计量检测数据采集与智能化管理

管宇旻 汤亚杰 徐剑桥 / 上海市计量测试技术研究院

计量检测数据采集与智能化管理

管宇旻 汤亚杰 徐剑桥 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

计量检测数据的获取、处理与管理是计量技术机构日常检测工作中最常见，也最为繁琐的一项工作。该工作是保证检定校准数据与结果准确的关键之一；具有重复度高、工作量大、数据计算量大的特点。数据采集靠人工处理费时费力，准确性难以保证；统计、分析、汇总监测数据难度也很大。因此，对数据信息实行智能化管理、自动化处理是当务之急。其次，绝大多数计量检测专业性强，由于检定人员素质参差不齐，降低了计量工作的效率和标准化程度。同时，大量规程、标准、专业知识及法律法规相关书籍难以随身携带，影响计量工作的服务质量。

为此，提出了构建基于移动互联网，如微信平台的计量检测数据的采集与智能化管理，并以此为基础，进行计量数据采集智能终端，数据处理、分析、汇总管理平台的研究与实现，最终形成以现代科学技术、高精尖设备，以及信息化系统支撑的计量工作新格局。

1 移动互联网时代的计量检测

最近几年，计量检测市场变得越来越开放，在这样的新形势下，越来越多的计量检测机构开始重视信息化管理并进行了许多实践。计量检测机构意识到信息化管理是今后进一步提升核心竞争力的重要手段。通过信息化管理，使得检测工作流程更加规范、费用减少、服务水平提高。不过目前国内各检测机构信息化建设总体投资力度较小，且发展不平衡、管理水平参差不齐。计量检测信息化管理也缺乏统一的标准、规范。同时，计量检测机构也面临着现有信息化管理人员综合能力不强，缺少复合型人才。这些问题都制约着计量检测信息化管理的发展的深度和可持续性。 虽然目前各检测机构信息化建设的基础和发展情况和方向各有差异，但基本功能存在共性。一是通过外网作为与客户交流的平台，通过这个窗口，客户可以实时了解相关检测机构发布的各项信息，实时报检、实时查询计量器具的检测状态等相关信息；同时，检测机构可以通过这个平台提供其他服务客户的功能，实现检测机构与客户的双向信息交流，满足客户不断提高的期望，进一步提升计量检测机构的服务形象。二是通过内网，根据ISO/IEC17025:2005《检测和校准实验室能力的通用要求》，并结合各省、市、县各级计量检测机构以及授权机构，相关企事业单位的实际工作需要、业务流程和体系要求，对涉及计量检测业务的工作程序进行全面规范和整合，通过对业务、证书、质量、市场、行政等方面的全面管理，实现对校检业务的分配、校检流程的跟踪、证书的可受控、各级权限的设定、实时智能化预警提示、报表统计等基本功能的全面控制和管理。

目前多数检测机构的信息化管理系统，对检测单位信息、检测项目、检测台件、检测费用、考核工作量等统计功能设计得比较充分，但对于那些保证检测结果、质量方面的统计功能考虑尚不完善。特别是出错情况分析，是衡量实验室乃至整个检测机构工作能力的重要指标。如标准器使用错误、规程采用错误、输入错误、数据不符合要求等，可通过增设出错退回功能等方式，定期对错误进行收集与分析，进而发现出错原因并处理，帮助机构的质控部门快速、准确地发现质量问题，及时提出改进意见。对目前尚按传统模式操作的流程，应致力于进一步的开发工作，纳入信息化管理系统，以便降低成本、提高工作效率，适应今后机构发展的需要。如对外的用能单位能源计量器具的管理和填报统计，对内的现场检测任务的安排、电子原始记录的全面推广等。例如，目前检测机构对现场检测任务的安排与调度仍然基本靠人工完成，人工安排的计划是否合理，取决于操作人员对企业、路线、仪器、标准器、检测人员资质等情况熟悉程度和经验水平，尤其是现场检测的任务达到一定数量时，安排不合理会带来检测效率的低下和资源的浪费，且GPS (全球定位系统Global Positioning System)、智能手机平台等现代化交通管理技术多未使用起来，存在车辆管理的漏洞。因此，今后的系统应考虑如何加强现场任务安排及车辆调度系统此类功能的开发。通过预设条件，综合考虑客户的地理位置、客户委托的要求、标准器的分配、人员的资质、车辆状况甚至天气类不确定因素的影响等多种因素优化计算后，自动安排。还可以利用GPS跟踪车辆，以便进行车辆的实时调度和监管。

