检测管理信息系统研究综述

陈晶　罗俊

摘要：检测管理信息系统利用计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术对环境卫生检测的流程和相关信息进行全方位管理。本文从发展历程、系统功能、关键技术及新技术应用四个方面对检测管理信息系统的国内外研究工作进行了论述。

关键词：管理信息系统，UML，工作流

1 前 言

检测管理信息系统利用计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术对实验室检测的流程和相关信息进行全方位管理。国内外对检测管理信息系统的研发工作已经持续多年。

检测管理信息系统的概念最早于20世纪60年代末提出，80年代中期发展出第一代检测管理信息系统 ，操作都集中在中心计算机上完成，属于集中式管理，数据处理能力较小。 第二阶段是完全商品化的软件，即把各种实验室所需要的功能都设计到了自己的信息系统中去，缺点是为了满足用户的需求，必须在安装后编写适应性程序]。第三阶段为80年代末期到90年代中后期，基于C/S架构的数据管理模式成为主流，并开始将面向对象设计软件的概念引入检测管理信息系统。第四阶段为90年代末到近几年，检测管理信息系统应用Web技术，采用统一的浏览器界面，以分布式应用结构为核心，把编程和业务表示分开，提高了系统的可维护性。

2 系统功能

目前国内外正在投入使用的相关管理信息系统一般都能实现对环境卫生检测数据的管理，其功能包括数据的采集、传输、存储、处理 、简单的数理统计分析、数据合格与否的自动判定、输出、报表的展现与管理等。这些系统能满足环境卫生检测工作的基本需要，功能比较单一，网络结构一般比较简单，容易实现，投资较少，在设计好之后，一般可以在较长的时间里不需要对网络软硬件进行大的变动。

现在国内外正在研发的环境卫生管理信息系统，主要实现对环境卫生检测数据和信息的全面管理。这类管理信息系统除了实现对数据的管理功能外，一般还增加了对样品、资源（如材料、设备、备品、备件、固定资产等）和事务（如工作量统计与工资奖金、文件资料和档案）等功能模块，能组成一套完整的综合管理体系和检测工作质量监控体系。由于检测相关业务部门的设置、职责、管理模式和其他特点可能会随着业务发展的需求而发生变化，可能需要经常对系统的软硬件进行改变。

环境卫生检测管理信息系统的功能根据实际工作流程和应用规模而有所不同，但总的来说，系统的主要功能包括：样品信息录入、检测流程管理、报告管理、报表打印、系统维护、基础数据维护、检测人员材料设备管理。样品信息录入主要包括样品收样，将样品的性状、规格、数量、检测日期、检测项目等信息录入到数据库中。检测流程管理实现样品从检测申请到报告发放的完整检测过程中的所有步骤。报告管理完成报告的建立、修改和销毁工作。报表打印主要完成对系统生成的各类报表的查询和打印工作。系统维护主要包括对用户的管理和配置，清除过期的数据，备份有用的数据。基础数据维护对实验室、样品、检测项目、仪器设备等进行管理。检测人员材料设备管理完成检测相关人员信息、材料和仪器的查询统计功能。

3 关键技术

随着Web技术的发展，现在的环境卫生检测管理信息系统普遍采用了浏览器/服务器开发模式，以Web服务器为应用中心，使用方便，数据的共享和发布更为简单，功能更为全面，软件的二次开发更为容易。Web服务的基本架构包括web服务提供者（service provider）、服务请求者（service requester）和服务代理（service broker）以及他们之间的通信、XML格式的消息传递机制等。应用Web服务，可以实现Web上的文档浏览，自动调用事件，可以增强管理信息系统的灵活性。此外，通过应用Web service技术为系统提供了统一的数据处理编程接口，便于增加各种仪器的接口，提升了系统的可扩展性。

随着检测项目和业务量的不断增加以及对质量要求的不断提高，环境卫生检测信息管理系统的复杂度也在不断增加。为了帮助用户对软件系统进行面向对象的描述，不少管理信息系统采用UML（Unified Modeling Language）进行建模。UML提供了一整套描述软件系统模型的概念和图形表示法，包括具体语法、抽象语法、语义和用例图、顺序图、协作图、类图、状态图、活动图、构件图、部署图，可以完成卫生检测信息管理系统开发过程从需求分析到实现和测试的全过程。 UML采取直观的图形化建模方式，被广泛应用于管理信息系统的建模中。UML中的用例图对系统、子系统的动态行为进行建模，将系统参与者以及他们之间的关系显示出来。顺序图用于描述对象间的动态交互关系，着重体现对象间消息传递的时间顺序，按照时间顺序表达软件对象之间的交互情况。协作图也是UML交互图的一种，用来描述协作对象之间的交互和链接，包括对象及对象间通信的关联。类图描述了一个类的定义（包括类名、属性和操作的集合），显示一组类和接口，并表达类之间的基本关系（包括继承、关联等）。状态图用来描述一个特定对象的所有可能状态及引起状态转移的事件，一个对象的状态是其所有成员属性值和成员状态的组合，通过状态间的转换来描述其动态性。活动图经常被用来描述一个用例的处理流程，遇到复杂联系，可以通过活动图来集成用例，描述同一抽象层次上用例间的联系。构件图是结构图的一种，用来表示构件本身的信息，其中包括逻辑类或实现类的信息。部署图是结构图的一种，用来定义系统运行中的硬件和物理体系结构。上述的用例图、类图、构件图、部署图可以归纳为UML的静态建模机制，状态图、活动图、顺序图、协作图可以归纳为动态建模机制。

