云计算下的检验检疫实验室信息管理系统研究

包先雨， 李 军， 王 洋

（1.深圳市检验检疫科学研究院，广东 深圳 518010；2.深圳市超宽带通讯与射频识别重点实验室，广东 深圳 518010）

检验检疫实验室信息管理系统（LIMS－for－CIQ）是利用计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理技术对检测实验室进行全方位管理的计算机软、硬件系统，如图1所示。它主要以实验室为中心，将实验室的业务流程、环境、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、标准方法、图书资料、文件记录、科研管理、项目管理、客户管理等影响分析数据的因素有机结合起来，使得实验室可以达到信息化管理、自动化操作和低碳办公的目的。该系统运行多年来，对提高检测工作效率、规范实验室管理、促进检验检疫电子化等方面起到了积极的推动作用。

云计算［1－2］是网格计算（grid computing）、分布式计算（distributed computing）、并行计算（parallel computing）、效用计算（utility computing）、网络存储（network storage technologies）、虚拟化（virtualization）、负载均衡（load balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。其核心是将大量用网络连接的计算资源进行统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。云计算对传统计算方式带来了变革［3］。云计算具有灵活的扩展性，可根据用户需求动态分配资源，提高资源运用效率；应用软件不再需要安装在本地计算机，减少了硬件成本。云计算的特点给现有 的 LIMS－for－CIQ 系 统 技 术 改 进 带 来 了 新机遇［4］。

图1 LIMS－for－CIQ系统

本文引入云计算技术，提供一个具有超算能力和存储扩展能力、用户不受地理位置限制、易于维护的LIMS－for－CIQ系统应用环境。首先分析目前LIMS－for－CIQ系统存在的问题，再结合现有的云计算技术，利用检验检疫系统内部局域网建立CIQ云，进而提出一种云计算环境下的LIMS－for－CIQ系统方案，最后以深圳 LIMS－for－CIQ系统为例，说明了该方案的可行性和有效性。

1 LIMS－for－CIQ存在的问题

随着 LIMS－for－CIQ系统中涉及的数据、流程以及操作的快速增长，产生了较大的检测量和数据量，LIMS－for－CIQ系统的复杂性也大大上升，这使得传统的LIMS－for－CIQ系统不仅生命周期短，而且其处理速度、存储资源扩展以及查询统计效率等应用都很难达到未来检验检疫实验室建设的要求［5－6］。

（1）数据量增长速度快，查询统计较慢。LIMS－for－CIQ系统是检验检疫各检测实验室的主干系统，目前仅深圳年报验业务量即达十几万批次，系统数据量增长速度很快，这使得数据的查询效率也会受到很大影响。虽然数据库端、应用程序端尽可能的优化，但由于系统自身架构的局限性，页面查询速度始终相对较慢，且不稳定，特别是在业务高峰期，大数据量的查询统计难以及时完成。

（2）应用服务器资源消耗较多，运行效率低。LIMS－for－CIQ系统的用户访问量较大，由于服务器系统自身资源有限，系统运行一段时间后系统资源的占用率就会很大，服务器的运行效率将大大降低，从而使得用户访问服务器的速度也会随之下降。

（3）存储扩展能力有限。LIMS－for－CIQ 系统涉及报告、原始记录单、检测任务单、样品流转单等各类文档，需要占用数据库服务器大量空间。目前LIMS－for－CIQ系统的存储扩展能力有限，无法满足快速增长的数据存储需求。

2 系统方案与功能实现

针对上述问题，本文通过集群应用［7］、分布式计算［8］等系统功能，将检验检疫系统内网中的几乎所有网络和计算机应用软件集合起来协同工作，共同对各级检验检疫机构和检测实验室提供数据查询、存储和计算服务。由于我国检验检疫系统内部局域网的完整性，完全可以利用其现有的局域网建立检验检疫系统自己的云，即“CIQ云”。CIQ云可以最大限度地整合现有的计算能力和存储资源，为系统提供超算能力和存储扩展能力，并且云存储和计算资源的访问可以完全由检验检疫系统自己控制，而不是公用的云计算服务的提供商，完全的物理隔离，保证了数据的安全性。因此，通过引入云计算技术，构建基于CIQ云的LIMS－for－CIQ系统，即“4横3纵”的技术方案，如图2所示。

图2 基于CIQ云的LIMS－for－CIQ系统方案

“4横”含义如下：

（1）数据存储层。由各个数据存储中心构成，包括各种计算和存储资源，它构成平台环境的硬件基础。

（2）系统核心层。提供构造云存储和云服务的基本软件模块，包括查询服务和数据管理功能，其中的数据管理为查询服务提供支持。

（3）访问接口层。提供共性应用服务，例如数据的读取与写，为上层LIMS－for－CIQ应用层奠定基础和提供接口。

（4）LIMS－for－CIQ应用层。面向最终用户，提供各种具体的LIMS－for－CIQ数据处理和存储服务，供用户完成LIMS－for－CIQ的各种工作流程；另外，应用层还负责将一些管理功能展现给用户，用于对数据处理和存储服务的管理以及执行的监控。

