水质监测信息管理系统技术构架应用
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《中华人民共和国水文条例》要求，“水文机构应当加强水资源的动态监测工作，发现被监测水体的水量、水质等情况发生变化可能危及用水安全的，应当加强跟踪监测和调查，及时将监测、调查情况和处理建议报所在地人民政府及其水行政主管部门。”当前，因为新一轮机构改革，水利部门的水质监测工作重点已由水功能区监测转向国家重点水质站、水源地等水质监测。水利部门开展的江河湖库水质监测，将为保障供水安全、水利工程管理和河湖长制管理等工作提供有力保障，为中央和地方政府管理水资源提供决策依据。实验室信息管理系统(以下称LIMS)随着信息技术的发展与完善，已经应用到各行各业的实验室管理当中［1］。在水质监测任务日益繁重，水质监测指标逐年增加，检测人员数量紧缺的情况下，应用信息管理系统替代传统的人工管理模式，是水质监测管理的发展趋势［2］。2018年12月，水利部水文司提出在水质分析处理过程中，“要推进实验室信息管理系统应用，提高实验室信息化管理水平”的要求。2017年，浙江省水资源监测中心开始研发实验室信息管理系统，2019年11月完成试运行。
1设计目标浙江省水资源监测中心水质监测实验室信息
管理系统是用信息系统代替人工管理方式。该系统重新梳理和优化原有业务流程，实现水质监测的现代化管理。系统通过先进的计算机网络技术、数据库数据，将实验室的采样、检测、评价业务流程和各要素有机结合，组成一个科学、规范、高效、不断循环优化的综合管理体系。在强化实验室质量控制能力的基础上，使水质监测各项业务流程更加符合资质认定要求，监测能力现代化和信息化水平也得到显著提升。
2技术架构
表1所示信息管理系统架构层级设计为四层，分别为表现层、应用层、应用支撑层、数据库层。
2．1表现层
表现层是为了满足面向水质监测管理的信息系统需要而构建的符合操作逻辑，人机交互，界面美观的整体平台设计。页面紧扣LIMS要求的水质监测业务逻辑。表现层的界面设计以操作简易和界面友好为宗旨，管理人员和检测人员可以方便地以web浏览器的方式访问相关管理系统的信息资源，通过鼠标就可以完成大多数实验室工作。
2．2应用层
应用系统是系统的完整性和实用性主要表现形式和系统建设的主要内容，与水质监测实际业务流程紧密贴合。根据水质监测管理需求，应用系统分为主流程模块、质量控制模块、数据统计、资源管理模块、用户管理模块、系统设置管理模块。每个模块对其基本功能、输入及输出均设置了统一的要求和规则限制，包含了各种涉及水质监测业务的规则和逻辑。通过统筹规划应用层的建设，提高管理人员和检测人员的水质监测综合管理能力和服务水平。
2．3应用支撑层
应用支撑层处于应用层和数据库层之间，在整个总体架构中承担着承上启下的关键作用。应用支撑层提供一些公共的功能以方便应用功能的实现，主要包括数据交换、工作流、内容管理、报表管理、数据同步等。在应用支撑层中，根据需求分析结果，每个业务需求将模型化物理数据库中的特定信息，并选择适当的方式建立不同应用支撑组件。简单地说，一个业务支撑组件可以模拟为数据库表中的一个或多个逻辑表，其内容可能来自于一个或者多个物理表中的字段，即一个业务实体的属性和一个物理表字段一一对应。利用业务支撑层解决业务数据表现形式的问题，将系统处理的数据进行有效规划和组织，便于层间传递。这样既可充分利用已有软件，同时还可以更好满足其他业务需求。
2．4数据库层
数据库层主要负责数据的增、删、改、查，这是对数据进行底层和原始数据的操作，即执行从水质监测数据库(或其他数据服务)获取数据或向数据库发送数据的功能，将不同模块和不同规则层的数据进行有效分类并存储到对应的位置。
3系统功能
本系统主要功能为水质监测涉及的采样、检测、评价流程及对流程中各要素质量控制管理，同时通过应用软件与计算机等硬件结合，将水质监测的业务流程、质量控制、环境设施、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、标准方法、文件记录等因素有机结合，组成一个科学、规范、高效、循环优化的综合管理体系。建成后的系统主要包括检测流程管理、质量控制管理、资源管理等功能。
3．1检测流程管理
