基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理和質(zhì)量控制平臺研建

◎文/伍震威 朱余（安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站）

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，以局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，將終端設(shè)備、人員和物體互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化管理的物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到生活的方方面面，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一[1]，如目前比較成熟的空氣、地表水自動(dòng)監(jiān)測，污染源在線監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)普遍運(yùn)用到日常的環(huán)境管理過程中。但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理和質(zhì)量控制運(yùn)用上尚不成熟，且不成體系。如何有效利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段來對環(huán)境監(jiān)測全過程進(jìn)行管理和質(zhì)量控制，從而保證環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，減少人為因素的不當(dāng)干預(yù)，值得進(jìn)一步研究和探討。

本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)面向環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)用戶的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)和質(zhì)量控制綜合管理應(yīng)用平臺。平臺利用各類型傳感器采集儀器設(shè)備狀態(tài)信息、重要運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、功耗、能耗等影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，再通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)與4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、處理、分析和管理[2]，有效提升環(huán)境監(jiān)測管理水平。

一、環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理和質(zhì)量控制平臺總體架構(gòu)

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理和質(zhì)量控制平臺架構(gòu)

平臺采用三層體系架構(gòu)，包括用來感知數(shù)據(jù)的感知層，將感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效輸送的傳輸層，面向各類用戶的應(yīng)用層（見圖1）。

1.感知層

感知層是采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)層，主要涉及傳感技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、無線傳輸技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)[3]。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)儀器設(shè)備上布設(shè)各類型傳感器節(jié)點(diǎn)，通過ZigBee技術(shù)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，全面獲取實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)、儀器設(shè)備運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，提高采集效率，節(jié)省人力資源。

2.傳輸層

傳輸層連接感知層與應(yīng)用層，負(fù)責(zé)將感知層上傳的采集數(shù)據(jù)處理后，通過基于ZigBee協(xié)議的無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換，以不同的接入方式上傳到應(yīng)用層[4]。

3.應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是面向用戶需求，負(fù)責(zé)信息處理與人機(jī)交互界面。針對環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理和質(zhì)量控制平臺，應(yīng)用層匯集感知層與傳輸層傳回的數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能化存儲、分析、處理，實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)訪問的交互式平臺界面[5]。

二、環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理與質(zhì)量控制平臺設(shè)計(jì)總體目標(biāo)

平臺采用B/S構(gòu)架，局域網(wǎng)運(yùn)行模式，能夠兼容通用主流瀏覽器，并根據(jù)權(quán)限進(jìn)行操作。采用實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)信息共享替換傳統(tǒng)的手工數(shù)據(jù)傳遞模式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測業(yè)務(wù)流程的程序化、規(guī)范化、無紙化管理。

按照ISO/IEC17025及GB/T15481-2000《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》的要求，把人員、儀器、材料（試劑消耗）、方法、成本等全部納入實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室評審、CMA認(rèn)證、CNAS認(rèn)證認(rèn)可、質(zhì)量管理手冊的管理要求落實(shí)到系統(tǒng)中，把質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)通過系統(tǒng)的強(qiáng)行控制來實(shí)現(xiàn)，保證質(zhì)量管理制度的落實(shí)和執(zhí)行，全面提高環(huán)境監(jiān)測站的現(xiàn)代化管理水平。

開發(fā)移動(dòng)監(jiān)測APP軟件，通過移動(dòng)終端將現(xiàn)場監(jiān)測情況實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器，并支持離線操作功能，提高工作人員的工作效率，支持便捷式打印標(biāo)簽和記錄、簽名等功能。

建立與其他應(yīng)用系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫的接口互聯(lián)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件，通過合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)接口和應(yīng)用平臺，在確保數(shù)據(jù)安全的基礎(chǔ)上，提供多種數(shù)據(jù)交互方式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)共享的功能。

三、環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)管理與質(zhì)量控制平臺功能開發(fā)

1.監(jiān)測業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)

業(yè)務(wù)管理模塊應(yīng)結(jié)合環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的技術(shù)規(guī)范和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作，實(shí)現(xiàn)從采樣、接樣、到樣品分析、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)復(fù)核、分析報(bào)告審批等監(jiān)測業(yè)務(wù)全過程的信息化和自動(dòng)化。

