基于物聯網技術的高校外語語言實驗室的智能化管理研究＊

蔣 拓

（深圳技術大學，廣東 深圳 518118）

一、背景

近年來，在新文科背景下，隨著科技的發展，高校的外語教學方式也隨之多樣化，智能化。各高校在外語語言實驗室的軟硬件與智能化上的投入也有了大幅的提升，這也使得如今的語言實驗室與傳統的語言室電腦機房有了本質不同。 新一代的外語語言實驗室的設備更加豐富多樣，使用更加便捷，為學生提供了更加智能化的外語學習條件。在提高學生學習效率，營造更真實的語言學習環境，培養學生自主學習能力等方面發揮著積極的作用。 然而外語語言實驗室存在著人員流動性大，使用頻率高等情況，而在日常管理方面則更多地采用人工管理的方式。實驗員既要保證教學過程中的軟硬件可靠性，又要承擔相應的設備數量統計，設備檢修，軟件更新等工作。這就使得日常管理中存在著效率低，不智能，對設備異常反應慢等問題。因此如何結合當下流行的物聯網智能化的管理方案對外語語言實驗室進行管理，提高管理水平，成了一個值得研究的問題。

二、物聯網的概念及應用

物聯網（Internet of Things， 簡稱IOT）即萬物相互連接的互聯網。是在互聯網的基礎上，按照約定的協議通過各種信息傳感器，與各種物品實現信息交換，以達到識別、通信、跟蹤、監控以及管理物品的一種網絡[1]。 其打破了傳統的信息交換方式，實現了任何物品與物品直接的通信[2-3]。具有節省時間與人力成本，增強數據收集，高效資源利用等優點。

從技術架構上看，物聯網包括了物聯網包含感知層、網絡層及應用層等3大層次[4]。感知層是物聯網的最底層，其主要功能是收集數據，通過傳感器，音視頻采集設備、讀寫器等感知設備從物理世界中采集數據信息；網絡層負責處理數據，在物聯網體系中起承上啟下作用，主要將來自感知層的數據進行匯總、處理和分析；應用層是物聯網的最頂層，主要基于網絡層的數據解決具體的行業問題，包括完成信息處理，應用集成以及人機交互。

得益于近年來網絡傳輸能力與相關技術水平的迅速發展，物聯網技術迎來了高速發展的契機。通過通信網絡的傳輸，不同種類的物聯網產品被相互連接并廣泛的運用在各種場景中。 最常見的如物流，智能家居，智慧交通、醫療和安防領域等。

三、高校外語實驗室智能化管理的必要性與需求

1.外語語言實驗室的現狀

隨著技術的發展，在新文科背景下，高校的外語實驗室不再只是傳統的機房，其形式也趨于智能化、多樣化。我校目前的外語語言實驗室的設備是通過數據線和局域網進行連接，設備包括了計算機、一體機、路由器、交換機、耳機、平板電腦以及充電柜在內的多種電子設備。其使用頻率相對更高，管理難度也隨之增加，因此急需探索出一套新型的智能化設備管理方案。

2.外語語言實驗室管理需求

基于物聯網技術的外語實驗室管理系統，須滿足實驗室設備實時監控、安全隱患報警、自動化控制以及可擴展性等多種需求，從而提高外語實驗室的設備管理效率和信息化水平。根據以上需求，該系統應具有實驗室智能門禁功能、電力控制功能、實驗室環境檢測功能、實驗室無線監控功能、實驗室設備及軟件智能管理等功能。

四、外語語言實驗室管理平臺構建

針對實驗室的具體需求，使用多模網關為核心，可以搭建一個智能化管理平臺對實驗室的軟硬件、人員、環境等數據進行收集、處理和管理工作。實驗室管理平臺的框架根據軟硬件可以分為兩大模塊，分別是IOT設備智能化管理模塊和軟件更新進度管理模塊。

