节点数据量对应的时间函数，T0表示在输入和输出过程中消耗的时间函数，ε表示主连接节点的采集数据占区域内总数据量的比重，Dmain表示主节点采集的数据量，Q表示总节点数，σ表示网络拥塞系数，Ds表示一个节点中采集的数据量；
步骤203：计算待存储数据的总消耗时间：
其中，T表示区域内待存储数据的存储时间总消耗时间函数，T0表示在输入和输出过程中消耗的时间函数，δ表示数据存储系数，Ds表示一个节点中采集的数据量，Q表示总节点数，N表示区域内一个节点与其它节点的连接数量，σ表示网络拥塞系数，T1表示区域内数据量对应的时间函数。
所述实验数据管理系统包括修改登录系统、课程预约系统、管理系统、数据可视化系统和数据统计系统，修改登录系统与课程预约系统、管理系统、数据可视化系统和数据统计系统连接，数据可视化系统支持数据可视化展示，可视化数据展示至少包括：构件教室相关建筑的2.5D效果图；对教室教学设备能耗、月度能耗趋势、年度能耗、设备在线和离线状态和故障告警分析进行统计，数据统计系统对教室使用状况统计、教室类型数量、教室今日利用率、教室当月平均利用率进行观测记录，以及对桌面云系统的云桌面设备在线和离线数量进行统计；
所述故障告警分析的执行步骤主要包括：
步骤1：获取实验室内部的网络拓扑和电源结构，针对所述网络拓扑和电源结构进行故障特征分析，确定故障类型；其中，所述故障类型包括：网络故障、电路故障、参数设置故障；
步骤2：获取数据传输链路，根据所述数据传输链路采集预设时间内的数据传输数量，确定数据传输速率，根据所述数据传输速率，确定故障类型是否为网络故障；
步骤3：获取实验室内部电路运行的电压和电流信号，将所述电压和电流信号进行小波变换，获取电路连通性反馈信息，确定故障类型是否为电路故障；
步骤4：基于预设的深度学习故障诊断模型，将参数特征作为输入项发送至故障诊断模型，获取异常设置参数，确定故障类型是否为参数设置故障；其中，所述故障诊断模型用于根据输入参数信息，结合浅层网络分类器，确定异常输入参数信息；
步骤5：接收故障类型信息，并根据所述故障类型信息，获取故障特性，根据所述故障特性进行故障定位，确定故障定位结果；其中，所述故障特性包括：传播特性、暂态特性、电气特性。
进一步地，检测装置包括气体检测器、温度感应器、湿度感应器和摄像监测组件，气体检测器、温度感应器、湿度感应器和摄像监测组件设置在实验室本体的内壁上，用于检测实验室本体内环境实验指数，且气体检测器、温度感应器、湿度感应器和摄像监测组件分别与智能管理系统电连接，摄像监测组件包括摄像监控机组、拍摄镜头、安装支架和角度调整结构，摄像监控机组的前端均设置有拍摄镜头，摄像监控机组均通过角度调整结构固定在安装支架上，安装支架固定在实验室本体的内壁上，摄像监控机组是由多个不同位的摄像机组成。
进一步地，修改登录系统内设置有角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元，修改登录系统通过角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元支持通过API接口的对接，实现对现有电子班牌系统、物联网系统、监控系统、桌面云系统进行新增、修改、启用、禁用、删除，以及按角色授权管理。
进一步地，课程预约系统包括如下步骤：
S101：通过按周、按教室对课表和调代课通知进行实时展示至现有电子班牌上；
S102：在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，便于学员登录后进行课程预约；
S103：可通过在电脑端通过Web应用查看现场视频监控，支持在公众号通过H5应用查看现场视频监控；
S104：支持学校用户在外网通过VPN登录进入内网查看现场视频监控；
S105：支持统一身份认证系统通过API接口实现对接，实现同一账号密码登录。
