CN106096813A - 一种基于全流程管控的环境采样管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全流程管控的环境采样管理系统及管理方法该系统包含了一个环境采样全流程管理系统、一个实验室数据管理系统、后台数据库管理系统、一个或多个基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端、一个或多个可供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统、一个或多个用于场地近距离数据传输的定向无线数据收发端、一个或多个远程采样终端和一个或多个远程采样工具组成。本发明利用实时视频上传、加密二维码、任务推送等技术手段实现环境采样过程中的全流程管控。

Description

一种基于全流程管控的环境采样管理系统及管理方法

技术领域

本发明属于环保监测技术领域，涉及到一种对环境采样实现全流程管控的管理系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，我国面临的环境问题也日趋严重。作为环保工作的基础，环境监测对整个环保体系起着至关重要的作用。在“十三五”规划中国家提出环境监测主管部门将实现垂直管理，这也推动了越来越多的新方法和技术被应用到环境监测领域。然而由于国内实验室管理理念落后，已有的实验室管理系统均是基于样品的COC(Chain ofCustody，监管链)来实现的(典型代表专利：CN 104301393 A)。此类管理方法和系统均将管理链的起端设置在样品进入实验室后开始，忽视了样品现场采集阶段的监控，从而导致存在采样作假的可能。

此外，由于当前环保采样过程只有统一的技术流程标准而缺乏统一的管理模式，同时第三方环境监测和采样服务商各自为政、各行其是，导致第三方环保监测市场处于无组织、无监督、无管理的“三无”混乱状态。具体表现在：一是现有的环境监测和采样过程中任务派发方(例如业主、环保局等)除非指派人员在现场跟踪，否则无法对采样现场实施有效监控，且采样任务的派发方式多为口头指派，缺乏记录和录音凭证；二是采样流程还在使用传统的方法，采样过程中的数据记录较多的依赖人工抄写和纸质媒介，容易在数据抄写、录入过程中产生错误、被盗取或发生篡改行为，数据安全无法得到保障；三是环境样本的采集、封装过程均无可靠的视频记录，整个过程处于监控盲区，样本造假的现象经常发生；四是行业内各从业者采用的样本标签缺乏统一格式，不同服务商之间的样本标签无法统一识别，并经常出现标签混杂和丢失的现象；五是采样过程中多涉及到精密仪器或专用设备的操作，对操作人员的技术水平要求较高；六是采样范围有限，在人和设备无法到达的范围或危险区域需要借助辅助交通工具，例如河流中心断面的采样需要租借船只等。综上所述，传统的采样方法在采样任务分配、样品有效性管理、采样人员要求、采样能力及范围等方面均有较大的缺陷，导致了采样成本上升，采样效率下降的后果。

发明内容

本发明提供了一种基于全流程管控的环境采样管理系统及管理方法，以解决环境采样过程中的样品和数据造假、采样任务派发、现场监管等问题。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于全流程管控的环境采样管理系统，包括：

一个用于服务器的环境采样全流程管理系统、一个实验室数据管理系统、一个用于服务器的后台数据库管理系统、一个或多个基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端、一个或多个可供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统、一个或多个用于场地近距离数据传输的定向无线数据收发端、一个或多个远程采样终端和一个或多个远程采样工具组成。

所述用于服务器的环境采样全流程管理系统包括：

一后台数据库访问控制模块；一环境采样全流程监控模块；一环境采样任务调度模块；一环境采样任务派发推送模块；

所述的实验室数据管理系统包括：

一数据输入输出模块；一标签比对模块；一数据有效性检验模块；

所述的用于服务器的后台数据库管理系统包括：

一数据输入输出模块；一数据统计分析模块；一数据存储模块；一统计结果表达模块；

所述的基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端包括：

一现场采样数据记录模块；一远程采样终端操作模块；一样品标签扫描模块；一样品标签打印模块；一视频监控模块；一采样地点定位模块；一采样点路径及规划模块；一个或多个带加密的二维码的用于样品包装容器的标签和带加密的二维码的样品外包装箱的封签；

