LIMS系統(tǒng)在新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的研究與應(yīng)用

馬增輝，韓霽昌，王歡元，張露，張衛(wèi)華

(陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)，陜西地建土地工程技術(shù)研究院，國(guó)土資源部退化及未利用土地工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710075)

土地整治工程的最終的產(chǎn)品和成果是新增耕地，是確保18億畝紅線的重要途徑，新增耕地的質(zhì)量是檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)土地工程成敗的關(guān)鍵，對(duì)新增耕地質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)的管理、分析和數(shù)據(jù)融合顯得尤為重要。目前，新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)多源、多點(diǎn)、多指標(biāo)、長(zhǎng)時(shí)間的特點(diǎn)。多數(shù)據(jù)來(lái)源——包括遙感、無(wú)人機(jī)、多傳感器、室內(nèi)儀器分析、流動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等，且數(shù)據(jù)異構(gòu);多項(xiàng)目點(diǎn)——土地項(xiàng)目點(diǎn)數(shù)量不斷增加，空間變異增大;多指標(biāo)——新增耕地來(lái)源類型較多，主要包括鹽堿地、沙地、灘涂、廢棄宅基地等，不同土地類型整治后，反映新耕地質(zhì)量的土壤及其他理化指標(biāo)不同，指標(biāo)類型和檢測(cè)方法繁多;長(zhǎng)時(shí)間——即要常態(tài)監(jiān)測(cè)，一般一個(gè)土地整治工程項(xiàng)目投資回收期是8～10年，要求監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。隨著土地整治工程的實(shí)施，人員更替、項(xiàng)目繁多、數(shù)據(jù)異構(gòu)、時(shí)期不同，人工管理監(jiān)測(cè)和分析數(shù)據(jù)的模式無(wú)法滿足需求，急需一種數(shù)字化、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集、整理和分析系統(tǒng)來(lái)解決。而實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(Laboratory information management system，LIMS)為解決管理、分析和數(shù)據(jù)融合提供了技術(shù)和理論支撐。

實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)是協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室人員、設(shè)備、材料、方法、環(huán)境等各類資源，能動(dòng)地協(xié)調(diào)工作流程，形成人、機(jī)、料、法等要素的閉環(huán)控制，規(guī)范實(shí)驗(yàn)室操作，融合各種數(shù)據(jù)資源，為實(shí)驗(yàn)室高效運(yùn)行和管理提供保障。目前，國(guó)內(nèi)LIMS系統(tǒng)已在能源、食品、醫(yī)藥、農(nóng)牧、環(huán)保、制造、計(jì)量等傳統(tǒng)行業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)、鑒定與分析中廣泛應(yīng)用［1－17］。利用LIMS系統(tǒng)多種靈活的管理和運(yùn)營(yíng)模式，使新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)達(dá)到檢測(cè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、檢測(cè)數(shù)據(jù)精確化、檢測(cè)儀器自動(dòng)化，解決新增耕地質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)的管理不規(guī)范以及數(shù)據(jù)難以共享等問(wèn)題，降低實(shí)驗(yàn)室成本、信息融合、高效服務(wù)和規(guī)范化管理，建立一套集現(xiàn)代化管理思想與先進(jìn)的信息技術(shù)為一體的質(zhì)量管理系統(tǒng)已成必然，以滿足當(dāng)今新增耕地監(jiān)測(cè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)及環(huán)境管理的要求。

1 新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

人工管理監(jiān)測(cè)和分析數(shù)據(jù)的模式，其時(shí)效性差、準(zhǔn)確度低、效率低下、缺乏系統(tǒng)性，主要表現(xiàn)在:手工抄送、錄入數(shù)據(jù);手工編制報(bào)告報(bào)表;手工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。這種工作模式已不能適應(yīng)對(duì)新增耕地質(zhì)量管理的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性要求。針對(duì)新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)多源、多點(diǎn)、多指標(biāo)、長(zhǎng)時(shí)間的特點(diǎn)，采用信息融合、門戶、工作流、物聯(lián)網(wǎng)等主要技術(shù)，分別解決數(shù)據(jù)異構(gòu)、空間變異增大、指標(biāo)類型和檢測(cè)方法繁多、監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

