基于虚拟技术的环境监测仪器设备管理方法

黄福波 刘景泰 张慧丽

（大连市环境监测中心，大连 116023）

引言

环境检测机构的仪器设备是其开展监测工作所必需的重要资源，环境检测机构的仪器设备管理工作是非常重要的基础性工作[1]。本文根据对环境监测实验室仪器设备监督管理的需求分析，采用JAVA语言研发C/S结构的环境监测仪器设备管理系统模型，阐述了该模型的功能、架构、设计及虚拟化管理方法的实现。

1.需求分析

仪器设备管理工作是实验室管理体系不可缺少的组成部分，《实验室资质认定评审准则》、《检测和校准实验室能力认可准则》（CNAS-CL01:2006）中均对仪器设备的管理有具体的要求[2]。

1.1 设备的购置与分类

（1） 仪器设备的产生和生命周期

为满足计量检定规程、校准准则等技术法规对校准和检测工作的要求，实验室必须配备所需的采样、测量和检测设备，并将其投入使用。仪器设备具备购入（产生）、校准、分配、应用、维护、报废等一系列应用生命历程。

（2） 仪器设备类型

新置仪器需要一个合理预算和相应的功能需求及使用，依据设备的购入者和应用对象，将实验室仪器按功能分类为：① 实验室通用仪器；② 现场监测仪器；③ 实验室分析仪器；④ 自动监测仪器；⑤ 污染源在线监测仪器；⑥ 应急监测仪器；⑦ 现场检测车辆[3]。

1.2 设备校验和检定、可用期限

（1） 依据检定、校准规范，针对可能影响检测结果准确性的所有仪器设备进行校对;

（2） 参与校准的标准物质;

（3） 当设施和环境条件对结果的质量有影响时，检测需维持环境条件的设施[4];

（4） 用于监控检测工作环境条件的设备，并标识设备使用时限。

1.3 设备档案管理

环境检测仪器不仅包括空气自动监测车、ICP质谱、色质谱联用仪等几十种数百台（套）大中型仪器设备，还包括计算机和便携采样仪器在内的数千种配套设备和部件。如此庞大的资产设备，依据新评审准则，必须执行购入建档，包括名称、编号、测量不确定度、准确度等级、制造商、购买时间、验收记录、检定/校准证书、证书有效期、仪器设备操作说明书、借用、维修和报废、停用等状态标识及记录[5]。

1.4 设备日常维护、保养和排查

定期对仪器设备使用、维护、校准等记录等进行核查；定期集中对现场仪器设备进行全面检查，对存在故障的仪器设备及时提出停用、报修或报废申请，对资源不足的设备预警并生成购置计划与申请；通过检查，促进现场监测仪器日常维护、保养和校准工作的有序进行，不断提高仪器监管水平[6]。

1.5 设备运行状态、存放和转移

仪器设备的管理，不仅需要了解设备的资产情况，还要明确设备的空间位置、摆放状况、使用去向、测量准确度、利用效率等。

2.系统功能模块

本文以虚拟化设备管理初始模型为基础进行研究，主要功能模块包括系统权限配置、设备日常管理（采购登记、空间分配、设备维护、变动和转移及校准）、报表管理（查询、图形统计及打印）、操作日志（设备运行状态、操作动作、路径扫描、负责人、使用情况）、仪器设备的资产价值盘点、系统工具栏、系统动态配置及模拟空间构造（房间及相关仪器成型）等。通过实验仪器管理系统应用，使设备管理工作系统化、规范化、自动化，从而达到提高仪器使用效率的目的。

3.软件设计

3.1 开发平台

软件功能模块化设计，采用跨平台JAVA语言进行程序编写、利用Sybase公司的CASE工具集Power Designer 15技术与SQL Server 2005数据库交互环境，进行数据库建模和表结构设计。在程序开发中，应充分考虑信息系统的安全性、可扩展性、易操作性及庞大数据量的信息容错、统计分析、查询和处理能力等。

