檢測(cè)管理信息系統(tǒng)研究綜述

陳晶　羅俊

摘要：檢測(cè)管理信息系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、快速數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)的流程和相關(guān)信息進(jìn)行全方位管理。本文從發(fā)展歷程、系統(tǒng)功能、關(guān)鍵技術(shù)及新技術(shù)應(yīng)用四個(gè)方面對(duì)檢測(cè)管理信息系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究工作進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：管理信息系統(tǒng)，UML，工作流

1 前 言

檢測(cè)管理信息系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、快速數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的流程和相關(guān)信息進(jìn)行全方位管理。國(guó)內(nèi)外對(duì)檢測(cè)管理信息系統(tǒng)的研發(fā)工作已經(jīng)持續(xù)多年。

檢測(cè)管理信息系統(tǒng)的概念最早于20世紀(jì)60年代末提出，80年代中期發(fā)展出第一代檢測(cè)管理信息系統(tǒng) ，操作都集中在中心計(jì)算機(jī)上完成，屬于集中式管理，數(shù)據(jù)處理能力較小。 第二階段是完全商品化的軟件，即把各種實(shí)驗(yàn)室所需要的功能都設(shè)計(jì)到了自己的信息系統(tǒng)中去，缺點(diǎn)是為了滿足用戶的需求，必須在安裝后編寫(xiě)適應(yīng)性程序]。第三階段為80年代末期到90年代中后期，基于C/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)管理模式成為主流，并開(kāi)始將面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)軟件的概念引入檢測(cè)管理信息系統(tǒng)。第四階段為90年代末到近幾年，檢測(cè)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用Web技術(shù)，采用統(tǒng)一的瀏覽器界面，以分布式應(yīng)用結(jié)構(gòu)為核心，把編程和業(yè)務(wù)表示分開(kāi)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

2 系統(tǒng)功能

目前國(guó)內(nèi)外正在投入使用的相關(guān)管理信息系統(tǒng)一般都能實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)數(shù)據(jù)的管理，其功能包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理 、簡(jiǎn)單的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)合格與否的自動(dòng)判定、輸出、報(bào)表的展現(xiàn)與管理等。這些系統(tǒng)能滿足環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)工作的基本需要，功能比較單一，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，投資較少，在設(shè)計(jì)好之后，一般可以在較長(zhǎng)的時(shí)間里不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)軟硬件進(jìn)行大的變動(dòng)。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正在研發(fā)的環(huán)境衛(wèi)生管理信息系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)數(shù)據(jù)和信息的全面管理。這類(lèi)管理信息系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理功能外，一般還增加了對(duì)樣品、資源（如材料、設(shè)備、備品、備件、固定資產(chǎn)等）和事務(wù)（如工作量統(tǒng)計(jì)與工資獎(jiǎng)金、文件資料和檔案）等功能模塊，能組成一套完整的綜合管理體系和檢測(cè)工作質(zhì)量監(jiān)控體系。由于檢測(cè)相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)的設(shè)置、職責(zé)、管理模式和其他特點(diǎn)可能會(huì)隨著業(yè)務(wù)發(fā)展的需求而發(fā)生變化，可能需要經(jīng)常對(duì)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行改變。

環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)管理信息系統(tǒng)的功能根據(jù)實(shí)際工作流程和應(yīng)用規(guī)模而有所不同，但總的來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的主要功能包括：樣品信息錄入、檢測(cè)流程管理、報(bào)告管理、報(bào)表打印、系統(tǒng)維護(hù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、檢測(cè)人員材料設(shè)備管理。樣品信息錄入主要包括樣品收樣，將樣品的性狀、規(guī)格、數(shù)量、檢測(cè)日期、檢測(cè)項(xiàng)目等信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。檢測(cè)流程管理實(shí)現(xiàn)樣品從檢測(cè)申請(qǐng)到報(bào)告發(fā)放的完整檢測(cè)過(guò)程中的所有步驟。報(bào)告管理完成報(bào)告的建立、修改和銷(xiāo)毀工作。報(bào)表打印主要完成對(duì)系統(tǒng)生成的各類(lèi)報(bào)表的查詢和打印工作。系統(tǒng)維護(hù)主要包括對(duì)用戶的管理和配置，清除過(guò)期的數(shù)據(jù)，備份有用的數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室、樣品、檢測(cè)項(xiàng)目、儀器設(shè)備等進(jìn)行管理。檢測(cè)人員材料設(shè)備管理完成檢測(cè)相關(guān)人員信息、材料和儀器的查詢統(tǒng)計(jì)功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