1.1 基于信息融合技術(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成研究 依據(jù)《農(nóng)用地分等規(guī)程》、《農(nóng)用地定級(jí)規(guī)程》、《農(nóng)用地質(zhì)量動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》、《補(bǔ)充耕地質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定技術(shù)規(guī)范(試行)》［18－20］以及西北地區(qū)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和土地整治后驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，制定土地整治后生態(tài)環(huán)境及土地質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)。質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其中自然因素和人為因素包括:

(1)自然因素指標(biāo)。①水文:水源類型(地表水、地下水)、水量、水質(zhì)等;②土壤:土壤表層有機(jī)質(zhì)含量、土壤酸堿度(土壤pH)、土壤質(zhì)地、有效土層厚度、地表巖石露頭度、土壤鹽堿狀況、障礙層距地表深度、土壤侵蝕狀況、土壤保水供水狀況等;③地貌:坡度、坡向、坡型、地形部位。

(2)人為因素指標(biāo)。①農(nóng)田基本建設(shè):灌溉條件(水源保證率、灌溉保證率)、排水條件、田間道路條件、田塊大小、平整度及破碎度等。②耕作制度:a.投入，物質(zhì)投入包括種子、化肥、農(nóng)家肥、地膜、水電、農(nóng)機(jī)具等;活動(dòng)投入包括各類生產(chǎn)環(huán)節(jié)中勞動(dòng)力投入和必要的農(nóng)田維護(hù)勞動(dòng)力投入;技術(shù)投入包括作物品種。b.產(chǎn)出，即指定作物實(shí)際產(chǎn)量。

多源信息融合技術(shù)又稱多傳感器信息融合技術(shù)，其關(guān)鍵問(wèn)題是對(duì)具有相似或不同特征模式的多源信息進(jìn)行處理，以獲得具有相關(guān)和集成特性的融合信息。基于信息融合的新增耕地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成研究，是將地貌等GIS和影像數(shù)據(jù)、水文及土壤質(zhì)量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、農(nóng)田基本建設(shè)和耕作制度非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等異構(gòu)數(shù)據(jù)集成及融合，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)集成及融合邏輯框架

圖1中框架邏輯設(shè)計(jì)分為2層，底層為多傳感器采集層，分為自動(dòng)采集傳輸傳感器、人為干預(yù)傳感器及其他數(shù)據(jù)來(lái)源3種情況。數(shù)據(jù)集成及融合層。在土地整治過(guò)程中，大量結(jié)構(gòu)、語(yǔ)義異構(gòu)的不同數(shù)據(jù)源，采用數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)聯(lián)邦和Web服務(wù)3種方式，完成數(shù)據(jù)集成。包括在線傳感器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)與自然因素、人為因素和遙感與GIS數(shù)據(jù)的融合，向上提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。采用數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)聯(lián)邦和Web服務(wù)中間件3種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的集成和融合。其中，數(shù)據(jù)集中是將數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)相同的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)集中的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)集成;數(shù)據(jù)聯(lián)邦是將數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝;Web服務(wù)是將數(shù)據(jù)異構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，無(wú)論標(biāo)準(zhǔn)的原子服務(wù)、組合服務(wù)向應(yīng)用層提供XML、RDF等標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)文件格式，統(tǒng)一應(yīng)用組件接口，也就是說(shuō)，和以往應(yīng)用相比較，應(yīng)用不再直接與數(shù)據(jù)相連接，降低耦合度，為快速搭建應(yīng)用提供良好的組件接口。

