基于物联网技术的智慧计量实验室管理平台研究

摘要：互联网与人工智能技术、传感器技术、大数据分析技术等进行有效融合能够得到物联网，它是互联网发展过程中的一种不可避免的发展方向，未来的世界将会被融入进一个智能化、全球性的网络之中，所以我国必须要持续地增加在有关技术和设备上的投资和研发力度，才能够实现物联网技术的有效建设，同时也为智慧计量实验室系统的发展奠定基础。因此，本文针对目前国内已有的实验室现状进行深入的剖析，并给出了一些与之对应的设计理念和解决方案，以此来表明该系统的可行性和有效性。

关键词：物联网技术；智慧计量；实验室管理平台

在信息技术和通信技术持续发展的背景下，国家电网部门将“国际领先的能源互联网企业”为发展基础，促进电网计量业务的优化和升级，同时使营销计量体系实现数字化转型。当前在传统的计量实验室中，各个设备之间的信息是彼此隔离的，缺少有效的联系，因此，在进行数据的维护工作时，工作量相对较大。所以在当前阶段需要对传统的计量实验室进行更新和改造，以大数据等先进技术为基础，根据计算分析和数据管理的实际情况，建立一个智慧实验室综合管理平台。

一、实验室管理现状

（一）自动化程度不足

由于在标准量传实验室中有大量不同种类的仪器设备，而且这些设备在信息化水平方面存在一定差异，导致实验室在实际检测过程中没有较高的自动化水平，人工操作也是试验项目当中的一项重要内容，所以难以实现对测量数据的自动采集和自动上传。另外，现有的检测软件无法与实验数据的沟通存在一定问题，无法有效感知试验流程和试验场景[1]。

（二）实验设备种类较多

由于各个部门实验室标准仪器的类型和制造厂商较多，在数据上传方面尚无统一的规范。并且所检测的设备种类较多，大部分设备都没有通讯接口，除电能表和互感器外，因此很难实现自动检测。目前，在现场检测过程中由于检测设备的标准化程度不高，所以检测数据的自动化采集和记录比较困难。

（三）仪器和实验装置未统一建档

在实验室当中并未针对实验设备建立专门的设备信息库，所以无法为查询工作提供便利，也对设备的维修、领用和借用造成一定影响。目前实验室当中，实验设备的报废、溯源信息、证书期限核查等记录工作仍然需要人工操作来完成，这些工作流程比较麻烦，在进行实验时，很可能会发生设备超期、损坏或丢失的情况。计量设备的标准量传管理过程中，线下管理效能低下，计量资源很难得到有效平衡和有效的使用，量传系统的基础也较为薄弱[2]。

二、基于物联网技术的智慧计量实验室管理平台建设

（一）信息模块设计

基于 TCP/IP或者其它的协议，可使网管平台和云边路由器之间的互动协议有效运行，能够实现有序、可靠的连接。在此基础上，提出了一种基于发布/订阅方式的一对多信息发送机制，以此来使应用程序耦合得以解除。在MQTT中，主体所应用的数据交换格式是一种轻量级的文本格式JSON，这一文本格式独立于编程语言。设备管理、业务交互和应用管理等诸多方面都属于其中的重要内容和功能，设备管理应该将云边路由器的整个生命周期管理内容都包括在内，具体包括了设备注册和设备配置等内容。数据交互和对象模型分发是业务交互中的主要内容。应用状态监测、子设备管理、应用事件上报等为应用管理中的重要内容。

云边路由器和云边平台的通信方式为MQTT+Json，主要使用ModbusRTU实现对数据的采集和控制，尤其是影像经过H265数据编码后，再经过 RSP码流进行传输，从而实现实时传输。云平台与APP用户使用MQTT能够为用户的发布和订阅提供便利，而网页则使用TTP对用户需求进行及时响应。

（二）智能接入设计

（1）试验设备。针对试验过程中的各种数据以及测试结果的表现形式，本文提出了三种信息收集模式：第一，采用可构造的体系结构，配备有上位机设备，采用组态软件接口对数据进行采集，如Web服务、数据库连接等。第二，对于没有PC或开放式接口的设备，可以将各种不同协议通过协议转换方式进行统一，然后使用数据收集装置来完成数据采集。第三，将没有系统且无法进行实时记录的设备称为“哑设备”，可以利用图像分析和辨识技术进行数据收集[3]。

（2）智能设备。在对环境、安全信息和人员数据进行采集时，智能设备可以应用智能边缘物联代理感知设备的接入来实现，这一方法也能够有效判断实验室检定参考条件是否符合标准，提高实验室试验安全管控和检定规范化操作水平。除此之外，在实际运行过程中如果发现异常情况，能够立即发出警报，并将警报信息发送给管理员，将警报信息上传到智能实验室管理系统中。具备即时监控功能，可在需要的情况下，进行如自动断电等安全操作

（3）移动设备。移动设备是指使用国网公司W-ESAM加密模块的现场检验设备，它可以和移动的工作终端进行身份验证，也能够对数据进行加密处理和无线传送。移动的工作终端可以通过移动、联通、电信等全网通的无线网络进行数据的远距离传送。移动作业终端可以在没有网络的情况下，进行试验的数据和数据的暂时存储，在通信条件良好的情况下，可以进行数据的传送。除此之外，利用访问接入的统一规范，可以对各种设备进行接入。对接入设备展开状态分析和故障监控，以此来实现实时管控，也能够及时发现其中存在的问题，准确地对故障进行定位，降低因为接入设备出现问题而对相关业务工作造成的影响。

结束语

总体而言，在大数据背景下，智慧实计量验室管理平台是发展的必然趋势。这一平台应用于国网企业当中，能够对试验人员、实验室资质、和试验任务等诸多内容进行实时监测和管控，也能够确保所以计量活动的合理性和规范性，有效提高计量活动的智能化水平，提高整体质量和效率。

参考文献：

[1]郑倩，李鹏云，周迪. 基于文献计量学的智慧农业研究现状及趋势分析[J]. 华中农业大学学报，2023，42（3）：29-38.

[2]杜泽翰，杨永军，姜延欢. 基于5G技术的智慧计量变革[J]. 计测技术，2020，40（5）：53-57.

[3]李海荣，李波，李海龙，等. 物联网技术在计量装置全生命周期管理中的应用[J]. 电力系统装备，2021（2）：150-151.