生態(tài)環(huán)境監(jiān)測LIMS管理系統(tǒng)開發(fā)的思考

林漢標

（廣東本科檢測有限公司，廣東 汕頭 515000）

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測通過收集和獲取生態(tài)環(huán)境中污染物的信息數(shù)據(jù)，全面、完整、精準反映環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢，及時跟蹤污染源變化情況，準確預(yù)警各類環(huán)境突發(fā)事件等，為環(huán)境管理工作提供科學(xué)決策依據(jù)。隨著生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域不斷拓寬、生態(tài)環(huán)境管理要求日益提高，社會化環(huán)境監(jiān)測治污任務(wù)量快速增加，社會對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測服務(wù)性需求呈爆炸式增長，由此產(chǎn)生的用于支撐整個監(jiān)測體系運轉(zhuǎn)的各類環(huán)境監(jiān)測表格、文字、視圖等數(shù)據(jù)資料數(shù)量非常龐大。而海量的數(shù)據(jù)資料如果僅僅依靠人工管理和手工重復(fù)記錄的傳統(tǒng)管理模式，則存在信息組織不夠完整、信息處理不夠及時、統(tǒng)計不夠精準、運用效率低、歸查檔繁瑣等問題，不能適應(yīng)數(shù)字化時代新要求。監(jiān)測機構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量和能夠被測量、記錄的信息越來越多，對事物、現(xiàn)象等的測量頻次和記錄內(nèi)容也更為頻繁和細致。信息化、自動化系統(tǒng)的應(yīng)用使實驗過程記錄、儀器設(shè)備和實驗活動所得的海量數(shù)據(jù)得到了快速且及時的處理。比如對實驗室的各種儀器、傳感器、輔助設(shè)備、科研儀器、智能終端等實現(xiàn)互聯(lián)，數(shù)據(jù)采集、分析、應(yīng)用達到了新的高度，將檢驗檢測領(lǐng)域推到了前所未有的“大數(shù)據(jù)”時代，市場倒逼著機構(gòu)進行自我完善和提升。因此，開發(fā)一套高效率、高水平、多維度的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測LIMS管理系統(tǒng)（以下簡稱：LIMS管理系統(tǒng)），對提高工作效率，實現(xiàn)跨部門信息實時共享和管控，檢測流程和管理體系同步運行，全方位、系統(tǒng)性控制各質(zhì)量要素交互運轉(zhuǎn)尤為重要。

1 分析生態(tài)環(huán)境監(jiān)測LIMS管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題

