劉 紅，劉 斐，葉昊亮，王 曄，雷長海，沙 琨

大型儀器設(shè)備共享平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

劉 紅，劉 斐，葉昊亮，王 曄，雷長海，沙 琨

目的：設(shè)計并實現(xiàn)一個基于Web的大型儀器設(shè)備共享服務(wù)平臺，提高大型儀器設(shè)備的使用和管理效率。方法：以SQL Server為后臺數(shù)據(jù)庫，使用ASP.NET和Ajax技術(shù)進行系統(tǒng)平臺的構(gòu)建和實現(xiàn)。結(jié)果：該平臺已成功應(yīng)用到大型儀器設(shè)備的管理和使用當(dāng)中，取得了良好的實踐效果。結(jié)論：大型儀器設(shè)備共享平臺的投入使用，既提高了儀器設(shè)備的管理效率和使用效率，同時也為廣大科研人員提供了一個高效的儀器預(yù)約使用平臺。

儀器共享；ASP.NET；系統(tǒng)設(shè)計

0 引言

大型儀器設(shè)備是高校進行人才培養(yǎng)和高水平學(xué)術(shù)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的數(shù)量和結(jié)構(gòu)在高校教學(xué)和科研的綜合實力評估中是一個很重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。從20世紀(jì)90年代開始，在“211工程”、“985工程”等一批高校建設(shè)過程中，國家投入了大量經(jīng)費用于儀器設(shè)備的建設(shè)。但是，就利用率而言，有資料顯示，目前國外一些發(fā)達(dá)國家大型儀器設(shè)備的利用率高達(dá)170%～200%，而我國高校大型儀器設(shè)備的利用率僅為15%左右。2003年，中新網(wǎng)發(fā)表的一篇《高科技資源閑置浪費驚人 中國急建科技共享平臺》文章指出：一臺價值上百萬元的科學(xué)儀器1a里只使用過7d，有的儀器3 a中只用過一次……造成國家科技資源浪費的一個極其重要的原因就是缺乏“共享”。2004年，國家發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》明確指出，要“推進大型科學(xué)儀器、設(shè)備、設(shè)施的共享與建設(shè)，逐步形成全國性的共享網(wǎng)絡(luò)”[1-2]。在此背景下，我校從2010年開始著手自主建設(shè)我校的大型儀器設(shè)備共享平臺，目前，共享平臺已初步建成并投入使用，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 我校大型儀器設(shè)備共享平臺介紹

根據(jù)筆者所在單位第二軍醫(yī)大學(xué)對儀器設(shè)備共享的應(yīng)用需求和實際情況，我校儀器共享平臺的主要功能包括：部門管理、用戶管理、儀器管理、儀器預(yù)約、數(shù)據(jù)報表輸出和統(tǒng)計分析、系統(tǒng)消息服務(wù)和系統(tǒng)信息服務(wù)等。圖1展示了平臺的主要功能，通過將單位管理、用戶管理、預(yù)約管理和信息管理等功能相結(jié)合，可分別滿足系統(tǒng)管理員、儀器管理員、導(dǎo)師和學(xué)生等不同角色人員的需求。

（1）用戶信息與用戶角色管理

平臺根據(jù)不同用戶的需求和功能共分為5種角色：普通用戶、導(dǎo)師、儀器管理員、系統(tǒng)管理員和超級管理員。普通用戶又分為校內(nèi)用戶和校外用戶2類。校外普通用戶通過注冊，經(jīng)管理員審核通過后成為有效用戶，普通用戶具有修改注冊信息、密碼、瀏覽和預(yù)約儀器設(shè)備等權(quán)限。校內(nèi)用戶（學(xué)生）進行儀器預(yù)約時，網(wǎng)上預(yù)約申請單還需要經(jīng)過導(dǎo)師的審核方可提交管理員。系統(tǒng)管理員具有審核注冊用戶，增、刪、改本部門的普通用戶、儀器管理員和導(dǎo)師等權(quán)限。系統(tǒng)管理員還可以發(fā)布相關(guān)信息和消息。儀器管理員主要負(fù)責(zé)本部門儀器的管理和儀器預(yù)約信息的處理，對儀器信息和預(yù)約信息進行統(tǒng)計和制作報表輸出等。超級管理員對系統(tǒng)具有最高權(quán)限，涵蓋了所有用戶的操作。只有超級管理員才有角色管理權(quán)限，可以根據(jù)需要對用戶的角色進行修改、調(diào)整等操作，一個用戶可以同時具有多個角色。

