云計算下的檢驗檢疫實驗室信息管理系統(tǒng)研究

包先雨， 李 軍， 王 洋

（1.深圳市檢驗檢疫科學(xué)研究院，廣東 深圳 518010；2.深圳市超寬帶通訊與射頻識別重點實驗室，廣東 深圳 518010）

檢驗檢疫實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS－for－CIQ）是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、快速數(shù)據(jù)處理技術(shù)對檢測實驗室進行全方位管理的計算機軟、硬件系統(tǒng)，如圖1所示。它主要以實驗室為中心，將實驗室的業(yè)務(wù)流程、環(huán)境、人員、儀器設(shè)備、標物標液、化學(xué)試劑、標準方法、圖書資料、文件記錄、科研管理、項目管理、客戶管理等影響分析數(shù)據(jù)的因素有機結(jié)合起來，使得實驗室可以達到信息化管理、自動化操作和低碳辦公的目的。該系統(tǒng)運行多年來，對提高檢測工作效率、規(guī)范實驗室管理、促進檢驗檢疫電子化等方面起到了積極的推動作用。

云計算［1－2］是網(wǎng)格計算（grid computing）、分布式計算（distributed computing）、并行計算（parallel computing）、效用計算（utility computing）、網(wǎng)絡(luò)存儲（network storage technologies）、虛擬化（virtualization）、負載均衡（load balance）等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。其核心是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計算資源進行統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個計算資源池向用戶按需服務(wù)。云計算對傳統(tǒng)計算方式帶來了變革［3］。云計算具有靈活的擴展性，可根據(jù)用戶需求動態(tài)分配資源，提高資源運用效率；應(yīng)用軟件不再需要安裝在本地計算機，減少了硬件成本。云計算的特點給現(xiàn)有 的 LIMS－for－CIQ 系 統(tǒng) 技 術(shù) 改 進 帶 來 了 新機遇［4］。

圖1 LIMS－for－CIQ系統(tǒng)

本文引入云計算技術(shù)，提供一個具有超算能力和存儲擴展能力、用戶不受地理位置限制、易于維護的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境。首先分析目前LIMS－for－CIQ系統(tǒng)存在的問題，再結(jié)合現(xiàn)有的云計算技術(shù)，利用檢驗檢疫系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)建立CIQ云，進而提出一種云計算環(huán)境下的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)方案，最后以深圳 LIMS－for－CIQ系統(tǒng)為例，說明了該方案的可行性和有效性。

1 LIMS－for－CIQ存在的問題

隨著 LIMS－for－CIQ系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)、流程以及操作的快速增長，產(chǎn)生了較大的檢測量和數(shù)據(jù)量，LIMS－for－CIQ系統(tǒng)的復(fù)雜性也大大上升，這使得傳統(tǒng)的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)不僅生命周期短，而且其處理速度、存儲資源擴展以及查詢統(tǒng)計效率等應(yīng)用都很難達到未來檢驗檢疫實驗室建設(shè)的要求［5－6］。

（1）數(shù)據(jù)量增長速度快，查詢統(tǒng)計較慢。LIMS－for－CIQ系統(tǒng)是檢驗檢疫各檢測實驗室的主干系統(tǒng)，目前僅深圳年報驗業(yè)務(wù)量即達十幾萬批次，系統(tǒng)數(shù)據(jù)量增長速度很快，這使得數(shù)據(jù)的查詢效率也會受到很大影響。雖然數(shù)據(jù)庫端、應(yīng)用程序端盡可能的優(yōu)化，但由于系統(tǒng)自身架構(gòu)的局限性，頁面查詢速度始終相對較慢，且不穩(wěn)定，特別是在業(yè)務(wù)高峰期，大數(shù)據(jù)量的查詢統(tǒng)計難以及時完成。

