生物电镜观测网上预约追踪系统的开发

王奕文， 刘 欢， 倪 兵

(华东师范大学 a.电镜中心； b.信息化办公室，上海 200062)

0 引 言

华东师范大学电镜中心是属于华东师范大学物质结构观察与分析综合实验室的服务测试平台，目前中心实行全委托式服务，这种测试服务模式的优点就是管理体系简单、用户劳动强度低、设备故障风险小。但是在具体的测试服务过程中其缺点也很明显，以生物样品的测试为例：① 仪器分类多，用户群体不一，实验室工作人员劳动强度大：电镜中心目前拥有透射电镜2台、扫描电镜2台及激光共聚焦显微镜1台，共有3位工作人员负责。不同仪器的测试内容不同，其操作方式不同，对于样品制备的要求也不相同；同时电镜中心面向校内外提供测试服务，用户范围广，委托测试样品的种类特点各不相同，从而使得实验室工作人员在最终获得观察结果之前，首先要对用户的样品进行甄别判断，在样品处理过程中分别对待，如固定时间的长短、是否需要离心等，增大了工作人员的劳动强度。② 时间周期长，实验室工作成本较高：用于电镜观察的生物样品，制备过程繁琐复杂，从最初取材部位的选择，经固定漂洗，梯度脱水，到用于透射电镜观察的渗透包埋、超薄切片、电子染色，或者用于扫描电镜观察的零界点干燥、离子溅射喷镀，均需要较长的时间，而且生物电镜使用试剂价格昂贵，消耗量大，所需载网和载物台成本均很高[1]。③ 服务质量过分依赖于工作人员的经验，用户的研究效率低：测试服务通常由工作人员负责电镜的操作，用户在有限时间内选取有限数量的照片，该过程中拍照位点的选择主要依赖于工作人员的以往经验，而用户则往往缺少相关知识，要在取回结果后才能进行系统分析，因此一些样品间的特殊差异和变化可能会被忽略而造成研究不够深入，效率低。

目前电镜中心采用的预约方式主要为上门登记和电话预约，而由于生物样品处理周期长、用户实验安排不当等原因，很多预约安排不能严格按照规定时间段完成观察，从而存在预约混乱的问题；其次用户在送样初期，不能充分了解电镜样品前处理所需试剂和方法，需要工作人员口头教授，容易产生沟通不畅，理解错误的情况，即存在信息传达的问题，导致用户不能正确掌握前处理技术，易造成样品的损失和电镜观察的拖延；另外在工作量审查中，由于用户对于样品处理要求不同，如仅做半薄切片或仅做离子溅射喷镀，使得工作量记录琐碎，不易统计。

在信息化发展日益迅速的今天，华东师范大学电镜中心通过建设网上预约追踪系统和知识管理库系统，使电子显微镜的管理和测试工作更为规范、有序和高效[2-3]。通过网上预约追踪系统和知识管理库系统，以期使用户对于仪器使用情况、样品处理方法和结果分析研究一目了然，高效有序地在这一平台上与工作人员和老师同学互动，最终实现仪器的最大化利用，为校内外师生提供更为优质的服务[4-6]。

1 系统设计

1.1 预约追踪系统的设计

业务流程的梳理是本系统设计开发中的重点。清晰合理的流程设计能提高预约追踪系统的运行效率，降低管理人员的工作压力。根据电镜观测的线下步骤，梳理并确定了网上预约追踪系统的业务流程，如图1所示。

首先，新用户登录本系统时，自行注册网站帐户，该账户将作为用户日后在网站中查询和管理自己预约信息的身份依据。用户账户分为校内和校外两种，以便于在费用计算、工作量考核等情况下能够将不同来源的数据加以区分。

图1 预约系统业务流程

其次，登录用户可以查看电镜观测服务项目及其状态。当仪器出现故障无法正常提供观测服务时，用户将无法提交预约申请，但能够查看仪器故障原因和预计恢复服务时间。对于正常运行的服务项目，用户能够以预约的方式进行申请。

