包先雨， 李 軍， 王 洋

（1.深圳市檢驗檢疫科學研究院，廣東 深圳 518010；2.深圳市超寬帶通訊與射頻識別重點實驗室，廣東 深圳 518010）

檢驗檢疫實驗室信息管理系統（LIMS－for－CIQ）是利用計算機網絡技術、數據存儲技術、快速數據處理技術對檢測實驗室進行全方位管理的計算機軟、硬件系統，如圖1所示。它主要以實驗室為中心，將實驗室的業(yè)務流程、環(huán)境、人員、儀器設備、標物標液、化學試劑、標準方法、圖書資料、文件記錄、科研管理、項目管理、客戶管理等影響分析數據的因素有機結合起來，使得實驗室可以達到信息化管理、自動化操作和低碳辦公的目的。該系統運行多年來，對提高檢測工作效率、規(guī)范實驗室管理、促進檢驗檢疫電子化等方面起到了積極的推動作用。

云計算［1－2］是網格計算（grid computing）、分布式計算（distributed computing）、并行計算（parallel computing）、效用計算（utility computing）、網絡存儲（network storage technologies）、虛擬化（virtualization）、負載均衡（load balance）等傳統計算機和網絡技術發(fā)展融合的產物。其核心是將大量用網絡連接的計算資源進行統一管理和調度，構成一個計算資源池向用戶按需服務。云計算對傳統計算方式帶來了變革［3］。云計算具有靈活的擴展性，可根據用戶需求動態(tài)分配資源，提高資源運用效率；應用軟件不再需要安裝在本地計算機，減少了硬件成本。云計算的特點給現有 的 LIMS－for－CIQ 系 統 技 術 改 進 帶 來 了 新機遇［4］。

圖1 LIMS－for－CIQ系統

本文引入云計算技術，提供一個具有超算能力和存儲擴展能力、用戶不受地理位置限制、易于維護的LIMS－for－CIQ系統應用環(huán)境。首先分析目前LIMS－for－CIQ系統存在的問題，再結合現有的云計算技術，利用檢驗檢疫系統內部局域網建立CIQ云，進而提出一種云計算環(huán)境下的LIMS－for－CIQ系統方案，最后以深圳 LIMS－for－CIQ系統為例，說明了該方案的可行性和有效性。

1 LIMS－for－CIQ存在的問題

隨著 LIMS－for－CIQ系統中涉及的數據、流程以及操作的快速增長，產生了較大的檢測量和數據量，LIMS－for－CIQ系統的復雜性也大大上升，這使得傳統的LIMS－for－CIQ系統不僅生命周期短，而且其處理速度、存儲資源擴展以及查詢統計效率等應用都很難達到未來檢驗檢疫實驗室建設的要求［5－6］。

（1）數據量增長速度快，查詢統計較慢。LIMS－for－CIQ系統是檢驗檢疫各檢測實驗室的主干系統，目前僅深圳年報驗業(yè)務量即達十幾萬批次，系統數據量增長速度很快，這使得數據的查詢效率也會受到很大影響。雖然數據庫端、應用程序端盡可能的優(yōu)化，但由于系統自身架構的局限性，頁面查詢速度始終相對較慢，且不穩(wěn)定，特別是在業(yè)務高峰期，大數據量的查詢統計難以及時完成。

（2）應用服務器資源消耗較多，運行效率低。LIMS－for－CIQ系統的用戶訪問量較大，由于服務器系統自身資源有限，系統運行一段時間后系統資源的占用率就會很大，服務器的運行效率將大大降低，從而使得用戶訪問服務器的速度也會隨之下降。

（3）存儲擴展能力有限。LIMS－for－CIQ 系統涉及報告、原始記錄單、檢測任務單、樣品流轉單等各類文檔，需要占用數據庫服務器大量空間。目前LIMS－for－CIQ系統的存儲擴展能力有限，無法滿足快速增長的數據存儲需求。

