基于微服务的重庆市环境监测实验室系统设计

汪小艳　张月　刘兰玉　安贝贝

摘 要：环境监测实验室管理系统是基于ISO/IEC17025标准及重慶市生态监测中心质量体系文件进行的设计，实现从任务下达、现场采样、样品交接、实验室分析、数据审核、监测报告制作、报告审核、报告签发、档案归档等全过程的信息化管理。规范了环境监测业务流程，实现人、机、料、法、环等资源的全面管理。该系统在重庆市生态环境监测中心的应用，不仅极大地提高了工作人员的工作效率，还使管理者的管理更科学、更高效。

关键词：微服务;环境监测;实验室系统

中图分类号：TP315     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）4-0025-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.005

Design of Chongqing Environmental Monitoring Laboratory Management System Based on Microservice

WANG Xiaoyan ZHANG Yue LIU Lanyu AN Beibei

（Chongqing Ecological Environment Monitoring Center， Chongqing 401147，China）

Abstract： The environmental monitoring laboratory management system  is designed based on ISO / IEC17025 standard and the quality system documents of Chongqing ecological monitoring center. It realizes the information management of the whole process from task assignment， on-site sampling， sample handover， laboratory analysis， data audit， monitoring report preparation， report audit， report issuance， archives archiving and so on. Standardize the business process of environmental monitoring and realize the comprehensive management of human， machine， material， law， environment and other resources. The application of the system in Chongqing ecological environment monitoring center not only greatly improves the work efficiency of staff， but also makes the management of managers more scientific and efficient.

Keywords： monitoring; environmental monitoring; laboratory management system

0 引言

环境监测实验室信息管理系统是一个利用现代化手段规范管理环境监测工作的信息系统，在全国多个监测站都有广泛应用。常用的系统开发方式多采用单体式架构，通过将所有功能打包成war包，部署在JavaEE容器里来实现。随着互联网技术的迅猛发展，传统的单体应用架构开发方式面临着代码量越来越大，代码的可读性、可维护性和可扩展性下降的风险。微服务架构作为一种新的架构风格，具备良好的松耦合性及可扩展性，可将一个大型的单个应用或服务拆分成多个微服务，每个服务可以独立进行开发、管理和迭代，彼此之间使用统一接口进行交流，实现了在分散组建中的部署、管理与服务功能，使产品交付变革更加简单，从而达到有效拆分应用，实现敏捷开发与部署的目的。

人民群众对良好的生态环境的期盼愈来愈高，环境监测领域与监测因子越来越多，各生态环境监测站的传统监测管理模式面临前所未有的压力和挑战，已无法满足日常工作需求，亟须通过信息化手段，建设一套全方位、多层次、广覆盖的实验室信息管理系统，以实现环境监测工作的管理规范化和运作现代化[1-4]。

1 系统建设目的

重庆市生态环境监测中心（以下简称“监测中心”）在调研多个省级监测站实验室信息管理系统实践经验的基础上，于2019年实施建设重庆市生态环境监测实验室信息管理系统。该系统严格遵循ISO/IEC17025标准及监测中心质量体系文件，实现以实验室业务流程管理为核心的全方位管理。实现从任务下达、现场采样、样品交接、实验室分析、数据审核、监测报告编制、报告审核、报告签发、档案归档等全过程的电子化，规范环境监测业务流程、样品分析、数据处理、数据审核的质量控制流程，实现人员、仪器、样品、标准方法、实验室环境、试剂与耗材、质量文件体系等资源的全面管理。

2 系统的技术路线

重庆市生态环境监测实验室信息管理系统由监测中心和北京三维天地科技有限公司合作开发，系统采用Spring Cloud微服务框架，用JAVA语言编写，支持多种关系型数据库。Spring Cloud是一个基于Spring Boot实现的云原生应用开发工具，具有快速开发、持续交付和容易部署等特点[5-8]。