2 移动互联网的计量检测管理系统

2.1 现有计量检测流程

目前的计量检测流程可以分解为以下几个过程：客户申请，录入系统，邮件分派，电话确认，上门检测，撰写报告，出具报告，通知收费。

客户申请检测是整个检测流程的起点，目前的申请方式是电话申请。客户通过电话联系计量检测机构，向接线人员提供需检测内容的具体信息，之后就需要等待计量人员电话回应。

计量检测机构接线人员接到用户电话申请后，向客户询问相关具体信息并确认后，将相关信息录入计量检测机构内部LIMS（Lab Information Management System）系统中。

管理者查看LIMS系统中的待办计量任务后，为任务分派计量人员去完成实地测量工作。分派情况通过电子邮件通知到各计量人员。

计量人员收到计量任务邮件后，仔细查看计量任务具体信息，确认后电话联系任务所属客户，确认任务信息并进一步确定后续测量具体信息，如：时间、地点等。

计量人员在和客户约定的日期前往约定地点完成上门测量，计量人员会携带本次测量所需相关检测设备及纸笔。测量结果数据由计量人员人工读取并使用纸质媒介记录。完成计量任务后，计量人员会携带纸制测量结果回到计量检测机构。

计量人员回到计量检测机构后，需要将测量结果数据录入LIMS系统。这个过程也是人工进行的，由计量人员将纸质媒介上的数据通过键盘录入系统中。完成所有数据录入后，交由系统打印输出报告。

LIMS系统依据模版以及计量人员录入的数据自动生成最终的计量检测报告，并可以打印纸质版本。

报告出具完成后，由工作人员联系客户付费并将报告提供给客户。

整个流程中，许多流转都是由人工处理的，特别是计量人员外勤测量这部分，仍然主要依靠纸笔电话等传统手段，自动化程度不高。这主要是由计量检测的外勤性质导致的，在过去移动互联网还未成型的时期，几乎所有外勤任务都无法很好地接入办公自动化系统之中。

2.2 终端设备移动化

移动互联网带来的巨大变化之一就是高处理性能手机的出现。它们已经具有了逼近个人电脑的处理能力，完全有能力担当办公自动化系统的终端。相对于台式计算机和移动计算机，其低功耗及常开机的特性，以及触控屏摄像头等更加丰富的数据输入硬件，使得其在外勤办公中有着得天独厚的优势。

由于软件开发技术的更新迭代，新出现的移动终端软件在开发上也比台式机系统更加方便。移动操作系统Android和iOS设计上为APP提供了更优秀的架构，更全面和规范的API接口。移动应用开发工具也比传统个人电脑上的开发工具更加人性化，更便于操作。

基于以上原因，将智能手机作为系统终端将更容易实现一个相对低复杂度高易用性的系统。

2.3 检测数据电子化

以传统个人电脑为终端的系统在固定办公场所已经能很好地替代并超越纸质媒介，完成数据的传输、保存和归档。移动互联网路以及智能手机的出现，使得在外勤任务中，也能够使用自动化系统替代并超越纸媒。

原本计量人员需要人工记录在笔记本上的数据，现在可以直接录入智能手机保存并实时与服务器进行数据同步。在智能手机的硬件支持下，甚至可以直接由智能手机通过摄像头读取视觉信号转为电子数据，或者通过蓝牙、NFC等通信协议直接与测量设备交换数据。

2.4 人员管理智能化

智能手机作为终端，比个人电脑更加密切地与人链接在了一起。由于其机在人在的特性，通过GPS和LBS（基于位置服务）系统对手机的定位，间接地也就能掌握手机用户的位置。有了人员的位置信息，计量人员外勤时的管理就变得具有了可操作性。

结合定位的手机签到，能够保证外勤人员准时到达相关计量场所。此外对其逗留时间等的统计，能够更好地量化外勤人员的工作和成果。

2.5 报告核验智能化

在计量人员执行外勤计量任务时，通过APP可以为计量人员提供一个得力助理。在数据录入时，为计量人员核验数据正确性，比如根据测量对象类别，提示可能出现的单位错误。对超出常规值的数据进行提示。在不提高甚至减轻计量人员工作量的情况下使得计量工作更加准确规范。

3 移动互联网的计量检测管理系统的设计

3.1 系统概述

在目前计量检测过程中，存在着大量在传统互联网环境下无法解决的问题。流程仍然依赖纸质媒介存储，保管难度大，容易遗失，而且还要消耗大量人力物力；外勤工作无法管理，考勤落实困难，依赖办事人员自觉性，外勤路线安排随意，效率不高；办公系统基于传统个人电脑，安装配置复杂，学习成本高；录入数据检查以及报告核验依靠人眼，耗时耗力。

