水質(zhì)監(jiān)測信息管理系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架應(yīng)用

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關(guān)鍵詞:信息管理系統(tǒng);水質(zhì)監(jiān)測;應(yīng)用

《中華人民共和國水文條例》要求，“水文機構(gòu)應(yīng)當(dāng)加強水資源的動態(tài)監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測水體的水量、水質(zhì)等情況發(fā)生變化可能危及用水安全的，應(yīng)當(dāng)加強跟蹤監(jiān)測和調(diào)查，及時將監(jiān)測、調(diào)查情況和處理建議報所在地人民政府及其水行政主管部門?！碑?dāng)前，因為新一輪機構(gòu)改革，水利部門的水質(zhì)監(jiān)測工作重點已由水功能區(qū)監(jiān)測轉(zhuǎn)向國家重點水質(zhì)站、水源地等水質(zhì)監(jiān)測。水利部門開展的江河湖庫水質(zhì)監(jiān)測，將為保障供水安全、水利工程管理和河湖長制管理等工作提供有力保障，為中央和地方政府管理水資源提供決策依據(jù)。實驗室信息管理系統(tǒng)(以下稱LIMS)隨著信息技術(shù)的發(fā)展與完善，已經(jīng)應(yīng)用到各行各業(yè)的實驗室管理當(dāng)中［1］。在水質(zhì)監(jiān)測任務(wù)日益繁重，水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)逐年增加，檢測人員數(shù)量緊缺的情況下，應(yīng)用信息管理系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的人工管理模式，是水質(zhì)監(jiān)測管理的發(fā)展趨勢［2］。2018年12月，水利部水文司提出在水質(zhì)分析處理過程中，“要推進(jìn)實驗室信息管理系統(tǒng)應(yīng)用，提高實驗室信息化管理水平”的要求。2017年，浙江省水資源監(jiān)測中心開始研發(fā)實驗室信息管理系統(tǒng)，2019年11月完成試運行。

1設(shè)計目標(biāo)浙江省水資源監(jiān)測中心水質(zhì)監(jiān)測實驗室信息

管理系統(tǒng)是用信息系統(tǒng)代替人工管理方式。該系統(tǒng)重新梳理和優(yōu)化原有業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測的現(xiàn)代化管理。系統(tǒng)通過先進(jìn)的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，將實驗室的采樣、檢測、評價業(yè)務(wù)流程和各要素有機結(jié)合，組成一個科學(xué)、規(guī)范、高效、不斷循環(huán)優(yōu)化的綜合管理體系。在強化實驗室質(zhì)量控制能力的基礎(chǔ)上，使水質(zhì)監(jiān)測各項業(yè)務(wù)流程更加符合資質(zhì)認(rèn)定要求，監(jiān)測能力現(xiàn)代化和信息化水平也得到顯著提升。

2技術(shù)架構(gòu)

表1所示信息管理系統(tǒng)架構(gòu)層級設(shè)計為四層，分別為表現(xiàn)層、應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)庫層。

2．1表現(xiàn)層

表現(xiàn)層是為了滿足面向水質(zhì)監(jiān)測管理的信息系統(tǒng)需要而構(gòu)建的符合操作邏輯，人機交互，界面美觀的整體平臺設(shè)計。頁面緊扣LIMS要求的水質(zhì)監(jiān)測業(yè)務(wù)邏輯。表現(xiàn)層的界面設(shè)計以操作簡易和界面友好為宗旨，管理人員和檢測人員可以方便地以web瀏覽器的方式訪問相關(guān)管理系統(tǒng)的信息資源，通過鼠標(biāo)就可以完成大多數(shù)實驗室工作。

2．2應(yīng)用層

應(yīng)用系統(tǒng)是系統(tǒng)的完整性和實用性主要表現(xiàn)形式和系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容，與水質(zhì)監(jiān)測實際業(yè)務(wù)流程緊密貼合。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測管理需求，應(yīng)用系統(tǒng)分為主流程模塊、質(zhì)量控制模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、資源管理模塊、用戶管理模塊、系統(tǒng)設(shè)置管理模塊。每個模塊對其基本功能、輸入及輸出均設(shè)置了統(tǒng)一的要求和規(guī)則限制，包含了各種涉及水質(zhì)監(jiān)測業(yè)務(wù)的規(guī)則和邏輯。通過統(tǒng)籌規(guī)劃應(yīng)用層的建設(shè)，提高管理人員和檢測人員的水質(zhì)監(jiān)測綜合管理能力和服務(wù)水平。