进一步地，管理系统内支持管理员对上线API进行管理，支持对API进行新增、修改、启用、禁用和删除操作，API详情包括基本信息、定义AP I请求和返回码说明，其中基本信息包括类型、分组、API名称、是否默认开启、描述，未默认开启的API需开发者申请由管理员审核通过后方可开通并调用，定义API请求包括请求方法、API标识、请求路径、输入参数说明在POST方法下还需要请求示例，若API标识不为空，则作为第三方API代理，在开放文档中需对外显示代理路径，不得显示此处的第三方API请求路径，并包含ACCESSTOKEN以控制第三方API安全访问，返回码说明包括返回示例、返回参数、错误示例和错误码。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，气体检测器、温度感应器、湿度感应器和摄像监测组件设置在实验室本体的内壁上，用于检测实验室本体内环境实验指数，且气体检测器、温度感应器、湿度感应器和摄像监测组件分别与智能管理系统电连接，气体检测器、温度感应器和湿度感应器对实验室本体内的空气、内部湿度以及内部温度进行实时监控，当内部温度、湿度和空气质量不达标时，能够实时进行信息传送，保证实验过程中内部环境的质量，外部干预提高实验的精准性，且实时监控，能够随时进行了解。
2、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，安装支架固定在实验室本体的内壁上，摄像监控机组是由多个不同位的摄像机组成，多组摄像监控机组能够保证多角度对实验过程进行拍摄记录，保证实验数据完成，避免发生角度遮挡，能够多方便多角度对实验过程进行观测，提高课程可视化精确性，且通过安装支架进行安装，根据需要选择安装位置，在安装后，由角度调整结构对角度进行调整，满足对拍摄角度进行调整，提高拍摄位置的精确性，可根据需要进行调整，提高整个摄像监控机组的适配性，满足调整的灵活性。
3、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，储存模块将摄像监控机组拍摄的数据进行存储，方便后期调出，也便于后期传输，有效将实验数据进行记录，防止数据丢失，且气体检测器、温度感应器和湿度感应器将检测数据传输给总控电路，总控电路内储存有检测的各项数据的储定值，当超过设置的数据值时，由总控电路控制警报模块发出警报，提醒实验人员进行处理，有效保证实验的安全性，能够实时确保管理效率。
4、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，修改登录系统与课程预约系统、管理系统、数据可视化系统和数据统计系统连接，通过实验数据管理系统利用物联网平台的动态化监管，实现对实验室场所、人员、设备、环境与安全保障的综合智能化管理，还可以在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，提高实验室场所监控管理效率，也保证实时预约的便捷性。
5、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，修改登录系统通过角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元支持通过API接口的对接，实现对现有电子班牌系统、物联网系统、监控系统、桌面云系统进行新增、修改、启用、禁用、删除，以及按角色授权管理，便于用户自己创建角色，以便于对角色进行授权管理，有效对内部数据进行纠错修改，实时更新数据，保证数据的准确性。
6、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，通过多种方式支持对现场实验视频进行观看和学习，创建定时实验教学直播课程，在内部系统内加入课程预约程序，便于用户自主对下一次实验过程观摩学习进行预约，提高约课效率和便捷性，也可对往期课程进行保存，在账号内自行进行观摩，提高学习效率。
7、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，数据可视化系统支持数据可视化展示，可视化数据展示至少包括：构件教室相关建筑的2.5D效果图；对教室教学设备能耗、月度能耗趋势、年度能耗、设备在线和离线状态和故障告警分析进行统计，数据统计系统对教室使用状况统计、教室类型数量、教室今日利用率、教室当月平均利用率进行观测记录，以及对桌面云系统的云桌面设备在线和离线数量进行统计，数据可视化系统将实验室数据进行虚三维化，能够形象生动的展示其实验精髓，提高可视化效率，且能够对教室教学的各种能耗进行统计和分析，针对耗能进行计算，可清楚了解实验成本，确保支出，也可对教室使用、类型以及利用率进行观测和记录，有效了解到教室使用记录，便于后期进行管理。
