引 言

隨著我國政府對互聯(lián)網(wǎng)基礎設施建設的重視，對大數(shù)據(jù)、云計算發(fā)展戰(zhàn)略的部署關注越來越多。目前，國務院發(fā)布了《國務院關于積極推進互聯(lián)網(wǎng)+行動的指導意見》等系列文件， 而這些文件也成為實施互聯(lián)網(wǎng)+行動計劃的綱領性文件， 文件提出要推進互聯(lián)網(wǎng)+，明確了促進創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新、協(xié)同制造、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等若干能形成新產(chǎn)業(yè)模式的重點領域發(fā)展目標任務， 并明確了相關支持措施。當前已出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)+教育互聯(lián)網(wǎng)+ 金融互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)?；ヂ?lián)網(wǎng)+文物保護等項目[1]， 但互聯(lián)網(wǎng)+檢測方面相對較少，且技術不完善，發(fā)展空間較大。

目前，很多實驗室都運用實驗室軟件系統(tǒng)進行實驗室管 理，擁有自己的互聯(lián)網(wǎng)公共平臺，使用的檢測設備也都具有數(shù) 據(jù)通信功能。但由于檢測設備自帶的通信技術、通信協(xié)議、文 件格式、數(shù)據(jù)格式等不統(tǒng)一，使得“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的“最后 一公里”無法打通。這已成為實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的瓶頸。 “互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”將互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)檢測技術相結合，通過物聯(lián)、 傳感、通訊等技術構建了智能化實驗室，使得實驗室具備業(yè)務 管理智能便捷、檢測數(shù)據(jù)互通互聯(lián)、實驗室運行參數(shù)遠程可 控、檢測工作遠程實施、檢測報告自動存儲和遠程調(diào)取等功能。 因此，必須通過智能化技術將樣品管理、標準資料、設備耗材、 數(shù)據(jù)提取、運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等檢測過程中的工作要素通 過數(shù)字化方式串聯(lián)起來，實現(xiàn)工作要素與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通[2]。

1“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的功能需求與模型

利用現(xiàn)有計算機、Internet 網(wǎng)絡，結合射頻識別、圖像識 別、傳感識別、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取。同時，通過 組合使用各種通信技術，將檢測數(shù)據(jù)的檢測信息和各監(jiān)控設 備的監(jiān)控信息傳送到數(shù)據(jù)庫。完成實驗室運行、檢測設備運轉(zhuǎn)、 產(chǎn)品檢測結果等各類數(shù)據(jù)的自動采集，通過互聯(lián)互通操作傳 輸數(shù)據(jù)并將其存儲在云數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)檢測樣品、標準資料、 設備耗材、數(shù)據(jù)提取、運行監(jiān)控、報告形成、數(shù)據(jù)分析等工 作的智能化管理。同時，通過計算機訪問受限技術可遠程讀 取實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)。當客戶登錄系統(tǒng)時，從實驗室獲取訪問權 限，可在數(shù)據(jù)庫中讀取所需產(chǎn)品的檢測數(shù)據(jù)和檢測報告?？?戶也能夠?qū)⒎答佇畔⒋鎯υ跀?shù)據(jù)庫中，而實驗室可通過訪問權 限獲取反饋信息，完善檢測需求服務?！盎ヂ?lián)網(wǎng) + 檢測”功能 的主要需求如圖 1 所示?！盎ヂ?lián)網(wǎng) + 檢測”模型如圖 2 所示。

2 實驗室運行狀態(tài)多參數(shù)監(jiān)控技術

借助現(xiàn)有的計算機、Internet 網(wǎng)絡技術，通過網(wǎng)絡將檢 測設備的檢測信息和各監(jiān)控設備的監(jiān)控信息傳送到云數(shù)據(jù)庫， 以確保實驗員和客戶可實時查看每一臺設備的運行狀況，并檢測實驗室的環(huán)境狀況，使實驗室管理更加規(guī)范。以機電實驗 室電熱水器能效檢測裝置為例分析多參數(shù)監(jiān)控。實驗室多參 數(shù)監(jiān)控模型的主要運作模式如圖 3 所示。

實驗室監(jiān)測系統(tǒng)以 C8051F040 單片機為核心，由傳感器、 信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)處理電路、鍵盤、通信接口等組成。在 對電熱水器進行能效檢測時，通過溫度傳感器、功率傳感器、 流量傳感器等對實驗參數(shù)進行采集，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，由單片 機通信接口電路將數(shù)據(jù)傳輸至 CAN 總線（CAN 總線作為目前 最有前途的現(xiàn)場總線之一，擁有實時性好、可靠性高、性價比 突出等優(yōu)點）[3]。實驗室中的其他設備以相同原理分別組成智 能監(jiān)控系統(tǒng) 2、智能監(jiān)控系統(tǒng) 3 等。最后，實驗室的所有監(jiān)測 數(shù)據(jù)都將上傳至 CAN-Ethernet 總線（實現(xiàn)現(xiàn)場 CAN 總線網(wǎng)絡 和以太網(wǎng)通信之間的轉(zhuǎn)換），最終通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān) 控計算機完成實驗室多參數(shù)的采集。CAN 總線和以太網(wǎng)通信 穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)傳輸準確無誤，監(jiān)控中心的監(jiān)控計算機可以 實時準確地獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù) [4]。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對監(jiān)控實驗室數(shù) 據(jù)及時、準確地檢測，而 CAN 總線和以太網(wǎng)通信準確可靠的 特性則保證了實驗室多參數(shù)數(shù)據(jù)的準確傳輸，同時實驗室人 員可以通過監(jiān)控計算機隨時獲取當前及之前的實驗設備參數(shù)， 方便實時監(jiān)控和后期檢查。

