基于虛擬技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備管理方法

黃福波 劉景泰 張慧麗

（大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，大連 116023）

引言

環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)的儀器設(shè)備是其開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作所必需的重要資源，環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)的儀器設(shè)備管理工作是非常重要的基礎(chǔ)性工作[1]。本文根據(jù)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備監(jiān)督管理的需求分析，采用JAVA語(yǔ)言研發(fā)C/S結(jié)構(gòu)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備管理系統(tǒng)模型，闡述了該模型的功能、架構(gòu)、設(shè)計(jì)及虛擬化管理方法的實(shí)現(xiàn)。

1.需求分析

儀器設(shè)備管理工作是實(shí)驗(yàn)室管理體系不可缺少的組成部分，《實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評(píng)審準(zhǔn)則》、《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》（CNAS-CL01:2006）中均對(duì)儀器設(shè)備的管理有具體的要求[2]。

1.1 設(shè)備的購(gòu)置與分類

（1） 儀器設(shè)備的產(chǎn)生和生命周期

為滿足計(jì)量檢定規(guī)程、校準(zhǔn)準(zhǔn)則等技術(shù)法規(guī)對(duì)校準(zhǔn)和檢測(cè)工作的要求，實(shí)驗(yàn)室必須配備所需的采樣、測(cè)量和檢測(cè)設(shè)備，并將其投入使用。儀器設(shè)備具備購(gòu)入（產(chǎn)生）、校準(zhǔn)、分配、應(yīng)用、維護(hù)、報(bào)廢等一系列應(yīng)用生命歷程。

（2） 儀器設(shè)備類型

新置儀器需要一個(gè)合理預(yù)算和相應(yīng)的功能需求及使用，依據(jù)設(shè)備的購(gòu)入者和應(yīng)用對(duì)象，將實(shí)驗(yàn)室儀器按功能分類為：① 實(shí)驗(yàn)室通用儀器；② 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器；③ 實(shí)驗(yàn)室分析儀器；④ 自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器；⑤ 污染源在線監(jiān)測(cè)儀器；⑥ 應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器；⑦ 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)車輛[3]。

1.2 設(shè)備校驗(yàn)和檢定、可用期限

（1） 依據(jù)檢定、校準(zhǔn)規(guī)范，針對(duì)可能影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的所有儀器設(shè)備進(jìn)行校對(duì);

（2） 參與校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì);

（3） 當(dāng)設(shè)施和環(huán)境條件對(duì)結(jié)果的質(zhì)量有影響時(shí)，檢測(cè)需維持環(huán)境條件的設(shè)施[4];

（4） 用于監(jiān)控檢測(cè)工作環(huán)境條件的設(shè)備，并標(biāo)識(shí)設(shè)備使用時(shí)限。

1.3 設(shè)備檔案管理

環(huán)境檢測(cè)儀器不僅包括空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)車、ICP質(zhì)譜、色質(zhì)譜聯(lián)用儀等幾十種數(shù)百臺(tái)（套）大中型儀器設(shè)備，還包括計(jì)算機(jī)和便攜采樣儀器在內(nèi)的數(shù)千種配套設(shè)備和部件。如此龐大的資產(chǎn)設(shè)備，依據(jù)新評(píng)審準(zhǔn)則，必須執(zhí)行購(gòu)入建檔，包括名稱、編號(hào)、測(cè)量不確定度、準(zhǔn)確度等級(jí)、制造商、購(gòu)買時(shí)間、驗(yàn)收記錄、檢定/校準(zhǔn)證書(shū)、證書(shū)有效期、儀器設(shè)備操作說(shuō)明書(shū)、借用、維修和報(bào)廢、停用等狀態(tài)標(biāo)識(shí)及記錄[5]。

1.4 設(shè)備日常維護(hù)、保養(yǎng)和排查

定期對(duì)儀器設(shè)備使用、維護(hù)、校準(zhǔn)等記錄等進(jìn)行核查；定期集中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備進(jìn)行全面檢查，對(duì)存在故障的儀器設(shè)備及時(shí)提出停用、報(bào)修或報(bào)廢申請(qǐng)，對(duì)資源不足的設(shè)備預(yù)警并生成購(gòu)置計(jì)劃與申請(qǐng)；通過(guò)檢查，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器日常維護(hù)、保養(yǎng)和校準(zhǔn)工作的有序進(jìn)行，不斷提高儀器監(jiān)管水平[6]。