1.IOT設備智能化管理模塊

物聯網技術的蓬勃發展為如今外語實驗室的管理問題帶來了一個低成本，高效且可擴展的解決方案。搭建物聯網智能管理系統的重點在于如何將實際需求一一對應到感知層，網絡層和應用層?；谖倚，F有的外語語言實驗室，結合所需功能，感知層包括多模網關、門禁系統，監控系統，設備管理系統以及環境安全系統。網絡層則使用了以4G、5G為代表的無線廣域網和以藍牙、WiFi和RFID技術為主的無線局域網。其中RFID 技術，又稱無線射頻識別技術，是一種易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應用技術[5]。配合藍牙、WiFi等近場傳輸技術可以十分便捷地傳輸幾乎所有所需的數據信息。應用層則包含了終端控制與數據分析兩個部分。

1.1 智能門禁系統

外語語言實驗室具有設備價值高，數量多，使用頻率高等特點，因此準入系統上需要在保證安全的前提下更加便捷。既要使擁有權限的用戶直接完成實驗室門禁解鎖，同時，實驗室管理員也可通過系統直接授予某個用戶門禁權限，被授權用戶無需提前錄入信息便可臨時通行[6]。另一方面，該系統也需要有一定的安防功能，每日的訪問數據需要被記錄并生成日志存儲，以便需要時管理員可以進行查閱；當出現陌生訪客嘗試強行進入實驗室的情況時，需要及時提醒管理員。

因此門禁系統使用智能門鎖，通過面部識別與指紋識別技術可以有效地解決傳統實驗室準入存在的安全隱患和流程復雜等問題；當出現陌生訪客時也可以及時留存視頻和照片信息通過服務器發送到控制終端以便管理員進行相應的處理。 同時將門禁系統接入物聯網可以使得門禁與燈光，溫度，監控系統進行自動化聯動，避免因為忘記關閉電源所帶來的能源浪費。

1.2 智能監控系統

監控系統除了滿足日常安防需求之外，主要是用于監控實驗室的狀態，在實驗室管理人員不在現場的時候也可以隨時了解實驗室情況。不同于傳統的監控系統，基于物聯網技術的智能監控系統可以通過與門禁系統和紅外傳感器相互連接交互。當實驗室有人存在時開啟監控，人離開時關閉監控，從而可以延長監控系統使用壽命，節約能源。另外，支持IOT的智能監控攝像頭可以與其他物聯網設備進行互聯，一旦遇到突發事件，可以按照預先設置的邏輯進行反應，實時狀態也可以通過網絡傳遞到管理員端，從而判斷是否需要人工介入操作。同時，管理員還可以根據傳感器的狀態隨時查看實時監控以便做出及時的反應。

1.3 設備管理系統

實驗設備的管理包括平板電腦，多功能互動一體機等在內的資產管理，也包括了設備使用管理。 一方面可以通過使用RFID技術來提升實驗室資產管理的智能化水平。RFID系統一般由讀寫器與電子標簽兩部分組成。只要RFID標簽出現在讀寫器的有效識別范圍之內，就可以通過閱讀器讀取到標簽信息，并不需要建立物理連接。因此給實驗室的固定資產貼上RFID電子標簽，既可以了解設備的基本情況如：購置時間，維護日期，供貨商，配置等基本信息[7]；又可以記錄每臺設備的使用情況，是否存在軟件沒有及時更新或者硬件損壞待維修的情況，為日常維護提供真實的數據參考，可以有效地提高實驗室的管理效率和信息化水平。

另一方面，可以使用智能插座來實現各種電子設備的開關機。比如外語語音實驗室主要使用更為靈活化的平板電腦作為課程載體，而平板電腦需要經常充電，因此需要將其置入充電柜統一進行充電。由于安全考慮，充電柜的設計功率無法達到幾十臺平板的最大充電功率，因此無法進行快速充電。通常情況下都需要進行長達10個小時的充電，才能保證所有的平板電腦達到滿電的狀態。這個過程耗時長，且很容易出現充滿電卻沒有斷電的情況。不僅容易使平板電腦的電池壽命減少，同時還增加了用電風險。而引入了智能插座則可以完美的解決上述問題。通過對用電功率的實時監控，可以有效地判斷平板電腦是否已經完成充電。既可以手動開關機，也可以根據平板電腦的使用頻率，設置每周固定兩次開啟充電電源，開始充電。當功率小于一定數值時便可以認為充電柜里的所有平板電腦完成充電，并自動斷電。同樣的，互動一體機等設備也可以通過相同的方式進行一鍵開關機的操作。 這樣就可以極大地提高設備管理精確度保證設備的用電安全，延長設備使用壽命。