2．3應(yīng)用支撐層

應(yīng)用支撐層處于應(yīng)用層和數(shù)據(jù)庫層之間，在整個總體架構(gòu)中承擔(dān)著承上啟下的關(guān)鍵作用。應(yīng)用支撐層提供一些公共的功能以方便應(yīng)用功能的實現(xiàn)，主要包括數(shù)據(jù)交換、工作流、內(nèi)容管理、報表管理、數(shù)據(jù)同步等。在應(yīng)用支撐層中，根據(jù)需求分析結(jié)果，每個業(yè)務(wù)需求將模型化物理數(shù)據(jù)庫中的特定信息，并選擇適當(dāng)?shù)姆绞浇⒉煌瑧?yīng)用支撐組件。簡單地說，一個業(yè)務(wù)支撐組件可以模擬為數(shù)據(jù)庫表中的一個或多個邏輯表，其內(nèi)容可能來自于一個或者多個物理表中的字段，即一個業(yè)務(wù)實體的屬性和一個物理表字段一一對應(yīng)。利用業(yè)務(wù)支撐層解決業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式的問題，將系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效規(guī)劃和組織，便于層間傳遞。這樣既可充分利用已有軟件，同時還可以更好滿足其他業(yè)務(wù)需求。

2．4數(shù)據(jù)庫層

數(shù)據(jù)庫層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查，這是對數(shù)據(jù)進(jìn)行底層和原始數(shù)據(jù)的操作，即執(zhí)行從水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫(或其他數(shù)據(jù)服務(wù))獲取數(shù)據(jù)或向數(shù)據(jù)庫發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，將不同模塊和不同規(guī)則層的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分類并存儲到對應(yīng)的位置。

3系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要功能為水質(zhì)監(jiān)測涉及的采樣、檢測、評價流程及對流程中各要素質(zhì)量控制管理，同時通過應(yīng)用軟件與計算機等硬件結(jié)合，將水質(zhì)監(jiān)測的業(yè)務(wù)流程、質(zhì)量控制、環(huán)境設(shè)施、人員、儀器設(shè)備、標(biāo)物標(biāo)液、化學(xué)試劑、標(biāo)準(zhǔn)方法、文件記錄等因素有機結(jié)合，組成一個科學(xué)、規(guī)范、高效、循環(huán)優(yōu)化的綜合管理體系。建成后的系統(tǒng)主要包括檢測流程管理、質(zhì)量控制管理、資源管理等功能。

3．1檢測流程管理

檢測流程實現(xiàn)從水質(zhì)站設(shè)置、采樣任務(wù)下達(dá)、現(xiàn)場采樣和檢測、樣品驗收和流轉(zhuǎn)、實驗室檢測、檢測數(shù)據(jù)校審核、檢測報告出具的流程化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3．2質(zhì)量控制管理

質(zhì)量控制主要包含采樣現(xiàn)場質(zhì)控、實驗室質(zhì)控及統(tǒng)計分析三個部分。采樣現(xiàn)場質(zhì)控主要是對采樣到位、現(xiàn)場平行樣和全程序空白樣的管理;實驗室質(zhì)控主要是對空白樣、標(biāo)準(zhǔn)曲線、室內(nèi)平行樣、加標(biāo)回收樣和標(biāo)樣考核等的管理;統(tǒng)計分析主要包含檢測數(shù)據(jù)全流程溯源及對有關(guān)檢測結(jié)果的相對偏差和回收率的評定，質(zhì)控數(shù)量和合格率的統(tǒng)計等［3］。

3．3資源管理

資源管理主要功能是實現(xiàn)對各類環(huán)境設(shè)施、人員、儀器設(shè)備、標(biāo)物標(biāo)液、化學(xué)試劑、文件記錄等資源的有效與清晰的管理［4］。

3．4統(tǒng)計分析管理

該功能實現(xiàn)對所有歷史檢測數(shù)據(jù)的綜合查詢，可以采用趨勢圖或其它圖形展示檢測數(shù)據(jù)變化規(guī)律，并在地圖上顯示監(jiān)測站點位置及相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。

3．5儀器數(shù)據(jù)接口管理

對于原子吸收分光光度計、原子熒光光度儀、流動分析儀、離子色譜儀等各類檢測儀器實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集功能，即儀器產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)文件自動關(guān)聯(lián)到每張原始記錄表單，以PDF格式展示，方便工作人員隨時查看，同時確保了檢測數(shù)據(jù)的可溯源。

