基于虛擬技術的環境監測儀器設備管理方法

黃福波 劉景泰 張慧麗

（大連市環境監測中心，大連 116023）

引言

環境檢測機構的儀器設備是其開展監測工作所必需的重要資源，環境檢測機構的儀器設備管理工作是非常重要的基礎性工作[1]。本文根據對環境監測實驗室儀器設備監督管理的需求分析，采用JAVA語言研發C/S結構的環境監測儀器設備管理系統模型，闡述了該模型的功能、架構、設計及虛擬化管理方法的實現。

1.需求分析

儀器設備管理工作是實驗室管理體系不可缺少的組成部分，《實驗室資質認定評審準則》、《檢測和校準實驗室能力認可準則》（CNAS-CL01:2006）中均對儀器設備的管理有具體的要求[2]。

1.1 設備的購置與分類

（1） 儀器設備的產生和生命周期

為滿足計量檢定規程、校準準則等技術法規對校準和檢測工作的要求，實驗室必須配備所需的采樣、測量和檢測設備，并將其投入使用。儀器設備具備購入（產生）、校準、分配、應用、維護、報廢等一系列應用生命歷程。

（2） 儀器設備類型

新置儀器需要一個合理預算和相應的功能需求及使用，依據設備的購入者和應用對象，將實驗室儀器按功能分類為：① 實驗室通用儀器；② 現場監測儀器；③ 實驗室分析儀器；④ 自動監測儀器；⑤ 污染源在線監測儀器；⑥ 應急監測儀器；⑦ 現場檢測車輛[3]。

1.2 設備校驗和檢定、可用期限

（1） 依據檢定、校準規范，針對可能影響檢測結果準確性的所有儀器設備進行校對;

（2） 參與校準的標準物質;

（3） 當設施和環境條件對結果的質量有影響時，檢測需維持環境條件的設施[4];

（4） 用于監控檢測工作環境條件的設備，并標識設備使用時限。

1.3 設備檔案管理

環境檢測儀器不僅包括空氣自動監測車、ICP質譜、色質譜聯用儀等幾十種數百臺（套）大中型儀器設備，還包括計算機和便攜采樣儀器在內的數千種配套設備和部件。如此龐大的資產設備，依據新評審準則，必須執行購入建檔，包括名稱、編號、測量不確定度、準確度等級、制造商、購買時間、驗收記錄、檢定/校準證書、證書有效期、儀器設備操作說明書、借用、維修和報廢、停用等狀態標識及記錄[5]。

1.4 設備日常維護、保養和排查

定期對儀器設備使用、維護、校準等記錄等進行核查；定期集中對現場儀器設備進行全面檢查，對存在故障的儀器設備及時提出停用、報修或報廢申請，對資源不足的設備預警并生成購置計劃與申請；通過檢查，促進現場監測儀器日常維護、保養和校準工作的有序進行，不斷提高儀器監管水平[6]。

1.5 設備運行狀態、存放和轉移

儀器設備的管理，不僅需要了解設備的資產情況，還要明確設備的空間位置、擺放狀況、使用去向、測量準確度、利用效率等。

2.系統功能模塊

本文以虛擬化設備管理初始模型為基礎進行研究，主要功能模塊包括系統權限配置、設備日常管理（采購登記、空間分配、設備維護、變動和轉移及校準）、報表管理（查詢、圖形統計及打印）、操作日志（設備運行狀態、操作動作、路徑掃描、負責人、使用情況）、儀器設備的資產價值盤點、系統工具欄、系統動態配置及模擬空間構造（房間及相關儀器成型）等。通過實驗儀器管理系統應用，使設備管理工作系統化、規范化、自動化，從而達到提高儀器使用效率的目的。

3.軟件設計

3.1 開發平臺

軟件功能模塊化設計，采用跨平臺JAVA語言進行程序編寫、利用Sybase公司的CASE工具集Power Designer 15技術與SQL Server 2005數據庫交互環境，進行數據庫建模和表結構設計。在程序開發中，應充分考慮信息系統的安全性、可擴展性、易操作性及龐大數據量的信息容錯、統計分析、查詢和處理能力等。

3.2 數據庫定義

通過儀器設備管理需求研究，基本的虛擬模型Virtual需要一個初始空間單位buil表、房間room表、機構inst表、功能分類cate表、儀器類型type表、儀器對象equi表、人員管理user表、系統菜單menu表、事件軌跡back表等，見圖1。