業(yè)務(wù)承接和安排：按承接任務(wù)的來源、性質(zhì)、監(jiān)測要素、承接/下達(dá)任務(wù)的時(shí)間進(jìn)行分類管理，并根據(jù)任務(wù)的類型確定負(fù)責(zé)部門，通過系統(tǒng)分派到相關(guān)責(zé)任人。

現(xiàn)場踏勘：任務(wù)負(fù)責(zé)人決定是否需要現(xiàn)場踏勘，需要?jiǎng)t編寫踏勘意見和建議，系統(tǒng)完整保存現(xiàn)場踏勘記錄，并自動(dòng)生成監(jiān)測方案。

方案評審：技術(shù)負(fù)責(zé)人對項(xiàng)目負(fù)責(zé)人制定出的監(jiān)測方案進(jìn)行審核。

現(xiàn)場采樣：系統(tǒng)自動(dòng)生成采樣條形碼標(biāo)簽，采樣人員可打印任務(wù)單、條碼標(biāo)簽、現(xiàn)場采樣記錄單。

樣品接收及分析：樣品管理員通過條碼掃描器讀取樣品信息，系統(tǒng)可記錄樣品交接詳細(xì)信息并形成樣品交接記錄[6]；系統(tǒng)自動(dòng)將任務(wù)分配到相關(guān)分析人員，并形成樣品領(lǐng)取記錄。

數(shù)據(jù)錄入及審核：分析人員按分析工作建立工作單、錄入分析數(shù)據(jù)、填寫實(shí)驗(yàn)室環(huán)境及所用儀器設(shè)備，并指定人員對分析完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核、數(shù)據(jù)確認(rèn)和審核，設(shè)置電子簽名。

報(bào)告編制簽發(fā)及歸檔：系統(tǒng)根據(jù)要求輔助生成各類報(bào)告編號及相關(guān)電子報(bào)告，支持電子簽名，記錄報(bào)告審核、簽發(fā)、退回等相關(guān)審核意見；打印審核通過的報(bào)告，提交給客戶或相關(guān)的管理部門，記錄報(bào)告領(lǐng)取人、領(lǐng)取時(shí)間，實(shí)現(xiàn)報(bào)告發(fā)放查詢。

2.實(shí)驗(yàn)室資源管理子系統(tǒng)

能對實(shí)驗(yàn)室涉及的人員、文件、標(biāo)準(zhǔn)、采購、儀器設(shè)備等進(jìn)行相關(guān)管理。

人員管理：管理監(jiān)測站人員的檔案信息，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)室人員的結(jié)構(gòu)，對實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測人員上崗能力考核、授權(quán)，并動(dòng)態(tài)顯示監(jiān)測人員上崗證歷史情況。

文件及標(biāo)準(zhǔn)管理：創(chuàng)建、存儲、查詢和共享各類文檔，包括質(zhì)量手冊、程序文件、作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)表格、規(guī)章制度等；授權(quán)維護(hù)采樣方法標(biāo)準(zhǔn)庫，方法啟用、廢止流程按程序文件要求執(zhí)行，并反映上述過程。

供應(yīng)商及采購管理：評價(jià)合格供應(yīng)商（包括檢定機(jī)構(gòu)），包括供應(yīng)商名稱、資質(zhì)、評價(jià)、聯(lián)系方式等信息；管理監(jiān)測站耗材采購、儀器采購，包括采購申請、審核、入庫流程，并與耗材庫存、儀器庫存進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成相關(guān)采購驗(yàn)收單。

消耗品管理：分類管理各類試劑、耗材和標(biāo)準(zhǔn)品，查看各消耗品的信息，支持庫存查詢，實(shí)時(shí)反映庫存狀態(tài)，庫存低于報(bào)警值時(shí)及時(shí)預(yù)警；實(shí)現(xiàn)申購、審批、出入庫、驗(yàn)收的流程化管理，記錄領(lǐng)取消耗品的相關(guān)信息。