1.5 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、存放和轉(zhuǎn)移

儀器設(shè)備的管理，不僅需要了解設(shè)備的資產(chǎn)情況，還要明確設(shè)備的空間位置、擺放狀況、使用去向、測(cè)量準(zhǔn)確度、利用效率等。

2.系統(tǒng)功能模塊

本文以虛擬化設(shè)備管理初始模型為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，主要功能模塊包括系統(tǒng)權(quán)限配置、設(shè)備日常管理（采購(gòu)登記、空間分配、設(shè)備維護(hù)、變動(dòng)和轉(zhuǎn)移及校準(zhǔn)）、報(bào)表管理（查詢、圖形統(tǒng)計(jì)及打?。?、操作日志（設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作動(dòng)作、路徑掃描、負(fù)責(zé)人、使用情況）、儀器設(shè)備的資產(chǎn)價(jià)值盤(pán)點(diǎn)、系統(tǒng)工具欄、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)配置及模擬空間構(gòu)造（房間及相關(guān)儀器成型）等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器管理系統(tǒng)應(yīng)用，使設(shè)備管理工作系統(tǒng)化、規(guī)范化、自動(dòng)化，從而達(dá)到提高儀器使用效率的目的。

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)

軟件功能模塊化設(shè)計(jì)，采用跨平臺(tái)JAVA語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)、利用Sybase公司的CASE工具集Power Designer 15技術(shù)與SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)交互環(huán)境，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)建模和表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在程序開(kāi)發(fā)中，應(yīng)充分考慮信息系統(tǒng)的安全性、可擴(kuò)展性、易操作性及龐大數(shù)據(jù)量的信息容錯(cuò)、統(tǒng)計(jì)分析、查詢和處理能力等。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)定義

通過(guò)儀器設(shè)備管理需求研究，基本的虛擬模型Virtual需要一個(gè)初始空間單位buil表、房間room表、機(jī)構(gòu)inst表、功能分類cate表、儀器類型type表、儀器對(duì)象equi表、人員管理user表、系統(tǒng)菜單menu表、事件軌跡back表等，見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

虛擬世界的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)儀器的空間分配和轉(zhuǎn)移、儀器設(shè)備的狀態(tài)切換及人員操作途徑，需要較高的程序編寫(xiě)能力和軟件設(shè)計(jì)技巧來(lái)完成。

（1） 結(jié)合多媒體技術(shù)，面向?qū)ο缶幊?，?shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)和房間模擬、儀器設(shè)備空間布局。

（2） 通過(guò)JAVA自定義鼠標(biāo)事件和接口反調(diào)功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的擺放、查看和編輯操作，監(jiān)聽(tīng)事件程序（Dragger類）基本代碼格式：

public class Dragger extends MouseAdapter implements MouseMotionListener {

private InterestingEvent ie;

private void doListener（JComponent container，JComponent component） }{

private void selectComponent（JComponent c） }{

private void pushComponent（JComponent container） }{

private void draggedComponent（MouseEvent event） }{

private void showPopupMenu（MouseEvent event）}{

private void editComponent（MouseEvent event） }{

private void clickedComponent（MouseEvent event） {

JComponent c = （JComponent） event.getSource（）;

if （ie.isThis（c）） { pushComponent（c）; }

else { selectComponent（（JLabel）event.getSource（））;}

}

public void mouseClicked（MouseEvent event） {

if （event.getButton（） == MouseEvent.BUTTON1）{ clickedComponent（event）;}

else if （event.getButton（） == MouseEvent.BUTTON3） {showPopupMenu（event）;}

if （event.getClickCount（） == 2） {editComponent（event）;}

}

public void mouseDragged（MouseEvent event）{draggedComponent（event）; }

public void mousePressed（MouseEvent event） }{

public void mouseReleased（MouseEvent event） }{

public void mouseMoved（MouseEvent event） }{

public Dragger（InterestingEvent event） {this.ie =event;}

}

（3） 應(yīng)用JAVA程序JFreeChart包繪制圖形報(bào)表、ImageIO 類及BufferedImage類生成圖標(biāo)，通過(guò)MemoryImageSource類標(biāo)識(shí)位置轉(zhuǎn)移或設(shè)備不可用狀態(tài)暗色處理。