8、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，针对传统的故障分析过程中系统的计算能力较弱，传统故障分析泛化能力较差，实时性无法确保，本技术方案中采用人工智能技术对实验室中的故障进行识别，主要的故障种类包括：网络故障、电路故障、参数设置故障，不同的故障产生的原因不同，故障检测的步骤不同，因此，针对不同的故障采用不同的方法进行故障检测，提高故障诊断的正确率，获取故障信息，并针对故障信息进行故障特征分析，获取故障种类，根据不同故障种类的特征进行故障定位，提高故障分析的效率，降低故障排查消耗时间，此外，采用端到端的模型提高数据响应的速度，提高数据传输的有效性。
9、本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，数据传输过程中的时间消耗主要由三部分组成，分别为：采集数据量、传输数据量、计算数据量，不同的数据分布在不同的节点中，由于数据传输链路中的数据并非所有数据均需要被存储，因此在计算数据存储的时间函数时，不能只计算区域内所有节点中的时间消耗函数，因此，首先通过获取所有节点采集的数据量针对待存储数据进行计算，其次，通过根据计算所述数据的时间消耗函数，结合待存储数据，计算出待存储计算数据对应的时间消耗函数，通过这种方法有利于在进行数据存储时，准确查找数据传输链路中的待存储数据，提高数据存储的效率和有效性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的检测装置结构半剖图；
图3为本发明的摄像监测组件结构示意图；
图4为本发明的智能管理系统连接模块图；
图5为本发明的实验数据管理系统连接模块图；
图6为本发明的修改登录系统连接模块图；
图7为本发明的课程预约系统流程图。
图中：1、实验室本体；11、观测玻璃；12、控制面板；2、检测装置；21、气体检测器；22、温度感应器；23、湿度感应器；24、摄像监测组件；241、摄像监控机组；242、拍摄镜头；243、安装支架；244、角度调整结构；3、智能管理系统；31、总控电路；32、储存模块；33、警报模块；34、传输模块；4、实验数据管理系统；41、修改登录系统；42、课程预约系统；43、管理系统；44、数据可视化系统；45、数据统计系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种智能实验室可视化智慧管理系统，包括实验室本体1，实验室本体1的前端开设有观测玻璃11，实验室本体1的内部设置有检测装置2，所述实验室本体1的前端设置有控制面板12，控制面板12与检测装置2电连接，实验室本体1的内部设置有智能管理系统3，智能管理系统3与实验数据管理系统4电连接。
请参阅图2，检测装置2包括气体检测器21、温度感应器22、湿度感应器23和摄像监测组件24，气体检测器21、温度感应器22、湿度感应器23和摄像监测组件24设置在实验室本体1的内壁上，用于检测实验室本体1内环境实验指数，且气体检测器21、温度感应器22、湿度感应器23和摄像监测组件24分别与智能管理系统3电连接，气体检测器21、温度感应器22和湿度感应器23对实验室本体1内的空气、内部湿度以及内部温度进行实时监控，当内部温度、湿度和空气质量不达标时，能够实时进行信息传送，保证实验过程中内部环境的质量，外部干预提高实验的精准性，且实时监控，能够随时进行了解。
请参阅图3，摄像监测组件24包括摄像监控机组241、拍摄镜头242、安装支架243和角度调整结构244，摄像监控机组241的前端均设置有拍摄镜头242，摄像监控机组241均通过角度调整结构244固定在安装支架243上，安装支架243固定在实验室本体1的内壁上，摄像监控机组241是由多个不同位的摄像机组成，多组摄像监控机组241能够保证多角度对实验过程进行拍摄记录，保证实验数据完成，避免发生角度遮挡，能够多方便多角度对实验过程进行观测，提高课程可视化精确性，且通过安装支架243进行安装，根据需要选择安装位置，在安装后，由角度调整结构244对角度进行调整，满足对拍摄角度进行调整，提高拍摄位置的精确性，可根据需要进行调整，提高整个摄像监控机组241的适配性，满足调整的灵活性。
