農化實驗室數(shù)據管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘要：在農化實驗室中，常常出現(xiàn)大量實驗數(shù)據不易管理、不便檢索和使用等問題，嚴重影響了科研進程和創(chuàng)新發(fā)展，迫切需要能對大批量數(shù)據進行科學管理的系統(tǒng)。在調研和分析用戶需求的基礎上，運用ＪＳＰ、Ｓｅｒｖｌｅｔ、ＪａｖａＢｅａｎ、Ａｊａｘ等計算機技術開發(fā)了簡單實用、可操作性強、報表格式統(tǒng)一、查詢與數(shù)據分析快捷的實驗室數(shù)據管理系統(tǒng)。經測試與評價，該系統(tǒng)可以滿足用戶靈活選擇樣品類型錄入數(shù)據、分析結果查看以及檢索信息的需求，具有良好的可擴張性、可移植性和可維護性。

關鍵詞：實驗室分析數(shù)據；管理信息系統(tǒng)；ＪＳＰ；Ｂ／Ｓ；Ａｊａｘ

中圖分類號：Ｓ１２６；ＴＰ３１１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）21－4477-04

Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔal Ｄａｔａ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ

Ａｇｒｏ－ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌａｂ

ＬＩ Ｌｉ－ｎｉｎｇ１，２，ＬＵＯ Ｚｈｉ－ｐｉｎｇ３，ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ２，ＦＡＮ Ｘｉａｎ－ｐｅｎｇ１，ＬＩ Ｌｉａｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｆｕ－ｌｉｎ１

（１． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００６４， Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ；

３． Ｈｕｂｅｉ Ｅｎｔｒｙ－Ｅｘｉｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅ Ｂｕｒｅａｕ， Ｗｕｈａｎ ４３００２２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Mａｎｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａs ｃould ｎｏｔ ｂｅ ｍａｎａｇｅｄ， ｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｕｓｅｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｉｎ ｍａｎｙ ａｇｒｏ－ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｌａｂ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔed ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｐｒｏｇｒｅｓｓ， ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ． Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂ／Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ＪＳＰ， Ｓｅｒｖｌｅｔ， ＪａｖａＢｅａｎ ａｎｄ Ａｊａｘ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｕｓｅｒｓ ｔｏ ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｆｌｅｘｉｂｌｙ ｆｏｒ ｄａｔａ ｉｎｐｕｔｔｉｎｇ， ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ． Ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙ， ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｄａｔａ； ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ information ｓｙｓｔｅｍ； ＪＳＰ； Ｂ／Ｓ； Ａｊａｘ

農化實驗室是農業(yè)資源與環(huán)境、植物營養(yǎng)、土壤與肥料等專業(yè)方向研究工作的重要平臺。當實驗室樣品分析量大時會產生大量的數(shù)據，一方面是大量的樣品基礎信息數(shù)據，另一方面是大量的樣品分析結果數(shù)據，而且這些數(shù)據產生的程序多，經手人員也多，因此管理起來十分復雜；此外，傳統(tǒng)的紙質數(shù)據記錄形式使科研人員難以在日后處理、查閱這些格式多樣、復雜和分散的實驗數(shù)據。這嚴重影響了數(shù)據的使用，也很大程度上制約了科研進程和創(chuàng)新發(fā)展［１］。創(chuàng)建數(shù)據管理系統(tǒng)，通過計算機對農化實驗室數(shù)據進行全程跟蹤、分類管理、隨時查看和檢索，可以使實驗室數(shù)據的管理不受時間、空間、地域的限制，讓科研人員能更加快速、便捷地使用數(shù)據，提高工作效率［２］。該研究在分析當前農化實驗室對數(shù)據管理等方面具體需求的基礎上，運用ＪＳＰ、Ｓｅｒｖｌｅｔ、ＪａｖａＢｅａｎ、Ａｊａｘ等技術開發(fā)了基于Ｂ／Ｓ架構的實驗室分析數(shù)據管理系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)），并進行了測試與評價。

１需求分析

系統(tǒng)是以人為主導，運用計算機網絡技術、通信技術、信息處理技術等對實驗室數(shù)據進行整理、傳遞、存儲、查詢及管理的一種人機交互的計算機系統(tǒng)［３］。為了更好地設計系統(tǒng)的功能，確定系統(tǒng)設計的限制和系統(tǒng)各功能之間的對接，使其盡可能地人性化，必須充分了解用戶的需求。