所述的远程采样终端包括：

一机械手控制模块；一无人机控制模块；一远程音视频传输模块；一个或多个在线监测接口；一个或多个环境传感器接口；

所述用于服务器的环境采样全流程管理系统，

一后台数据库访问控制模块，用于控制和读写存储所有数据的后台数据库；

一环境采样全流程监控模块，用于接收现场采样手持式管理终端传递的各种数据，实现采样全流程监控管理；

一环境采样任务调度模块，用于协调和调度多台现场采样手持式管理终端的现场工作任务；

一环境采样任务派发推送模块，用于将环境采样全流程管理系统的任务实时推送和下发到一台或多台现场采样手持式管理终端；

所述的实验室数据管理系统，

一数据输入输出模块，用于实现实验室化验数据结果的输入输出；

一标签比对模块，由扫描摄像头和扫描识别软件组成，用于读取样品上的封签，对比后台数据库的样品记录，实现样品管理；

一数据有效性检验模块，用于对比样品标签和封签是否与后台数据库管理系统中记录的数据一致，防止伪造样品；

所述的用于服务器的后台数据库管理系统，

一数据输入输出模块，用于实现对所有进出后台数据库管理系统的数据的管理；

一数据统计分析模块，用于实现对后台数据库管理系统内的数据进行统计和报表；

一数据存储模块，用于实现对后台数据库管理系统所管理的数据的管理。优选的，应采用关系型数据库实现；

一统计结果表达模块，用于将数据统计分析模块统计分析获得的结果以可视化的方式表达到环境采样全流程管理系统上；

所述的基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端，

一现场采样数据记录模块，用于实现对现场无需人工干预、可直接通过各种现场设备获取的数据进行自动记录；

一远程采样终端操作模块，用于通过无线传输技术对接控制远程采样终端，实现远程采样终端的无线控制；此处无线传输技术可以是市面上任何一种成熟的无线传输技术，包括但不限于蓝牙、WIFI、WAPI、NFC、RF、激光信号、GSM、GPRS、CDMA、WCDMA、TD-CDMA及其衍生技术等方式。优选的，应采用大功率定向WIFI实现；

一样品标签扫描模块，用于实现样品包装容器的标签和样品外包装箱的封签上的加密的二维码的扫描读取和解码；

一样品标签打印模块，用于将现场采样手持式管理终端上自带传感器数据采集形成的采样现场基本情况经过加密算法获得的二维码打印至标签或封签上。加密算法可以采用市面上任何一种成熟的加密算法，包括但不限于哈希算法、DES算法或RSA算法等。优选的，应采用哈希算法中的MD5算法；

一视频监控模块，由摄像头和软件组成。用于录制采样全过程中所有视频和扫描二维码；

一采样地点定位模块，采用定位装置实现采样点定位。定位芯片包括但不限于GPS、北斗、GLONASS等。优选的，应采用厘米级高精度GPS定位芯片；

一采样点路径及规划模块，采用基于地图的POI的方式实现路径和规划；

一个或多个用于样品包装容器的标签和样品外包装箱的封签。此标签和封签应采用不可重复粘贴的易碎不干胶贴纸或RF射频ID贴纸，并使用加密手段进行加密。优选的，应采用带加密的二维码的易碎不干胶贴纸；

所述的基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端其特征还在于，其操作系统可以是嵌入式系统或特制的商业化桌面系统，包括但不限于Android、iOS、Windows、嵌入式Linux及其衍生操作系统。优选的，应采用Android作为操作系统。

所述的远程采样终端，

一机械手控制模块，用于控制固液体通用取样机械手的操作；

一无人机控制模块，用于控制无人机投放和回收采样设备；

一远程音视频传输模块，用于接收无人机、机械手等远程采样工具传回的音视频资料；

一个或多个在线监测接口，用于接入在线式环境就监测设备。接口总线包括但不限于CAN、Modbus、RS-232、RS-432等工业标准总线接口；

一个或多个环境传感器接口，用于接入常见的环境传感器，包括但不限于温度、湿度等指标；

一种基于全流程管控的环境采样管理系统，其管理方法如下：

步骤1：采样现场核实；在接到采样任务后，由管理人员在全流程管理系统(1)上通过环境采样任务派发推送模块(14)将确定的采样计划和任务推送到现场手持式管理终端(4)上；现场手持式管理终端(4)上具有基于嵌入式系统系统开发的现场采样数据记录模块(41)、远程采样终端操作模块(42)、样品标签扫描模块(43)、样品标签打印模块(44)、视频监控模块(45)、采样地点定位模块(46)和采样点路径及规划模块(47)；现场操作人员根据获得的任务，手持管理终端(4)，依照采样点路径及规划模块(47)提供的信息绕场地行走，并通过视频监控模块(45)向全流程管理系统(1)的管理员提供视频，以确认采样区域、采样点位是否与所领到的任务相符合；

步骤2：反馈采样现场信息；现场操作人员使用采样地点定位模块(46)核实并踏勘所有采样点点位，检视是否与采样计划有所出入，例如存在不适合进行采样作业的点位；如果有则通过视频监控模块(45)与管理人员保持联系并将视频上传给管理人员，由管理人员重新制定采样计划后再次通过环境采样任务派发推送模块(14)推送给原来的现场操作人员；也可以由管理人员通过环境采样任务调度模块(13)将其他地点的操作人员和设备调度到原厂地实施替换；

步骤3：开展采样并对采样全过程进行视频监控；现场操作人员开展采样操作；整个采样过程要求通过视频监控模块(45)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；采样过程中脱离视频视野或缺少视频记录所取得的样本一律视为非法样本不予使用；视频录制长度和时间由视频监控模块(45)设置确定；