（2）應(yīng)用服務(wù)器資源消耗較多，運行效率低。LIMS－for－CIQ系統(tǒng)的用戶訪問量較大，由于服務(wù)器系統(tǒng)自身資源有限，系統(tǒng)運行一段時間后系統(tǒng)資源的占用率就會很大，服務(wù)器的運行效率將大大降低，從而使得用戶訪問服務(wù)器的速度也會隨之下降。

（3）存儲擴展能力有限。LIMS－for－CIQ 系統(tǒng)涉及報告、原始記錄單、檢測任務(wù)單、樣品流轉(zhuǎn)單等各類文檔，需要占用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器大量空間。目前LIMS－for－CIQ系統(tǒng)的存儲擴展能力有限，無法滿足快速增長的數(shù)據(jù)存儲需求。

2 系統(tǒng)方案與功能實現(xiàn)

針對上述問題，本文通過集群應(yīng)用［7］、分布式計算［8］等系統(tǒng)功能，將檢驗檢疫系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)中的幾乎所有網(wǎng)絡(luò)和計算機應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對各級檢驗檢疫機構(gòu)和檢測實驗室提供數(shù)據(jù)查詢、存儲和計算服務(wù)。由于我國檢驗檢疫系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)的完整性，完全可以利用其現(xiàn)有的局域網(wǎng)建立檢驗檢疫系統(tǒng)自己的云，即“CIQ云”。CIQ云可以最大限度地整合現(xiàn)有的計算能力和存儲資源，為系統(tǒng)提供超算能力和存儲擴展能力，并且云存儲和計算資源的訪問可以完全由檢驗檢疫系統(tǒng)自己控制，而不是公用的云計算服務(wù)的提供商，完全的物理隔離，保證了數(shù)據(jù)的安全性。因此，通過引入云計算技術(shù)，構(gòu)建基于CIQ云的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)，即“4橫3縱”的技術(shù)方案，如圖2所示。

圖2 基于CIQ云的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)方案

“4橫”含義如下：

（1）數(shù)據(jù)存儲層。由各個數(shù)據(jù)存儲中心構(gòu)成，包括各種計算和存儲資源，它構(gòu)成平臺環(huán)境的硬件基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)核心層。提供構(gòu)造云存儲和云服務(wù)的基本軟件模塊，包括查詢服務(wù)和數(shù)據(jù)管理功能，其中的數(shù)據(jù)管理為查詢服務(wù)提供支持。

（3）訪問接口層。提供共性應(yīng)用服務(wù)，例如數(shù)據(jù)的讀取與寫，為上層LIMS－for－CIQ應(yīng)用層奠定基礎(chǔ)和提供接口。

（4）LIMS－for－CIQ應(yīng)用層。面向最終用戶，提供各種具體的LIMS－for－CIQ數(shù)據(jù)處理和存儲服務(wù)，供用戶完成LIMS－for－CIQ的各種工作流程；另外，應(yīng)用層還負責將一些管理功能展現(xiàn)給用戶，用于對數(shù)據(jù)處理和存儲服務(wù)的管理以及執(zhí)行的監(jiān)控。

“3縱”含義如下：

（1）運行管理與維護。負責環(huán)境中各類數(shù)據(jù)存儲資源的授權(quán)管理、訪問控制、統(tǒng)一認證以及審計等。

（2）數(shù)據(jù)存儲節(jié)點的質(zhì)量管理與控制。完成數(shù)據(jù)備份、垃圾收集、服務(wù)質(zhì)量控制等。

（3）用戶管理和訪問控制。用戶數(shù)據(jù)的訪問控制、計算環(huán)境中數(shù)據(jù)掛載的控制等。

該系統(tǒng)集報驗管理、樣品管理、結(jié)果登記、報告管理、信息查詢等功能于一體，主要包括如下4大功能模塊，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

