水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè);應(yīng)用

《中華人民共和國水文條例》要求，“水文機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)水資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)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(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)和調(diào)查，及時(shí)將監(jiān)測(cè)、調(diào)查情況和處理建議報(bào)所在地人民政府及其水行政主管部門。”當(dāng)前，因?yàn)樾乱惠啓C(jī)構(gòu)改革，水利部門的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作重點(diǎn)已由水功能區(qū)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向國家重點(diǎn)水質(zhì)站、水源地等水質(zhì)監(jiān)測(cè)。水利部門開展的江河湖庫水質(zhì)監(jiān)測(cè)，將為保障供水安全、水利工程管理和河湖長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室管理當(dāng)中［1］。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)任務(wù)日益繁重，水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)逐年增加，檢測(cè)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(cè)管理的發(fā)展趨勢(shì)［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(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)應(yīng)用，提高實(shí)驗(yàn)室信息化管理水平”的要求。2017年，浙江省水資源監(jiān)測(cè)中心開始研發(fā)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，2019年11月完成試運(yùn)行。

1設(shè)計(jì)目標(biāo)浙江省水資源監(jiān)測(cè)中心水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代化管理。系統(tǒng)通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)室的采樣、檢測(cè)、評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)流程和各要素有機(jī)結(jié)合，組成一個(gè)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(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制能力的基礎(chǔ)上，使水質(zhì)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程更加符合資質(zhì)認(rèn)定要求，監(jiān)測(cè)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(jí)設(shè)計(jì)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(cè)管理的信息系統(tǒng)需要而構(gòu)建的符合操作邏輯，人機(jī)交互，界面美觀的整體平臺(tái)設(shè)計(jì)。頁面緊扣LIMS要求的水質(zhì)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)邏輯。表現(xiàn)層的界面設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)易和界面友好為宗旨，管理人員和檢測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(cè)實(shí)際業(yè)務(wù)流程緊密貼合。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(jì)、資源管理模塊、用戶管理模塊、系統(tǒng)設(shè)置管理模塊。每個(gè)模塊對(duì)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(cè)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(cè)人員的水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(gè)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(shí)現(xiàn)，主要包括數(shù)據(jù)交換、工作流、內(nèi)容管理、報(bào)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(gè)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(jiǎn)單地說，一個(gè)業(yè)務(wù)支撐組件可以模擬為數(shù)據(jù)庫表中的一個(gè)或多個(gè)邏輯表，其內(nèi)容可能來自于一個(gè)或者多個(gè)物理表中的字段，即一個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體的屬性和一個(gè)物理表字段一一對(duì)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(shí)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(duì)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(cè)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(chǔ)到對(duì)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(cè)涉及的采樣、檢測(cè)、評(píng)價(jià)流程及對(duì)流程中各要素質(zhì)量控制管理，同時(shí)通過應(yīng)用軟件與計(jì)算機(jī)等硬件結(jié)合，將水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(jī)結(jié)合，組成一個(gè)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(cè)流程管理、質(zhì)量控制管理、資源管理等功能。

3．1檢測(cè)流程管理

檢測(cè)流程實(shí)現(xiàn)從水質(zhì)站設(shè)置、采樣任務(wù)下達(dá)、現(xiàn)場(chǎng)采樣和檢測(cè)、樣品驗(yàn)收和流轉(zhuǎn)、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)校審核、檢測(cè)報(bào)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(chǎng)質(zhì)控、實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控及統(tǒng)計(jì)分析三個(gè)部分。采樣現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控主要是對(duì)采樣到位、現(xiàn)場(chǎng)平行樣和全程序空白樣的管理;實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控主要是對(duì)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(jì)分析主要包含檢測(cè)數(shù)據(jù)全流程溯源及對(duì)有關(guān)檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)偏差和回收率的評(píng)定，質(zhì)控?cái)?shù)量和合格率的統(tǒng)計(jì)等［3］。

3．3資源管理

資源管理主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)分析管理

該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)的綜合查詢，可以采用趨勢(shì)圖或其它圖形展示檢測(cè)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，并在地圖上顯示監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置及相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

3．5儀器數(shù)據(jù)接口管理

對(duì)于原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光光度儀、流動(dòng)分析儀、離子色譜儀等各類檢測(cè)儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能，即儀器產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)文件自動(dòng)關(guān)聯(lián)到每張?jiān)加涗洷韱?，以PDF格式展示，方便工作人員隨時(shí)查看，同時(shí)確保了檢測(cè)數(shù)據(jù)的可溯源。

3．6系統(tǒng)管理

實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)功能模塊包括檢測(cè)項(xiàng)目管理、檢測(cè)方法管理、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)管理、人員權(quán)限管理等功能［5］。

4應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4．1提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理能力

《檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評(píng)價(jià)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)通用要求》于2018年5月正式實(shí)施，這是檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定對(duì)檢驗(yàn)檢測(cè)能力評(píng)價(jià)的通用要求［6］。浙江省水資源監(jiān)測(cè)中心水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)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(cè)管理制度，建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化工作流程，以增強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)管理效能。該系統(tǒng)的建成不僅對(duì)浙江省各市今后建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)管理能力上起到引領(lǐng)作用［7］。

4．2提升監(jiān)測(cè)成果一體化水平

水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的功能，可及時(shí)保存實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備產(chǎn)生的所有檢測(cè)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(shí)也避免了二次錄入可能產(chǎn)生的差錯(cuò)。并且，本系統(tǒng)新開發(fā)的野外便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備實(shí)時(shí)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(cè)結(jié)果和中間數(shù)據(jù)也全部與系統(tǒng)對(duì)接，這將進(jìn)一步提升浙江省水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果的一體化水平。

4．3提供動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)性資料

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)水利行業(yè)大數(shù)據(jù)建模的研究會(huì)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(shí)代的必然要求［8］。也是為水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果的深加工利用服務(wù)是系統(tǒng)未來發(fā)展的重點(diǎn)和趨勢(shì)。該系統(tǒng)為水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果的深加工利用的發(fā)展趨勢(shì)提供了保障。比如通過對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并結(jié)合多因子回歸方法等數(shù)學(xué)模型，建立動(dòng)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(dòng)態(tài)變化時(shí)，水質(zhì)及水生態(tài)的變化情況等［9］。

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

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作者：盧衛(wèi) 何曉珉 曹櫻櫻 單位：浙江省水文管理中心