1.2 基于Portal的常態(tài)監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建 現(xiàn)有新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)包括多傳感器、室內(nèi)儀器分析、流動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等指標(biāo)檢測(cè)手段。將Portal技術(shù)應(yīng)用于LIMS系統(tǒng)，形成新增耕地質(zhì)量室內(nèi)檢測(cè)、移動(dòng)檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的常態(tài)監(jiān)測(cè)體系。以Portal技術(shù)構(gòu)建LIMS系統(tǒng)，使其具有個(gè)性化界面定制，單點(diǎn)登錄(Single Sign-on，SSO)，以及信息聚合等服務(wù)功能，為用戶提供單一的訪問(wèn)入口、個(gè)性化界面定制和統(tǒng)一的安全管理，提高了平臺(tái)系統(tǒng)的表現(xiàn)能力，滿足不同地點(diǎn)和不同監(jiān)測(cè)方式用戶的要求。基于Portal的常態(tài)監(jiān)測(cè)體系見(jiàn)圖2。

1.3 基于WfMC的工作流技術(shù)的檢測(cè)流程標(biāo)準(zhǔn)化 要使新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)LIMS系統(tǒng)達(dá)到檢測(cè)流程標(biāo)準(zhǔn)化，就必須解決工作流技術(shù)和流程可視化問(wèn)題。檢測(cè)流程管理模塊主要完成委托樣品檢測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)委托樣品檢測(cè)流程的電子化、自動(dòng)化和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，提高實(shí)驗(yàn)人員及管理人員的工作效率，包括樣品登記、任務(wù)分配、樣品接收、樣品測(cè)試、報(bào)告審核、報(bào)告簽發(fā)、收費(fèi)結(jié)算、余樣處理等功能。WfMC是工作流聯(lián)盟的簡(jiǎn)稱，可視化建模工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是工作流技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)流程，使其標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵。在建模工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要包括面板、建模工具菜單、活動(dòng)、參與者、轉(zhuǎn)移條件、線型等對(duì)象。工作流建模工具類見(jiàn)圖3。

圖2 基于Portal的常態(tài)監(jiān)測(cè)體系

圖3 工作流建模工具類

(1)DesignerApplet類:面板類。通過(guò)DesignerApplet類中init()方法初始化建模工具面板環(huán)境。

(2)MainToolBar類:建模工具菜單類。通過(guò)MainToolBar()構(gòu)造方法初始化建模工具菜單。其中包括新建、打開(kāi)、保存等操作。

(3)Diversion類:轉(zhuǎn)移條件類，也稱操作類。Diversion()構(gòu)造方法初始化各種轉(zhuǎn)移條件;Type屬性表示轉(zhuǎn)移條件類型，轉(zhuǎn)移條件類型可分為一般轉(zhuǎn)移、回退轉(zhuǎn)移、自轉(zhuǎn)移、結(jié)束、歸檔、返回發(fā)起人、開(kāi)始子流程、結(jié)束子流程等，通過(guò)setType()和getType()方法來(lái)設(shè)置和獲取操作類型。

(4)Activity類:活動(dòng)的實(shí)體類。Activity()構(gòu)造方法初始化活動(dòng)實(shí)例;通過(guò)getActivityPanel()得到添加活動(dòng)的面板，將活動(dòng)實(shí)體以圖形化的展現(xiàn)形式添加到面板中，構(gòu)建工作流過(guò)程中的每一個(gè)實(shí)體。

(5)Actor類:活動(dòng)的參與者類。Actor()構(gòu)造方法初始化參與者實(shí)例;setActivities()和getActivities()得到該參與者正在執(zhí)行的活動(dòng)實(shí)例;getDiversion()得到下一步要執(zhí)行的操作;通過(guò)Actor類中的方法和屬性將操作、活動(dòng)、參與者有機(jī)地聯(lián)系在一起。