隨著Web技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)管理信息系統(tǒng)普遍采用了瀏覽器/服務(wù)器開(kāi)發(fā)模式，以Web服務(wù)器為應(yīng)用中心，使用方便，數(shù)據(jù)的共享和發(fā)布更為簡(jiǎn)單，功能更為全面，軟件的二次開(kāi)發(fā)更為容易。Web服務(wù)的基本架構(gòu)包括web服務(wù)提供者（service provider）、服務(wù)請(qǐng)求者（service requester）和服務(wù)代理（service broker）以及他們之間的通信、XML格式的消息傳遞機(jī)制等。應(yīng)用Web服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)Web上的文檔瀏覽，自動(dòng)調(diào)用事件，可以增強(qiáng)管理信息系統(tǒng)的靈活性。此外，通過(guò)應(yīng)用Web service技術(shù)為系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理編程接口，便于增加各種儀器的接口，提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

隨著檢測(cè)項(xiàng)目和業(yè)務(wù)量的不斷增加以及對(duì)質(zhì)量要求的不斷提高，環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)信息管理系統(tǒng)的復(fù)雜度也在不斷增加。為了幫助用戶對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行面向?qū)ο蟮拿枋?，不少管理信息系統(tǒng)采用UML（Unified Modeling Language）進(jìn)行建模。UML提供了一整套描述軟件系統(tǒng)模型的概念和圖形表示法，包括具體語(yǔ)法、抽象語(yǔ)法、語(yǔ)義和用例圖、順序圖、協(xié)作圖、類(lèi)圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、構(gòu)件圖、部署圖，可以完成衛(wèi)生檢測(cè)信息管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程從需求分析到實(shí)現(xiàn)和測(cè)試的全過(guò)程。 UML采取直觀的圖形化建模方式，被廣泛應(yīng)用于管理信息系統(tǒng)的建模中。UML中的用例圖對(duì)系統(tǒng)、子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行建模，將系統(tǒng)參與者以及他們之間的關(guān)系顯示出來(lái)。順序圖用于描述對(duì)象間的動(dòng)態(tài)交互關(guān)系，著重體現(xiàn)對(duì)象間消息傳遞的時(shí)間順序，按照時(shí)間順序表達(dá)軟件對(duì)象之間的交互情況。協(xié)作圖也是UML交互圖的一種，用來(lái)描述協(xié)作對(duì)象之間的交互和鏈接，包括對(duì)象及對(duì)象間通信的關(guān)聯(lián)。類(lèi)圖描述了一個(gè)類(lèi)的定義（包括類(lèi)名、屬性和操作的集合），顯示一組類(lèi)和接口，并表達(dá)類(lèi)之間的基本關(guān)系（包括繼承、關(guān)聯(lián)等）。狀態(tài)圖用來(lái)描述一個(gè)特定對(duì)象的所有可能狀態(tài)及引起狀態(tài)轉(zhuǎn)移的事件，一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)是其所有成員屬性值和成員狀態(tài)的組合，通過(guò)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換來(lái)描述其動(dòng)態(tài)性。活動(dòng)圖經(jīng)常被用來(lái)描述一個(gè)用例的處理流程，遇到復(fù)雜聯(lián)系，可以通過(guò)活動(dòng)圖來(lái)集成用例，描述同一抽象層次上用例間的聯(lián)系。構(gòu)件圖是結(jié)構(gòu)圖的一種，用來(lái)表示構(gòu)件本身的信息，其中包括邏輯類(lèi)或?qū)崿F(xiàn)類(lèi)的信息。部署圖是結(jié)構(gòu)圖的一種，用來(lái)定義系統(tǒng)運(yùn)行中的硬件和物理體系結(jié)構(gòu)。上述的用例圖、類(lèi)圖、構(gòu)件圖、部署圖可以歸納為UML的靜態(tài)建模機(jī)制，狀態(tài)圖、活動(dòng)圖、順序圖、協(xié)作圖可以歸納為動(dòng)態(tài)建模機(jī)制。