请参阅图4，智能管理系统3包括总控电路31、储存模块32、警报模块33和传输模块34，总控电路31分别与储存模块32、警报模块33和传输模块34电连接，储存模块32与摄像监测组件24电连接，总控电路31通过传输模块34与实验数据管理系统4电连接，储存模块32将摄像监控机组241拍摄的数据进行存储，方便后期调出，也便于后期传输，有效将实验数据进行记录，防止数据丢失，且气体检测器21、温度感应器22和湿度感应器23将检测数据传输给总控电路31，总控电路31内储存有检测的各项数据的储定值，当超过设置的数据值时，由总控电路31控制警报模块33发出警报，提醒实验人员进行处理，有效保证实验的安全性，能够实时确保管理效率，
在一个具体的实施例中，由于在数据传输链路中，并非链路中的所有数据均需要进行数据存储，针对待存储数据的存储步骤如下：
步骤201：监测数据传输链路中的传输节点，并采集对应区域中传输节点中的数据，整合待存储数据，并针对所述待存储数据的时间复杂度进行计算，首先需要针对数据中的待存储数据进行计算：
其中，Dc表示待存储数据，σ表示网络拥塞系数，且σ＞1，δ表示数据存储系数，Ds表示一个节点中采集的数据量，Q表示总节点数；
步骤202：计算选择的区域内数据传输链路中总节点传输数据量的时间函数：
其中，T1表示区域内总节点数据量对应的时间函数，T0表示在输入和输出过程中消耗的时间函数，ε表示主连接节点的采集数据占区域内总数据量的比重，Dmain表示主节点采集的数据量，Q表示总节点数，σ表示网络拥塞系数，Ds表示一个节点中采集的数据量；
步骤203：计算待存储数据的总消耗时间：
其中，T表示区域内待存储数据的存储时间总消耗时间函数，T0表示在输入和输出过程中消耗的时间函数，δ表示数据存储系数，Ds表示一个节点中采集的数据量，Q表示总节点数，N表示区域内一个节点与其它节点的连接数量，σ表示网络拥塞系数，T1表示区域内数据量对应的时间函数，
在进行数据存储的过程中，一般步骤为通过获取数据传输链路，将数据传输链路中的链路进行统一存储，但由于在数据传输链路中一些特定的数据已经被存储过，或者一些无效数据不需要被存储，此时，若针对所有数据进行存储时，将会提升内存资源的存储压力，降低数据存储的效率，本发明中通过获取数据传输链路，针对数据传输链路中的待存储数据进行整合，再通过计算，数据传输链路中所有节点传输数据的时间消耗函数，最终计算出数据传输链路中待存储数据的传输时间函数，通过这种方式能够降低数据传输的时间复杂度，提高有效数据传输的效率。
请参阅图5，实验数据管理系统4包括修改登录系统41、课程预约系统42、管理系统43、数据可视化系统44和数据统计系统45，修改登录系统41与课程预约系统42、管理系统43、数据可视化系统44和数据统计系统45连接，通过实验数据管理系统4利用物联网平台的动态化监管，实现对实验室场所、人员、设备、环境与安全保障的综合智能化管理，还可以在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，提高实验室场所监控管理效率，也保证实时预约的便捷性。
在一个具体的实施例中，针对故障分析过程，还包括步骤：
步骤1：获取实验室内部的网络拓扑和电源结构，针对所述网络拓扑和电源结构进行故障特征分析，确定故障类型；其中，所述故障类型包括：网络故障、电路故障、参数设置故障；
步骤2：获取数据传输链路，根据所述数据传输链路采集预设时间内的数据传输数量，确定数据传输速率，根据所述数据传输速率，确定故障类型是否为网络故障；
步骤3：获取实验室内部电路运行的电压和电流信号，将所述电压和电流信号进行小波变换，获取电路连通性反馈信息，确定故障类型是否为电路故障；
步骤4：基于预设的深度学习故障诊断模型，将参数特征作为输入项发送至故障诊断模型，获取异常设置参数，确定故障类型是否为参数设置故障；其中，所述故障诊断模型用于根据输入参数信息，结合浅层网络分类器，确定异常输入参数信息；
步骤5：接收故障类型信息，并根据所述故障类型信息，获取故障特性，根据所述故障特性进行故障定位，确定故障定位结果；其中，所述故障特性包括：传播特性、暂态特性、电气特性。
在现有技术领域中，进行故障检测时，大多数仍在采用阈值分析和人为判断的方式，故障分析效率低，本技术方案中通过针对不同的故障发生原理采用不同的方式进行自动化故障诊断，提高计算性能和识别精度，此外，当前人工智能技术不断发展，通过采用基于深度学习的故障诊断模型能够自动化解决故障特性的表征且具有非线性拟合的优势，通过将系统中故障特征的不确定性合理的表达出来从而提高故障判断和定位中的准确性，因此在故障诊断和定位过程中具有良好的精度。