１．１系統(tǒng)業(yè)務需求分析

系統(tǒng)主要是對農化實驗室經常分析的農田水樣品、土壤樣品、植株樣品、肥料樣品的基礎信息數(shù)據和測試結果數(shù)據的保存與查詢、結果報告單打印等進行管理。農化實驗室的具體業(yè)務內容如圖１所示，由圖１可以看出，本系統(tǒng)要支撐三類人員（科研人員、實驗室測試分析人員和管理員）的工作需求，這三類人員的工作需求如下。

１）科研人員工作需求。科研人員把從野外獲取的土壤、植株、肥料或水樣樣品的基礎信息錄入，提出樣品所要求分析的項次，網上提交給實驗室分析測試人員，經后者核對并批準后將樣品交給實驗室分析測試人員進行相應的分析測試。分析測試結果報告單出來后，科研人員可以查看和使用相關樣品的實驗室分析數(shù)據結果。

２）實驗室分析測試人員工作需求。實驗室分析測試人員拿到樣品和用戶網上提交的樣品信息后，按用戶分析項次的要求進行樣品的分析測試，錄入分析測試結果，以供科研人員和管理員及時查看和使用分析測試數(shù)據。

３）管理員工作需求。系統(tǒng)管理員對用戶信息進行管理，添加、刪除、修改用戶信息，使具有合法身份的用戶登錄系統(tǒng)，完成相應的工作。對系統(tǒng)的樣品進行管理，查看各種樣品的統(tǒng)計信息，了解每種樣品的分析完成情況。還可以及時地出具樣品分析測試報告單、樣品分析測試收費清單。管理員還可根據樣品的編號、樣品類型、樣品來源、送樣人員等條件進行樣品信息的檢索。

１．２系統(tǒng)流程分析

系統(tǒng)的工作流程為：管理員完成系統(tǒng)內用戶的管理與登記；科研人員作為用戶錄入要進入實驗室的樣品的基礎信息，提交樣品需要分析的項次；管理人員接收樣品、完成樣品編號、確認分析項次后，通知分析測試人員開展測試；實驗室分析測試人員根據提交的樣品信息和要求完成樣品的處理與分析測試，記錄實驗過程、錄入樣品測試結果。管理員對完成測試結果進行審核、查看樣品分析完成情況、提交樣品分析結果，并根據分析工作量計量收費；科研人員檢索和查詢試驗樣品信息和分析測試數(shù)據，并提取實驗數(shù)據，開展數(shù)據分析。

２系統(tǒng)設計

２．１系統(tǒng)功能模塊設計

根據農化實驗室數(shù)據產生的流程和實際需求，農化實驗室數(shù)據管理系統(tǒng)設計成３個功能模塊，分別為科研人員操作模塊、管理員操作模塊和分析測試人員操作模塊［４］。其各模塊的功能見圖２。

２．２系統(tǒng)操作流程設計

系統(tǒng)操作過程中，每種類型的用戶都只能根據自己的權限完成自己的工作任務，行使自己的權利。同時也要按照操作流程才能完成整個工作流程。只有科研人員錄入樣品信息后，實驗人員才能根據要求進行分析測試，并將樣品測試結果錄入系統(tǒng)，科研人員和管理員才能看到實驗的結果，并根據統(tǒng)一編號、樣品類型、樣品來源、實驗人員等條件進行樣品信息的檢索和運用（圖３）。

３系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用ＭＶＣ（Ｍｏｄｅｌ－Ｖｉｅｗ－Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）設計模式，將系統(tǒng)業(yè)務模型和系統(tǒng)控制處理分開。應用程序的輸入、處理和輸出合理的分離，有利于團隊分工合作，實現(xiàn)代碼的可重用，有利于整個項目的管理和維護［５］。

３．１系統(tǒng)用戶對象

系統(tǒng)主要面向３種用戶對象：科研人員、分析測試人員和管理員。科研人員負責樣品基礎信息的整理和錄入；分析測試人員負責樣品分析與測試、分析結果錄入；管理員負責實驗室分析數(shù)據的管理與維護、系統(tǒng)更新等工作。