1.4 基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化改造和智能控制 物聯(lián)網(wǎng)(Imemet of Things)指的是將傳感器、移動(dòng)終端、可編程控制器等智能化設(shè)備經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)連接集成，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，并根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析、對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和控制的系統(tǒng)。而基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室儀器接口自動(dòng)化改造，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分析儀器與LIMS無(wú)縫連接，減少人為處理數(shù)據(jù)的工作量及出錯(cuò)率。分析和測(cè)量?jī)x器種類多，接口類型和文件格式多樣，從接口的模式上可分為:有帶工作站或COM口的，不帶工作站而有RS232或USB接口的和各種接口傳輸?shù)奈募蠺XT、PDF、單字符等多種格式。按照實(shí)驗(yàn)儀器不同數(shù)據(jù)類型和傳輸方式，儀器聯(lián)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)分為3種模式:有工作站軟件的儀器連接、無(wú)工作站但有RS232串口輸出的儀器連接和文本格式數(shù)據(jù)連接。

1.4.1 有工作站軟件的儀器連接。對(duì)儀器工作站配備網(wǎng)卡聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)進(jìn)行文件解析，產(chǎn)生的結(jié)果自動(dòng)提交更新到LIMS的“樣品分析檢測(cè)”模塊中，完成數(shù)據(jù)自動(dòng)采集(圖4)。

圖4 有工作站軟件的儀器連接示意

1.4.2 無(wú)工作站但有RS232串口輸出的儀器連接。a.通過(guò)PC機(jī)的COM口直接連接儀器的RS232接口，或通過(guò)RS232串口擴(kuò)展卡與PC相連。b.在PC機(jī)上安裝串口數(shù)據(jù)采集軟件，設(shè)置好廠家提供的串口參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位、請(qǐng)求碼等。c.運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件，在儀器上檢測(cè)樣品后的結(jié)果就會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)讲杉绦蛑?，LIMS系統(tǒng)監(jiān)聽(tīng)程序會(huì)將數(shù)據(jù)采集到LIMS系統(tǒng)中，在“樣品分析檢測(cè)”模塊中進(jìn)行樣品和測(cè)試結(jié)果的對(duì)應(yīng)，完成數(shù)據(jù)采集(圖5)。

圖5 RS232串口輸出的儀器連接示意

1.4.3 文本格式數(shù)據(jù)連接。廠商不提供接口及API函數(shù)的特殊儀器，利用儀器設(shè)備分析之后，由分析員在工作站上處理和審核儀器生成的數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)化處理后，存放在LIMS指定的文件夾下，LIMS通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)聽(tīng)程序檢測(cè)到該文件，將數(shù)據(jù)錄入LIMS系統(tǒng)。

2 國(guó)土資源部退化及未利用土地工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)LIMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

國(guó)土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)國(guó)土資源部批準(zhǔn)成立，主要從事土地工程領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)研究、實(shí)驗(yàn)分析、試驗(yàn)檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)研究工作。

2.1 LIMS 需求分析

2.1.1 在檢測(cè)硬件條件方面。

(1)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)室建有樣品室、處理室、植物營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室、水環(huán)境分析實(shí)驗(yàn)室、土壤物理實(shí)驗(yàn)室、退化土地修復(fù)實(shí)驗(yàn)室、土地整治工程實(shí)驗(yàn)室、土壤化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、資源再配置實(shí)驗(yàn)室、質(zhì)譜儀及天平室、樣品庫(kù)(檔案室)等10個(gè)專業(yè)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室;包括Cleverchem200全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀、Mastersizer 2000激光粒度分析儀、ICP－MS 7700e電感耦合離子質(zhì)譜儀等大型室內(nèi)檢測(cè)儀器。

(2)觀測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。對(duì)流彌散物理模型、砒沙巖與沙復(fù)配成土、黃土高原溝壑區(qū)等7個(gè)土地工程中試模型和5個(gè)野外科學(xué)觀測(cè)站(榆林站、澄城站、鹵泊灘站、延安站、華陰站)。包含中子儀等定點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備。