LIMS管理系統(tǒng)應(yīng)用于20世紀90年代中期，2015年前后進入快速發(fā)展期［1］。過去LIMS管理系統(tǒng)大多應(yīng)用于體制內(nèi)的監(jiān)測站，隨著社會化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)的全面放開和發(fā)展，LIMS管理系統(tǒng)的應(yīng)用市場得到進一步拓寬，行業(yè)內(nèi)部都紛紛意識到一個好的LIMS管理系統(tǒng)的重要意義，但設(shè)計一套高效率、多維度的LIMS管理系統(tǒng)，既需具備計算機編程知識，同時需要擁有豐富的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測從業(yè)經(jīng)驗，且需通過長期不間斷地更新升級，才能不斷適應(yīng)新體制、新標準和新要求。目前市面出現(xiàn)了很多系統(tǒng)開發(fā)廠商，有很多現(xiàn)成的LIMS管理系統(tǒng)可供選擇，但隨著對不同系統(tǒng)的試用和對管理系統(tǒng)深入了解后發(fā)現(xiàn)，仍存在不少問題：雖然各廠商開發(fā)的系統(tǒng)基本路徑和功能上都能走通，但系統(tǒng)開發(fā)仍存在未找準起點、定位不夠清晰、架構(gòu)較為混亂等問題，導(dǎo)致推廣使用起來難度較大；或由于系統(tǒng)設(shè)計缺少對未來的預(yù)期，投入運用后很快就又落后于時代的發(fā)展，一旦有新標準、新方法出臺，內(nèi)外部管控要求發(fā)生變化，系統(tǒng)就需要同步更新，不停升級打補丁甚至直接改版，浪費了大量的時間、財力和物力；系統(tǒng)整體開發(fā)思路存在問題，選錯設(shè)計單元，表面上看功能很強大，但其實都是照搬其他行業(yè)的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)者對專業(yè)消化不透徹，分不清主次存在邏輯性問題；系統(tǒng)沒有模塊化設(shè)計，適應(yīng)性差，不利于從易入難、由淺入深逐步推進系統(tǒng)應(yīng)用，以致人員對系統(tǒng)的學(xué)習(xí)成本過高；平板電腦、手機、計算機等運行速度太慢，辦公室網(wǎng)絡(luò)不通暢，現(xiàn)場移動設(shè)備接收不到信號，平板電腦或手機內(nèi)存和流量耗費太大，系統(tǒng)運行卡頓不穩(wěn)定。除以上問題外，監(jiān)測機構(gòu)為防止系統(tǒng)實施失敗影響機構(gòu)整體工作，經(jīng)常采用線上線下“兩只腳”同步走路的方法。用一段時間又停一段時間，線上線下工作不斷切換，導(dǎo)致系統(tǒng)未能順利實施以致最終放棄的情況也不在少數(shù)。此外，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多監(jiān)測機構(gòu)付出了巨大代價開發(fā)或購買系統(tǒng)，現(xiàn)場拍攝相片、經(jīng)緯度定位、標準庫查詢等諸多功能不如現(xiàn)成的APP好用，這些問題都影響到LIMS管理系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，加之系統(tǒng)實施后未進行經(jīng)常性維護，使用體驗感不佳，達不到LIMS管理系統(tǒng)的預(yù)期使用效果，無法將LIMS管理系統(tǒng)作為嫁接環(huán)境監(jiān)測、信息技術(shù)、人工智能的平臺進一步發(fā)展。

2 選定系統(tǒng)設(shè)計單元

在LIMS管理系統(tǒng)框架構(gòu)思階段，選擇正確的設(shè)計單元尤為關(guān)鍵，因為這將影響到整個系統(tǒng)運行的成功與否。在選擇系統(tǒng)設(shè)計單元時，通常我們會以委托單、環(huán)境要素、監(jiān)測點位、樣品、監(jiān)測指標、檢測報告等作為選擇指標。由于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域涉及面比較廣，涵蓋水、氣、聲、土壤、固廢、輻射、海洋、生態(tài)等環(huán)境要素，最終呈現(xiàn)的產(chǎn)品是監(jiān)測報告，而監(jiān)測報告中又包含監(jiān)測因子、監(jiān)測點位、樣品信息、監(jiān)測人員與時間等內(nèi)容。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測有別于其他行業(yè)，除了實驗室分析測試之外，還有很多現(xiàn)場采樣和測試項目，但測試最終的指向都是監(jiān)測因子。通過實踐總結(jié)分析，認為必須以監(jiān)測指標作為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測LIMS管理系統(tǒng)的基本設(shè)計單元。

2.1 從涵蓋范圍大小排序看

在實際操作中，上述各選項涵蓋范圍排序為：委托單＞監(jiān)測報告＞環(huán)境要素＞點位＞樣品＞監(jiān)測指標，其中委托單可能涉及范圍最廣，監(jiān)測指標涉及范圍最小。委托單通常對應(yīng)一份或多份監(jiān)測報告，如對各種環(huán)境要素的監(jiān)測中經(jīng)常要求同一監(jiān)測點位分時間段按不同頻次采多組樣品，樣品采集要根據(jù)監(jiān)測指標及保存條件安排采樣瓶和固定劑。選擇涉及范圍最小的監(jiān)測指標作為設(shè)計單元，合成樣品分析結(jié)果，組成監(jiān)測點位分析結(jié)果，再合并環(huán)境要素的結(jié)果信息，在此基礎(chǔ)上生成監(jiān)測報告，與委托單相對應(yīng)。選用涉及范圍最小的監(jiān)測指標為設(shè)計單元，有利于系統(tǒng)編排和程序編寫，以覆蓋系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)的各個方面，由點及面搭建復(fù)雜的LIMS管理系統(tǒng)。