电镜中心管理人员对来自用户的预约请求进行审核。对于初次预约的用户，由于其身份真实性不可知，需要由管理人员根据用户资料与其联系，以确定其身份。管理员根据用户预约申请的样品名称、样品性质安排观测服务的时间表，确定送样日期。

用户按照约定日期送样以后，根据服务日程表，电镜中心将进行样品的预处理等工作。在此阶段，管理人员将在预约系统后台不断更新各样品的处理情况，见图2。用户可以登录自己帐号，动态查询自己的观测服务信息。除每批样品的信息外，系统还提供了单个样品的信息查询，用户可以通过输入每个样品的编号，精确查询某个样品的处理情况。当样品预处理结束后，将进入电镜观察阶段。用户可以根据系统提示的预约日期前往电镜中心进行现场观察。同时，管理人员也可以通过将观察的电子图片结果传送到后台，用户不必前往现场，即使在远程也能够直接下载获取观测结果。最后，系统将对观测服务费用进行结算和处理[7]。

图2 不同处理阶段样品信息

1.2 知识库系统设计

由于生物电镜样品复杂且信息量大，在积累丰富经验的基础上进行观测才能获得较好的实验结果，而预约用户往往需要根据这些经验准备实验样品并在现场自主观察，因此相关知识总结对于用户提高实验结果的质量是非常重要的，有必要建立相应的知识库系统作为预约系统的辅助功能。

用户可以在知识库中上传每次观测结果的收获和体验，甚至是图片和视频资料，成为知识库的内容贡献者。同时，也可以搜索和查看知识库中的内容，收藏自己感兴趣的知识。整个知识库类似于小型的维基系统。其中，标签是用户对知识进行标记的重要功能，有助于用户快速查找到相关知识，或是对知识进行分类管理。标签的热门程度也能够体现用户的关注焦点。

1.3 用户权限设计

本预约系统中主要有两种权限，分别为管理员和用户[8]。管理员分为系统管理员和技术人员两类，如图3所示。系统管理员主要对系统的仪器状况、服务内容、费用情况、用户列表等信息进行维护，并审核来自用户的预约请求。技术人员在每个样品进行每一阶段的处理后，及时更新该样品的状态；并在电镜观察后将图像结果进行上传。此外，系统管理员和技术人员还共同维护和管理相应的知识库系统。

图3 预约系统管理权限

用户主要包括校内和校外两种，以便于测试费用的分别处理。用户的权限包括提交预约申请，动态查询服务信息，使用知识库系统等。

1.4 移动设备优化

在移动设备发展迅速的今天，为了实现电镜预约服务的随时、随地，需要使预约系统能够跨平台工作，其中关键之处在于系统对移动设备的优化[9]。一方面，系统需要对移动页面进行简化，精简页面内容，减少载入时间，同时使用响应化设计，确保系统在不同分辨率设备中的正确显示；另一方面，在移动页面中避免使用诸如Flash之类的控件，尽量使用HTML5和JavaScript进行替代，同时检测JavaScript在不同移动设备下的兼容性。

2 预约系统的开发与实施

2.1 系统服务器与数据库

由于电镜预约系统对象人群仅为高校和研究机构的相关专业人员，其使用人数较少，导致一方面系统访问量不会太高，另一方面系统的并发访问数并不高。这些都表明后台的压力不大，因此在选择相应的数据库和服务器时，可以选择成本较低的方案。

在开发中选择了SQL Server 2000作为预约系统的数据库[10]，服务器选择使用IIS 6.0，并使用ASP作为开发脚本[11]。其中，系统中主要的数据如表1所示。

表1 系统主要数据表

2.2 用户操作后台开发[12]

用户操作后台的功能主要包括用户的注册、登录、开放服务查询、服务预约和电镜预约记录查看。当用户注册时，系统将用户数据写入t_User表，并在登录时查询该表以判断登录成功与否。用户在查询开放服务时，返回t_Service表中的服务列表。用户可以查看各项服务的内容详情，并对状态信息为“正常”的服务进行预约。预约表单中填写的信息被提交至t_Appointment表。在整个观测过程中，管理员将依据观测进度修改t_Appointment表中的各条记录状态，用户可以始终通过登录查看每项预约的进度变化。