圖1 第二軍醫(yī)大學(xué)儀器共享平臺功能模塊圖

（2）部門信息管理

為方便儀器設(shè)備信息的管理，系統(tǒng)平臺將所有的儀器設(shè)備分配到所屬部門的下級部門進行管理，這樣使儀器設(shè)備管理變得簡單和方便。本部門系統(tǒng)管理員可以對本部門的下級部門的信息進行添加、查看、修改和刪除等。部門系統(tǒng)管理員可以給下級部門分配系統(tǒng)管理員和儀器管理員。

（3）儀器設(shè)備信息管理

平臺中對儀器管理使用頻率最高的是儀器管理員。儀器管理員除了對儀器設(shè)備的基本信息具有增、刪、改等權(quán)限外，還可以對儀器設(shè)備的狀態(tài)和共享進行設(shè)置。例如，將儀器設(shè)備共享狀態(tài)設(shè)置為正常，則該設(shè)備就可以對外提供網(wǎng)上預(yù)約功能了。另外，由于儀器的類型不同，其預(yù)約的流程和預(yù)約的申請樣單也不同，因此，儀器管理員還需要對儀器的樣單和預(yù)約流程進行設(shè)置。有些儀器的預(yù)約是需要排隊的，有些儀器的預(yù)約是不要排隊的，這些信息在儀器開放預(yù)約前都應(yīng)該由儀器管理員來設(shè)置好。普通用戶能對儀器設(shè)備的基本信息進行查看和預(yù)約。

（4）預(yù)約信息管理

儀器管理員通過儀器管理功能對設(shè)備的使用和預(yù)約進行設(shè)置，預(yù)約用戶通過瀏覽界面查找需要預(yù)約的儀器，并可以進行查看、提交和取消預(yù)約信息等操作。儀器管理員還可以通過儀器管理功能來查看和審核預(yù)約信息，當(dāng)儀器出現(xiàn)故障，也可以取消預(yù)約。導(dǎo)師可以查看、審核、取消自己學(xué)生提交的預(yù)約申請。

（5）數(shù)據(jù)輸出和統(tǒng)計分析

為了對儀器設(shè)備的使用情況作詳細(xì)的了解，系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。當(dāng)預(yù)約執(zhí)行完成后，儀器管理員和系統(tǒng)管理員可以對儀器的使用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，了解儀器的使用情況、取得的科研成果、創(chuàng)造的效益等情況。此外，系統(tǒng)平臺還支持多種數(shù)據(jù)導(dǎo)出形式，如Excel或者PDF等文件形式。

（6）系統(tǒng)消息服務(wù)

系統(tǒng)消息服務(wù)主要負(fù)責(zé)給用戶提供關(guān)鍵的（即時的）消息通知服務(wù)。如將用戶新預(yù)約信息通知給管理員；將需要導(dǎo)師審核的預(yù)約信息發(fā)送給導(dǎo)師；將儀器管理員處理的預(yù)約信息發(fā)送給預(yù)約用戶等。系統(tǒng)提供3種形式的消息服務(wù)：短信通知、郵件通知和站內(nèi)通知。

（7）系統(tǒng)信息服務(wù)

系統(tǒng)信息服務(wù)主要包括系統(tǒng)資訊服務(wù)、儀器共享信息服務(wù)、預(yù)約信息服務(wù)和儀器轉(zhuǎn)讓信息服務(wù)等。在系統(tǒng)新聞、通知、公告管理中，系統(tǒng)管理員可以增、刪、改新聞、通知和公告。儀器信息服務(wù)功能主要提供組合查詢和在結(jié)果中查詢等高級查詢功能。

2 大型儀器設(shè)備共享平臺的設(shè)計

圖2 基于MVC模式的ASP.NET實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)平臺采用 3層瀏覽器/服務(wù)器（browser/ server，B/S）架構(gòu)模式進行開發(fā)。B/S結(jié)構(gòu)是對C/S結(jié)構(gòu)的一種改進。在B/S結(jié)構(gòu)下，主要業(yè)務(wù)邏輯在服務(wù)器端瀏覽器（server）來實現(xiàn)，只有極少量事務(wù)邏輯是在前端瀏覽器（browser）實現(xiàn)的，用戶操作界面通過客戶端的Web瀏覽器來完成[3]。B/S3層結(jié)構(gòu)大大減輕了客戶端負(fù)荷，降低了系統(tǒng)的維護與升級成本和工作量。