(3)流動(dòng)車移動(dòng)檢測(cè)。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有1臺(tái)自主研發(fā)的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)車，可搭載FieldSpec 4高分辨率地物波譜儀、EM38－MK2－1大地電導(dǎo)儀等檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行常見(jiàn)指標(biāo)的野外移動(dòng)檢測(cè)工作。

(4)多傳感器在線檢測(cè)。HOBOU30小型自動(dòng)氣象站、土壤水分傳感器等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，使其能夠自動(dòng)采集、遠(yuǎn)距離控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

2.1.2 在檢測(cè)要求和運(yùn)行規(guī)范方面。滿足1個(gè)室內(nèi)檢測(cè)基地、5個(gè)野外觀測(cè)站、7個(gè)中試模型、傳感器采集和1個(gè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)車檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的集成和共享;實(shí)驗(yàn)室管理應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)要求，符合ISO17025標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室需求如下:

(1)監(jiān)測(cè)分析服務(wù)需求。即省級(jí)土地整治項(xiàng)目驗(yàn)收、科研課題實(shí)驗(yàn)、小區(qū)及大田實(shí)驗(yàn)、土地整治工程項(xiàng)目等水土樣品的檢測(cè)分析工作。

(2)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理需求。對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)賬、維修記錄、校驗(yàn)記錄、運(yùn)行檢查記錄等的管理需求。

(3)科研實(shí)驗(yàn)管理需求。實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)、實(shí)驗(yàn)室審核、儀器預(yù)約、培訓(xùn)考核、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、數(shù)據(jù)存檔等管理需求。

(4)科研課題管理。對(duì)科研項(xiàng)目的申請(qǐng)、審批、過(guò)程管理、成果管理。

(5)實(shí)驗(yàn)室各類資料管理需求。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、國(guó)際會(huì)議等學(xué)術(shù)交流、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等紙質(zhì)和電子數(shù)據(jù)管理需求。

(6)質(zhì)量管理需求。對(duì)實(shí)驗(yàn)室出具的報(bào)告中所涉及數(shù)據(jù)具有可回溯性需求。

(7)土壤樣品存檔和查詢需求。

(8)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)車野外科學(xué)實(shí)驗(yàn)管理需求。

(9)人員管理等其他需求。

因此，在LIMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮現(xiàn)有需求的實(shí)現(xiàn)，保證實(shí)用性，還需在軟件架構(gòu)、系統(tǒng)接口預(yù)留等方面考慮靈活性和先進(jìn)性，保障系統(tǒng)功能擴(kuò)展適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的要求。

圖6 LIMS系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.2 LIMS系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。LIMS系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎脩?yīng)用服務(wù)器雙機(jī)熱備和IP網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)核心的業(yè)務(wù)處理和計(jì)算，設(shè)計(jì)2臺(tái)服務(wù)器建立雙機(jī)，之間通過(guò)不斷使用心跳機(jī)制相互監(jiān)測(cè)。同時(shí)，滿足1個(gè)室內(nèi)檢測(cè)基地、5個(gè)野外觀測(cè)站、7個(gè)中試模型、傳感器采集和1個(gè)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)車檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的集成和共享，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?圖6)。

2.2.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)框架LIMS系統(tǒng)采用的設(shè)計(jì)策略和設(shè)計(jì)概念包括B/S的體系架構(gòu)、Web Service技術(shù)和N層的體系結(jié)構(gòu)(圖7)。

圖7 LIMS系統(tǒng)軟件架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)主要分為資源管理、系統(tǒng)初始化、檢測(cè)流程管理、科研實(shí)驗(yàn)管理、日常管理、查詢統(tǒng)計(jì)和外網(wǎng)網(wǎng)站等8個(gè)功能模塊，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。