请参阅图6，修改登录系统41内设置有角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元，修改登录系统41通过角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元支持通过API接口的对接，实现对现有电子班牌系统、物联网系统、监控系统、桌面云系统进行新增、修改、启用、禁用、删除，以及按角色授权管理，便于用户自己创建角色，以便于对角色进行授权管理，有效对内部数据进行纠错修改，实时更新数据，保证数据的准确性。
请参阅图7，课程预约系统42包括如下步骤：
S101：通过按周、按教室对课表和调代课通知进行实时展示至现有电子班牌上；
S102：在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，便于学员登录后进行课程预约；
S103：可通过在电脑端通过Web应用查看现场视频监控，支持在公众号通过H5应用查看现场视频监控；
S104：支持学校用户在外网通过VPN登录进入内网查看现场视频监控；
S105：支持统一身份认证系统通过API接口实现对接，实现同一账号密码登录。
通过多种方式支持对现场实验视频进行观看和学习，创建定时实验教学直播课程，在内部系统内加入课程预约程序，便于用户自主对下一次实验过程观摩学习进行预约，提高约课效率和便捷性，也可对往期课程进行保存，在账号内自行进行观摩，提高学习效率。
管理系统43内支持管理员对上线API进行管理，支持对API进行新增、修改、启用、禁用和删除操作，API详情包括基本信息、定义AP I请求和返回码说明，其中基本信息包括类型、分组、API名称、是否默认开启、描述，未默认开启的API需开发者申请由管理员审核通过后方可开通并调用，定义API请求包括请求方法、API标识、请求路径、输入参数说明在POST方法下还需要请求示例，若API标识不为空，则作为第三方API代理，在开放文档中需对外显示代理路径，不得显示此处的第三方API请求路径，并包含ACCESSTOKEN以控制第三方API安全访问，返回码说明包括返回示例、返回参数、错误示例和错误码，数据可视化系统44支持数据可视化展示，可视化数据展示至少包括：构件教室相关建筑的2.5D效果图；对教室教学设备能耗、月度能耗趋势、年度能耗、设备在线和离线状态和故障告警分析进行统计，数据统计系统45对教室使用状况统计、教室类型数量、教室今日利用率、教室当月平均利用率进行观测记录，以及对桌面云系统的云桌面设备在线和离线数量进行统计，数据可视化系统44将实验室数据进行虚三维化，能够形象生动的展示其实验精髓，提高可视化效率，且能够对教室教学的各种能耗进行统计和分析，针对耗能进行计算，可清楚了解实验成本，确保支出，也可对教室使用、类型以及利用率进行观测和记录，有效了解到教室使用记录，便于后期进行管理。
综上所述，本发明提出的智能实验室可视化智慧管理系统，气体检测器21、温度感应器22、湿度感应器23和摄像监测组件24设置在实验室本体1的内壁上，用于检测实验室本体1内环境实验指数，且气体检测器21、温度感应器22、湿度感应器23和摄像监测组件24分别与智能管理系统3电连接，气体检测器21、温度感应器22和湿度感应器23对实验室本体1内的空气、内部湿度以及内部温度进行实时监控，当内部温度、湿度和空气质量不达标时，能够实时进行信息传送，保证实验过程中内部环境的质量，外部干预提高实验的精准性，且实时监控，能够随时进行了解，安装支架243固定在实验室本体1的内壁上，摄像监控机组241是由多个不同位的摄像机组成，多组摄像监控机组241能够保证多角度对实验过程进行拍摄记录，保证实验数据完成，避免发生角度遮挡，能够多方便多角度对实验过程进行观测，提高课程可视化精确性，且通过安装支架243进行安装，根据需要选择安装位置，在安装后，由角度调整结构244对角度进行调整，满足对拍摄角度进行调整，提高拍摄位置的精确性，可根据需要进行调整，提高整个摄像监控机组241的适配性，满足调整的灵活性，储存模块32将摄像监控机组241拍摄的数据进行存储，方便后期调出，也便于后期传输，有效将实验数据进行记录，防止数据丢失，且气体检测器21、温度感应器22和湿度感应器23将检测数据传输给总控电路31，总控电路31内储存有检测的各项