2 系統方案與功能實現

針對上述問題，本文通過集群應用［7］、分布式計算［8］等系統功能，將檢驗檢疫系統內網中的幾乎所有網絡和計算機應用軟件集合起來協同工作，共同對各級檢驗檢疫機構和檢測實驗室提供數據查詢、存儲和計算服務。由于我國檢驗檢疫系統內部局域網的完整性，完全可以利用其現有的局域網建立檢驗檢疫系統自己的云，即“CIQ云”。CIQ云可以最大限度地整合現有的計算能力和存儲資源，為系統提供超算能力和存儲擴展能力，并且云存儲和計算資源的訪問可以完全由檢驗檢疫系統自己控制，而不是公用的云計算服務的提供商，完全的物理隔離，保證了數據的安全性。因此，通過引入云計算技術，構建基于CIQ云的LIMS－for－CIQ系統，即“4橫3縱”的技術方案，如圖2所示。

圖2 基于CIQ云的LIMS－for－CIQ系統方案

“4橫”含義如下：

（1）數據存儲層。由各個數據存儲中心構成，包括各種計算和存儲資源，它構成平臺環(huán)境的硬件基礎。

（2）系統核心層。提供構造云存儲和云服務的基本軟件模塊，包括查詢服務和數據管理功能，其中的數據管理為查詢服務提供支持。

（3）訪問接口層。提供共性應用服務，例如數據的讀取與寫，為上層LIMS－for－CIQ應用層奠定基礎和提供接口。

（4）LIMS－for－CIQ應用層。面向最終用戶，提供各種具體的LIMS－for－CIQ數據處理和存儲服務，供用戶完成LIMS－for－CIQ的各種工作流程；另外，應用層還負責將一些管理功能展現給用戶，用于對數據處理和存儲服務的管理以及執(zhí)行的監(jiān)控。

“3縱”含義如下：

（1）運行管理與維護。負責環(huán)境中各類數據存儲資源的授權管理、訪問控制、統一認證以及審計等。

（2）數據存儲節(jié)點的質量管理與控制。完成數據備份、垃圾收集、服務質量控制等。

（3）用戶管理和訪問控制。用戶數據的訪問控制、計算環(huán)境中數據掛載的控制等。

該系統集報驗管理、樣品管理、結果登記、報告管理、信息查詢等功能于一體，主要包括如下4大功能模塊，如圖3所示。

圖3 系統功能實現

報驗管理模塊包括分支機構用戶報驗、委托客戶網上自助報驗、現場報驗、報驗受理、合同評審、狀態(tài)查詢等功能。分支機構用戶可以從LIMS－for－CIQ系統中導入報檢單信息進行報驗，委托客戶可在網上自助報驗，檢測中心還提供現場報驗功能。收到報驗申請后，檢測中心對樣品和報驗信息進行審核、合同評審后，系統自動給客戶反饋受理回執(zhí)。為了方便客戶及時了解檢測狀態(tài)，系統提供了檢測狀態(tài)查詢功能，客戶憑受理回執(zhí)即可實時查詢。

流程管理模塊包括任務分配、樣品分樣、結果登記、擬稿、報告審核及簽發(fā)等功能。檢測中心受理報驗申請后，系統會自動根據其對應的檢測項目進行任務分配，檢測人員接收任務后進行樣品檢測、結果登記、擬稿、報告簽發(fā)等工作。為優(yōu)化檢測中心內部管理，系統設置了流程監(jiān)控、樣品管理等功能。樣品在中心受理時即按照檢測要求分樣，貼上樣品標簽，通過樣品標簽在各個部門之間流轉。系統通過條碼標簽實現樣品管理電子化，在任何環(huán)節(jié)，只要簡單掃描標簽，就能完成樣品信息查詢、流程監(jiān)控、樣品交接等功能，解決了原來樣品管理復雜，紙質交接單多，容易出錯的問題。

系統采用了開源OpenOffice技術實現證書制作功能，能夠自動提取檢測結果生成報告，還可根據實際要求進行手工調整，并能夠進行幾種文件格式的互相轉換。系統實現了檢測結果數據與報告的有機關聯，解決了原來擬稿存在的需要重復編輯、合并證書等問題。由于采用系統自動生成報告為主的擬稿方式，并且引入批操作功能，大大減少了擬稿的工作量。

資源管理模塊包括檢測中心文件控制、易耗品、科研、人員等信息的電子化管理。通過對在檢測中心運作過程中有關標準及方法管理、檢測程序控制、檢測人員監(jiān)督管理等與檢測中心能力保證直接相關的各要素的控制和管理，實現對檢測中心的人員要求、儀器設備、耗材、方法、環(huán)境控制等各項檢測資源的一體化管理，規(guī)范檢測中心能力保證行為，增強檢測數據的可靠性，促進檢測質量的提高。