步骤4：样品封签；样品采集完成后在样品包装封口处贴上由样品标签打印模块(44)打印的一个或多个带加密的二维码的用于样品包装容器的标签和带加密的二维码的样品外包装箱的封签(48)；标签为一次性不干胶易碎贴，封签为一次性不干胶贴；封签贴上包含有样品标签打印模块生成的由手持终端根据自带传感器数据采集形成的采样现场基本情况记录的二维码；现场采样手持式管理终端(4)把本记录进行MD5编码并加密后作为样本的唯一标识码，通过现场采样数据记录模块(41)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；标签的打印、封签和封样品外包装箱的过程必须通过视频监控模块45进行录制，并把本段视频上传经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库，否则样品无效；

步骤5：自动记录；对于可以直接由现场设备或在线设备读取的数据，通过在线监测接口(74)或环境传感器接口(75)直接读取数据后通过现场采样数据记录模块(41)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；该类指标的记录过程是全自动且无需现场操作人员干预的，现场操作人员也无法对该数据进行修改和删除；

步骤6：自动采样；对于人员和设备无法到达的采样点，可以通过远程采样终端(7)配合远程采样工具无人机(8)、机械臂(9)来实现；通过现场采样手持式管理终端(4)中的远程采样终端操作模块(42)控制远程采样终端中的机械手控制模块(71)、无人机控制模块(72)，执行样品抓取或传感器探头放置；对于远程样品抓取，全过程需要通过远程音视频传输模块(73)、定向无线数据收发端(6)将采样过程上传并通过现场采样数据记录模块(41)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；探头读取数据传输路径同步骤5中自动记录数据；

步骤7：实验室送样、分析检测及出具报告；实验室在获得样品后应先检视样品包装上的封签是否破损；其次需要通过现场采样手持式管理终端4中的样品标签扫描模块43，将二维码扫入实验室数据管理系统(2)，并通过数据输入输出模块(21)、标签比对模块(22)和数据有效性检验模块(23)验证现场数据；对于经过数据有效性检验模块(23)检验后确证无效的样品，实验室不再进行分析；同时，实验室应及时将分析结果录入实验室数据管理系统(2)，并通过环境采样全流程监控模块(12)、后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；

步骤8：信息公开和访问管理；经过分析处理的数据应通过环境采样全流程管理系统(1)的审核后，发布到供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统(5)上。

本发明通过如下途径实现了有益效果：

1、采样现场与采样管理中心建立了视频交流通道，保证了现场与后方的有效沟通，能够及时调整采样计划，提高了采样效率；

2、现场采样手持式管理终端采用傻瓜式操作方式，使用者只需要跟着终端的提示及管理人员的远程指导就可以完成采样和现场检测任务，降低了人员要求和培训成本；

3、采样过程中对数据实现了分类管理：对于需要送实验室化验分析的样品，其采样过程全程录像，通过加盖加密戳的视频实现了样品采集的防伪功能；对于可以现场直接读取的环境数据，全程由机器操作，避免了人工篡改、删除，有效地防止了采样过程造假；

4、通过无人机、机械臂等辅助设备，避免人员走入危险地带，有效降低人员在恶劣环境下的暴露时间，减少了人员无谓的步行量，极大的拓展了采样范围和能力；

5、相比传统的以纸质记录本为媒介的记录方式，通过数据实时上传，避免了数据丢失、篡改和误删除等问题。同时后台数据库、流程管理系统等核心数据设备均至少应采用“一用一备”原则，有效保证了数据的安全性。保存的数据能够真实的反映出现场获得的情况；数据服务器布置在云平台上，为将来的大数据应用做好了准备；

综上所述，本发明对提高环境采样效率、降低采样人员素质要求和工作量、降低采样成本、防止采样造假、扩大采样范围与能力有着巨大的有益效果。

附图说明

图1为本发明中系统设备结构图。

图2为本发明中系统结构图。

图3为本发明中远程采样终端原理图。

图4为本发明中系统设备权限图。

图5为本发明的工作原理逻辑图。

图6为本发明传感器模块原理框图。

图7为本发明数据库关系表。

图8为本发明智能采样终端逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实现本发明。应当理解，尽管本发明描述了其优选的具体实施方案，然而这些只是对实施方案的阐述，而不能限制本发明的范围。

如图1所示，本发明包括以下组成部分：一个用于服务器的环境采样全流程管理系统1、一个实验室数据管理系统2、一个用于服务器的后台数据库管理系统3、一个或多个基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端4、一个或多个可供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统5、一个或多个用于场地近距离数据传输的定向无线数据收发端6、一个或多个远程采样终端7和一个或多个远程采样工具8、9组成。

