CN107967573A - 基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统及方法。所述系统包括标物中心、云平台、远程质控设备和远程智能采样设备。标物中心用于标物的生产和编码；云平台用于标物数据管理、远程设备控制及数据比对分析；远程质控设备使用标物实现对自动监测设备的标样核查；远程智能采样设备采集样品并上传样品数据，采集的样品送至实验室进行分析。本系统实现了对自动监测设备的标样核查和样品比对两种质量控制模式，在两种模式实施过程中，标物、样品的关键信息对运维人员或实验室分析人员均不透明，有效的避免了物品被篡改，保证物品的真实性和唯一性，最终云平台将真实可信、能够反映自动监测设备质量状态的核查比对结果提供给用户。

Description

基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统及方法

技术领域

本发明涉及环境方面的自动监测领域，具体地说是一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统及方法。

背景技术

目前环保部门对于环境污染物的监测普遍采用了在线自动监测设备。实时监测监控大气、废气、自然水体、废水等质量状况，对于我国环境质量控制管理、环境质量改善具有重要意义。以自控技术为核心的各类在线自动监测设备的应用，既可以减少人力、降低测定偶然误差，又可及时快速反馈数据，在现今的环保监测中已起到了十分重要的作用。

而现有自动监测技术同时也存在诸多缺陷：

1)我国现有的监测站点主要是采用委托运营公司进行站点运营的工作方式（又称 “第三方运营模式”），目前发现第三方运营存在有弄虚作假的现象，导致监测数据失真，而环保行政管理部门对此缺乏实时有效的监管手段。

2)自动监测设备对不同季度、不同浓度范围样品的测量线性度是个变化量，而现有的自动监测设备中的线性系数是靠人工输入设定的，不能根据实际情况进行及时修正。

3)由于自动监测设备本身存在的测量误差、仪器故障以及污染企业偷排偷放造成的被测样品质量剧烈变化等诸多原因，使得监测点的监测数据存在不稳定因素。并且，应对突发性的超标监测数据，除了派人赶赴现场进行确认以外，没有其他有效的质控方法。对于仪器故障，也不能做到及时发现和判断故障原因。

4)监测站点使用的自动监测设备要求定期进行比对校准，而站点的位置偏远分散，一次标校工作往往需要数天时间，耗费的人力、物力和财力较大。

另外，除由自动监测设备进行监测外，环境监测数据的获得，一般是由环境管理或执法部门下发任务，相关工作人员到达指定地点，按照工作要求进行采样，所采集的样品送回实验室后，由实验室人员进行分析测试、回传数据并做出检测报告。整个过程是依靠工作人员填写表格、手写标签、样品贴签、样品传递和信息匹配。

目前在利用实验室进行样品分析时，都是送检人将待检样品直接送入相关的实验室进行检测，该实验室完成检测后再将检测报告发送给送检人。在这种质量检测流程中，送检人知道样品送入了哪个实验室，实验室检测人员知道样品的具体来源和相关信息，这样送检人和实验室甚至包括相关的第三方都容易因主观因素而影响样品检测，导致检测结果的客观性和可靠性受到影响。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统，以对自动监测设备所监测的数据进行客观、真实的质量管理。

本发明的目的之二就是提供一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法。

本发明的目的之一是这样实现的：一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统，包括：

标物中心，与云平台相接，用于标物的生产和编码，标物的编码信息以及与之对应的标物数据上传至云平台；编码后的标物可经运维人员提供给远程质控设备；

云平台，分别与所述标物中心、远程质控设备和远程智能采样设备相接，用于对标物数据进行存储和管理，同时在用户的控制下向远程质控设备和/或远程智能采样设备发布相应命令，并可实现自动监测设备对标物的测量结果与标物数据的对比分析，还可实现自动监测设备对样品的监测结果与实验室对样品测量结果的对比分析；云平台对标物和/或样品进行的数据对比分析可提供给用户；