3 系统框架设计

基于VPN专网、电子政务外网等，构建重庆市生态环境监测实验室管理系统的移動端和网页版，服务于监测中心所有用户。重庆市生态环境监测实验室信息管理系统产生的手工监测数据直接共享到监测中心数据管理与综合分析系统中，同时监测报告档案和仪器使用记录直接归档至监测中心档案管理系统中。业务层主要包括：监测业务全流程电子化、全面的资源管理、规范化的质量管理体系、移动端应用、灵活的查询统计分析、系统集成等内容。系统框架结构图如图1所示。

4 系统主要功能

4.1 环境监测业务管理

主要实现对监测中心现有手工监测业务的全流程管理，涵盖监测中心5大类48小类监测业务，可通过系统的自定义工作流引擎灵活配置、调整监测业务流程，满足业务扩展要求，包括任务管理、采样管理、分析管理、报告管理等主要环节。本研究以例行监测任务流程为例进行详细说明，流程图如图2所示。

4.1.1 任务管理。系统应能对不同类型的监测业务进行管理，不同任务类型对应不同的流程。例行监测任务可提前根据监测计划在系统中进行预先设置，系统按期提示下达。

4.1.2 采样管理。采样科室负责人根据任务的紧急程度安排采样日期、现场负责人和采样负责人，现场采样移动端将数据直接回传系统。现场采样数据通过采样校核、现场审核提交至分析管理。

4.1.3 分析管理。现场采样的样品经过样品交接环节到分析科室，系统自动将任务下达给相关持证的人员。分析数据经过数据录入、数据校核、数据审核后提交至报告编制，系统实现各种大型仪器设备数据的自动采集。

4.1.4 报告管理。在报告编制阶段，调用例行监测报告模板编制报告，生成该任务的采样记录表、分析记录表等一系列文档，经过报告审核、报告签发后自动归档到电子档案管理系统中。

4.2 资源管理

在符合ISO/IEC17025及监测中心质量体系文件要求的基础上实现全面的资源管理，包括人员、仪器设备、标准物质、试剂材料、检测项目和方法、质量体系文件、固定资产等管理，主要是对人员基本信息和持证上岗信息的管理;仪器设备台账和“一台一档”档案的管理，详细记录每台仪器的使用情况，从仪器的验收调试、使用记录、进出登记记录、周期检定或校准、损坏、故障、修理、维护保养、期间核查、岗位交接、存放位置变更、报废情况等进行全程记录;试剂耗材和标准物质的管理，实现标准物质的总库存管理和使用管理;监测中心质量体系文件（程序文件、记录表格等）和评价标准库（方法标准、环境标准、排放标准）等的管理。

4.3 质控管理

①系统支持在任务流转过程中对全部样品进行重新编码，并支持在任务流转过程中加入盲样质控样品，如盲样加标样、盲样平行样、盲样标准样等。

②系统支持质控人员在任务流转过程中的现场采样、样品分析流转过程中添加质控样品，增加空白样（现场空白、全程序空白、实验室空白）、平行样（现场平行、实验室平行）、加标样、质控标样等，对分析的过程进行质量控制，在审核质控数据时，可查看空白样、平行样、加标回收样、密码标准样等质控结果。

③系统能根据质控样品标准值和不确定度，实现检测数据的自动评判，自动计算相对误差，自动判断分析质控考核结果。系统根据检测日期、空白值等质控信息生成质量控制图，可通过质量控制图评价实验室总体及内部个体的质量情况，预测其质量的发展趋势。

④系统能按部门、人员、分析时间、样品类型、任务类型、分析项目、质控类型等多种方式查询和统计各类质控数据，分析各类别质控样品值的合格率。

⑤建立分包实验室档案，对分包实验室进行资质管理，系统支持对分包情况和分包实验室资质信息的查询、统计和对比。

⑥系统根据评审准则的要求，对影响质量的诸要素进行有效的监控，将人员上岗情况、能力验证或能力考核、仪器设备检定、校准状况、方法标准的有效性、检测过程的规范性等与监测工作关联，当存在不符合情况时，质量管理部门可查询相关信息进行倒查。

4.4 实验室质量管理

系统记录从制定质量控制计划、计划的每一步落实，到体系在运行过程中产生的不合格项，对不符合采取的纠正措施和预防措施，在系统中都有记录，并且每一步都落实到具体的部门和相关人员，每一步都能追溯，实现全面的质量管理。