4 新技术应用

环境卫生检测信息管理系统涵盖的关键业务流程繁多，包括检测流程、质量管理流程、编制报告流程等。可引入工作流的概念，形成工作流程的计算模型，即将工作流程中的工作按照逻辑和规则前后组织在一起，在计算机中以恰当的模型进行表示并对其实施计算。比如为报告编制工作流程，可以应用工作流技术在多个具有不同权限的用户之间，按照预定的报告编制规则完成自动传递文档和撰写编制审核的任务。工作流是通过计算机软件进行定义、执行并监控的整体过程，工作流模型是对工作流的一种抽象表示。工作流模型通常采用形式化语义，这样可以直观地表达业务逻辑，并对业务逻辑的过程、路由、角色分配、时间等控制条件加以描述。工作流管理系统通常都提供以下几种功能：①在工作流的建立阶段，对工作流过程进行定义和建模；②在运行阶段，执行工作流过程，完成过程中的活动调度；③在运行阶段，实现活动执行过程中与软件工具之间的交互。对于工作流建模，国外许多学者提出了不少有价值的建模方法：基于状态和活动图的建模方法、基于Petri网的建模方法、基于事务的建模方法。基于状态和活动图的建模方法：通过这种方法得到的工作流模型可将业务过程中的数据流和过程流明确地表达出来，数据的输入和输出流向明确，多应用于以文档传递功能为主的检测管理信息系统中。基于Petri网的建模方法：这种方法有精确的定义，可对工作流系统进行定性和定量分析，在过程建模、分析和优化领域此种方法已成为主要的方法之一。基于事务的建模方法：这种建模方法的出发点是实现业务过程受到另一业务事件的驱动，整个业务过程实有一个或者多个事件构成的活动链，其中也包含过程中事件的业务活动。

一些环境卫生检测信息管理系统集合了海量检测实验数据和相关管理信息，传统的统计手段无法对海量数据进行有效的分析，常用的数据库管理系统的查询检索机制已远远不能满足现实需要，使用数据挖掘技术可将海量数据背后隐藏的有价值的信息挖掘出来。这些挖掘技术包括人工神经网络、关联规则挖掘、贝叶斯算法、决策树法、挖掘OLAP立方体等。利用数据挖掘技术构建数据挖掘模型、选用适当算法可实现预测来年的检测任务量、各类样品的合格率情况等问题。人工神经网络（artificial neural network， ANN）包含一组节点（神经元）和边，这组节点和边形成一个网络，网络对外部输入的信息进行动态响应，在数据训练过程中会为网络中的边找出最好的一组权值，在实现过程中，需要大量的数据来进行充足的训练和测试样本模式集。关联规则挖掘的目的是为了挖掘出隐藏在数据间的相互关系，考察出现在同一事件中的不同项的相关性，首先找出事物数据库中所有的频繁项的集合，再从所有频繁项的集合中产生关联规则。贝叶斯算法以概率密度函数为基础，描述分类系统中条件属性和分类属性之间的映射关系。这种算法出错率小、准确率高，支持快速创建有预测功能的挖掘模型，这个算法通过感兴趣的变量与所有其他变量之间的相关性进行计数来学习“证据”。决策树方法结构简单，便于理解，模型效率高，在训练集数据量较大的情况下较为合适。决策树的分类算法包括ID3、C4.5、CART、SLIQ等。挖掘OLAP立方体是一种自上而下、不断深入的分析工具，并以可视化的方式呈献给用户。与关系数据库包含了许多表类似，OLAP数据库包含了许多立方体。立方体包含一组定义明确的维和度量。维是一个分析对象，它提供了可用于提问的轴，而度量是一个数字，存在于立方体的坐标中。几乎所有的分析立方体都有一个time维，每个维包含一个或多个层次。总之，OLAP的作用是基于维的层次来聚集度量，以特定的数据结构来存储这些预先计算的聚集，通过预聚集和特定索引的帮助，可以查询聚集的数据并实时返回决策支持查询的结果。数据挖掘的任务包括分类、聚类、关联、回归、预测、偏差分析、序列分析。一个完整的数据挖掘生命周期包括问题的形成、数据收集、数据清理和转换、模型构建、模型评估、报告和预测、应用集成和模型管理。

主要参考文献

[1] 蒋蕾蕾.环境监测实验室信息管理系统建设的探讨. 实验室研究与探索， 2009， 28（9）：160-161.

[2] 杨海鹰.影响LIMS成功实施的几个关键因素. 现代科学仪器， 2005（2）：64-65.