2.2 從業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)各環(huán)節(jié)看

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)復(fù)雜而繁多，但各環(huán)節(jié)的共同點都是監(jiān)測指標，各環(huán)節(jié)的連接點也是監(jiān)測指標，譬如合同、方案、前期準備、采樣、保存、運輸、交接及分析、留樣、數(shù)據(jù)審核、監(jiān)測報告編制等環(huán)節(jié)都是圍繞各種監(jiān)測指標的測試在流轉(zhuǎn)。各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)之間的連接一般靠任務(wù)單和交接單、原始記錄和標簽將具體工作內(nèi)容落實到部門或人，交接單是現(xiàn)場采樣與實驗室分析之間的銜接，原始記錄能夠保證監(jiān)測過程具有可追溯性，標簽是確保樣品唯一性的基本保證，表單和標簽的制作自始至終要圍繞著監(jiān)測指標進行。而監(jiān)測報告作為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的最終產(chǎn)品，其內(nèi)容所呈現(xiàn)的最重要的信息就是各種監(jiān)測指標的測試結(jié)果。

2.3 從生態(tài)環(huán)境監(jiān)測相關(guān)標準看

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測過程中常用的標準既有監(jiān)測方法及監(jiān)測規(guī)范，也有質(zhì)量標準、排放標準和修改單與解釋，比較復(fù)雜的項目還會涉及技術(shù)指南和技術(shù)導(dǎo)則。每個監(jiān)測指標都能找到相應(yīng)的方法、規(guī)范或執(zhí)行限值等標準，技術(shù)指南和技術(shù)導(dǎo)則更是直接規(guī)定某個監(jiān)測指標必須使用哪種監(jiān)測方法。LIMS管理系統(tǒng)資源庫最獨特的部分就是標準庫，標準庫的設(shè)計與搭建也要以監(jiān)測指標為基礎(chǔ)單元，而以其他人員、儀器設(shè)備、物料和實驗室環(huán)境條件建立的資源庫，都是監(jiān)測指標測試結(jié)果質(zhì)量和資源的保障。

2.4 從質(zhì)量保證與質(zhì)量控制要求看

關(guān)于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制（QC/QA）方法，上文2.2中已經(jīng)闡述了方案、采樣、交接等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)（也是質(zhì)量保證與質(zhì)量控制的重點環(huán)節(jié)），其圍繞著監(jiān)測指標在流轉(zhuǎn)，下面重點簡述實驗室質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)審核與監(jiān)測指標的關(guān)系。實驗室內(nèi)部質(zhì)量控制方法采用空白樣、平行樣、加標回收樣、標準物質(zhì)的方法，基本也是建立在對一項或多項監(jiān)測指標的測試上。校準曲線和質(zhì)量控制圖通常指向特定的監(jiān)測指標，外部質(zhì)量控制方法的能力驗證、室間比對同樣也是針對某一監(jiān)測指標。數(shù)據(jù)審核是對各個監(jiān)測指標的測試結(jié)果進行審核，對各個監(jiān)測指標的測試結(jié)果進行準確性、合理性、可比性、邏輯性分析，判斷是否出現(xiàn)異常結(jié)果并及時處理。影響實驗室檢測質(zhì)量的人、機、料、法、環(huán)、測等6方面因素，均指向同一監(jiān)測指標。

以監(jiān)測指標作為設(shè)計單元的LIMS管理系統(tǒng)，當其能夠與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測標準體系相符時，質(zhì)量管理工作才能得到全面的保障。以監(jiān)測指標作為設(shè)計單元的LIMS管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)流才不會出問題，即使流程或功能有所欠缺，只需要進一步完善便能確保系統(tǒng)正常運行，即便系統(tǒng)不能順利通過測試，基礎(chǔ)測試數(shù)據(jù)也是可以導(dǎo)出的，避免違反采樣、分析、保存時間等時效性要求。以監(jiān)測指標作為設(shè)計單元，后續(xù)拓展性和個性化設(shè)計才有明確的起點，往上往下延伸和優(yōu)化都十分清晰，極大地減少了系統(tǒng)開發(fā)人員與使用人員之間的溝通障礙。

3 設(shè)計具有前瞻性的LIMS管理系統(tǒng)