4.5 查询统计评价

4.5.1 表单查询。系统可对业务状态、监测数据、任务受理单、监测方案、各类原始记录表单、监测报告、各类标样监测结果表、加标回收率监测结果表、实验室空白、实验室平行及盲码样监测结果等进行查询和导出，并支持组合查询、自定义查询、模糊查询等。

4.5.2 各类统计。系统可按部门、按人员统计工作量、任务完成率、任务完成时效率等，可统计不同状态的样品数量、各类监测报告数量、监测数据量、仪器使用率、试剂耗材使用率、标准物质使用率等，生成各类统计报表和统计图表。

4.5.3 任务流程跟踪。系统可通过任务名称、任务来源、承担单位、发起时间、项目负责人等信息，查询一段时间内项目的数量、进度、具体进展情况及已完成情况的各类数据、表单，并能以进度条和颜色区别的形式直观展示，支持任务详情的查询。

4.6 移动端建设

移动端主要实现三方面功能，一是现场采样，二是实验室平板录入，三是移动办公。

4.6.1 现场采样。现场监测人员通过移动端下载监测任务，提前准备现场监测所需要的采样容器、现场仪器等。移动端支持增加、删除样品信息，支持录入和校核现场监测数据，支持查看历史监测数据及GPS定位、拍照、视频等信息在线上传。

4.6.2 实验室平板录入。实验室分析人员可通过实验室平板移动终端录入实验室手工法检测结果，根据试验批号选择相关样品数据，添加质控样品或创建标准曲线，将试验参数及检测结果相关数据快速便捷地录入系统，实现原始数据的无纸化录入。

4.6.3 移动办公。移动办公具有网页版系统的主要功能，能够方便快捷审核监测业务、查询任务进度流转情况、审批采购申请、仪器设备管理、查询统计等。

4.7 系统集成

实现与重庆市生态环境监测数据管理与综合分析系统、电子档案管理系统的数据交互。

5 结语

重庆市生态环境监测实验室信息管理系统的建成全面促进了重庆市生态环境监测中心业务部门的各项工作。一是规范了业务工作流程，提升实验室管理水平;二是替代了之前的手工数据传递方式，减少了分析人员的工作量，提高了工作效率;三是通过对业务流程各个环节的控制，实现了对业务工作的可知和可控管理;四是建立跟踪、督办、评价的科学体系，使监测中心业务部门的工作始终处于快速、准确、通畅的运转状态;五是实现了监测报告的自动生成、各种数据的快速查询统计、消息的自动提醒，实现数据可追溯，提高数据质量。

该系统的成功应用，不仅极大地提高了工作人員的工作效率，还提升了管理的科学性和有效性。下一步计划在该系统实施经验的基础上，建设重庆市（市、分中心、区县）全市一体化的实验室信息管理系统，进一步推动全市生态环境监测网络建设，为全市生态环境监测和监管提供有力的保障。

参考文献：

[1] 王向明，伏晴艳，刘虹，等.环境监测实验室信息管理系统建设：以上海市环境监测中心为例[J].环境监测管理与技术，2007，19（4）：4-7.

[2] 汤坤，左才科，刘明阳，等.环境监测质量管理信息系统的介绍与研究[J].环境科学与技术，2014，37（120）：403-405.

[3] 赫元萍，王合生，喻义勇.环境监测业务管理系统（LIMS）建设实践[J].环境研究与监测，2010，9（23）：25-28.

[4] 沈艺.环境监测实验室信息管理系统的构建与实施[J].环境监测管理与技术，2006，18（4）：4-6.

[5] 郑伟伟，许彦.实验室综合信息管理系统的建设与应用[J].山西电子技术，2008（1）：65-68.

[6] 张斌，任富彬，沈炜.基于SpringCloud的食品安全溯源系统的设计与实现 [J].软件工程，2019，8（22）：26-30.

[7] 王方旭.基于Spring Cloud和Docker的微服务架构设计[J].中国信息化，2019（3）：53-55.