检测流程实现从水质站设置、采样任务下达、现场采样和检测、样品验收和流转、实验室检测、检测数据校审核、检测报告出具的流程化、规范化、标准化管理。
3．2质量控制管理
质量控制主要包含采样现场质控、实验室质控及统计分析三个部分。采样现场质控主要是对采样到位、现场平行样和全程序空白样的管理;实验室质控主要是对空白样、标准曲线、室内平行样、加标回收样和标样考核等的管理;统计分析主要包含检测数据全流程溯源及对有关检测结果的相对偏差和回收率的评定，质控数量和合格率的统计等［3］。
3．3资源管理
资源管理主要功能是实现对各类环境设施、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、文件记录等资源的有效与清晰的管理［4］。
3．4统计分析管理
该功能实现对所有历史检测数据的综合查询，可以采用趋势图或其它图形展示检测数据变化规律，并在地图上显示监测站点位置及相应的检测数据。
3．5仪器数据接口管理
对于原子吸收分光光度计、原子荧光光度仪、流动分析仪、离子色谱仪等各类检测仪器实现数据自动采集功能，即仪器产生的原始数据文件自动关联到每张原始记录表单，以PDF格式展示，方便工作人员随时查看，同时确保了检测数据的可溯源。
3．6系统管理
实验室系统管理的基础功能模块包括检测项目管理、检测方法管理、检测标准管理、人员权限管理等功能［5］。
4应用优势
4．1提高水质监测管理能力
《检验检测机构资质认定能力评价检验检测机构通用要求》于2018年5月正式实施，这是检验检测机构资质认定对检验检测能力评价的通用要求［6］。浙江省水资源监测中心水质监测实验室管理系统结合最新软件技术及与该通用要求和水利部有关水质监测管理制度，建立水质监测标准化工作流程，以增强水质监测技术管理效能。该系统的建成不仅对浙江省各市今后建设水质监测信息管理系统起到规范作用，也将在提高浙江省水利行业水质监测管理能力上起到引领作用［7］。
4．2提升监测成果一体化水平
水质监测系统拥有数据管理平台的功能，可及时保存实验室仪器设备产生的所有检测结果及产生结果的过程中一系列的中间数据，在保障数据完整性的同时也避免了二次录入可能产生的差错。并且，本系统新开发的野外便携式水质监测仪器设备实时传输功能作为数据来源上游模块之一，其产生的检测结果和中间数据也全部与系统对接，这将进一步提升浙江省水质监测成果的一体化水平。
4．3提供动态模型基础性资料
随着大数据技术和云计算技术的不断发展，对水利行业大数据建模的研究会越来越受到重视，系统为建模研究提供基础性资料，这也是大数据时代的必然要求［8］。也是为水质监测成果的深加工利用服务是系统未来发展的重点和趋势。该系统为水质监测成果的深加工利用的发展趋势提供了保障。比如通过对水质数据进行统计和分析，并结合多因子回归方法等数学模型，建立动态模型，研究水体的水质水量的变化以及与水质水量关联因素之间的关系，探索水量动态变化时，水质及水生态的变化情况等［9］。
参考文献:
［1］钟仙．实验室信息管理系统的设计与实现［D］．成都:电子科技大学，2018．
［2］周建华，蔡亦泠，朱敏莹．通过实验室信息管理系统实现实验室的全面质量管理［J］．上海医药，2018，39(7):62－64．
［3］莫建芳．实验室信息管理系统与质量控制［J］．中国卫生检验杂志，2011，21(1):230－231．
［4］雷雯，李增芳．基于微信的高校实验室共享平台设计与实现［J］．浙江水利水电学院学报，2018，30(2):59－65．
［5］曹樱樱，卢卫．浙江省水质监测资料的整编与技术规范［J］．浙江水利水电学院学报，2019，31(5):32－34．
［6］中国国家认证认可监督管理委员会．RB/T214—2017检验检测机构资质认定能力评价检验检测机构通用要求［S］．北京:中国标准出版社，2017．
［7］苏从霞，冯江德．运用LIMS技术提高实验室管理水平［J］．石油规划设计，2010，21(2):47－48．
［8］刘玉婷，王亚春，蔡建和．LIMS提升实验室管理水平探讨［J］．轻工标准与质量，2013(4):71－72．
［9］张旭，张慧萌，陈婷．浅谈实验室信息管理系统的标准化现状［J］．标准科学，2016(10):22－25．
作者：卢卫 何晓珉 曹樱樱 单位：浙江省水文管理中心