基于移动互联网的计量检测数据采集与智能化管理的原型系统MIMMS（MOBILE INTERNET MEASUREMENT SYSTEM）会通过利用移动互联网带来的新特性与新能力尝试解决上述问题。随着智能手机的发展，手机性能和处理能力突飞猛进，目前的智能手机已经完全具备日常办公所需的处理性能，并且由于其具有传统PC不具备的触摸屏等大量输入传感设备，在良好软件UIUE设计下，能够为用户提供简单便捷并且功能强大的软件。得益于智能手机的普及性，计量检测流程中纸质媒介存储的功能完全可以由智能手机替代，而且由于手机的实时联网特点，数据甚至可以在产生时就被传输到服务器妥善保存并被可以被及时查询到。在数据入库，系统就能够进行自动检查勘误或者发起远程人工检查勘误，如果发现异常，可以实时提醒计量人员，减少错误，提高效率。计量检测数据的采集，本文将涉及三种方式：一、计量人员人工方式，读数后手动输入到客户端中。二、图像识别，利用智能手机摄像头由程序识别示值。三、硬件通信，智能手机和检测设备通信直接获取示值。由于计量设备的差异性，人工方式仍然会是主流，另外两种自动化方案目前的可应用场景有限。另外智能手机为外勤管理提供一个极其强大的工具——GPS定位。通过GPS定位，系统可以掌握每个计量人员的全天位置信息，通过与计量人员当天的检测任务数据对照，可以极其方便地完成计量人员的外勤考勤。同时再利用目前已经成熟的商用地图系统，甚至可以高效地分配各个计量人员的外勤行程，提高计量检测服务的整体效率。

微信作为目前最为常用的手机IM软件，在平台化布局上已经初见成效。其微信公众号为广大开发者提供了原生APP和WEB客户端以外第三个移动互联网用户入口。微信公众号也是Hybird模式的成功代表，是未来轻量级，覆盖大面积用户的首选移动互联网用户入口。因此MIMMS系统也将实现微信公众号的接入。

3.2 系统架构

系统采用微服务风格，每个业务模块作为一个独立服务（图1）。业务服务器与业务服务器之间，业务服务器与客户端之间均主要采用HTTP通信协议＋JSON数据格式＋RESTful API风格的标准化RPC。方便独立部署与维护，也为日后拓展提供良好结构。缺点是系统总开销上会大一些，不过MIMMS系统作为主要面向计量检测机构内部使用的系统，系统开销较小，不会成为系统瓶颈。

图1 系统架构图

用户管理服务器，计量报告管理服务器，外勤管理服务器属于系统核心服务，它们构成了MIMMS的核心功能，无法由互联网访问。数据库服务器无法由互联网访问。短信通知服务器，LIMS对接服务器属于工具服务，无法由互联网访问。API服务器是MIMMS系统外网入口，所有请求仅由它访问系统其他资源。安卓APP，iOS APP，WEB服务器，WEB后台服务器，微信对接服务器均可由互联网访问。

数据库服务器用于保存系统相关数据，采用MySql数据库。存储计量报表信息、用户信息、外勤任务信息等数据。由于目前MIMMS系统规模较小，所以采用单一数据库。所有后台服务器均访问该数据库读取信息。为了保持系统模块化，服务器适用独立的数据库用户，保证数据隔离。

API服务器是客户端访问系统的唯一入口，所有请求需要经过API服务器处理转发后再进入系统后台。同时API服务器也负责向用户服务器请求用户鉴权。鉴权失败的请求会直接被驳回。

用户管理服务器负责用户相关业务。业务包括：用户新增、修改、删除、查询；用户鉴权等。计量报告管理服务器负责计量数据相关业务。业务包括：计量报告模版新增、删除、修改、查询；计量报告新增、删除、修改、查询；计量报告自动化核验。外勤管理服务器负责外勤相关业务。业务包括：人员外勤位置信息记录，查询；外勤任务新增、删除、修改、查询；外勤任务分配。

LIMS对接服务器负责与LIMS系统对接逻辑。包括：计量报告LIMS可识别格式生成；计量报告数据导出至LIMS系统。消息通知服务器负责通过系统推送渠道通知用户。

移动WEB服务器负责呈现MIMMS系统移动WEB客户端，MIMMS系统移动WEB客户端主要为移动设备所访问，功能包括：用户登陆、报告创建、录入。报告查询、外勤签到。WEB后台服务器负责呈现MIMMS系统后台管理客户端，功能包括：用户管理、报告核验、外勤管理。