用户可以在每次登录后对个人信息进行维护，预约时系统将自动从t_User表中读取这些信息内容，并预置在预约表单中，从而避免用户每次都需要填写大量个人信息的复杂操作。

2.3 管理后台开发

管理后台的功能主要包括管理员的登录、开放服务的增删和修改、预约记录的维护、用户的管理等。由于管理者主要为本校教职工，为了确保后台数据的安全性，管理员用户名为其学校公共数据库中的工号，密码为公共数据库中的对应密码。登录时，首先将用户名和密码提交至学校的统一身份验证进行判定，如判定通过，再将用户名与t_Admin表中的工号进行匹配，若数据库中存在该工号的账户，则说明该用户有效并能够进入管理后台。使用统一身份验证与本地数据库验证相结合的方式，使管理员不必额外记忆一套管理密码，同时大大提高了系统的安全级别。

管理人员对开放服务的维护通过t_Service表完成，除服务的增加与删除外，由于仪器故障等原因所导致的服务开放状态变化也体现在该表中，管理员根据当前服务是否可用来动态修改t_Service表中的数据，不可用的服务将无法被预约。此外，每一种服务被自动分配一个id号，以便与预约数据中的服务类型相匹配。

在预约记录的维护界面，t_Appointment表将返回目前的所有预约信息，其中包括了每条预约记录的申请人信息、样品信息等，并通过服务的id匹配显示对应的预约服务类型。管理人员根据预约信息安排工作时间表，并在观测的各个阶段动态通过管理后台定期更新各条记录的状态。由于系统在预约记录中，给每份观测样品分配了一个唯一的序列号，管理人员可以方便地维护单个样品的状态信息。同时，预约者也随时可以在前台输入该序列号，查看t_Appointment表中每个样品的处理情况。

最后，管理员还需要查看和管理所有的用户信息，通过t_User表可以方便地进行用户信息的操作处理。此外，系统还预置了激活功能，当管理员开启用户激活时，初次注册的用户信息在t_User表中的相应记录为未激活状态，需要管理员通过电话、Email联系进行实名确认后，再由管理员对用户帐号进行激活，以避免虚假的预约信息。

2.4 知识库开发

在现有的用户数据库基础上，使用轻量级的开源系统AspWiki作为知识库的维基系统[13]。AspWiki提供了文件在线编辑、文件自主分类、文件共享、文档共同修改、历次修改记录回溯等维基功能，可以通过用户登录、记录写入、搜索等接口来实现与现有系统间的无缝结合。预约观测的最终实验结果或用户心得体会能够直接推送到维基系统中，形成知识的积累。

2.5 前台页面开发

除上述的后台功能外，电镜预约系统还需要制作前台页面来显示电镜中心的各种信息，如电镜中心介绍、各种服务的资费说明、规章制度、图像和视频资料下载等。前台页面使用HTML5、CSS3和JavaScript相结合进行开发[14]。此外，通过响应设计，使前台页面针对移动设备进行优化，使用户即使在手机屏幕上也能很好操作和使用本系统。

2.6 系统安全

在黑客攻击和木马传播屡屡发生的互联网环境下，信息安全防护对于电镜预约系统的稳定运行至关重要。除前述的统一身份验证提高管理员登录安全级别外，系统还需要程序和服务器端的相应安全措施，保障web服务运行。在本程序中，主要使用SQL防注入方法提高防护级别，对含有文件上传的脚本代码进行漏洞排查，阻断外来木马上传的通道[15]。在服务器端，设置强健的服务器帐号密码，严格控制文件夹的写入权限，安装服务器防火墙，并做好数据的定期备份工作。

3 结 语

华东师范大学电镜预约追踪系统的建立受到了学校的大力支持，并获得“实验教学设备研制项目”的资助，通过本校电镜中心和信息化办公室的共同研究，以期建立稳定的信息化平台，进而推广至全校各个实验教学相关中心。自该系统创建以来，已稳定运行超过一年。经过实际使用，方便了校内外用户的预约，简化了工作流程，大大提高了管理工作效率，对科研和教学起到了有益的帮助。

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