计算机技术在水质检测实验室信息管理系统中的应用

崔磊（青岛市城市排水监测站，山东青岛 266002）



计算机技术在水质检测实验室信息管理系统中的应用

崔磊
（青岛市城市排水监测站，山东青岛 266002）

介绍计算机技术在水质检测实验室信息管理系统中的应用，基于信息管理系统的总体设计思路，探讨计算机数据库技术和网络技术在排水监测站实验室信息管理系统中的应用。水质检测实验室信息管理系统是集分析检测、质量控制及实验室综合管理于一体的模块化、开放式信息平台，主要应用于水质检测流程控制、质量监测和实验室管理。对计算机技术在水质检测实验室信息管理系统建设中的应用进行分析，为水质检测实验室信息管理系统的建设应用提供解决方案。通过实验室信息管理系统建设，可以规范实验室的管理，调动实验室各种资源，提高工作效率，加大对污废水排放的监管力度。

计算机；数据库技术；网络技术；实验室信息管理系统

计算机技术的进步促使现代工业技术在快速发展，随着科研和生产技术的不断发展，水质检测实验室的检验技术也从手工分析发展到仪器分析，检验项目大量增加，对数据的准确性和报出时间的要求越来越严格。由于数据处理量急速增加，原来的人工管理模式在这种形式下已显得不太适应，使用计算机实现系统高度集成、数据移动处理、智能分析等管理手段［1］应运而生。在这一背景下，网络化信息平台已在我国获得大量应用，如广州市环境监测中心站建立了网络化信息平台，对空气质量实时监控［2］；网络化信息平台在图书馆［3］、医院［4］、高校实验室仪器设备［5］及计算机应用实验室的信息化管理［6］等均有应用；在水质分析实验室中的应用也越来越广泛［7］。目前已经建立基于计算机数据库管理技术［8］的信息管理系统（LIMS）的实验室有广州市排水监测站、天津市排水监测站、北京自来水公司水质监测站等。而青岛市城市排水监测站LIMS的建设旨在提高检测业务的规范化管理水平和工作效率；提高实验室的自动化水平，充分利用仪器设备和人力资源；完成LIMS和WEB的集成［9］，通过信息的及时传递和共享，为监测站的质量控制和生产优化提供及时可靠的支持，为质量管理提供基础数据。笔者兼顾计算机数据库维护［10］和计算机网络安全防护［11］方便快捷等特点，根据实验室的实际特点自行开发设计了水质检测实验室LIMS，其特点是克服了以往一些信息管理系统缺乏交互性和无线通讯的缺点，在实验室信息管理系统中应用ASP. NET技术［12］，使生成的网页具有很强的动态性和交互性。客户端可以方便地查询信息并提交预约申请，管理员根据设备使用情况安排使用时间，所有预约信息会实时显示在网络上。应用无线通讯技术［13］，通过支持WAP （无线应用协议）［14］，使管理人员方便地利用移动电话和掌上电脑等无线设备随时掌握实验室的信息。

1　水质检测实验室信息管理系统总体设计思路

水质检测实验室信息管理系统将系统划分为数据层、系统服务层、功能层、应用层4个层次。

1.1数据层

数据资源层主要用来存储和管理系统涉及到的所有数据，它不仅包括各类数据在数据库中的存储内容、组织方式和存储机制，还指明了数据的管理模式和入库更新机制。系统数据在这里进一步细化为监测业务数据、其它业务数据及现有系统数据等。

监测业务数据：和实验室检测流程相关的数据，是本系统最为重要的数据。

其它业务数据包括实验室资源数据、质量管理数据等。

现有系统数据是指本系统要集成的现有系统的数据，包括在线监测数据等。

1.2系统服务层

服务层是系统构建在数据层上支撑着整个系统的企业级基础框架，为业务应用层提供基础服务。根据服务的侧重点不同划分为不同的服务应用，主要包括工作流、管理、报表服务、系统管理、数据管理、服务管理。

工作流：系统提供工作流服务基础，用以完成实验室的各种业务流程。

管理：通过该项服务，系统可以及时调整权限、角色，使整个系统具有极强的灵活性。

查询服务：提供了方便实用的综合查询统计等功能。

报表服务：提供报表设计模版的解析功能，为系统提供功能强大的报表分析功能。

1.3功能层

功能层实现需求的各项功能系统，该信息管理系统将功能层划分为6个子系统，分别为实验室检验业务流程管理子系统、实验室资源管理子系统、质量管理子系统、仪器自动数据采集子系统、系统管理子系统及查询统计子系统。