远程质控设备，与所述云平台和自动监测设备相接，运维人员提供的标物首先存储在远程质控设备的标物保存单元中，在云平台下发质控命令后，由远程质控设备自动将标物提供给自动监测设备进行测量，自动监测设备的测量结果回传至所述远程质控设备，再由远程质控设备回传至云平台； 以及

远程智能采样设备，与所述云平台和自动监测设备相接，在云平台下发采样命令后，由远程智能采样设备采集现场样品，样品由运维人员送至实验室，由实验室分析人员对样品进行测量并将测量结果上传至云平台；远程智能采样设备同时接收自动监测设备对样品的监测结果并将监测结果传至云平台。

标物的编码形式为RFID或二维码；标物数据包括生产日期、标物类型、浓度范围、真实浓度值、有效期、标物位置、体积、标物状态和标物来源；运维人员从标物中心获取标物，并从云平台数据库中获取标物的基础信息数据，标物的基础信息数据包括生产日期、标物类型和浓度范围，运维人员根据标物的基础信息数据将标物安放在相应的远程质控设备上；远程质控设备上具有RFID读卡器或二维码扫描装置，可以自动识别标物的编码信息并可与云平台同步数据；云平台可完成远程质控设备与标物的绑定。

远程智能采样设备采集现场样品后，将样品装入采样容器内，在采样容器内嵌置有RFID或二维码的标识码，远程智能采样设备可将采样容器上的标识码信息、采样时间、采样地点以及自动监测设备对样品的测量值回传至云平台。

实验室分析人员拿到样品后，先对采样容器上的标识码进行扫描，通过识别码从平台获取分析项目从云平台获取分析项目，再对采样容器内的样品进行化验、分析结果，最后将采样容器上的标识码信息以及样品的分析结果一起上传至云平台；实验室分析人员只能获知采样容器上的标识码信息及需要完成样品的分析项目，无法获知采样时间、采样地点及自动监测设备对样品的测量值。

本发明的目的之二是这样实现的：一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法，包括如下步骤：

1)由标物中心生产标物，标物数据录入云平台数据库；

2)由云平台数据库录入过的标物出库，由运维人员拿到现场，安放在远程质控设备上，此过程中运维人员无法知晓标物的真实浓度值；

3)用户通过云平台下发质控命令，远程质控设备对自动监测设备进行质控，使自动监测设备对标物进行测量，测量结果回传至云平台；

4)云平台将自动监测设备对标物的测量结果和云平台数据库中的标物数据进行比对分析，生成质控报告提供给用户；

5)用户通过云平台下发采样命令，远程智能采样设备采集现场样品，并将自动监测设备对样品的测量结果上传至云平台；

6)运维人员从远程智能采样设备中取出采集的样品，送至实验室；

7)实验室分析人员对样品进行分析，并将分析结果数据上传至云平台；

8)云平台将实验室样品分析结果数据和自动监测设备对样品的测量结果进行比对分析，生成样品检验报告提供给用户；

9)用户根据质控报告和样品检验报告评估自动监测设备质量，及时发现自动监测设备的异常并采取应对措施。

步骤1）中，标物中心生产标物后，将标物放入特定容器中，并在标物容器上设置唯一标识码，标识码为RFID或二维码；标物容器上的唯一标识码和特定容器内的标物对应的数据一起录入云平台数据库中。

步骤1）中，标物数据包括生产日期、标物类型、浓度范围、真实浓度值、有效期、标物位置、体积、标物状态和标物来源；步骤2）中，运维人员从标物中心获取标物，并从云平台数据库中获取标物的基础信息数据，标物的基础信息数据包括生产日期、标物类型和浓度范围，运维人员根据标物的基础信息数据将标物安放在相应的远程质控设备上；远程质控设备上具有RFID读卡器或二维码扫描装置，可以自动识别标物容器上的标识码并可与云平台同步数据；云平台可完成远程质控设备与标物的绑定。