3．6系統(tǒng)管理

實驗室系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)功能模塊包括檢測項目管理、檢測方法管理、檢測標(biāo)準(zhǔn)管理、人員權(quán)限管理等功能［5］。

4應(yīng)用優(yōu)勢

4．1提高水質(zhì)監(jiān)測管理能力

《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評價檢驗檢測機構(gòu)通用要求》于2018年5月正式實施，這是檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定對檢驗檢測能力評價的通用要求［6］。浙江省水資源監(jiān)測中心水質(zhì)監(jiān)測實驗室管理系統(tǒng)結(jié)合最新軟件技術(shù)及與該通用要求和水利部有關(guān)水質(zhì)監(jiān)測管理制度，建立水質(zhì)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)化工作流程，以增強水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)管理效能。該系統(tǒng)的建成不僅對浙江省各市今后建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測信息管理系統(tǒng)起到規(guī)范作用，也將在提高浙江省水利行業(yè)水質(zhì)監(jiān)測管理能力上起到引領(lǐng)作用［7］。

4．2提升監(jiān)測成果一體化水平

水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)管理平臺的功能，可及時保存實驗室儀器設(shè)備產(chǎn)生的所有檢測結(jié)果及產(chǎn)生結(jié)果的過程中一系列的中間數(shù)據(jù)，在保障數(shù)據(jù)完整性的同時也避免了二次錄入可能產(chǎn)生的差錯。并且，本系統(tǒng)新開發(fā)的野外便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀器設(shè)備實時傳輸功能作為數(shù)據(jù)來源上游模塊之一，其產(chǎn)生的檢測結(jié)果和中間數(shù)據(jù)也全部與系統(tǒng)對接，這將進(jìn)一步提升浙江省水質(zhì)監(jiān)測成果的一體化水平。

4．3提供動態(tài)模型基礎(chǔ)性資料

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)的不斷發(fā)展，對水利行業(yè)大數(shù)據(jù)建模的研究會越來越受到重視，系統(tǒng)為建模研究提供基礎(chǔ)性資料，這也是大數(shù)據(jù)時代的必然要求［8］。也是為水質(zhì)監(jiān)測成果的深加工利用服務(wù)是系統(tǒng)未來發(fā)展的重點和趨勢。該系統(tǒng)為水質(zhì)監(jiān)測成果的深加工利用的發(fā)展趨勢提供了保障。比如通過對水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并結(jié)合多因子回歸方法等數(shù)學(xué)模型，建立動態(tài)模型，研究水體的水質(zhì)水量的變化以及與水質(zhì)水量關(guān)聯(lián)因素之間的關(guān)系，探索水量動態(tài)變化時，水質(zhì)及水生態(tài)的變化情況等［9］。

參考文獻(xiàn):

［1］鐘仙．實驗室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．成都:電子科技大學(xué)，2018．

［2］周建華，蔡亦泠，朱敏瑩．通過實驗室信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)實驗室的全面質(zhì)量管理［J］．上海醫(yī)藥，2018，39(7):62－64．

［3］莫建芳．實驗室信息管理系統(tǒng)與質(zhì)量控制［J］．中國衛(wèi)生檢驗雜志，2011，21(1):230－231．

［4］雷雯，李增芳．基于微信的高校實驗室共享平臺設(shè)計與實現(xiàn)［J］．浙江水利水電學(xué)院學(xué)報，2018，30(2):59－65．

［5］曹櫻櫻，盧衛(wèi)．浙江省水質(zhì)監(jiān)測資料的整編與技術(shù)規(guī)范［J］．浙江水利水電學(xué)院學(xué)報，2019，31(5):32－34．

［6］中國國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會．RB/T214—2017檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評價檢驗檢測機構(gòu)通用要求［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017．

［7］蘇從霞，馮江德．運用LIMS技術(shù)提高實驗室管理水平［J］．石油規(guī)劃設(shè)計，2010，21(2):47－48．

［8］劉玉婷，王亞春，蔡建和．LIMS提升實驗室管理水平探討［J］．輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013(4):71－72．

［9］張旭，張慧萌，陳婷．淺談實驗室信息管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀［J］．標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2016(10):22－25．

作者：盧衛(wèi) 何曉珉 曹櫻櫻 單位：浙江省水文管理中心