３．２系統(tǒng)頁面設計

系統(tǒng)頁面設計主要根據系統(tǒng)的功能進行劃分，主要由系統(tǒng)的登錄界面、科研人員管理界面、分析測試人員管理界面、管理員管理界面、系統(tǒng)更新頁面、樣品信息檢索界面等組成［６］。

３．３系統(tǒng)實現(xiàn)技術

系統(tǒng)按照ＭＶＣ模式開發(fā)基于Ｂ／Ｓ架構的系統(tǒng)，系統(tǒng)采用ＪＳＰ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、Ａｊａｘ、ＪａｖａＢｅａｎ、Ｓｅｒｖｌｅｔ等技術實現(xiàn)［７］。Ｗｅｂ服務器采用Ｔｏｍｃａｔ６．０服務器，開發(fā)環(huán)境是Ｔｏｍｃａｔ６．０＋ＭｙＥｃｌｉｐｓｅ７．５＋ｊｄｋ１．６；數(shù)據庫則采用免費開源存儲量大的Ｍｙｓｑｌ數(shù)據庫［８］。

４系統(tǒng)測試與評價

４．１系統(tǒng)測試

該系統(tǒng)在湖北省農業(yè)科學院農化實驗室內進行了測試，測試中，用戶查看樣品來源信息和分析結果信息如圖4所示。系統(tǒng)的各項基本功能符合設計要求，可以滿足用戶的需求，能實現(xiàn)農化實驗室實驗數(shù)據的錄入、數(shù)據處理、數(shù)據實時更新、信息檢索、費用計算等管理功能。

４．２系統(tǒng)評價

系統(tǒng)開發(fā)采用Ｂ／Ｓ結構設計，減輕了客戶端的編程壓力，方便用戶使用。采用標準的ＭＶＣ模式，將系統(tǒng)設計分層，通過模型進行業(yè)務的處理，控制抽象用戶的交互及應用，根據用戶的輸入和上下文信息選擇適當?shù)囊晥D顯示數(shù)據。將顯示和處理分開，提高系統(tǒng)的可維護性和代碼的健壯性。系統(tǒng)還運用了Ａｊａｘ技術，Ａｊａｘ可以讓瀏覽器與Ｗｅｂ服務器之間使用異步數(shù)據傳輸（ＨＴＴＰ請求），從而減少數(shù)據流量、減輕服務壓力、加快網頁響應速度［９］。

系統(tǒng)開發(fā)過程中合理使用ＪＳＰ相關技術。用戶登錄后可通過判斷Ｓｅｓｓｉｏｎ對象，來確認是否為相應權限用戶，并記錄跟蹤用戶，顯示用戶身份、用戶名，用戶退出后Ｓｅｓｓｉｏｎ會話關閉。這樣用戶可以進行多種操作，不用重復登錄［１０］。頁面設計中，采用Ａｊａｘ技術實時更新樣品的信息，讓用戶及時了解樣品信息的完成情況。

經過測試和分析，系統(tǒng)具有以下4個方面的優(yōu)點：①該系統(tǒng)能完全滿足農化實驗室對實驗數(shù)據管理的要求，針對性和使用性強；②根據用戶類型進行頁面設計跳轉，顯示用戶身份類型，用戶任務責任清晰；③系統(tǒng)信息根據數(shù)據庫內容實時更新，任務的狀態(tài)明確。④系統(tǒng)改善了實驗室分析數(shù)據的維護與使用存在格式不統(tǒng)一、管理混亂等現(xiàn)狀，對數(shù)據進行有效地管理，加快信息流通速度，提高工作效率。

系統(tǒng)雖然經過精心設計，也花了很多時間和精力，但是由于時間和知識面、技術能力等原因，系統(tǒng)還存在不少缺點和不足。系統(tǒng)的健壯性、穩(wěn)定性、安全性還需要進一步完善。根據用戶要求，樣品信息錄入需要用戶手動輸入數(shù)據，操作時很麻煩，系統(tǒng)還應添加用戶導入信息的功能。數(shù)據庫操作、編寫的代碼還需進一步優(yōu)化設計，才能提高系統(tǒng)運行的效率和安全性。

參考文獻：

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［２］ 秦銀英，劉冬碧，陳勇，等． 湖北省蓮藕施肥推薦專家咨詢系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［Ｊ］．湖北農業(yè)科學，２０１１，５０（９）：１８８０－１８８３．

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