本发明通过环境采样全流程管理系统将采样任务推送到现场采样手持式管理终端；采样现场操作人员通过现场采样手持式管理终端借助视频和语音与环境采样全流程管理系统前的管理人员核实采样任务信息；采样现场操作人员开展采样工作并对样品标签和样品封箱封签等所有过程进行视频拍摄；采样工作中借助机械手和无人机获得样品；拍摄视频上传至后台数据库管理系统存档备查；现场采样操作人员利用现场采样手持式管理终端打印加密的二维码标签和封签并贴好；实验室收到样品后使用现场采样手持式管理终端扫描加密的二维码标签和封签，并登陆实验室数据管理系统；实验室操作人员将化验结果输入到系统中；采样管理人员通过环境采样全流程管理系统进行样品数据复核和审查。

具体管理步骤说明如下：参见图2、3、4所示。

步骤1：采样现场核实。在接到采样任务后，由管理人员在全流程管理系统1上通过环境采样任务派发推送模块14将确定的采样计划和任务推送到现场手持式管理终端4上。现场手持式管理终端4上具有基于嵌入式系统系统开发的现场采样数据记录模块41、远程采样终端操作模块42、样品标签扫描模块43、样品标签打印模块44、视频监控模块45、采样地点定位模块46和采样点路径及规划模块47。现场操作人员根据获得的任务，手持管理终端4，依照采样点路径及规划模块47提供的信息绕场地行走，并通过视频监控模块45向全流程管理系统1的管理员提供视频，以确认采样区域、采样点位是否与所领到的任务相符合。

步骤2：反馈采样现场信息。现场操作人员使用采样地点定位模块46核实并踏勘所有采样点点位，检视是否与采样计划有所出入，例如存在不适合进行采样作业的点位。如果有则通过视频监控模块45与管理人员保持联系并将视频上传给管理人员，由管理人员重新制定采样计划后再次通过环境采样任务派发推送模块14推送给原来的现场操作人员。也可以由管理人员通过环境采样任务调度模块13将其他地点的操作人员和设备调度到原厂地实施替换。

步骤3：开展采样并对采样全过程进行视频监控。现场操作人员开展采样操作。整个采样过程要求通过视频监控模块45上传至环境采样全流程监控模块12，并经由后台数据库访问控制模块11、数据输入输出模块31处理后存入后台数据库。采样过程中脱离视频视野或缺少视频记录所取得的样本一律视为非法样本不予使用。视频录制长度和时间由视频监控模块45设置确定。

步骤4：样品封签。样品采集完成后在样品包装封口处贴上由样品标签打印模块44打印的一个或多个带加密的二维码的用于样品包装容器的标签和带加密的二维码的样品外包装箱的封签48。标签为一次性不干胶易碎贴，封签为一次性不干胶贴。封签贴上包含有样品标签打印模块生成的由手持终端根据自带传感器数据采集形成的采样现场基本情况记录的二维码。现场采样手持式管理终端4把本记录进行MD5编码并加密后作为样本的唯一标识码(二维码)，通过现场采样数据记录模块41上传至环境采样全流程监控模块12，并经由后台数据库访问控制模块11、数据输入输出模块31处理后存入后台数据库。标签的打印、封签和封样品外包装箱的过程必须通过视频监控模块45进行录制，并把本段视频上传经由后台数据库访问控制模块11、数据输入输出模块31处理后存入后台数据库，否则样品无效。

步骤5：自动记录。对于可以直接由现场设备或在线设备读取的数据，例如在线水质探头读取的数据，则通过在线监测接口74或环境传感器接口75直接读取数据后通过现场采样数据记录模块41上传至环境采样全流程监控模块12，并经由后台数据库访问控制模块11、数据输入输出模块31处理后存入后台数据库。该类指标的记录过程是全自动且无需现场操作人员干预的，现场操作人员也无法对该数据进行修改和删除。

步骤6：自动采样。对于人员和设备无法到达的采样点，可以通过远程采样终端7配合远程采样工具无人机8、机械臂9来实现。通过现场采样手持式管理终端4中的远程采样终端操作模块42控制远程采样终端中的机械手控制模块71、无人机控制模块72，执行样品抓取或传感器探头放置。对于远程样品抓取，全过程需要通过远程音视频传输模块73、定向无线数据收发端6将采样过程上传并通过现场采样数据记录模块41上传至环境采样全流程监控模块12，并经由后台数据库访问控制模块11、数据输入输出模块31处理后存入后台数据库。探头读取数据传输路径同步骤5中自动记录数据。

步骤7：实验室送样、分析检测及出具报告。实验室在获得样品后应先检视样品包装上的封签是否破损。其次需要通过现场采样手持式管理终端4中的样品标签扫描模块43，将二维码扫入实验室数据管理系统2，并通过数据输入输出模块21、标签比对模块22和数据有效性检验模块23验证现场数据。对于经过数据有效性检验模块23检验后确证无效的样品，实验室不再进行分析。同时，实验室应及时将分析结果录入实验室数据管理系统2，并通过环境采样全流程监控模块12、后台数据库访问控制模块11、数据输入输出模块31处理后存入后台数据库。