步骤5）中，远程智能采样设备采集现场样品后，将样品装入采样容器内，在采样容器内嵌置有RFID或二维码的标识码，远程智能采样设备可将采样容器上的标识码信息、采样时间、采样地点以及自动监测设备对样品的测量值回传至云平台。

步骤7）中，实验室分析人员拿到样品后，先对采样容器上的标识码进行扫描，通过识别码从平台获取分析项目，再对采样容器内的样品进行化验、分析结果，最后将采样容器上的标识码信息以及样品的分析结果一起上传至云平台；实验室分析人员只能获知采样容器上的标识码信息及需要完成样品的分析项目，无法获知采样时间、采样地点及自动监测设备对样品的测量值。

本发明可实现对现场自动监测设备的自动标物核查和手工样品比对两种质量控制模式，主要是依托于云平台和系统设备，在两种模式实施过程中，标物的关键信息（标物的真实浓度值）对运维人员不透明，样品的关键信息（采样时间、采样地点、自动监测设备对样品的测量值）对实验室分析人员不透明，有效的避免了物品（包括标物、样品）被篡改，从而保证物品的真实性和唯一性，最终从云平台得到真实可信、能够反映自动监测设备质量状态的核查比对结果。

要进一步提高自动监测设备监测数据质量管理系统的效果，还可以将该系统扩展成能够对人员具体操作过程、仪器工作过程参数状态、标物和样品的传递保存、实验室分析设备等因素进行管理的系统，捕捉监控每个环节的数据参数，可视为物联网的一种实现。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所提供的基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统和方法进行详细描述。在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

本发明通过云平台、远程质控设备、远程智能采样设备，实现对自动监测设备的盲样核查、现场样品采集及实验室比对分析，并对整个过程实现监管，最终可实现对自动监测设备监测数据的质量进行管理。

如图1所示，基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统主要包括标物中心、云平台、远程质控设备以及远程智能采样设备；其他相关的设施、仪器包括实验室和自动监测设备等。系统的使用人员可分为管理员、用户、运维人员和实验室分析人员四类，对这四类人员分别设置不同的权限。管理员具备所有权限；用户可通过云平台获取标物数据，具备通过云平台对远程质控设备和远程智能采样设备进行操作的权限，并可通过云平台查看远程质控设备和远程智能采样设备的状态信息，用户还可通过云平台获取远程质控设备和远程智能采样设备的执行结果和数据分析报告，并以此评估现场自动监测设备整体质量，决定处理措施；运维人员具有从云平台处获取标物的基础信息数据（包括标物类型、浓度范围和有效期，该基础信息不包括标物的真实浓度值）的权限，以及具有对远程质控设备和远程智能采样设备进行维护的权限（如登录系统、开启门锁、更换标物、取出采集的样品等）；实验室分析人员具有样品分析及样品数据上传权限，可以将样品的分析结果上传到云平台。

标物中心主要用于标物（即标准物质的简称，也可以称为标样）的生产、编码，编码后的标物供远程质控设备使用。生产的标物包括标准溶液、标准气体等。标物由特定的标物容器来盛放，标物容器为密封形式袋、瓶或其他密封形状的结构，每个标物容器内均嵌RFID电子标签或二维码标识，以作为标物容器内对应标物的唯一标识码，使得对应标物具备唯一编码信息。将每一标物数据与对应标物容器上的编码信息进行绑定，标物数据包括生产日期、标物类型、浓度范围、真实浓度值、有效期、标物位置、体积、标物状态、标物来源等信息，确保标物能溯源国家基准或参考基准。所有标物数据均上传到云平台的数据库，标物本身携带的信息只有自身的标识码（RFID或二维码），只能通过云平台来获得该标物的具体数据，因此标物的数据保存、查看形式有很强的保密性和可配置性，具备作为盲样操作的条件。