3 實驗室智能管控的實施方法與技術

實驗室開展的檢測工作涉及樣品、設備、檢具、夾具、 耗材等 [4]，因此，要實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”就需要實驗室與這 些物品建立起數(shù)據(jù)實時交換的互聯(lián)互通系統(tǒng)，即實驗室需實 現(xiàn)智能管控，使得在檢測過程各環(huán)節(jié)的物品能在檢測工作中 進行數(shù)據(jù)自動交換。而實驗室可以更多的采用射頻識別技術 和傳感識別技術。

在射頻識別技術中，RFID 標簽是主要的數(shù)據(jù)載體，通 過分布式 RFID 的應用及與 Internet 技術的連接，可實現(xiàn)與貼 標物品的數(shù)據(jù)交換。實驗室可依托自身已有的實驗室管理軟 件平臺，在內(nèi)部建立 EPC 網(wǎng)絡架構。該架構主要由數(shù)據(jù)庫、 應用軟件、讀寫設備以及電子標簽等部分組成，如圖 4 所示。 實驗室將樣品管理信息寫入 RFID 標簽，通過固定式讀寫器或 手持讀寫設備與實驗室管理軟件聯(lián)通，對樣品流轉(zhuǎn)狀態(tài)、檢 測進程、檢測狀態(tài)等實現(xiàn)自動識別，提高樣品管理和流程管 理的效率。將設備檢具的管理信息寫入 RFID 標簽，通過固定 式讀寫器與實驗室管理軟件的互聯(lián)，對設備檢具的放置位置、 計量周期、維護周期、保養(yǎng)要求等實現(xiàn)自動識別與提示，提 高設備管理的效率和準確性。將耗材和檢具的管理信息寫入 RFID 標簽，通過固定或手持式讀寫設備，實現(xiàn)對耗材和檢 具的智能化管理。甚至可在實驗室工作服內(nèi)放置 RFID 標簽， 通過固定式讀寫設備實現(xiàn)對工作人員活動情況的日常管理 [5]。

隨著傳感識別技術的發(fā)展，新型傳感器正向著智能化、 小型化、集成化、多功能化等方向發(fā)展，傳感器在種類上已 由過去的少數(shù)品種擴展到光敏、熱敏、力敏、電壓敏、磁敏、 氣敏、濕敏、聲敏、射線敏、離子敏、生物敏等，使得傳感識 別技術在國防、工業(yè)等領域得到成熟運用。智能傳感器技術 的飛速發(fā)展為實驗室實施智能管控提供了更多可選的技術方 案。實驗室可組合運用上述傳感器技術，依托自身已有的實 驗室管理軟件，借助現(xiàn)有的計算機、Internet 網(wǎng)絡技術，對實 驗室設備參數(shù)進行實時采集，并將采集的參數(shù)通過網(wǎng)絡傳輸 到中央控制系統(tǒng)，實現(xiàn)設備參數(shù)的集中管理。中央控制系統(tǒng)采 用圖形化界面的方式，將前端傳輸過來的數(shù)據(jù)參數(shù)進行分析、 整理，通過模擬實驗室畫面實現(xiàn)實驗室多參數(shù)監(jiān)控和運行狀 態(tài)的互通互聯(lián)。也可對實驗室溫度、濕度、電、水、氣等運 行參數(shù)進行智能控制，提高運行效益。

4 檢測數(shù)據(jù)提取的實施方法與技術

目前，很多實驗室都已開發(fā)并運用了實驗室軟件系統(tǒng)，并 建立了自己的實驗室數(shù)據(jù)庫，且其配置的多數(shù)檢測設備都具 有數(shù)據(jù)通信功能。但由于檢測設備的通信協(xié)議與技術、輸出文 件格式與內(nèi)容不統(tǒng)一，導致無法自動將檢測數(shù)據(jù)提取至實驗 室數(shù)據(jù)庫，而這已成為實現(xiàn)實驗室“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的瓶頸。 實驗室有望通過運用圖像識別技術、傳感識別技術、Excel 軟件技術突破該瓶頸。