1.4应用层

应用层是面向用户的最终操作层。包括排水监测站、污水排放企业、城市管理局、排水管理处、环保局等部门，这些不同的角色，均可通过应用层实现不同管理需求。

2　计算机数据库技术的应用

2.1设计思想

数据库的设计从大局着眼，从系统工程的角度把握全局，注重数据库的一致性、规范性、稳定性、安全性、可扩展性、前瞻性和先进性，对实验室管理系统的建设目标和业务需求全面进行详细分析，是进行本系统数据库设计的基本指导思想。数据库不仅能满足当前的需求，也能满足今后的扩展；既能为本系统服务，也能和其它系统结合，满足其它系统的需求。

2.2设计原则

数据库建设遵循以下几个原则：

（1）先进性原则。采用当前最新和最通用的硬件平台和数据库软件平台、先进的生产技术、建设方案、作业工艺、建库标准，做到城市排水监测站内的多种数据的一体化管理。在保证系统的稳定性、成熟性的同时，具有一定的先进性，以保证系统的长期发展需要。

（2）高效运行化原则。数据库的管理与应用系统是一个运行化的系统，机构设置、软件和硬件配置要互相协调，生产效率高，生产的数据要符合规范要求，避免数据重复采集，建立的数据库系统能够业务化运行。

（3）网络化原则。网络化是当今信息系统的主流。该系统的数据库建设方案紧跟网络化的发展，采用Client/Server和Brower/Server相结合的结构，分布式数据库管理，因特网信息发布等最新技术。

（4）标准性、规范性原则。数据库建设应遵循和执行国家的统一标准和规范，确保数据库标准、规范。

（5）可扩充性原则。系统在设计上充分考虑系统数据和系统功能的扩展，必须能方便地实现数据库管理，以满足将来与其它专业应用系统衔接的需求。

（6）安全保密性原则。采用严格的安全保密措施，设置多级安全机制。明确各级工作人员的职责，保证各司其职、各负其责。

2.3数据库内容规划

从逻辑上，系统数据根据内容可以分为业务数据和管理数据两种。

2.3.1业务数据

业务数据包括与实验室监测流程以及实验室资源相关的各类数据，主要有采样表、委托监测表、接样表、分样表、分析项目表、分析方法表、分析结果表、实验室各类资源表、监测报告表、质控数据表及基础参数表。

2.3.2管理数据

系统管理数据是指系统运行、业务建模、业务流转以及系统管理所必须的数据，包括系统数据、权限数据、运行参数、业务规则、系统日志等。这些数据是系统最基础的数据，与业务数据相互隔离，对业务的修改不会影响到这些数据。管理数据内容包括以下8个方面。