3.3 数据库设计

3.3.1 用户管理服务器

用户管理服务器数据库中一共有四张表：用户信息表（表1）、职称表（表2）、系统权限表（表3）、系统权限单项表（表4）。

表1 用户信息表

表2 职称表

表3 用户组表

表4 系统权限表

3.3.2 计量报告管理服务器

计量报告服务器数据库一共有三张表：计量报告表（表5）、计量报告模版表（表6）、计量对象类型表（表7）。

表5 计量报告表

表6 计量报告模版表

表7 计量对象类型表

3.3.3 外勤管理服务器

外勤管理服务器的数据库中有两张表：外勤任务表（表8）、考勤表（表9）。

表8 外勤任务表

表9 考勤表

3.3.4 消息通知服务器

消息通知服务器数据库有三张表存储消息数据：广播消息表（表10）、提醒消息表（表11）、提醒消息接收表（表12）。

表10 广播消息表

表11 提醒消息表

表12 提醒消息接收表

3.4 管理端设计

管理后台是供管理者及计量人员在单位内部办公时通过个人电脑使用的。管理者通过管理后台可以对MIMMS系统账户进行管理，安排调整外勤任务。查询、审核计量报告。计量人员通过管理后台可以对自己生成的计量报告进行修改、核验、导出操作。通过MIMMS系统管理后台，管理员可以维护计量报表模版。

用户输入MIMMS系统管理后台网址后，首先会显示管理后台登录界面，用户输入其账户密码后，经由MIMMS系统验证通过后，就会跳转到后台管理主页面。主页面就上一段落所述，分为左侧导航栏和右侧操作区域。左侧导航栏根据用户权限不同会显示不同菜单内容。导航栏区域可选项目有：账户管理、考勤管理、外勤管理、报表管理、报表模版管理。管理后台用户权限分为三类：系统管理员、主管、计量人员。系统管理员可以访问导航区域全部项目。主管可以访问的项目有：考勤管理、外勤管理、报表管理。用户点击了导航栏的菜单后，右侧操作区域就会加载出对相对应的操作界面。

考勤管理需要具有主管以上权限才能进行操作。操作区域为用户列表，列表项内容为考勤相关内容，比如本月外勤次数、迟到次数等。用户列表上方同样提供由供筛选和检索的输入框，可以根据需要筛选特定用户查看其考勤情况。点击用户列表中特定用户后，可以显示该用户考勤详细信息，提供根据时间和关键字筛选功能，方便查询特定的考勤记录信息。

外勤任务管理需要具有主管以上权限才能够进行操作。操作区域为任务列表，列表项目是任务的特征信息，包含甲方单位、负责计量人员、测量内容、地点等信息。点击外勤任务项后可以在其详细信息界面对其进行编辑操作，在任务列表界面支持多选任务后分配给指定计量人员。除了列表形式的任务显示方式，后台系统还支持通过百度地图sdk在地图上显示待分配外勤任务，方便管理者就近分配任务，提高计量人员外勤工作效率。

4 移动互联网的计量检测管理系统的测试

4.1 测试范围

基于移动互联网的计量检测管理系统的测试需要覆盖服务器、后台管理页面、安卓客户端、移动Web端、微信公众号端多个平台软件的功能以及性能测试。对各个平台软件都需要从设计功能是否正确工作、软件稳定性、可恢复性、执行效率是否符合要求等方法进行测试。

设计功能测试需要涵盖从用户注册登录管理，外勤任务分配执行，计量报告生成审批，外部系统对接过程中的各个操作节点。

4.2 测试方法

系统测试方法主要使用两大类型：持续集成中的自动化单元测试、集成测试。

系统开发采用持续集成模式，以天为单位自动编译部署系统。每天执行自动编译时就会执行在系统开发同步编写的基于自动化单元测试工具编写的各个模块的单元测试用例。同时要求开发人员在上传代码前也需要保证代码已经通过了自动单元测试。

系统开发中需要妥善安排模块开发时间节点，保证相关功能能够集中开发完成。使得测试工作能够尽早开展。比如用户管理相关模块，包括服务器，后台、移动Web端、安卓客户端，微信公众号用户管理相关部分首先集中开发完毕。在开发人员继续开发后续功能模块时，测试人员就能够接入进行特定功能区域的集成测试工作。

在集成测试阶段，会使用一些自动化测试工具以及编写机器人工具完成系统稳定性方面的测试。对于Android端软件的适配性及稳定性测试还会使用第三方平台。

5 结语

整个计量检测过程是可以进行高效的信息化管理的，并且可以节省人力、提高效率与准确率，同时为后期数据研究、客户维护提供便利。结合智能手机APP的开发与应用，能让这种信息化管理达到最优的实现。

对于客户，利用微信公众平台或者手机APP等手段，申请计量检测、查看数据与结果十分便捷；对于计量一线人员，查看客户信息、了解工作安排、收集数据、评判结果全部可以在手机上智能化实现，大大节省单个项目的时间与人力；对于计量检测单位，便于优化安排外勤人员、车辆管理、外勤考勤、数据校对，同时对于大量的数据，电子储存便于后续研究人员进行研究。同时也可以对更好地维护客户，提高单位知名度，从而吸引更多的客户。

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