由于LIMS管理系統(tǒng)環(huán)節(jié)和功能太多，既要PC端又要移動端，還要處理海量的圖片信息和數(shù)據(jù)資料，不同的崗位需同時高強度運行系統(tǒng)，開發(fā)廠商為滿足客戶的所有要求，一味追求全面而缺乏事前評估，待功能開發(fā)出來后才發(fā)現(xiàn)其技術(shù)水平遠遠落后于市面專業(yè)產(chǎn)品，如移動端使用存在網(wǎng)絡(luò)、儲存的限制等問題。一套LIMS管理系統(tǒng)開發(fā)和實施都要花費大量時間、人力及資金，而且時刻離不開系統(tǒng)開發(fā)人員，文件、人員、設(shè)備稍有變動，系統(tǒng)就需進行升級。此外，不同區(qū)域管理部門對監(jiān)測報告中所需的信息點要求不盡相同，一成不變的報告模板很難適應(yīng)不同要求。而不同領(lǐng)域?qū)＜宜P(guān)注的監(jiān)測報告的細節(jié)也是不一樣的，提出系統(tǒng)本身很難實現(xiàn)的要求，需要經(jīng)常性地返回線下修改報告，之后還需重新導(dǎo)入系統(tǒng)保存。從發(fā)展的眼光看待事物，系統(tǒng)需要長期不斷升級更新，而開發(fā)單位往往因?qū)Υ隧椆ぷ鞯拈L期性預(yù)估不足，預(yù)算自然也就不足以支撐系統(tǒng)的開發(fā)。實施初期配合升級更新比較積極，但長久反復(fù)修改甚至推翻原有設(shè)計框架，使設(shè)計人員不堪重負。因此，系統(tǒng)本身應(yīng)具備強大的整合能力，除了完善基本功能之外，還需同時兼顧其拓展性和適應(yīng)性、智能化和個性化水平等。

3.1 儀器設(shè)備的自動采集

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測用到的儀器設(shè)備種類較多，數(shù)量龐大，目前實驗室數(shù)據(jù)采集技術(shù)相對比較成熟，但隨著人工智能的發(fā)展，很多崗位逐步由機器代替人工操作，以減少工作量和有毒有害物質(zhì)的接觸時間。輔助設(shè)備和機械臂的數(shù)據(jù)采集技術(shù)又對系統(tǒng)提出了新的課題?，F(xiàn)場采樣儀器逐步向輕量化、智能化、便捷化的方向發(fā)展，現(xiàn)場監(jiān)測儀器越來越先進，很多監(jiān)測指標可現(xiàn)場直接讀出結(jié)果而不需要實驗室分析環(huán)節(jié)，自動監(jiān)測技術(shù)代替了更多的人工采樣環(huán)節(jié)，如無人機、無人船、無人車遠程采樣、衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)等，最大限度地減少高溫、高空、海上、水上作業(yè)次數(shù)，同時也進一步提高了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測作業(yè)的安全性，使立體空間采樣變得更為簡單。而這些新的現(xiàn)場采樣技術(shù)的應(yīng)用，最終將相關(guān)測試數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)中。所以LIMS管理系統(tǒng)在儀器設(shè)備數(shù)據(jù)采集方面應(yīng)具有拓展性，以應(yīng)對不同儀器設(shè)備接口、數(shù)據(jù)格式、制式數(shù)據(jù)采集能力等。當然，個別儀器設(shè)備確實無法實現(xiàn)采集則需要通過針對性開發(fā)小工具或者借助數(shù)據(jù)抓取技術(shù)等來實現(xiàn)。