（1）机构设置。包括城市排水监测站机构基本资料、隶属关系。

（2）数据。记录基本信息，包括姓名、编号、性别、出生年月、家庭地址、联系电话、所属科室和职务等系统的基本资料。

（3）角色数据。根据权限和承担职能将系统划分为不同的角色，角色数据记录角色名称、编号、可访问系统权限信息、可访问数据权限信息等内容。

（4）权限数据。将系统功能与可访问数据权限细分为最小单元，存储在权限数据表中，记录权限名称、类型、控制级别等信息。

（5）界面定义数据。系统实现单点登录，系统主界面和业务表单界面根据权限存储在数据库中，登录时动态解析出系统界面。

（6）工作流数据。存储系统业务流程、节点、办文时限、角色分配、节点可访问表单信息、表单字段可读可写信息。

（7）模型数据。包括各种分析、评价模型数据。

（8）工具数据。包括各种辅助工具数据，如符号库、汉字库、数据字典库，各类指标体系库等。

2.4计算机数据库技术应用分析

实验室内部以C/S模式为主，实验室外部以B/S模式为主。数据库访问采用Windows标准的MDAC数据访问组件，系统采用稳定可靠的关系化数据库Microsoft SQL Server2008，可在局域网内Win XP/Win2003/Win7/Win10等中文平台上稳定运行。作为应用广泛的数据库管理系统，Microsoft SQL Server 2008数据库软件具有许多显著的优点：易用性、适合分布式组织的可伸缩性、用于决策支持的数据仓库功能、与许多其它服务器软件紧密关联的集成性、良好的性价比等。Microsoft SQL Server 2008数据库软件完全能够满足实验室管理系统的数据管理需求，可以和实验室现有的ACCESS数据库有效集成，将现有数据库中的采样厂家数据，报告编制数据等信息自动集成到新的Microsoft SQL Server 2008数据库中，有效解决重复设计录入数据问题，加强对实验室业务和其它业务流程的数字化管理，进一步提高工效效率。拟通过建设实验室信息化管理平台，系统遵循ISO/ IEC17025以及城市排水监测站的相关质量体系文件，基于标准化的实验室管理思想，实现以实验室业务流程管理为核心的全方位管理。加强质量保证体系和协同工作能力，减少混乱和纠纷；提高实验室管理的整体水平；提升实验室的形象和办公效率。快速准确地完成各类分析测试和数据的采集、加工和存储。实现全实验室、全业务的计算机化管理；实现Web与LIMS数据的共享；实现检测数据处理系统的联网运行以及数据的信息化管理，帮助城市排水监测站改变以前的运行和管理模式，使得对社会开展的分析测试等服务的数据处理、数据管理规范化、科学化和现代化，同时便于数据的查询和统计。加强对实验室业务和其它业务流程的数字化管理，进一步提高工作效率。

2.5计算机数据库安全技术分析

2.5.1适当使用数据库加密技术

数据库的安全威胁不全是来自于外部操作，很多一部分源于内部网络中，很多人在内部使用时利用自己操作之便，越权使用和修改一些数据库资料，这时加密处理显得特别重要。通过对重要数据实行一切加密技术的处理，在他人使用到数据库这方面文件的时候，自然就会受到拦截，这样数据库的安全性能就得到了保障。

2.5.2形成数据备份与数据恢复习惯

系统故障在数据库使用管理中是不可避免的，在产生故障时会使数据丢失。如果提前做好数据库的备份，即便数据信息受到破坏，也不必担心，可以使用数据库的恢复功能来完成现有数据的还原，使数据库的安全性和一致性得到保障，所以应形成数据备份和数据恢复的习惯。

3　计算机网络技术的应用

在信息管理系统设计中应用计算机网络技术，采用统一的浏览器界面和以Web服务器为中心的分布式管理体系，使用极其方便，数据的共享和发布更简单，功能更全面，软件的二次开发更容易。系统的计算机网络作为其信息管理的支撑平台，处于核心位置，既要满足目前的业务需求，又要考虑未来的发展。基于Web技术的第四代实验室信息管理系统是目前实验室管理的发展趋势。相对于以前的LIMS，基于Web技术的实验室信息管理系统具有如下优点。

（1）基于B/S结构，很容易部署在广域网和Internet上；只需要管理好服务器，客户端只采用Web浏览器，无需安装任何客户端软件，无需维护；不限制用户规模，就可实现远程维护、升级和数据共享。

（2）可以容易地利用Internet联结多个地点的实验室。

（3）通过Internet，用户可以在家、在旅途等任何一个有Internet连接的地方使用LIMS，无限扩展了LIMS的适用范围。

（4）支持无线用户，即通过支持WAP （无线应用协议），使得管理人员可以非常方便地利用移动电话和掌上电脑等无线设备随时掌握实验室的信息，这为需要经常参加各种会议的实验室管理人员提供了方便。

3.1主要技术

在设计系统时，应用的技术有ASP.NET技术和HTML技术。

3.1.1工具软件

采用HTML语言设计，静态网页采用Dreamweaver CS6制作。

3.1.2Vbscript或Javascript脚本语言

这两种脚本语言是网页制作中在服务器上运行的语言，许多服务器端的数据处理都是通过它们来实现。

3.1.3ASP.NET技术

ASP.NET包含的内置对象有Page，Request，Response，Application，Session，Server，Mail和 Cookies。这些对象使用户更容易收集通过浏览器请求发送的信息、响应浏览器以及存储用户信息，以实现其它特定的状态管理和页面信息的传递。使生成的网页具有很强的动态性和交互性。内嵌对象可以与脚本语言有机地融合在一起，以增加服务器端的操作灵活性，从而使设计者可以以透明的方式进行访问而不必顾及底层的复杂动作。

（1）内嵌对象。Session：用于在一个客户的多页面之间共享数据；Application：用于在多个客户之间共享数据；Request：用于接收客户提交的数据；Response：用于将数据下载到客户端并生成动态页面；Server：用于创建各种对象，访问系统数据；Object Context：用于管理Web服务器应用程序及事务处理。