“3纵”含义如下：

（1）运行管理与维护。负责环境中各类数据存储资源的授权管理、访问控制、统一认证以及审计等。

（2）数据存储节点的质量管理与控制。完成数据备份、垃圾收集、服务质量控制等。

（3）用户管理和访问控制。用户数据的访问控制、计算环境中数据挂载的控制等。

该系统集报验管理、样品管理、结果登记、报告管理、信息查询等功能于一体，主要包括如下4大功能模块，如图3所示。

图3 系统功能实现

报验管理模块包括分支机构用户报验、委托客户网上自助报验、现场报验、报验受理、合同评审、状态查询等功能。分支机构用户可以从LIMS－for－CIQ系统中导入报检单信息进行报验，委托客户可在网上自助报验，检测中心还提供现场报验功能。收到报验申请后，检测中心对样品和报验信息进行审核、合同评审后，系统自动给客户反馈受理回执。为了方便客户及时了解检测状态，系统提供了检测状态查询功能，客户凭受理回执即可实时查询。

流程管理模块包括任务分配、样品分样、结果登记、拟稿、报告审核及签发等功能。检测中心受理报验申请后，系统会自动根据其对应的检测项目进行任务分配，检测人员接收任务后进行样品检测、结果登记、拟稿、报告签发等工作。为优化检测中心内部管理，系统设置了流程监控、样品管理等功能。样品在中心受理时即按照检测要求分样，贴上样品标签，通过样品标签在各个部门之间流转。系统通过条码标签实现样品管理电子化，在任何环节，只要简单扫描标签，就能完成样品信息查询、流程监控、样品交接等功能，解决了原来样品管理复杂，纸质交接单多，容易出错的问题。

系统采用了开源OpenOffice技术实现证书制作功能，能够自动提取检测结果生成报告，还可根据实际要求进行手工调整，并能够进行几种文件格式的互相转换。系统实现了检测结果数据与报告的有机关联，解决了原来拟稿存在的需要重复编辑、合并证书等问题。由于采用系统自动生成报告为主的拟稿方式，并且引入批操作功能，大大减少了拟稿的工作量。

资源管理模块包括检测中心文件控制、易耗品、科研、人员等信息的电子化管理。通过对在检测中心运作过程中有关标准及方法管理、检测程序控制、检测人员监督管理等与检测中心能力保证直接相关的各要素的控制和管理，实现对检测中心的人员要求、仪器设备、耗材、方法、环境控制等各项检测资源的一体化管理，规范检测中心能力保证行为，增强检测数据的可靠性，促进检测质量的提高。

统计分析模块包括统计报表、组合查询、自定义查询等功能。分支机构用户可及时查询检测结果并打印报告，检验检疫相关业务处室可实时掌握检测业务情况，加强对不合格项目和检测报告的管理，实现了检测信息高度共享，业务处室、分支机构、检测中心三位一体。此外，系统还预留了接口与其他业务动态数据分析系统实现数据共享，更加方便了报检业务数据与检测业务数据的比对分析。

3 应用举例

深圳检验检疫实验室基于云计算的LIMS－for－CIQ系统于2009年11月在动植物检验检疫技术研究所实验室率先上线运行，其软件界面设计如图4所示。随后，该系统又在工业品检测技术中心、食品检验检疫技术中心、动植物检验检疫技术中心、玩具检测技术中心、深圳国际旅行卫生保健中心等检测实验室上线运行。截至2011年6月底，共计受理各类报验65 000余批次，平均月受理约11 000余批次，检测样份250 000份，总检测项目数2 303 000项。目前，该系统整体运转正常，达到了预期目标，取得了良好的效果。

图4 LIMS－for－CIQ系统界面

（1）提高了工作效率。系统通过稳定的基础架构和高效的后台数据处理使得处理速度及处理能力有了较大提高；与CIQ2000系统、携带物管理系统、业务动态数据分析系统、电子收费系统等的数据衔接减少了重复录入工作；条码技术方便了样品管理和数据录入；OpenOffice方案实现了检测报告自动生成；多处设置批处理功能，如批报验、结果参考、结果批审核、批拟稿、批签发等，极大减少了重复性操作，节省了工作人员的系统操作时间。系统建立的高效处理的信息化平台，使得工作效率有了较大提高。比如报告拟制工作，原来需要3人专门负责，现在只需1人即可完成。

（2）优化了实验室内部管理。系统提供流程监控功能，可满足实验室内部、检测中心前台及客户了解样品检测状态的不同需要，有助于更加严格控制检测周期，以加强对样品检测周期的保证；通过样品的条码标签使得样品的流转管理更加规范，并有效地减少了纸质单证流转；系统流程进行到下一环节时即可锁定上一环节工作，并且最后生成PDF格式的检测报告，避免了工作人员人为修改检验结果，有助于确保检测数据的严密性和完整性。系统实现了对实验室工作的各个环节进行全面跟踪和管理，使实验室内部检测管理更加科学和规范。

（3）采用了多种技术提高系统的易用性。该系统开发基于B／S架构，相对于C／S架构大大降低了系统维护与升级的成本，同时也方便了用户的操作培训工作。系统中使用条码打印机、条码扫描器、摄像头等外围设备，并用到业界流行的ActiveX控件技术，较好地实现了在浏览器上控制客户端硬件设备，使系统功能更丰富、使用更便捷。

4 结束语

本文针对现有LIMS－for－CIQ系统的不足，通过引入云计算技术，建立CIQ云并设计了一种云计算环境下的LIMS－for－CIQ系统，详细描述了系统结构和功能设计。该系统整体设计科学、功能合理、操作便捷、响应速度快。系统启用后，实现了检测业务各个环节的全面跟踪，优化了检测中心内部管理，检测工作更加科学化，样品管理更加规范化，为检验检疫实验室的高速运转提供了强大的超算能力和存储扩展能力。该系统在深圳检验检疫实验室中的成功实施，将有助于该系统在全国直属检验检疫机构检测实验室中的推广应用，具有广阔的应用前景。

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