報驗管理模塊包括分支機構(gòu)用戶報驗、委托客戶網(wǎng)上自助報驗、現(xiàn)場報驗、報驗受理、合同評審、狀態(tài)查詢等功能。分支機構(gòu)用戶可以從LIMS－for－CIQ系統(tǒng)中導(dǎo)入報檢單信息進行報驗，委托客戶可在網(wǎng)上自助報驗，檢測中心還提供現(xiàn)場報驗功能。收到報驗申請后，檢測中心對樣品和報驗信息進行審核、合同評審后，系統(tǒng)自動給客戶反饋受理回執(zhí)。為了方便客戶及時了解檢測狀態(tài)，系統(tǒng)提供了檢測狀態(tài)查詢功能，客戶憑受理回執(zhí)即可實時查詢。

流程管理模塊包括任務(wù)分配、樣品分樣、結(jié)果登記、擬稿、報告審核及簽發(fā)等功能。檢測中心受理報驗申請后，系統(tǒng)會自動根據(jù)其對應(yīng)的檢測項目進行任務(wù)分配，檢測人員接收任務(wù)后進行樣品檢測、結(jié)果登記、擬稿、報告簽發(fā)等工作。為優(yōu)化檢測中心內(nèi)部管理，系統(tǒng)設(shè)置了流程監(jiān)控、樣品管理等功能。樣品在中心受理時即按照檢測要求分樣，貼上樣品標簽，通過樣品標簽在各個部門之間流轉(zhuǎn)。系統(tǒng)通過條碼標簽實現(xiàn)樣品管理電子化，在任何環(huán)節(jié)，只要簡單掃描標簽，就能完成樣品信息查詢、流程監(jiān)控、樣品交接等功能，解決了原來樣品管理復(fù)雜，紙質(zhì)交接單多，容易出錯的問題。

系統(tǒng)采用了開源OpenOffice技術(shù)實現(xiàn)證書制作功能，能夠自動提取檢測結(jié)果生成報告，還可根據(jù)實際要求進行手工調(diào)整，并能夠進行幾種文件格式的互相轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)實現(xiàn)了檢測結(jié)果數(shù)據(jù)與報告的有機關(guān)聯(lián)，解決了原來擬稿存在的需要重復(fù)編輯、合并證書等問題。由于采用系統(tǒng)自動生成報告為主的擬稿方式，并且引入批操作功能，大大減少了擬稿的工作量。

資源管理模塊包括檢測中心文件控制、易耗品、科研、人員等信息的電子化管理。通過對在檢測中心運作過程中有關(guān)標準及方法管理、檢測程序控制、檢測人員監(jiān)督管理等與檢測中心能力保證直接相關(guān)的各要素的控制和管理，實現(xiàn)對檢測中心的人員要求、儀器設(shè)備、耗材、方法、環(huán)境控制等各項檢測資源的一體化管理，規(guī)范檢測中心能力保證行為，增強檢測數(shù)據(jù)的可靠性，促進檢測質(zhì)量的提高。

統(tǒng)計分析模塊包括統(tǒng)計報表、組合查詢、自定義查詢等功能。分支機構(gòu)用戶可及時查詢檢測結(jié)果并打印報告，檢驗檢疫相關(guān)業(yè)務(wù)處室可實時掌握檢測業(yè)務(wù)情況，加強對不合格項目和檢測報告的管理，實現(xiàn)了檢測信息高度共享，業(yè)務(wù)處室、分支機構(gòu)、檢測中心三位一體。此外，系統(tǒng)還預(yù)留了接口與其他業(yè)務(wù)動態(tài)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，更加方便了報檢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與檢測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的比對分析。

3 應(yīng)用舉例

深圳檢驗檢疫實驗室基于云計算的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)于2009年11月在動植物檢驗檢疫技術(shù)研究所實驗室率先上線運行，其軟件界面設(shè)計如圖4所示。隨后，該系統(tǒng)又在工業(yè)品檢測技術(shù)中心、食品檢驗檢疫技術(shù)中心、動植物檢驗檢疫技術(shù)中心、玩具檢測技術(shù)中心、深圳國際旅行衛(wèi)生保健中心等檢測實驗室上線運行。截至2011年6月底，共計受理各類報驗65 000余批次，平均月受理約11 000余批次，檢測樣份250 000份，總檢測項目數(shù)2 303 000項。目前，該系統(tǒng)整體運轉(zhuǎn)正常，達到了預(yù)期目標，取得了良好的效果。