檢測(cè)流程管理模塊主要完成委托樣品檢測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)委托樣品檢測(cè)流程的電子化、自動(dòng)化和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，提高實(shí)驗(yàn)人員及管理人員的工作效率。①資源管理，包括樣品登記、任務(wù)分配、樣品接收、樣品測(cè)試、報(bào)告審核、報(bào)告簽發(fā)、收費(fèi)結(jié)算、余樣處理等功能。②儀器設(shè)備管理，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的全生命周期的管理，包括儀器臺(tái)賬、儀器維修記錄、儀器校驗(yàn)記錄、儀器運(yùn)行檢查記錄等設(shè)備履歷信息的管理。③科研實(shí)驗(yàn)管理，科研實(shí)驗(yàn)管理模塊主要完成科研實(shí)驗(yàn)檢測(cè)流程，實(shí)現(xiàn)科研實(shí)驗(yàn)流程的電子化、自動(dòng)化和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，包括實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)、實(shí)驗(yàn)室審核、儀器預(yù)約、培訓(xùn)考核、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、數(shù)據(jù)存檔、費(fèi)用結(jié)算、數(shù)據(jù)下載等功能。④科研項(xiàng)目管理，完成科研項(xiàng)目的申請(qǐng)、審批、過(guò)程管理、成果管理等功能，實(shí)現(xiàn)科研項(xiàng)目信息的電子化和數(shù)據(jù)共享，提高科研項(xiàng)目管理水平。⑤質(zhì)量管理，完成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部人員考核計(jì)劃，評(píng)審相關(guān)記錄及事故和申訴的相關(guān)信息。⑥資料管理，完成實(shí)驗(yàn)室各類資料的維護(hù)、查詢、借閱申請(qǐng)、申請(qǐng)審批、文檔下載查看等功能。⑦學(xué)術(shù)交流管理，完成邀請(qǐng)報(bào)告、參加訪問(wèn)、國(guó)內(nèi)國(guó)際會(huì)議等學(xué)術(shù)交流的維護(hù)、查詢統(tǒng)計(jì)功能。⑧樣品庫(kù)管理，通過(guò)二維碼對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行分類管理，可以使用掃描槍對(duì)樣品的檢測(cè)參數(shù)、樣品取樣地點(diǎn)等信息進(jìn)行查詢、管理和維護(hù)。

圖8 LIMS系統(tǒng)軟件系統(tǒng)功能

2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 主要功能界面包括系統(tǒng)主界面和檢測(cè)流程界面。系統(tǒng)主界面見(jiàn)圖9。

樣品檢測(cè)功能界面如圖10所示。檢測(cè)流程管理模塊主要完成委托樣品檢測(cè)流程的電子化、自動(dòng)化和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，檢測(cè)流程標(biāo)準(zhǔn)化管理分為以下8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)步驟:樣品登記、任務(wù)分配、樣品接收、樣品測(cè)試、報(bào)告審核、報(bào)告簽發(fā)、收費(fèi)結(jié)算、余樣處理等功能。

3 結(jié)論

目前，新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)呈現(xiàn)多源、多點(diǎn)、多指標(biāo)、長(zhǎng)時(shí)間的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集、整理、分析困難，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力差等問(wèn)題，這些矛盾應(yīng)通過(guò)建立信息技術(shù)平臺(tái)的方式來(lái)解決，而實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)能夠?yàn)榻鉀Q管理、分析和數(shù)據(jù)融合提供技術(shù)和理論支撐，4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用很好地解決了新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)中所遇到的問(wèn)題。

圖9 系統(tǒng)主界面

(1)基于信息融合技術(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成研究，解決了新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)檢測(cè)手段多樣和數(shù)據(jù)異構(gòu)的問(wèn)題。

(2)基于Portal的常態(tài)監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建，解決了新增耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)長(zhǎng)和項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)多的問(wèn)題，形成常態(tài)監(jiān)測(cè)體系。