云平台是整个系统的控制和数据中心，其根据功能可划分为标物管理模块、质控管理模块、采样管理模块和数据对比分析模块四个主要模块。

标物管理模块用来对已录入数据库的标准物质数据进行管理，跟踪标准物质整个生命周期的状态变化，根据标物去向、使用、状态的变化，适时更新数据库中对应的标物数据。标物应用到远程质控设备上时，云平台可获取标物的位置、所在的远程质控设备，当前剩余标物量等数据，并同步更新数据库。当标物管理模块检测到标物剩余量为零或超出有效期，则将标物置为失效状态。

质控管理模块用于对远程质控设备进行管理和控制，主要功能为控制远程质控设备进行质控流程操作，采集远程质控设备工作状态和流程操作数据。

远程质控设备与自动监测设备相连，远程质控设备由工控机、标物保存单元、标物输送单元和数据通信单元组成。运维人员从标物中心获取标物，并从云平台处获取对应标物的基础信息数据，这些基础信息数据包括标物的有效期、标物类型、浓度范围等，但是不包括标物的真实浓度值，运维人员根据标物的这些基础信息数据将标物安放至现场相应的远程质控设备中。运维人员在从云平台处获取标物的基础信息数据时，可通过RFID读卡器或二维码扫描装置读取标物标识码，但是由于对运维人员配置了相应的权限，因此运维人员所获取的标物基础信息不包含标物的真实浓度值。在远程质控设备中，标物保存单元具备标物识别装置，可通过RFID读卡器或二维码扫描装置读取标物标识码，通过该标识码与云平台同步标物数据，此时云平台完成标物与对应远程质控设备的绑定。远程质控设备工控机接收到云平台的质控命令后，控制标物输送单元提供标物给自动监测设备进行测量，实现对自动监测设备的标物核查。自动监测设备完成对标物的测量后，测量结果经远程质控设备回传至云平台，由云平台中的数据对比分析模块进行标物数据与自动监测设备测量结果的匹配并生成质控报告，云平台可将该质控报告提供给用户。

采样管理模块用于对远程智能采样设备进行管理和控制，主要功能为控制远程智能采样设备进行采样流程操作，采集远程智能采样设备工作状态和流程操作数据。

远程智能采样设备与自动监测设备相连，其用于实现现场样品的采集，远程智能采样设备包括采样单元、采样容器、采样控制单元、采样容器信息读取单元、数据传输单元和卫星定位单元。采样容器与盛放标物的标物容器一样，均属于密封形式结构，与外界空气完全隔离，有效防止外界空气、水体侵蚀和沾染；密封形式结构可为袋、瓶等多种形式，也可采用现场吹塑或者特种膜工艺成型等技术制成。采样容器和标物容器的材质均具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、耐气候、高润滑、不粘附、无渗透沾染的特点。每个采样容器和每个标物容器内均嵌RFID电子标签或二维码标识，具备唯一编码信息。

远程智能采样设备收到云平台的采样命令后，启动自动采样流程：由采样控制单元控制采样单元在现场进行采样，采集的样品放入采样容器中，采样容器上设置有相应的容器标识码（RFID或二维码），采样容器信息读取单元可读取采样容器上的标识码，卫星定位单元用于对采样地点进行定位，数据传输单元可将样品的标识码、采样时间、采样地点、自动监测设备对样品的测量值等数据回传至云平台。远程智能采样设备还可在自动监测设备测试超标或定时采样时间到的情形下，启动自动采样流程。

远程智能采样设备采集的样品由运维人员送至实验室，由实验室分析人员在实验室对样品进行分析。根据对实验室分析人员设定的权限可知，样品分析过程中实验室分析人员只能看到采样容器的标识码及需要完成的样品分析项目等必要相关信息，无法看到云平台管理的关于该样品的采样地点、采样时间、自动监测设备对样品的测量值等核心样品数据，实现全过程的加密交接、数据质控。实验室分析人员拿到样品后，对采样容器的标识码进行扫描，对采样容器内的样品进行化验，并生成分析结果。实验室分析人员回传分析结果数据至云平台后，由云平台的数据对比分析模块进行实验室样品分析结果数据与自动监测设备对样品的测量值的匹配并生成样品检验报告，云平台最终将该样品检验报告传送给用户。