3.2 数据库定义

通过仪器设备管理需求研究，基本的虚拟模型Virtual需要一个初始空间单位buil表、房间room表、机构inst表、功能分类cate表、仪器类型type表、仪器对象equi表、人员管理user表、系统菜单menu表、事件轨迹back表等，见图1。

图1 系统主要数据结构模型

3.3 关键技术

虚拟世界的构造，实现仪器的空间分配和转移、仪器设备的状态切换及人员操作途径，需要较高的程序编写能力和软件设计技巧来完成。

（1） 结合多媒体技术，面向对象编程，实现机构和房间模拟、仪器设备空间布局。

（2） 通过JAVA自定义鼠标事件和接口反调功能，实现设备的摆放、查看和编辑操作，监听事件程序（Dragger类）基本代码格式：

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） 应用JAVA程序JFreeChart包绘制图形报表、ImageIO 类及BufferedImage类生成图标，通过MemoryImageSource类标识位置转移或设备不可用状态暗色处理。

（4） 基于封装技术，利用增强型Prepared Statement类分解数据库SQL语句，扩展JDBC驱动器Prepared-Statement类接口，将仪器设备由A房间到B房间移动轨迹和使用人员编辑、维护操作的全过程进行解析和保存，实现仪器设备管理的全方位追踪。

4.仪器设备管理

该系统模型以具体实验楼为单位进行二维场景模拟，左侧面板设置为仪器购置临时操作区（模拟采购办），右侧面板显示大厅和房间；系统分为二级权限设置，用户分组为“系统用户”“高级用户”“普通用户”，同时进行操作菜单二次权限分配，根据用户级别列举对应房间及菜单工具，预定义操作对象类型，以巡检方式在虚拟空间灵活查询，通过双击房间号观察所在设备状态和执行操作。将仪器设备赋予生命，生动描述虚拟设备对象的使用周期，反映在用/报废/租借和摆放场所及负责人等信息，左键拖放设备或右键转移分配，如图2所示。同时，资产信息进行后台数据库存储，实现设备增、删、查等编辑操作和卡片式档案管理，针对所需要的仪器相关文件，实现Word/Excel格式数据导出和打印，实现多用户即时管理和人员访问记录。

图2 拖放仪器转移和维修

当检测人员需要使用仪器设备进行现场或实验室分析，获取虚拟模型的用户权限进行仪器查找，系统判定设备当前状态、空间位置、校准时限和作业指导书，通过系统提供的事件跟踪，可以清楚溯源仪器设备的使用情况和运行记录，如图3所示。并且通过统计报表分析仪器设备的利用率，绘制仪器设备占用比例。

图3 设备管理操作日志记录

5.结论

融入、交互和想象是虚拟技术的三大特征，交互性为可视化管理提供了切入点。利用JAVA语言搭建的C/S架构环境监测仪器设备管理模型可扩展为基于B/S架构的三维虚拟现实服务平台，实现仪器设备的网络化、科学化管理，简化应用者分析统计和现场核查工作，缩短仪器设备的选择和校验时间，极大地降低了使用者的工作量，进而提高实验仪器利用率和分析速度，为环境检测的及时性、准确性提供有力保证[7]。

[1] 柘元蒙.环境检测机构的仪器设备管理[J].环境科学导刊，2009， 28（2）：87-90.

[2] 郭晓茆.环境监测实验室质量监督之管见[J].环境监测管理与技术，2007，19（6）：1-3.

[3] 池靖，夏新.浅谈环境监测仪器的量值溯源[J].中国环境监测，2008，24（5）：57-60.

[4] 赫元萍，唐雅萍.浅谈环境监测实验室设备管理[J].环境监测管理与技术，2009，21（1）：1-4.

[5] 陈业正.校准和检测实验室的设备管理[J].计量与测试技术，2006，33（11）：46-48.

[6] 俞美香，龚凤兰.对现场监测质量管理的思考[J].环境科学与技术，2010，33（6E）：158-160.

[7] 马月珠，陈铭.如何做好环境监测实验室设备的管理工作[J].环境保护，2010，22：45-47.