（4） 基于封裝技術(shù)，利用增強(qiáng)型Prepared Statement類分解數(shù)據(jù)庫(kù)SQL語(yǔ)句，擴(kuò)展JDBC驅(qū)動(dòng)器Prepared-Statement類接口，將儀器設(shè)備由A房間到B房間移動(dòng)軌跡和使用人員編輯、維護(hù)操作的全過(guò)程進(jìn)行解析和保存，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備管理的全方位追蹤。

4.儀器設(shè)備管理

該系統(tǒng)模型以具體實(shí)驗(yàn)樓為單位進(jìn)行二維場(chǎng)景模擬，左側(cè)面板設(shè)置為儀器購(gòu)置臨時(shí)操作區(qū)（模擬采購(gòu)辦），右側(cè)面板顯示大廳和房間；系統(tǒng)分為二級(jí)權(quán)限設(shè)置，用戶分組為“系統(tǒng)用戶”“高級(jí)用戶”“普通用戶”，同時(shí)進(jìn)行操作菜單二次權(quán)限分配，根據(jù)用戶級(jí)別列舉對(duì)應(yīng)房間及菜單工具，預(yù)定義操作對(duì)象類型，以巡檢方式在虛擬空間靈活查詢，通過(guò)雙擊房間號(hào)觀察所在設(shè)備狀態(tài)和執(zhí)行操作。將儀器設(shè)備賦予生命，生動(dòng)描述虛擬設(shè)備對(duì)象的使用周期，反映在用/報(bào)廢/租借和擺放場(chǎng)所及負(fù)責(zé)人等信息，左鍵拖放設(shè)備或右鍵轉(zhuǎn)移分配，如圖2所示。同時(shí)，資產(chǎn)信息進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備增、刪、查等編輯操作和卡片式檔案管理，針對(duì)所需要的儀器相關(guān)文件，實(shí)現(xiàn)Word/Excel格式數(shù)據(jù)導(dǎo)出和打印，實(shí)現(xiàn)多用戶即時(shí)管理和人員訪問(wèn)記錄。

圖2 拖放儀器轉(zhuǎn)移和維修

當(dāng)檢測(cè)人員需要使用儀器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室分析，獲取虛擬模型的用戶權(quán)限進(jìn)行儀器查找，系統(tǒng)判定設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、空間位置、校準(zhǔn)時(shí)限和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，通過(guò)系統(tǒng)提供的事件跟蹤，可以清楚溯源儀器設(shè)備的使用情況和運(yùn)行記錄，如圖3所示。并且通過(guò)統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析儀器設(shè)備的利用率，繪制儀器設(shè)備占用比例。

圖3 設(shè)備管理操作日志記錄

5.結(jié)論

融入、交互和想象是虛擬技術(shù)的三大特征，交互性為可視化管理提供了切入點(diǎn)。利用JAVA語(yǔ)言搭建的C/S架構(gòu)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備管理模型可擴(kuò)展為基于B/S架構(gòu)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化、科學(xué)化管理，簡(jiǎn)化應(yīng)用者分析統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)核查工作，縮短儀器設(shè)備的選擇和校驗(yàn)時(shí)間，極大地降低了使用者的工作量，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)儀器利用率和分析速度，為環(huán)境檢測(cè)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性提供有力保證[7]。

[1] 柘元蒙.環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)的儀器設(shè)備管理[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2009， 28（2）：87-90.

[2] 郭曉茆.環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量監(jiān)督之管見(jiàn)[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2007，19（6）：1-3.

[3] 池靖，夏新.淺談環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的量值溯源[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2008，24（5）：57-60.

[4] 赫元萍，唐雅萍.淺談環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2009，21（1）：1-4.

[5] 陳業(yè)正.校準(zhǔn)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2006，33（11）：46-48.

[6] 俞美香，龔鳳蘭.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理的思考[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（6E）：158-160.

[7] 馬月珠，陳銘.如何做好環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的管理工作[J].環(huán)境保護(hù)，2010，22：45-47.