圖像識別技術利用計算機和數(shù)學推理的方法實現(xiàn)了對形 狀、模式、曲線、數(shù)字的圖像識別與信息提取。在實驗室檢 測過程中，由于指針式電壓表、液壓表、百分表等檢測設備產(chǎn) 生的數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，因此常由人工讀取數(shù)據(jù)。對于 這種現(xiàn)象，實驗室可采用圖像識別技術進行處理。運用 CCD 數(shù)據(jù)采集代替人工數(shù)據(jù)提取，由 CCD 采集指針指示數(shù)據(jù)、指 示柱顯示數(shù)據(jù)等示值圖像，通過軟件分析提取圖像預處理、 二值化、細化特征點，然后形成電子化數(shù)據(jù)輸出，具體如圖 5 所示。圖像識別技術在人工讀數(shù)環(huán)節(jié)的應用，實現(xiàn)了人工讀數(shù) 環(huán)節(jié)檢測數(shù)據(jù)的自動提取，而與實驗室數(shù)據(jù)庫的融合，使得該 類檢測設備的檢測數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了互聯(lián)互通。同時，可 結合軟件系統(tǒng)預設的限值對提取出的數(shù)據(jù)進行結果自動判定， 降低人為錯誤，提高檢測效率。

目前，實驗室配置的先進檢測設備通常自帶檢測數(shù)據(jù)輸 出功能。但由于各檢測設備自帶的數(shù)據(jù)庫結構并不統(tǒng)一，導致 實驗室檢測數(shù)據(jù)庫無法與檢測設備數(shù)據(jù)庫直接對接，輸出的 檢測數(shù)據(jù)無法直接進入實驗室檢測數(shù)據(jù)庫。因此實驗室需要 對檢測設備輸出的檢測數(shù)據(jù)進行二次處理，方可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的 自動提取。雖然檢測設備自帶的檢測數(shù)據(jù)庫結構不同，結果 輸出為圖形、曲線等，但它們可以將數(shù)據(jù)以類似 Excel 表格的 形式導出電子數(shù)據(jù)。因此，在該過程中可使用 Excel 軟件技術， 對設備輸出的實驗室所需數(shù)據(jù)進行標注，通過軟件對標注的 數(shù)據(jù)自動提取，并將自動提取的數(shù)據(jù)按照實驗室數(shù)據(jù)庫結構 進行自動錄入。實現(xiàn)自帶檢測數(shù)據(jù)輸出功能的檢測設備與實驗 室數(shù)據(jù)庫的無縫對接。

此外，可將傳感識別技術直接用于檢測。如前文所述， 由于傳感識別技術的迅猛發(fā)展，新型傳感器不僅向著集成化、 智能化方向發(fā)展，也向著種類多樣化的方向發(fā)展，同時其精度 也越來越高。因此，在精度滿足檢測工作要求的情況下，可運 用溫度、電流、振動、濕度、壓力、位置等智能化傳感器提 取檢測數(shù)據(jù)，使其可直接服務于檢測工作。通過實驗室軟件 平臺，將采集到的數(shù)據(jù)匯入實驗室檢測數(shù)據(jù)庫。

5 檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嵤┓椒ㄅc技術

目前，很多實驗室受網(wǎng)線布局等硬件條件的限制，無法 有效保障檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，因此實驗室“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”應運而生?？山Y合實驗室布局情況建立多種無線形式的檢測 數(shù)據(jù)傳輸方式 [6]。

使用有源或無源 RFID 標簽，通過 UHF 頻段與 RFID 固 定式或手持式讀寫器進行無線連接，讀寫器與實驗室數(shù)據(jù)庫 進行有線或無線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。在設備處設置 無線路由器，使用 WiFi 技術將設備的有線信號轉(zhuǎn)化為無線信 號，然后通過 UHF、ISM 等頻段與實驗室數(shù)據(jù)庫進行無線連 接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通?？稍谠O備中設置藍牙，采用無連接 （ACL）方式進行數(shù)據(jù)傳輸，形成短距離無線通信，實現(xiàn)與實 驗室數(shù)據(jù)庫的連接 [7]?；ヂ?lián)互通示意圖如圖 6 所示。

6 結 語

“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的內(nèi)涵涉及實驗室智能管控、檢測數(shù) 據(jù)提取、報告自動生成、遠程檢測實施、客戶需求定制服務、 大數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容，但最關鍵的是數(shù)據(jù)提取和互聯(lián)互通。因 此，在“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的推廣中應重點對各類數(shù)據(jù)的提取 技術方法進行研究構建，并應結合實驗室實際現(xiàn)狀研究通信 技術的組合運用?！盎ヂ?lián)網(wǎng) + 檢測”是未來檢測技術的發(fā)展趨 勢，所以必須對數(shù)據(jù)提取技術和通信技術進行研究并取得突 破，才能為“互聯(lián)網(wǎng) + 檢測”的推廣應用以及后續(xù)檢測需求定 制化服務和檢測數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)分析等提供技術基礎。