步骤8：信息公开和访问管理。经过分析处理的数据应通过环境采样全流程管理系统1的审核后，发布到供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统5上。

数据库设计：

本系统采用的是微软公司在Windows平台上开发的SQL Server 2012数据库平台，该平台是一个通用关系数据库管理系统包括数据库引擎、报表服务、分析服务与集成服务四个核心部分及复制、通知服务、服务代理、全文搜素等几个辅助组件。本系统所使用的数据库就是基于该平台定义和设计的。

数据库设计主要包括：数据表命名和分类方式、字段命名方式、录入数据格式设计、数据逻辑关系设计、查询关键字定义及为配合系统软件实现而进行的冗余、完整性等设计。

本系统数据库逻辑关系如图5所示：

本系统数据库中的所有数据项均是nvchar类型，所以，在录入控制中都是采用了easyui的validatebox作为录入格式控制工具，在validatebox的data-options中配置数据录入格式校验规则，数据的合理性校验则在软件或数据库中校验。

各数据表的查询关键字定义如下：

场地数据表(site)：site_code；

子场地数据表(subsite)：subsite_code；

采样点数据表(points)：point_code；

样本数据表(samples)：sample_code；

场地所有人数据表(owner)：owner_id；

手持式采样终端数据表(posconfig)：pos_code；

用户数据表(user)：user_id；

系统配置参数数据表(systemini):无(此表为单记录表格)；

系统运行日志数据表(log)：action_time。

注：本系统的所有图像、音频、视频等媒体文件都是以文件方式存储的，不是通过关系数据库存储的，因此，数据库设计中未包含本系统大量使用的媒体数据的定义。

图5中的性能监控与优化A1：

1、本系统通过性能监控优化守护进程，实时调取每一项服务的执行时间，实时可以得到系统响应性能报告；

2、当服务时间严重偏离平均值或系统设定的门限值时，系统的守护进程将采用最近最少用(LRU)算法调出空置资源，提升服务效率；

3、当采用方法2之后仍不能达到响应时间指标要求，系统将会把服务只读服务请求重定向，降低服务器压力以提升效率。

图5中的本系统在服务器端布置了一个备份与还原A2守护进程：

1、该守护进程可以从性能监控与优化进程获得系统的负载状况，系统进程根据服务器的负载状况及备份要求强烈程度，智能确定备份时间；

2、系统采用物理备份方式和业务记录备份两种备份方式，两种备份方式互为验证，保证了数据库的安全性；

3、系统有数据库物理还原和业务回滚两种数据还原方式；

4、当系统数据还原时，数据库会通知服务管理进程，暂停数据库服务的响应，得到服务管理进程的确认后方可进行系统数据还原；

5、还原完成后，进程会对两种还原方式的结果进行比对，如果结果一致，就把还原结果作为目标数据库，如果结果不一致则以业务回滚模式的还原结果为准，同时生成还原日志；

6、数据备份既可以手动发出备份指令，也可以是系统根据当前运行的状况及系统设置的备份时间参数自动备份。但数据还原则只有在收到数据还原的手动指令后才会执行，系统不会自动执行数据还原指令。

本系统安全控制A3采用现有的数据库安全管理软件来解决的数据库安全问题。

图5中数据迁移A4步骤：

1、本系统支持把数据库迁移到Oracle及MySQL系统上。如前所述，本系统的数据库所有字段均是nvchar类型，所以数据库的可移植性非常好。

2、数据迁移程序先把数据库结构通过SQL语言读出，然后，利用SQL语言，建立目标系统下的数据库结构；

3、通过SQL语言完成实体数据迁移。

图5中，数据库初始化功能A5：

1、本系统通过webapp为用户提供数据库初始化功能，用户只需通过浏览器，根据用户界面提示的接近于自然语言的逻辑定义数据库相关数据项是初始值；

2、如果用户不进行数据库初始化，系统会在系统安装时把相关数据项写入经验值。

图5中，服务管理A6包括：

1、服务管理主要实现三个方面的功能：权限验证、服务调度及日志记录；

2、权限验证主要是检验服务类别与服务权限是否匹配，若匹配，则把服务放入服务队列，否则，回应权限不匹配错误；

3、服务调度主要是通过一个服务队列，根据性能监控进程报告的系统负载、服务优先级及排队时间综合调度服务，使系统在负载基本均衡的条件下提高服务质量；

4、日志记录主要完成服务流水账的记录，每一笔服务完成后均有一笔日志记录；

5、服务管理进程也负责配合备份与还原进程完成数据的备份与还原任务。

图5中，服务器B：

1、本系统的web服务器采用的是Apache软件基金会发布的Tomcat 8.0；

2、本系统web服务器的目录结构布置图2；

3、本系统webapp开发采用HTML 4.0+、CSS 3、JavaScript、Jquery 2.0、JqueryEasyUI 1.4.4、JAVA JDK6.0等作为开发平台；