統計分析模塊包括統計報表、組合查詢、自定義查詢等功能。分支機構用戶可及時查詢檢測結果并打印報告，檢驗檢疫相關業(yè)務處室可實時掌握檢測業(yè)務情況，加強對不合格項目和檢測報告的管理，實現了檢測信息高度共享，業(yè)務處室、分支機構、檢測中心三位一體。此外，系統還預留了接口與其他業(yè)務動態(tài)數據分析系統實現數據共享，更加方便了報檢業(yè)務數據與檢測業(yè)務數據的比對分析。

3 應用舉例

深圳檢驗檢疫實驗室基于云計算的LIMS－for－CIQ系統于2009年11月在動植物檢驗檢疫技術研究所實驗室率先上線運行，其軟件界面設計如圖4所示。隨后，該系統又在工業(yè)品檢測技術中心、食品檢驗檢疫技術中心、動植物檢驗檢疫技術中心、玩具檢測技術中心、深圳國際旅行衛(wèi)生保健中心等檢測實驗室上線運行。截至2011年6月底，共計受理各類報驗65 000余批次，平均月受理約11 000余批次，檢測樣份250 000份，總檢測項目數2 303 000項。目前，該系統整體運轉正常，達到了預期目標，取得了良好的效果。

圖4 LIMS－for－CIQ系統界面

（1）提高了工作效率。系統通過穩(wěn)定的基礎架構和高效的后臺數據處理使得處理速度及處理能力有了較大提高；與CIQ2000系統、攜帶物管理系統、業(yè)務動態(tài)數據分析系統、電子收費系統等的數據銜接減少了重復錄入工作；條碼技術方便了樣品管理和數據錄入；OpenOffice方案實現了檢測報告自動生成；多處設置批處理功能，如批報驗、結果參考、結果批審核、批擬稿、批簽發(fā)等，極大減少了重復性操作，節(jié)省了工作人員的系統操作時間。系統建立的高效處理的信息化平臺，使得工作效率有了較大提高。比如報告擬制工作，原來需要3人專門負責，現在只需1人即可完成。

（2）優(yōu)化了實驗室內部管理。系統提供流程監(jiān)控功能，可滿足實驗室內部、檢測中心前臺及客戶了解樣品檢測狀態(tài)的不同需要，有助于更加嚴格控制檢測周期，以加強對樣品檢測周期的保證；通過樣品的條碼標簽使得樣品的流轉管理更加規(guī)范，并有效地減少了紙質單證流轉；系統流程進行到下一環(huán)節(jié)時即可鎖定上一環(huán)節(jié)工作，并且最后生成PDF格式的檢測報告，避免了工作人員人為修改檢驗結果，有助于確保檢測數據的嚴密性和完整性。系統實現了對實驗室工作的各個環(huán)節(jié)進行全面跟蹤和管理，使實驗室內部檢測管理更加科學和規(guī)范。

（3）采用了多種技術提高系統的易用性。該系統開發(fā)基于B／S架構，相對于C／S架構大大降低了系統維護與升級的成本，同時也方便了用戶的操作培訓工作。系統中使用條碼打印機、條碼掃描器、攝像頭等外圍設備，并用到業(yè)界流行的ActiveX控件技術，較好地實現了在瀏覽器上控制客戶端硬件設備，使系統功能更豐富、使用更便捷。

4 結束語

本文針對現有LIMS－for－CIQ系統的不足，通過引入云計算技術，建立CIQ云并設計了一種云計算環(huán)境下的LIMS－for－CIQ系統，詳細描述了系統結構和功能設計。該系統整體設計科學、功能合理、操作便捷、響應速度快。系統啟用后，實現了檢測業(yè)務各個環(huán)節(jié)的全面跟蹤，優(yōu)化了檢測中心內部管理，檢測工作更加科學化，樣品管理更加規(guī)范化，為檢驗檢疫實驗室的高速運轉提供了強大的超算能力和存儲擴展能力。該系統在深圳檢驗檢疫實驗室中的成功實施，將有助于該系統在全國直屬檢驗檢疫機構檢測實驗室中的推廣應用，具有廣闊的應用前景。

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