(3)基于WfMC的工作流技術(shù)的檢測(cè)流程標(biāo)準(zhǔn)化。解決了參與檢測(cè)的人數(shù)眾多，實(shí)驗(yàn)儀器各種各樣，樣品指標(biāo)數(shù)據(jù)量巨大，將實(shí)驗(yàn)中所涉及的人、機(jī)、料、物、法有機(jī)的整合起來(lái)，協(xié)同工作，提高實(shí)驗(yàn)研究的效率和精度，對(duì)龐雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、處理、分析等工作。

(4)基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化改造和智能控制，解決了新增耕地質(zhì)量檢測(cè)準(zhǔn)確性和快速檢測(cè)的問(wèn)題。

新增耕地質(zhì)量是檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)土地工程成敗的關(guān)鍵，而新增耕地的土壤和水檢測(cè)是檢驗(yàn)質(zhì)量?jī)?yōu)劣的基本手段，規(guī)范管理樣品檢測(cè)過(guò)程和檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和共享尤為重要，LIMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建立，尤其在國(guó)土資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用，解決了新增耕地質(zhì)量檢測(cè)的全方位管理和信息資源共享，為多地點(diǎn)、多檢測(cè)手段和各種土地類型耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了一條規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理可行性途徑，并為土地工程其他實(shí)驗(yàn)室的規(guī)范化管理和信息化建設(shè)提供參考。

圖10 樣品檢測(cè)功能界面

［1］王合生.對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)工作的思考［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2008，20(4):57 －59.

［2］曾小寧，黎明.基于XML的數(shù)據(jù)交換中間件的研究和實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28(12):2999 －3002.

［3］張曦喬，劉曉坤.淺析環(huán)境統(tǒng)計(jì)存在的問(wèn)題及對(duì)策研究［J］.環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，2007，23(2):18 －22.

［4］沈紅軍，張亦含.環(huán)境監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)整合策略分析［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2005，17(5):1 －3.

［5］殷琨，秦俊芳.淺談環(huán)境監(jiān)測(cè)電子數(shù)據(jù)的管理［J］.環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，2005，18(1):50 －52.

［6］姜林，李夢(mèng)龍.小型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2005，17(2):261 －263.

［8］李剛，張偉.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)與檢驗(yàn)檢疫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2005(12):92－93.

［9］皮中原，楊大兵.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)簡(jiǎn)介［J］.煤質(zhì)技術(shù)，2003(2):47 －48.

［10］楊海鷹，沈彤，陸婉珍.LIMS與實(shí)驗(yàn)室管理［J］.現(xiàn)代科學(xué)儀器，2002(1):25 －26.

［11］曾曦梅，侯麗梅.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)的設(shè)計(jì)思路及特點(diǎn)［J］.沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，6(2):105 －106.

［12］武敬，楊建華.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)初探［J］.資源環(huán)境與工程，2004，18(3):58 －73.

［13］羅國(guó)英，林修齊.2000版ISO/DIS9000族標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體系管理教程［M］.北京:中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2000.

［14］馮金輝.數(shù)字實(shí)驗(yàn)室——LIMS未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)［J］.現(xiàn)代科學(xué)儀器，2002(20):10－13.

［15］白云，文德振，劉平波，等.環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［J］.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005，21(5):3 －5.

［16］安景玲.環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建研究——以上海紡織節(jié)能環(huán)保中心為例［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38(9):7 －10.

［17］李婷，王桂芳，王巧燕，等.利用LIMS完成化驗(yàn)室儀器的集成［J］.石油化工自動(dòng)化，2013，49(4):68 －70.

［18］國(guó)土資源部土地利用管理司.農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程(GB/T28407－2012)［S］.北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［19］國(guó)土資源部土地利用管理司，國(guó)土資源部土地管理中心，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等.農(nóng)用地定級(jí)規(guī)程(GB/T28405－2012)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［20］胡存智，張顯勝，朱道林，等.農(nóng)用地估價(jià)規(guī)程(GB/T28406－2012)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.