整个系统的使用方法如下：

1)标物中心生产标物，标物数据录入云平台数据库。

2)由云平台数据库录入过的标物出库，由运维人员拿到现场，安放在远程质控设备上，此过程中运维人员无法知晓标物的真实浓度值。

3)用户通过云平台下发质控命令，远程质控设备对自动监测设备进行质控，使自动监测设备对标物进行测量，测量结果回传至云平台。

4)云平台将自动监测设备对标物的测量结果和云平台数据库中的标物数据进行比对分析，生成质控报告提供给用户。

5)用户通过云平台下发采样命令，远程智能采样设备采集现场样品，并将自动监测设备对现场样品的测量结果上传至云平台；远程智能采样设备具有多种类样品采集的功能，被采集的样品介质包括但不限于液体样品、气体样品和土壤样品。

6)运维人员从远程智能采样设备中取出采集的样品，送至实验室。

7)实验室分析人员对样品进行分析，并将分析结果数据上传至云平台。

8)云平台将实验室样品分析结果数据和自动监测设备对样品的测量结果进行比对分析，生成样品检验报告提供给用户。

9)用户根据质控报告和样品检验报告评估自动监测设备质量，及时发现自动监测设备的异常并采取应对措施，用户可依据自动监测设备运行状况对运维人员的绩效进行考核。

基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统的应用，实现了自动监测设备的远程盲样核查、远程样品采集及实验室分析、云平台数据对比分析，并保障了全过程中各个环节的数据质量。

在本发明中，利用了云计算、通信加密和数据库加密技术，通过信息系统的数据库加密技术确保任何人在不具备权限的情况下都无法单独查找到物品标识码和物品数据之间的对应关系，消除了人为主观因素，从而可以提供客观可靠的检测结果。

Claims (9)

1.一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统，其特征是，包括：

标物中心，与云平台相接，用于标物的生产和编码，标物的编码信息以及与之对应的标物数据上传至云平台；编码后的标物可经运维人员提供给远程质控设备；

云平台，分别与所述标物中心、远程质控设备和远程智能采样设备相接，用于对标物数据进行存储和管理，同时在用户的控制下向远程质控设备和/或远程智能采样设备发布相应命令，并可实现自动监测设备对标物的测量结果与标物数据的对比分析，还可实现自动监测设备对样品的监测结果与实验室对样品测量结果的对比分析；云平台对标物和/或样品进行的数据对比分析可提供给用户；

远程质控设备，与所述云平台和自动监测设备相接，运维人员提供的标物首先存储在远程质控设备的标物保存单元中，通过云平台下发质控命令后，由远程质控设备将标物提供给自动监测设备进行测量，自动监测设备的测量结果回传至所述远程质控设备，再由远程质控设备回传至云平台；以及

远程智能采样设备，与所述云平台和自动监测设备相接，通过云平台下发采样命令后，由远程智能采样设备采集现场样品，样品由运维人员送至实验室，由实验室分析人员对样品进行测量并将测量结果上传至云平台；远程智能采样设备同时接收自动监测设备对样品的监测结果并将监测结果传至云平台。

2.根据权利要求1所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统，其特征是，标物的编码形式为RFID或二维码；标物数据包括生产日期、标物类型、浓度范围、真实浓度值、有效期、标物位置、体积、标物状态和标物来源；运维人员从标物中心获取标物，并从云平台数据库中获取标物的基础信息数据，标物的基础信息数据包括生产日期、标物类型和浓度范围，运维人员根据标物的基础信息数据将标物安放在相应的远程质控设备上；远程质控设备上具有RFID读卡器或二维码扫描装置，可以自动识别标物的编码信息并可与云平台同步数据；云平台可完成远程质控设备与标物的绑定。