数据的储定值，当超过设置的数据值时，由总控电路31控制警报模块33发出警报，提醒实验人员进行处理，有效保证实验的安全性，能够实时确保管理效率，修改登录系统41与课程预约系统42、管理系统43、数据可视化系统44和数据统计系统45连接，通过实验数据管理系统4利用物联网平台的动态化监管，实现对实验室场所、人员、设备、环境与安全保障的综合智能化管理，还可以在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，提高实验室场所监控管理效率，也保证实时预约的便捷性，修改登录系统41通过角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元支持通过API接口的对接，实现对现有电子班牌系统、物联网系统、监控系统、桌面云系统进行新增、修改、启用、禁用、删除，以及按角色授权管理，便于用户自己创建角色，以便于对角色进行授权管理，有效对内部数据进行纠错修改，实时更新数据，保证数据的准确性，通过多种方式支持对现场实验视频进行观看和学习，创建定时实验教学直播课程，在内部系统内加入课程预约程序，便于用户自主对下一次实验过程观摩学习进行预约，提高约课效率和便捷性，也可对往期课程进行保存，在账号内自行进行观摩，提高学习效率，数据可视化系统44支持数据可视化展示，可视化数据展示至少包括：构件教室相关建筑的2.5D效果图；对教室教学设备能耗、月度能耗趋势、年度能耗、设备在线和离线状态和故障告警分析进行统计，数据统计系统45对教室使用状况统计、教室类型数量、教室今日利用率、教室当月平均利用率进行观测记录，以及对桌面云系统的云桌面设备在线和离线数量进行统计，数据可视化系统44将实验室数据进行虚三维化，能够形象生动的展示其实验精髓，提高可视化效率，且能够对教室教学的各种能耗进行统计和分析，针对耗能进行计算，可清楚了解实验成本，确保支出，也可对教室使用、类型以及利用率进行观测和记录，有效了解到教室使用记录，便于后期进行管理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种智能实验室可视化智慧管理系统，其特征在于：包括实验室本体(1)，所述实验室本体(1)的前端开设有观测玻璃(11)，实验室本体(1)的内部设置有检测装置(2)，所述实验室本体(1)的前端设置有控制面板(12)，控制面板(12)与检测装置(2)电连接，所述实验室本体(1)的内部设置有智能管理系统(3)，智能管理系统(3)与实验数据管理系统(4)电连接，所述智能管理系统(3)包括总控电路(31)、储存模块(32)、警报模块(33)和传输模块(34)，总控电路(31)分别与储存模块(32)、警报模块(33)和传输模块(34)电连接，储存模块(32)与摄像监测组件(24)电连接，总控电路(31)通过传输模块(34)与实验数据管理系统(4)电连接；
所述储存模块(32)用于存储实验室数据传输链路中的传输数据，具体的数据存储过程如下：
步骤201：监测数据传输链路中的传输节点，并采集对应区域中传输节点中的数据，整合待存储数据，并针对所述待存储数据的时间复杂度进行计算,首先需要针对数据中的待存储数据进行计算：
其中，Dc表示待存储数据，σ表示网络拥塞系数，且σ>1,δ表示数据存储系数，DS表示一个节点中采集的数据量，Q表示总节点数；
步骤202：计算选择的区域内数据传输链路中总节点传输数据量的时间函数：
其中，T1表示区域内总节点数据量对应的时间函数，T0表示在输入和输出过程中消耗的时间函数，ε表示主连接节点的采集数据占区域内总数据量的比重，Dmain表示主节点采集的数据量，Q表示总节点数，σ表示网络拥塞系数，DS表示一个节点中采集的数据量；
步骤203：计算待存储数据的总消耗时间：
其中，T表示区域内待存储数据的存储时间总消耗时间函数，T0表示在输入和输出过程中消耗的时间函数，δ表示数据存储系数，DS表示一个节点中采集的数据量，Q表示总节点数，N表示区域内一个节点与其它节点的连接数量，σ表示网络拥塞系数，T1表示区域内数据量对应的时间函数；