（2）外挂组件。ADO Connection对象：实现Web服务器与数据库的连接；ADO Command对象：使用SQL实现数据库查询；ADO Record Set对象：存放数据库的操作结果；ASPUPLOAD：文件上载组件；fPop Calendar：日历控件。

3.2技术要求

实验室信息管理系统采用符合城市排水监测站业务需要的计算机网络技术，在硬件方面进行了综合布线，并且局域网和国际互联网物理隔离，局域网主干带宽100 Mbps至桌面，同时选择主流、稳定的服务器系统平台，利用现代化的信息处理技术，建立覆盖监测站各职能部门的主干为高带宽的计算机网络系统，必须具备以下要求。

（1）高带宽。计算机网络目前主要支持大量的数据传输，将来有可能需要具有语音、视频以及多媒体的传输能力。为此采用先进、高带宽的网络技术（如ATM或千兆以太网），以适应大数据量和将来多媒体信息的传输；考虑到在未来较长一段时间内主要是以解决数据共享、数据处理等方面的计算机实现，而多媒体应用的实施则是在外界条件成熟以后再考虑，所以在设计硬件系统时立足于主系统的性能需求，主干线路为带宽1 000 Mbps网络，保证主干网的网络负载率满足数据传输实时性的要求。

（2）高可靠性。网络系统具有高可靠性、高安全性。网络系统必须实现物理层、数据链路层和网络层的备份技术，以保证系统长时间可靠的运行。这就要采用先进的网络技术，如网络交换技术、网管技术，通过智能化的网络设备及网管软件实现对计算机网络系统的有效管理与控制；实时监控网络运行情况，及时排除网络故障，及时调整平衡网上信息流量。

（3）可扩展性和可升级性。信息管理系统具有可扩展性和可升级性。随着业务的增长和应用水平的提高，网络中的数据和信息流将可能按指数增长，需要网络具有很好的可扩展性，并能随着技术的发展不断升级。

（4）易管理、易维护。计算机网络技术的应用充分考虑网络系统需要具有良好的可管理性。网管系统具有监测、故障诊断、故障隔离、过滤设计等功能，并且尽可能选取集成度高、模块可通用的产品，以便于系统的管理和维护。为保证整个信息系统的安全可靠，还必须建立网络与软件的管理监控系统，对系统的服务器、网络设备、终端、数据库、应用软件等实行有效的实时监控，要求管理平台必须易于使用、集成和扩充，系统中的资源均可通过直观的人机界面进行监控、管理，使管理员不仅可以处理出现的问题，而且还能够发现系统及网络中潜在问题。

（5）安全性。由于系统有多方面的应用，并要与外界互联，因此网络系统应具有良好的安全性。与外界互联需加载硬件防火墙，以保证系统的安全性。

4　结语

研究的计算机数据库技术和网络技术应用在信息管理系统中，对于提高管理系统在运行时数据传输的高效性、准确性有重要意义。这些最新的计算机数据库及网络技术在LIMS中的应用，代表了近一段时期LIMS技术的开发思路。这些计算机新技术的应用给水质检测实验室的管理提供了便利条件。但同时，随着计算机技术的进一步创新发展，一些最新的计算机技术，如物联网技术的应用［15］将仪器设备与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现监控和管理，将带动实验室信息管理系统有更大的跨越发展，为实验室的管理工作提供更加及时与便利的帮助，这也是下一步需要研究改进的方向。

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Application of Computer Technology in Laboratory Information Management System

Cui Lei
（Qingdao Municipal Drainage Monitoring Center， Qingdao 266002， China ）

The computer technology in water quality testing laboratory information management system（LIMS） was introduced. The application of computer database technology and network technology in drainage monitoring laboratory information management system was discussed from starting of the overall design ideas of information management system. Water quality testing laboratory information management system is a set of comprehensive detection，quality control and laboratory management information platform of integration，modularization，opening，which played an important role in the test process control，quality surveillance and laboratory management. The application of the computer technology in the application of the water quality testing laboratory information management system construction was analyzed，the construction solutions of water quality testing laboratory information management system was provided. Through the construction of laboratory information management system， the management of the laboratory was standardized，the resources of the laboratory was mobilized，and the work efficiency was improved，so it can intensify supervision on wastewater emission.

computer； database technology； network technology； laboratory information management system

O652

A

1008-6145（2016）04-0102-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.04.028

联系人：崔磊；E-mail: jcz0532@sohu.com

2016-04-12