圖1 系統主要數據結構模型

3.3 關鍵技術

虛擬世界的構造，實現儀器的空間分配和轉移、儀器設備的狀態切換及人員操作途徑，需要較高的程序編寫能力和軟件設計技巧來完成。

（1） 結合多媒體技術，面向對象編程，實現機構和房間模擬、儀器設備空間布局。

（2） 通過JAVA自定義鼠標事件和接口反調功能，實現設備的擺放、查看和編輯操作，監聽事件程序（Dragger類）基本代碼格式：

public class Dragger extends MouseAdapter implements MouseMotionListener {

private InterestingEvent ie;

private void doListener（JComponent container，JComponent component） }{

private void selectComponent（JComponent c） }{

private void pushComponent（JComponent container） }{

private void draggedComponent（MouseEvent event） }{

private void showPopupMenu（MouseEvent event）}{

private void editComponent（MouseEvent event） }{

private void clickedComponent（MouseEvent event） {

JComponent c = （JComponent） event.getSource（）;

if （ie.isThis（c）） { pushComponent（c）; }

else { selectComponent（（JLabel）event.getSource（））;}

}

public void mouseClicked（MouseEvent event） {

if （event.getButton（） == MouseEvent.BUTTON1）{ clickedComponent（event）;}

else if （event.getButton（） == MouseEvent.BUTTON3） {showPopupMenu（event）;}

if （event.getClickCount（） == 2） {editComponent（event）;}

}

public void mouseDragged（MouseEvent event）{draggedComponent（event）; }

public void mousePressed（MouseEvent event） }{

public void mouseReleased（MouseEvent event） }{

public void mouseMoved（MouseEvent event） }{

public Dragger（InterestingEvent event） {this.ie =event;}

}

（3） 應用JAVA程序JFreeChart包繪制圖形報表、ImageIO 類及BufferedImage類生成圖標，通過MemoryImageSource類標識位置轉移或設備不可用狀態暗色處理。

（4） 基于封裝技術，利用增強型Prepared Statement類分解數據庫SQL語句，擴展JDBC驅動器Prepared-Statement類接口，將儀器設備由A房間到B房間移動軌跡和使用人員編輯、維護操作的全過程進行解析和保存，實現儀器設備管理的全方位追蹤。

4.儀器設備管理

該系統模型以具體實驗樓為單位進行二維場景模擬，左側面板設置為儀器購置臨時操作區（模擬采購辦），右側面板顯示大廳和房間；系統分為二級權限設置，用戶分組為“系統用戶”“高級用戶”“普通用戶”，同時進行操作菜單二次權限分配，根據用戶級別列舉對應房間及菜單工具，預定義操作對象類型，以巡檢方式在虛擬空間靈活查詢，通過雙擊房間號觀察所在設備狀態和執行操作。將儀器設備賦予生命，生動描述虛擬設備對象的使用周期，反映在用/報廢/租借和擺放場所及負責人等信息，左鍵拖放設備或右鍵轉移分配，如圖2所示。同時，資產信息進行后臺數據庫存儲，實現設備增、刪、查等編輯操作和卡片式檔案管理，針對所需要的儀器相關文件，實現Word/Excel格式數據導出和打印，實現多用戶即時管理和人員訪問記錄。

圖2 拖放儀器轉移和維修

當檢測人員需要使用儀器設備進行現場或實驗室分析，獲取虛擬模型的用戶權限進行儀器查找，系統判定設備當前狀態、空間位置、校準時限和作業指導書，通過系統提供的事件跟蹤，可以清楚溯源儀器設備的使用情況和運行記錄，如圖3所示。并且通過統計報表分析儀器設備的利用率，繪制儀器設備占用比例。

圖3 設備管理操作日志記錄

5.結論

融入、交互和想象是虛擬技術的三大特征，交互性為可視化管理提供了切入點。利用JAVA語言搭建的C/S架構環境監測儀器設備管理模型可擴展為基于B/S架構的三維虛擬現實服務平臺，實現儀器設備的網絡化、科學化管理，簡化應用者分析統計和現場核查工作，縮短儀器設備的選擇和校驗時間，極大地降低了使用者的工作量，進而提高實驗儀器利用率和分析速度，為環境檢測的及時性、準確性提供有力保證[7]。

[1] 柘元蒙.環境檢測機構的儀器設備管理[J].環境科學導刊，2009， 28（2）：87-90.

[2] 郭曉茆.環境監測實驗室質量監督之管見[J].環境監測管理與技術，2007，19（6）：1-3.

[3] 池靖，夏新.淺談環境監測儀器的量值溯源[J].中國環境監測，2008，24（5）：57-60.

[4] 赫元萍，唐雅萍.淺談環境監測實驗室設備管理[J].環境監測管理與技術，2009，21（1）：1-4.

[5] 陳業正.校準和檢測實驗室的設備管理[J].計量與測試技術，2006，33（11）：46-48.

[6] 俞美香，龔鳳蘭.對現場監測質量管理的思考[J].環境科學與技術，2010，33（6E）：158-160.

[7] 馬月珠，陳銘.如何做好環境監測實驗室設備的管理工作[J].環境保護，2010，22：45-47.