所述实验数据管理系统(4)包括修改登录系统(41)、课程预约系统(42)、管理系统(43)、数据可视化系统(44)和数据统计系统(45)，修改登录系统(41)与课程预约系统(42)、管理系统(43)、数据可视化系统(44)和数据统计系统(45)连接，数据可视化系统(44)支持数据可视化展示，可视化数据展示至少包括：构件教室相关建筑的2.5D效果图；对教室教学设备能耗、月度能耗趋势、年度能耗、设备在线和离线状态和故障告警分析进行统计,数据统计系统(45)对教室使用状况统计、教室类型数量、教室今日利用率、教室当月平均利用率进行观测记录，以及对桌面云系统的云桌面设备在线和离线数量进行统计；
所述故障告警分析的执行步骤主要包括：
步骤1：获取实验室内部的网络拓扑和电源结构，针对所述网络拓扑和电源结构进行故障特征分析，确定故障类型；其中，所述故障类型包括：网络故障、电路故障、参数设置故障；
步骤2：获取数据传输链路，根据所述数据传输链路采集预设时间内的数据传输数量，确定数据传输速率，根据所述数据传输速率，确定故障类型是否为网络故障；
步骤3：获取实验室内部电路运行的电压和电流信号，将所述电压和电流信号进行小波变换，获取电路连通性反馈信息，确定故障类型是否为电路故障；
步骤4：基于预设的深度学习故障诊断模型，将参数特征作为输入项发送至故障诊断模型，获取异常设置参数，确定故障类型是否为参数设置故障；其中，所述故障诊断模型用于根据输入参数信息，结合浅层网络分类器，确定异常输入参数信息；
步骤5：接收故障类型信息，并根据所述故障类型信息，获取故障特性，根据所述故障特性进行故障定位，确定故障定位结果；其中，所述故障特性包括：传播特性、暂态特性、电气特性。
2.根据权利要求1所述的一种智能实验室可视化智慧管理系统，其特征在于：所述检测装置(2)包括气体检测器(21)、温度感应器(22)、湿度感应器(23)和摄像监测组件(24)，气体检测器(21)、温度感应器(22)、湿度感应器(23)和摄像监测组件(24)设置在实验室本体(1)的内壁上，用于检测实验室本体(1)内环境实验指数，且气体检测器(21)、温度感应器(22)、湿度感应器(23)和摄像监测组件(24)分别与智能管理系统(3)电连接,所述摄像监测组件(24)包括摄像监控机组(241)、拍摄镜头(242)、安装支架(243)和角度调整结构(244)，摄像监控机组(241)的前端均设置有拍摄镜头(242)，摄像监控机组(241)均通过角度调整结构(244)固定在安装支架(243)上，安装支架(243)固定在实验室本体(1)的内壁上，摄像监控机组(241)是由多个不同位的摄像机组成。
3.根据权利要求1所述的一种智能实验室可视化智慧管理系统，其特征在于：所述修改登录系统(41)内设置有角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元，修改登录系统(41)通过角色创建单元、角色授权管理单元、API对接单元和数据修改单元支持通过API接口的对接，实现对现有电子班牌系统、物联网系统、监控系统、桌面云系统进行新增、修改、启用、禁用、删除，以及按角色授权管理。
4.根据权利要求1所述的一种智能实验室可视化智慧管理系统，其特征在于：所述课程预约系统(42)包括如下步骤：
S101：通过按周、按教室对课表和调代课通知进行实时展示至现有电子班牌上；
S102：在课表区域非上课时段对教室预约信息展示，便于学员登录后进行课程预约；
S103：可通过在电脑端通过Web应用查看现场视频监控，支持在公众号通过H5应用查看现场视频监控；
S104：支持学校用户在外网通过VPN登录进入内网查看现场视频监控；
S105：支持统一身份认证系统通过API接口实现对接，实现同一账号密码登录。
5.根据权利要求1所述的一种智能实验室可视化智慧管理系统，其特征在于：所述管理系统(43)内支持管理员对上线API进行管理，支持对API进行新增、修改、启用、禁用和删除操作，API详情包括基本信息、定义AP I请求和返回码说明，其中基本信息包括类型、分组、API名称、是否默认开启、描述，未默认开启的API需开发者申请由管理员审核通过后方可开通并调用，定义API请求包括请求方法、API标识、请求路径、输入参数说明在POST方法下还需要请求示例，若API标识不为空，则作为第三方API代理，在开放文档中需对外显示代理路径，不得显示此处的第三方API请求路径，并包含ACCESSTOKEN以控制第三方API安全访问，返回码说明包括返回示例、返回参数、错误示例和错误码。
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