3.根据权利要求1所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统，其特征是，远程智能采样设备采集现场样品后，将样品装入采样容器内，在采样容器内嵌置有RFID或二维码的标识码，远程智能采样设备可将采样容器上的标识码信息、采样时间、采样地点以及自动监测设备对样品的测量值回传至云平台。

4.根据权利要求3所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理系统，其特征是，实验室分析人员拿到样品后，先对采样容器上的标识码进行扫描，再对采样容器内的样品进行化验、分析结果，最后将采样容器上的标识码信息以及样品的分析结果一起上传至云平台；实验室分析人员只能通过采样容器上的标识码获取需要完成样品的分析项目，无法获知采样时间、采样地点及自动监测设备对样品的测量值。

5.一种基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法，其特征是，包括如下步骤：

1)由标物中心生产标物，标物数据录入云平台数据库；

2)由云平台数据库录入过的标物出库，由运维人员拿到现场，安放在远程质控设备上，此过程中运维人员无法知晓标物的真实浓度值；

3)用户通过云平台下发质控命令，远程质控设备对自动监测设备进行质控，使自动监测设备对标物进行测量，测量结果回传至云平台；

4)云平台将自动监测设备对标物的测量结果和云平台数据库中的标物数据进行比对分析，生成质控报告提供给用户；

5)用户通过云平台下发采样命令，远程智能采样设备采集现场样品，并将自动监测设备对样品的测量结果上传至云平台；

6)运维人员从远程智能采样设备中取出采集的样品，送至实验室，运维人员不知晓样品信息；

7)实验室分析人员对样品进行分析，并将分析结果数据上传至云平台，分析人员通过样品标识码获取分析的项目；

8)云平台将实验室样品分析结果数据和自动监测设备对样品的测量结果进行比对分析，生成样品检验报告提供给用户；

9)用户根据质控报告和样品检验报告评估自动监测设备质量，及时发现自动监测设备的异常并采取应对措施。

6.根据权利要求5所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法，其特征是，步骤1）中，标物中心生产标物后，将标物放入标物容器中，并在标物容器上设置唯一标识码，标识码为RFID或二维码；标物容器上的唯一标识码和标物容器内的标物对应的数据一起录入云平台数据库中。

7.根据权利要求5所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法，其特征是，步骤1）中，标物数据包括生产日期、标物类型、浓度范围、真实浓度值、有效期、标物位置、体积、标物状态和标物来源；步骤2）中，运维人员从标物中心获取标物，并从云平台数据库中获取标物的基础信息数据，标物的基础信息数据包括生产日期、标物类型和浓度范围，运维人员根据标物的基础信息数据将标物安放在相应的远程质控设备上；远程质控设备上具有RFID读卡器或二维码扫描装置，可以自动识别标物容器上的标识码并可与云平台同步数据；云平台可完成远程质控设备与标物的绑定。

8.根据权利要求5所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法，其特征是，步骤5）中，远程智能采样设备采集现场样品后，将样品装入采样容器内，在采样容器内嵌置有RFID或二维码的标识码，远程智能采样设备可将采样容器上的标识码信息、采样时间、采样地点以及自动监测设备对样品的测量值回传至云平台。

9.根据权利要求8所述的基于云平台的自动监测设备数据质量管理方法，其特征是，步骤7）中，实验室分析人员拿到样品后，先对采样容器上的标识码进行扫描，通过识别码从平台获取分析项目，再对采样容器内的样品进行化验、分析结果，最后将采样容器上的标识码信息以及样品的分析结果一起上传至云平台；实验室分析人员只能获知采样容器上的标识码信息及需要完成样品的分析项目，无法获知采样时间、采样地点及自动监测设备对样品的测量值。