3.2 軟件APP數(shù)據(jù)的整合

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的時代，專業(yè)細分和生態(tài)化趨勢越來越明顯，相反LIMS管理系統(tǒng)的發(fā)展還處于初級階段。當前，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)常用的“微信”、“今日水印”、“釘釘”、“奧維地圖”、“百度地圖”、“北斗衛(wèi)星地圖”等軟件都各有優(yōu)勢，上手快且使用簡便，采用云存儲云計算技術(shù)，背后支撐平臺強大，很多是免費或低費工具。又如財務(wù)部門使用金蝶、用友等專業(yè)財稅軟件，本身也有強大的物流與倉庫管理模塊，供應(yīng)商和物料出入庫管理功能非常完善。公安和環(huán)保上級部門也開發(fā)了專門的管理軟件，用于全過程管控預(yù)制毒、危險化學(xué)品、危險廢物。因此，LIMS管理系統(tǒng)應(yīng)該博采眾長，把各種成熟可靠的功能整合在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測當中，系統(tǒng)設(shè)計初期需預(yù)留好端口和格式，快速采集或批量導(dǎo)入相關(guān)軟件APP數(shù)據(jù)。在物資庫開發(fā)設(shè)計中要整合其他相關(guān)軟件的功能，避免同一事項重復(fù)操作。

3.3 適應(yīng)不同管理體制

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測單位規(guī)模大小不一，既有系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測站，也有國有、民營企業(yè)性質(zhì)的社會監(jiān)測機構(gòu)，組織架構(gòu)設(shè)置和人員配置有很大區(qū)別，管理體制和運行模式也各有差別，各單位對LIMS管理系統(tǒng)有不同要求。但不管是哪種性質(zhì)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測單位，體制改革和管理模式都在不停演變，不同時期要懂得使用不同的管理模式，“金字塔型”垂直層級管理與“阿米巴”扁平化管理制度交融切換，西方“KPI”績效管理和中國式“以人為本”人性管理取長補短，不同的管理體制，在日常管理運營中對數(shù)據(jù)的獲取和人員權(quán)限設(shè)置都不一樣。LIMS管理系統(tǒng)設(shè)計初期應(yīng)盡量把各種功能板塊模塊化，預(yù)留足夠的功能板塊數(shù)據(jù)交換聯(lián)系接口，根據(jù)各生態(tài)環(huán)境監(jiān)測單位的實際情況，靈活選擇所需功能板塊組合個性化系統(tǒng)。

3.4 人機交互技術(shù)應(yīng)用

人工智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，很多新技術(shù)陸續(xù)涌現(xiàn)，比如設(shè)備使用記錄采用指紋和人臉識別技術(shù)，樣品流轉(zhuǎn)和溯源標簽采用二維碼技術(shù)，實驗室環(huán)境和機械臂的自動適應(yīng)和自動調(diào)節(jié)，監(jiān)測探頭的自校正自適用技術(shù)等等。未來還會有更多的人工智能技術(shù)應(yīng)用融入進來，比如：操作界面簡潔美觀，操作人員可以根據(jù)自己的使用習(xí)慣，調(diào)節(jié)自己喜歡的文本框樣式，同時操作多個界面，語音指示系統(tǒng)執(zhí)行某些操作。測試過程中可以根據(jù)需要臨時調(diào)用線性邏輯關(guān)系、環(huán)境因素、執(zhí)行限值、任務(wù)分配等提醒和預(yù)警，系統(tǒng)數(shù)據(jù)和圖像信息輸入方式可以是自動采集、手工錄入、模板導(dǎo)入、語音輸入等，靈活切換并無縫對接，數(shù)據(jù)輸出有豐富的查詢篩選、匯總統(tǒng)計、邏輯分析樣式；可靈活勾選記錄、報告等信息，留有更多插入和備注功能，各環(huán)節(jié)存取和糾錯操作方便等等。通過應(yīng)用更加先進的人工智能技術(shù)，個性化設(shè)置功能更為齊全，進一步減少了人員枯燥乏味的重復(fù)勞作，提升系統(tǒng)人機交互體驗。

4 結(jié)語

無論是體制內(nèi)還是社會化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測單位，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下，一套高效率、高水平、多維度的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測LIMS管理系統(tǒng)對機構(gòu)自身及行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。通過將信息通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)平臺與實驗室信息管理系統(tǒng)進行深度融合，促進新的生態(tài)發(fā)展。在大家的共同推動下，希望LIMS管理系統(tǒng)會繼續(xù)前行，不斷整合自動化和智能化技術(shù)，朝著無人或準無人生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方向發(fā)展，更好地為生態(tài)環(huán)境保護和環(huán)境污染治理提供強有力支撐。