4、本系统web服务基于Struts 2框架开发。

图5中，账号管理B3：

1、账号管理主要实现登录与注册两个方面的功能；

2、登录功能主要完成用户验证，是本系统用户且密码正确则可以登录，否则返回登录错误；

3、注册主要完成新用户注册功能，通过系统提示表单，输入指定信息，由validatebox完成前端验证，webapp完成后端验证，两个验证均通过后即可成为本系统的注册用户。

图5中，采样任务管理B4：

1、采样管理主要实现采样任务定义、任务指派、现场督导、过程追踪、数据归档等功能；

2、采样任务定义包括新建采样任务、描绘采样区域、指定采样点位置、规定采样要求、定义工作步骤、确定采样计划等内容；

3、任务指派主要是以采样点为基本调度单位，把采样任务下发给手持

式智能采样终端；

4、现场督导部分完成管理人员对现场采样人员的实时管理，通过手持采样终端与管理人员建立视频连接，完成采样点的最终确认，采样技术要求贯彻与技术指导；

5、过程追踪部分完成对本系统所管理的采样任务的进程查看；

6、数据归档功能主要是接收手持采样终端现场采集的数据和记录的媒体资料并把它们放入的服务器中，同时，也提供了一个数据录入界面，以便实验室人员完成样本监测后录入数据。

图5中信息发布B7：

1、信息发布主要有两部分功能，一是web通过响应用户通过浏览器提出的请求，把数据发布给请求人；二是当系统的远程实时监控设备在工作时，web把其收到的数据实时地推送给指定人；

2、对于来自浏览器的数据请求，webapp接到请求后，验证服务的权限，验证通过后到数据库读取相关信息，以浏览器上用户界面定义的格式提供给请求人，验证不通过则返回请求错误；

3、对于实时推送数据的情况，webapp收到来自远程实时监测设备的数据后，与数据库中的数据重新组合后以浏览器上用户界面定义的格式实时推送给指定人。

图5中，远程视频传输C1：

1、此处的远程视频传输发生在C与D之间；

2、C在运载工具的携带下抵达待采样位置后，在D的控制下打开摄像功能，与其建立视频连接，并在D的远程指令控制下通过其自身携带的取样设备或监测设备完成取样或监测工作

图5中，机械手控制C4：

购买第三方机械手；该机械手具有USB接口及控制指令集，只需把该机械手连接到C的USB接口上，通过软件想机械手发出指令，就能完成相应的取样动作。

图5中，与运输工具对接模块C5：

1、根据D的返航指令或者自身状态异常提出返航请求；

2、向D上报自己的精确位置，D收到C的位置信息后控制运载工具到达指定现场；

3、F到达现场后根据所测高程下放吊索；

4、收到F下放吊索完成的状态后C打开其顶部的电磁铁；

5、与F对接完成后通知D；

6、D收到对接完成状态报告后通知F返航。

图5中，二维码生成与打字D3：

1、本系统采用的是国际流行的QR二维码制式；但为了系统安全，防止采样造假，本系统对QR二维码的左上角定位标区域进行了隐藏；

2、根据采样时间、场地编号、采样点编号形成二维码信息源；

3、利用Qrcode编码方法形成QR二维码位图；

4、把位图的左上角16*16像素区域与与其右相邻的16*16区域相交换，形成新的位图；

5、通过蓝牙与二维码打印机建立连接；

6、把位图数据送入二维码打印机；

7、二维码打印机打印出变换后的二维码，因本二维码左上角定位区已经移位，普通的二维码识别软件无法识别，满足了本发明的要求。

图5中，二维码扫描与识别D4：

1、打开D的照相机，对准二维码区域，系统会自动对焦，按下快门后获得二维码位图；

2、先把位图左上角16*16区域与与其右相邻的16*16区域相交换，得到新的位图；

3、利用Qrcode解码方法识别出该二维码。

图5中，场地围栏D5：

1、场地围栏是指待采样场地的边界；

2、采样人手持D绕场地行走一周，系统会每0.2秒记录下一个GPS坐标，从而得到采样场地的边界轨迹；

3、为了减少数据量，系统对轨迹进行了折线近似，也就是用若干条折线代替数量众多的点来表达边界；

4、折线近似的算法如下：

5、取点序列中初始两点形成一条直线，计算自直线起点开始至直线终点结束所遍历的所有点到该直线的距离，若存在点到直线的距离大于预先设定的门限值则直线的终点后退一个点作为近似折线的终点，该终点与起始点形成一条直线作为边界近似折线的一部分；

6、以上一条直线的终点为起点，以其后相邻轨迹点为终点，重复步骤5，直至轨迹遍历完成；

7、以上述方法形成的折线作为本采样场地的场地围栏。

传感器模块结构参见图6所示。数据库关系参见图7所示。智能采样终端逻辑关系参见图8所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理及技术方案的前提下，还可以对此做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