圖4 LIMS－for－CIQ系統(tǒng)界面

（1）提高了工作效率。系統(tǒng)通過穩(wěn)定的基礎(chǔ)架構(gòu)和高效的后臺數(shù)據(jù)處理使得處理速度及處理能力有了較大提高；與CIQ2000系統(tǒng)、攜帶物管理系統(tǒng)、業(yè)務(wù)動態(tài)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)銜接減少了重復(fù)錄入工作；條碼技術(shù)方便了樣品管理和數(shù)據(jù)錄入；OpenOffice方案實現(xiàn)了檢測報告自動生成；多處設(shè)置批處理功能，如批報驗、結(jié)果參考、結(jié)果批審核、批擬稿、批簽發(fā)等，極大減少了重復(fù)性操作，節(jié)省了工作人員的系統(tǒng)操作時間。系統(tǒng)建立的高效處理的信息化平臺，使得工作效率有了較大提高。比如報告擬制工作，原來需要3人專門負責，現(xiàn)在只需1人即可完成。

（2）優(yōu)化了實驗室內(nèi)部管理。系統(tǒng)提供流程監(jiān)控功能，可滿足實驗室內(nèi)部、檢測中心前臺及客戶了解樣品檢測狀態(tài)的不同需要，有助于更加嚴格控制檢測周期，以加強對樣品檢測周期的保證；通過樣品的條碼標簽使得樣品的流轉(zhuǎn)管理更加規(guī)范，并有效地減少了紙質(zhì)單證流轉(zhuǎn)；系統(tǒng)流程進行到下一環(huán)節(jié)時即可鎖定上一環(huán)節(jié)工作，并且最后生成PDF格式的檢測報告，避免了工作人員人為修改檢驗結(jié)果，有助于確保檢測數(shù)據(jù)的嚴密性和完整性。系統(tǒng)實現(xiàn)了對實驗室工作的各個環(huán)節(jié)進行全面跟蹤和管理，使實驗室內(nèi)部檢測管理更加科學(xué)和規(guī)范。

（3）采用了多種技術(shù)提高系統(tǒng)的易用性。該系統(tǒng)開發(fā)基于B／S架構(gòu)，相對于C／S架構(gòu)大大降低了系統(tǒng)維護與升級的成本，同時也方便了用戶的操作培訓(xùn)工作。系統(tǒng)中使用條碼打印機、條碼掃描器、攝像頭等外圍設(shè)備，并用到業(yè)界流行的ActiveX控件技術(shù)，較好地實現(xiàn)了在瀏覽器上控制客戶端硬件設(shè)備，使系統(tǒng)功能更豐富、使用更便捷。

4 結(jié)束語

本文針對現(xiàn)有LIMS－for－CIQ系統(tǒng)的不足，通過引入云計算技術(shù)，建立CIQ云并設(shè)計了一種云計算環(huán)境下的LIMS－for－CIQ系統(tǒng)，詳細描述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計。該系統(tǒng)整體設(shè)計科學(xué)、功能合理、操作便捷、響應(yīng)速度快。系統(tǒng)啟用后，實現(xiàn)了檢測業(yè)務(wù)各個環(huán)節(jié)的全面跟蹤，優(yōu)化了檢測中心內(nèi)部管理，檢測工作更加科學(xué)化，樣品管理更加規(guī)范化，為檢驗檢疫實驗室的高速運轉(zhuǎn)提供了強大的超算能力和存儲擴展能力。該系統(tǒng)在深圳檢驗檢疫實驗室中的成功實施，將有助于該系統(tǒng)在全國直屬檢驗檢疫機構(gòu)檢測實驗室中的推廣應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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