儀器設(shè)備管理：維護(hù)各類儀器設(shè)備的基本信息，根據(jù)儀器操作流程自動(dòng)生成儀器使用維護(hù)記錄，提醒用戶儀器使用期限，合理配置實(shí)驗(yàn)室儀器。

3.實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制管理子系統(tǒng)

關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集：將實(shí)驗(yàn)室分析儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及重要的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)通過局域網(wǎng)采集到管理系統(tǒng)中，系統(tǒng)自動(dòng)對已采集到的檢測信息進(jìn)行篩選、過濾，提取有效信息。

質(zhì)控管理和考核：實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控管理人員可以對樣品添加實(shí)驗(yàn)室空白樣、實(shí)驗(yàn)室平行樣、加標(biāo)樣、標(biāo)樣；系統(tǒng)根據(jù)質(zhì)控限值標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)評判質(zhì)控結(jié)果，并對質(zhì)控結(jié)果進(jìn)行提醒、超標(biāo)準(zhǔn)預(yù)警。

質(zhì)控報(bào)表：系統(tǒng)有質(zhì)控樣品統(tǒng)計(jì)功能，可按分析時(shí)間、樣品類型、分析項(xiàng)目等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可查詢空白樣質(zhì)控、平行樣質(zhì)控、加標(biāo)樣、質(zhì)控標(biāo)樣信息，統(tǒng)計(jì)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)。

4.移動(dòng)監(jiān)測業(yè)務(wù)子系統(tǒng)

任務(wù)管理：現(xiàn)場監(jiān)測人員使用移動(dòng)終端記錄現(xiàn)場采樣信息，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場采樣無紙化。

檢測方法管理：可查詢到現(xiàn)場檢測的各種規(guī)范、方法，方便采樣。

采樣路徑規(guī)劃：現(xiàn)場監(jiān)測人員可通過移動(dòng)終端的GPS定位功能定位，與系統(tǒng)中維護(hù)的監(jiān)測點(diǎn)經(jīng)緯度比對，確認(rèn)監(jiān)測點(diǎn)是否符合要求，記錄采樣的監(jiān)測點(diǎn)地理信息。

樣品標(biāo)簽打印：通過藍(lán)牙無線標(biāo)簽打印機(jī)實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場的標(biāo)簽打印。

樣品封存管理：對采集的樣品貼加封存條，配合移動(dòng)現(xiàn)場錄像儀，保證樣品的唯一性和不可更改性。

移動(dòng)審批：可通過移動(dòng)終端進(jìn)行項(xiàng)目流程的審閱。

5.管理體系認(rèn)證管理子系統(tǒng)

管理評審：系統(tǒng)有管理評審模塊，實(shí)現(xiàn)對管理評審計(jì)劃的制定、管理評審的實(shí)施以及對管理評審的結(jié)論和管理評審整個(gè)過程產(chǎn)生的各種文件進(jìn)行管理。

內(nèi)部評審：系統(tǒng)有內(nèi)審管理模塊，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)審計(jì)劃的制定、領(lǐng)導(dǎo)審核、內(nèi)審實(shí)施，以及內(nèi)審產(chǎn)生的不符合項(xiàng)整改的全過程管理。

質(zhì)量監(jiān)督：質(zhì)量監(jiān)督員定期寫質(zhì)量監(jiān)督記錄，對發(fā)現(xiàn)的不符合項(xiàng)及時(shí)記錄，根據(jù)不符合項(xiàng)的處理流程對不符合項(xiàng)采取糾正措施，并對糾正措施進(jìn)行跟蹤管理。

四、結(jié)語

本研究充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)管理和質(zhì)量控制方面的優(yōu)勢，提出一整套完整可行的設(shè)計(jì)方案，解決了環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室工作中遇到的外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)可追溯性弱、質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)提取分析難、各類報(bào)告整理工作量大、實(shí)驗(yàn)室體系管理復(fù)雜等難題，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室的管理方式不足，進(jìn)而提高了環(huán)境監(jiān)測工作效率，有效保證了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時(shí)也為省級環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)對市級環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)“垂改”上收后管理方式提供了新的思路。