实施例1

采用本发明对XX流域进行底泥采样的过程。

步骤1：现场操作人员领取采样任务：在东经113.764293,北纬22.746623处对流域断面进行10点采样；

步骤2：根据任务要求，配置采样点；

步骤3：依次选中其中的采样点，指令由智能手持终端发送给运载工具无人机；

步骤4：无人机携带远程采样终端飞至地图所示位置并放下远程采样终端；

步骤5：远程采样终端放下螺旋式固体液体通用取样机械手沉入水底取样，无人机在上方悬停，记录采样的全过程视频；

步骤6：远程采样终端完成采样后通知智能手持终端，智能手持终端下达指令，无人机与远程采样终端对接后把远程采样终端运回；

步骤7：样品靠岸后，智能手持终端开始视频记录取样、打印二维码标签、封签、封箱过程，要保证无人机视频与智能手持终端视频的衔接；

步骤8：返回步骤4，直至采样任务完成；

步骤9：样本进入实验室，首先进行样本包装箱六面拍照；

步骤10：实验室按照规程对样本实施检测；

步骤11：实验室登录数据管理系统上报检测结果。

实施例2

采用本发明对XX农药厂废弃场地实施场地调查过程。

步骤1：现场采样人员领取采样任务；

步骤2：领取任务后，首先持智能手持终端拍摄待调查区域，确认采样区域；

步骤3：踏勘各采样点，看有没有采样点处不适宜打井取样，如果有则上报管理人员，并与管理人员建立视频通信，把现场情况真实的让管理人员看到，接受他们的管理与指导；

步骤4：选中一点开始采样，拍摄采样周边环境；

步骤5：利用精准定位方法获得采样点的地理坐标；

步骤6：地理坐标经管理人员确认后开始打井；

步骤7：打井完成后开始分层取样，每个取样、打印标签、封样、封箱过程都应在视频监控之下完成；

步骤8：利用远程监测终端，在视频监控下获得能够在现场获得的采样数据；

步骤9：返回步骤4，直至采样结束；

步骤10：样本进入实验室，首先进行样本包装箱六面拍照；

步骤11：实验室按照规程对样本实施检测；

步骤12：实验室登录数据管理系统上报检测结果。

Claims (2)

1.一种基于全流程管控的环境采样管理系统，其特征在于包括：

一个用于服务器的环境采样全流程管理系统、一个实验室数据管理系统、一个用于服务器的后台数据库管理系统、一个或多个基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端、一个或多个可供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统、一个或多个用于场地近距离数据传输的定向无线数据收发端、一个或多个远程采样终端和一个或多个远程采样工具组成；

所述用于服务器的环境采样全流程管理系统包括：

用于控制和读写存储所有数据的后台数据库的一后台数据库访问控制模块；用于接收现场采样手持式管理终端传递的各种数据，实现采样全流程监控管理的一环境采样全流程监控模块；用于协调和调度多台现场采样手持式管理终端的现场工作任务的一环境采样任务调度模块；用于将环境采样全流程管理系统的任务实时推送和下发到一台或多台现场采样手持式管理终端的一环境采样任务派发推送模块；

所述的实验室数据管理系统包括：

用于实现实验室化验数据结果的输入输出的一数据输入输出模块；由扫描摄像头和扫描识别软件组成，用于读取样品上的封签，对比后台数据库的样品记录，实现样品管理的一标签比对模块；用于对比样品标签和封签是否与后台数据库管理系统中记录的数据一致，防止伪造样品的一数据有效性检验模块；

所述的用于服务器的后台数据库管理系统包括：

用于实现对所有进出后台数据库管理系统的数据的管理的一数据输入输出模块；用于实现对后台数据库管理系统内的数据进行统计和报表的一数据统计分析模块；用于实现对后台数据库管理系统所管理的数据管理的一数据存储模块；用于将数据统计分析模块统计分析获得的结果以可视化的方式表达到环境采样全流程管理系统上的一统计结果表达模块；

所述的基于嵌入式系统二次开发的现场采样手持式管理终端包括：

用于实现对现场无需人工干预、可直接通过各种现场设备获取的数据进行自动记录的一现场采样数据记录模块；用于通过无线传输技术对接控制远程采样终端，实现远程采样终端的无线控制的一远程采样终端操作模块；用于实现样品包装容器的标签和样品外包装箱的封签上的加密的二维码的扫描读取和解码的一样品标签扫描模块；用于将现场采样手持式管理终端上自带传感器数据采集形成的采样现场基本情况经过加密算法获得的二维码打印至标签或封签上的一样品标签打印模块；由摄像头和软件组成，用于录制采样全过程中所有视频和扫描二维码的一视频监控模块；采用定位装置实现采样点定位的一采样地点定位模块；采用基于地图的POI的方式实现路径和规划的一采样点路径及规划模块；一个或多个带加密的二维码的用于样品包装容器的标签和带加密的二维码的样品外包装箱的封签；所述标签和封签应采用不可重复粘贴的易碎不干胶贴纸或RF射频ID贴纸，并使用加密手段进行加密；