4 新技術(shù)應(yīng)用

環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)信息管理系統(tǒng)涵蓋的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程繁多，包括檢測(cè)流程、質(zhì)量管理流程、編制報(bào)告流程等。可引入工作流的概念，形成工作流程的計(jì)算模型，即將工作流程中的工作按照邏輯和規(guī)則前后組織在一起，在計(jì)算機(jī)中以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行表示并對(duì)其實(shí)施計(jì)算。比如為報(bào)告編制工作流程，可以應(yīng)用工作流技術(shù)在多個(gè)具有不同權(quán)限的用戶之間，按照預(yù)定的報(bào)告編制規(guī)則完成自動(dòng)傳遞文檔和撰寫(xiě)編制審核的任務(wù)。工作流是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行定義、執(zhí)行并監(jiān)控的整體過(guò)程，工作流模型是對(duì)工作流的一種抽象表示。工作流模型通常采用形式化語(yǔ)義，這樣可以直觀地表達(dá)業(yè)務(wù)邏輯，并對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的過(guò)程、路由、角色分配、時(shí)間等控制條件加以描述。工作流管理系統(tǒng)通常都提供以下幾種功能：①在工作流的建立階段，對(duì)工作流過(guò)程進(jìn)行定義和建模；②在運(yùn)行階段，執(zhí)行工作流過(guò)程，完成過(guò)程中的活動(dòng)調(diào)度；③在運(yùn)行階段，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中與軟件工具之間的交互。對(duì)于工作流建模，國(guó)外許多學(xué)者提出了不少有價(jià)值的建模方法：基于狀態(tài)和活動(dòng)圖的建模方法、基于Petri網(wǎng)的建模方法、基于事務(wù)的建模方法?；跔顟B(tài)和活動(dòng)圖的建模方法：通過(guò)這種方法得到的工作流模型可將業(yè)務(wù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)流和過(guò)程流明確地表達(dá)出來(lái)，數(shù)據(jù)的輸入和輸出流向明確，多應(yīng)用于以文檔傳遞功能為主的檢測(cè)管理信息系統(tǒng)中。基于Petri網(wǎng)的建模方法：這種方法有精確的定義，可對(duì)工作流系統(tǒng)進(jìn)行定性和定量分析，在過(guò)程建模、分析和優(yōu)化領(lǐng)域此種方法已成為主要的方法之一。基于事務(wù)的建模方法：這種建模方法的出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過(guò)程受到另一業(yè)務(wù)事件的驅(qū)動(dòng)，整個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程實(shí)有一個(gè)或者多個(gè)事件構(gòu)成的活動(dòng)鏈，其中也包含過(guò)程中事件的業(yè)務(wù)活動(dòng)。

一些環(huán)境衛(wèi)生檢測(cè)信息管理系統(tǒng)集合了海量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)管理信息，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)手段無(wú)法對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的查詢檢索機(jī)制已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)實(shí)需要，使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可將海量數(shù)據(jù)背后隱藏的有價(jià)值的信息挖掘出來(lái)。這些挖掘技術(shù)包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、貝葉斯算法、決策樹(shù)法、挖掘OLAP立方體等。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)挖掘模型、選用適當(dāng)算法可實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)來(lái)年的檢測(cè)任務(wù)量、各類(lèi)樣品的合格率情況等問(wèn)題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural network， ANN）包含一組節(jié)點(diǎn)（神經(jīng)元）和邊，這組節(jié)點(diǎn)和邊形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)外部輸入的信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)，在數(shù)據(jù)訓(xùn)練過(guò)程中會(huì)為網(wǎng)絡(luò)中的邊找出最好的一組權(quán)值，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行充足的訓(xùn)練和測(cè)試樣本模式集。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的目的是為了挖掘出隱藏在數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系，考察出現(xiàn)在同一事件中的不同項(xiàng)的相關(guān)性，首先找出事物數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的頻繁項(xiàng)的集合，再?gòu)乃蓄l繁項(xiàng)的集合中產(chǎn)生關(guān)聯(lián)規(guī)則。貝葉斯算法以概率密度函數(shù)為基礎(chǔ)，描述分類(lèi)系統(tǒng)中條件屬性和分類(lèi)屬性之間的映射關(guān)系。這種算法出錯(cuò)率小、準(zhǔn)確率高，支持快速創(chuàng)建有預(yù)測(cè)功能的挖掘模型，這個(gè)算法通過(guò)感興趣的變量與所有其他變量之間的相關(guān)性進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)學(xué)習(xí)“證據(jù)”。決策樹(shù)方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于理解，模型效率高，在訓(xùn)練集數(shù)據(jù)量較大的情況下較為合適。決策樹(shù)的分類(lèi)算法包括ID3、C4.5、CART、SLIQ等。挖掘OLAP立方體是一種自上而下、不斷深入的分析工具，并以可視化的方式呈獻(xiàn)給用戶。與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)包含了許多表類(lèi)似，OLAP數(shù)據(jù)庫(kù)包含了許多立方體。立方體包含一組定義明確的維和度量。維是一個(gè)分析對(duì)象，它提供了可用于提問(wèn)的軸，而度量是一個(gè)數(shù)字，存在于立方體的坐標(biāo)中。幾乎所有的分析立方體都有一個(gè)time維，每個(gè)維包含一個(gè)或多個(gè)層次。總之，OLAP的作用是基于維的層次來(lái)聚集度量，以特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)這些預(yù)先計(jì)算的聚集，通過(guò)預(yù)聚集和特定索引的幫助，可以查詢聚集的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)返回決策支持查詢的結(jié)果。數(shù)據(jù)挖掘的任務(wù)包括分類(lèi)、聚類(lèi)、關(guān)聯(lián)、回歸、預(yù)測(cè)、偏差分析、序列分析。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)挖掘生命周期包括問(wèn)題的形成、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)清理和轉(zhuǎn)換、模型構(gòu)建、模型評(píng)估、報(bào)告和預(yù)測(cè)、應(yīng)用集成和模型管理。

主要參考文獻(xiàn)

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