1.4 環境安全檢測系統

實驗室環境檢測包括災害監測，溫濕度，門窗狀態，是否有人在場等情況。首先，由于外語語音實驗室的人流量大，使用頻率高，且主要設備為電子設備，一旦發生火災，輕則會造成設備損失，重則會造成人員傷亡。因此實驗室的消防安全是重中之重，需要放在首位考慮。傳統的煙霧報警器只能進行當場聲光報警，即只有當實驗室周圍有人時才能起到火災報警效果，而當實驗室周圍無人時，并不能起到很好的提醒作用。針對上述情況，可以使用智能煙霧報警器作為災害監測的傳感器，這種基于物聯網的新型煙霧報警器不僅可以當場聲光警報，同時還可以與其他IOT設備進行聯動。比如，當煙霧傳感器檢測到煙霧時，會第一時間打開報警功能，同時通過互聯網將情況上報給管理員，管理員可以通過實時監控視頻，第一時間判斷實驗室的火災情況是否是誤報或者真實發生，從而采取相應的措施。這樣即使在假期、實驗室長期無人的情況下，也可以保證實驗室的安全。

其次，由于地處深圳，氣候潮濕，經常會出現“回南天”這種高度潮濕的天氣情況。而電子設備在使用和存放的過程中十分容易收到潮濕天氣的影響，發生一些損壞甚至降低使用壽命。因此實驗室設備存放的環境需要保持通風和干燥才能夠避免上述問題的發生。這就需要使用溫濕度傳感器用于實時感應室內溫濕度變化情況，從而采取相應措施。

除此之外，門窗狀態也是在實驗室管理的過程中的一個需要注意的問題。在實驗室非開放時間，需要保持門窗關閉，禁止非授權人員進入，確保實驗室設備安全。另外，由于東南沿海臺風暴雨多發，如果遇到臺風天氣沒有及時關閉門窗，會導致設備乃至整個實驗室的嚴重損害。而使用門窗傳感器，通過物聯網技術遠程查看門窗的開關狀態可以有效地解決門窗忘記關閉所帶來的問題，提高實驗室管理水平。

2.軟件更新進度管理模塊

硬件是實驗室的基礎，而軟件則是外語實驗室的核心內容。由于外語語音實驗室的特殊性，教師教授不同的課程所需要使用的功能也有著一定的區別。一般的教學軟件存在著功能冗雜，交互設計復雜，核心功能不符合實際教學需求等問題。這是由于軟件的開發人員沒有一線教學經驗，對于課程內容不清楚，不了解課堂使用的具體場景；同時一線教師與學生也沒有專業的產品相關的知識，對于教學的實際需求無法準確及時地反映給軟件開發人員。這就造成了軟件使用率低，版本更新效率低，溝通不順暢等問題。

因此該模塊引入了項目管理理念，通過使用在線協同工作工具來解決教學軟件不符合一線教師的實際需求，以及開發人員與師生的溝通不順暢不及時等情況。整個模塊以多人協同在線管理系統為中心，連接實驗員和軟件供應商，而非供應商直接與師生進行溝通。其優點非常明顯，既可以避免師生與軟件開發人員相互不了解對方想法的問題，又可以很直觀地反映需求、更新進度與時間的關系。因此軟件更新進度管理模塊可以更高效地解決由于任課教師對于課程的不斷完善，以及教學進度的變化，帶來的每學期對于教學軟件需求變化的問題。 同時實驗員每學期結束也可以查看軟件在過去一學期的更新情況，不斷完善軟件更新管理方案，提升軟件更新質量與效率。

結語

針對傳統的外語語言實驗室管理的不足，結合對現階段各高校外語實驗室的實際情況綜合分析后。本文通過使用市面上常見的IOT設備以及RFID技術，針對實際管理需求，以硬件設備的管理為主，軟件系統的管理為輔，設計了一個高效且個性化的高校外語實驗室管理系統。經過測試，該系統可以極大地減輕實驗員的工作負擔，減少失誤，同時提高實驗室的安全性，智能化程度以及管理效率。