所述的远程采样终端包括：

用于控制固液体通用取样机械手的操作的一机械手控制模块；用于控制无人机投放和回收采样设备的一无人机控制模块；用于接收无人机、机械手等远程采样工具传回的音视频资料的一远程音视频传输模块；用于接入在线式环境就监测设备的一个或多个在线监测接口；用于接入主要包括温度、湿度环境传感器的一个或多个环境传感器接口。

2.根据权利要求1所述的一种基于全流程管控的环境采样管理系统，其管理方法如下：

步骤1：采样现场核实；在接到采样任务后，由管理人员在全流程管理系统(1)上通过环境采样任务派发推送模块(14)将确定的采样计划和任务推送到现场手持式管理终端(4)上；现场手持式管理终端(4)上具有基于嵌入式系统系统开发的现场采样数据记录模块(41)、远程采样终端操作模块(42)、样品标签扫描模块(43)、样品标签打印模块(44)、视频监控模块(45)、采样地点定位模块(46)和采样点路径及规划模块(47)；现场操作人员根据获得的任务，手持管理终端(4)，依照采样点路径及规划模块(47)提供的信息绕场地行走，并通过视频监控模块(45)向全流程管理系统(1)的管理员提供视频，以确认采样区域、采样点位是否与所领到的任务相符合；

步骤2：反馈采样现场信息；现场操作人员使用采样地点定位模块(46)核实并踏勘所有采样点点位，检视是否与采样计划有所出入，例如存在不适合进行采样作业的点位；如果有则通过视频监控模块(45)与管理人员保持联系并将视频上传给管理人员，由管理人员重新制定采样计划后再次通过环境采样任务派发推送模块(14)推送给原来的现场操作人员；也可以由管理人员通过环境采样任务调度模块(13)将其他地点的操作人员和设备调度到原厂地实施替换；

步骤3：开展采样并对采样全过程进行视频监控；现场操作人员开展采样操作；整个采样过程要求通过视频监控模块(45)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；采样过程中脱离视频视野或缺少视频记录所取得的样本一律视为非法样本不予使用；视频录制长度和时间由视频监控模块(45)设置确定；

步骤4：样品封签；样品采集完成后在样品包装封口处贴上由样品标签打印模块(44)打印的一个或多个带加密的二维码的用于样品包装容器的标签和带加密的二维码的样品外包装箱的封签(48)；标签为一次性不干胶易碎贴，封签为一次性不干胶贴；封签贴上包含有样品标签打印模块生成的由手持终端根据自带传感器数据采集形成的采样现场基本情况记录的二维码；现场采样手持式管理终端(4)把本记录进行MD5编码并加密后作为样本的唯一标识码，通过现场采样数据记录模块(41)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；标签的打印、封签和封样品外包装箱的过程必须通过视频监控模块45进行录制，并把本段视频上传经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库，否则样品无效；

步骤5：自动记录；对于可以直接由现场设备或在线设备读取的数据，通过在线监测接口(74)或环境传感器接口(75)直接读取数据后通过现场采样数据记录模块(41)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；该类指标的记录过程是全自动且无需现场操作人员干预的，现场操作人员也无法对该数据进行修改和删除；

步骤6：自动采样；对于人员和设备无法到达的采样点，可以通过远程采样终端(7)配合远程采样工具无人机(8)、机械臂(9)来实现；通过现场采样手持式管理终端(4)中的远程采样终端操作模块(42)控制远程采样终端中的机械手控制模块(71)、无人机控制模块(72)，执行样品抓取或传感器探头放置；对于远程样品抓取，全过程需要通过远程音视频传输模块(73)、定向无线数据收发端(6)将采样过程上传并通过现场采样数据记录模块(41)上传至环境采样全流程监控模块(12)，并经由后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；探头读取数据传输路径同步骤5中自动记录数据；

步骤7：实验室送样、分析检测及出具报告；实验室在获得样品后应先检视样品包装上的封签是否破损；其次需要通过现场采样手持式管理终端4中的样品标签扫描模块43，将二维码扫入实验室数据管理系统(2)，并通过数据输入输出模块(21)、标签比对模块(22)和数据有效性检验模块(23)验证现场数据；对于经过数据有效性检验模块(23)检验后确证无效的样品，实验室不再进行分析；同时，实验室应及时将分析结果录入实验室数据管理系统(2)，并通过环境采样全流程监控模块(12)、后台数据库访问控制模块(11)、数据输入输出模块(31)处理后存入后台数据库；

步骤8：信息公开和访问管理；经过分析处理的数据应通过环境采样全流程管理系统(1)的审核后，发布到供公众访问环境采样化验数据及报告的云端信息发布系统(5)上。