為了更好地發(fā)揮B/S模式在Web管理信息系統(tǒng)開發(fā)中的強大功能，本文將MVC（model view controller）設(shè)計模式引入到對B/S體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)中[4]。圖2說明了MVC應(yīng)用于ASP.NET中B/S模式后所得到的分層式結(jié)構(gòu)模式，從左至右分別為：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。

用戶表示層或稱用戶界面層主要表示為Web方式，其界面的維護和管理部分由ASP. NET來實現(xiàn)。在此，將儀器信息、預(yù)約申請單以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計（報表）等信息展現(xiàn)在客戶層（瀏覽器）。業(yè)務(wù)邏輯層針對的是具體的業(yè)務(wù)操作，也可以理解成對數(shù)據(jù)層的操作，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的邏輯處理。在此系統(tǒng)中，主要處理用戶的登錄/注冊信息、用戶預(yù)約申請、用戶預(yù)約處理和儀器使用報表的生成等。數(shù)據(jù)訪問層主要是對原始數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)庫或者文本文件等存放數(shù)據(jù)的形式）的操作層，具體為業(yè)務(wù)邏輯層或表示層提供數(shù)據(jù)服務(wù)[5]。在本系統(tǒng)平臺中，主要存放用戶的注冊信息、儀器信息、預(yù)約信息等。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

儀器共享平臺的核心功能主要是依托于數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)來完成和實現(xiàn)的，因此，系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞是整個系統(tǒng)運行成功的關(guān)鍵和核心。儀器共享平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。它簡要描述了系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系。系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)2個部分。靜態(tài)數(shù)據(jù)包括用戶信息、部門信息、儀器設(shè)備信息、儀器服務(wù)信息和系統(tǒng)服務(wù)消息等。動態(tài)數(shù)據(jù)包括儀器狀態(tài)信息和儀器預(yù)約及處理信息等。從圖3中我們也可以看出，儀器共享平臺是以儀器為核心進行多種關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)多種功能的。

3 我校大型儀器設(shè)備共享平臺核心模塊的實現(xiàn)

3.1 基于樹形編碼的無限級部門隸屬管理的實現(xiàn)

圖3 第二軍醫(yī)大學(xué)儀器共享平臺數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

部門管理模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)平臺中部門信息的添加、修改和刪除。雖然部門管理模塊的功能比較單一，但是由于系統(tǒng)平臺的用戶和儀器都是分配在對應(yīng)部門之下的，部門信息的調(diào)整和增改都會對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理產(chǎn)生影響，因此，其功能設(shè)計的好壞會關(guān)系到整個平臺的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和效率[6]。部門管理模塊中的關(guān)鍵技術(shù)是部門之間隸屬關(guān)系的處理，原因是由于部門之間的層級存在不確定性問題，例如有些部門有三級隸屬部門，而有些部門只有二級隸屬部門。為此，系統(tǒng)平臺設(shè)計了樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼方法來解決部門之間層級不確定性問題。部門的樹形編碼方法示例如圖4所示，從中可以看出，子部門編碼=父部門編碼+序號。例如：訓(xùn)練部編碼（0_1_19_）=父部門（第二軍醫(yī)大學(xué)）編碼（0_1_）+序號（19）。

圖4 單位樹形編碼

3.2 基于Ajax的無刷新級聯(lián)選項的實現(xiàn)

Ajax的核心是JavaScfipt對象XMLHttpRequest。XMLHttpRequest通過客戶端JavaScript腳本可以在不向服務(wù)器提交整個頁面的情況下，實現(xiàn)網(wǎng)頁的局部更新，無需用戶刷新頁面并等待，從而消除頁面刷新所帶來的閃爍[7]。

在系統(tǒng)平臺的實現(xiàn)中，所有涉及對象聯(lián)動的頁面都采用Ajax實現(xiàn)，在服務(wù)器端用一個WebService響應(yīng)所有頁面端的Ajax請求。主要邏輯為：在客戶端，當(dāng)學(xué)員選擇部院系列表時，觸發(fā)change方法，該方法通過createXMLHttpRequest方法創(chuàng)建，并初始化XMLHttpRequest對象，XMLHttpRequest對象向服務(wù)器端發(fā)送異步請求，并等候服務(wù)器響應(yīng)；當(dāng)服務(wù)器返回響應(yīng)時，觸發(fā)changeDepartmentLjst方法，該方法在判斷服務(wù)器正確響應(yīng)后（通過狀態(tài)碼），調(diào)用parseResult方法解析服務(wù)器返回的 XML數(shù)據(jù)，parseResuh方法采用W3C定義的標(biāo)準(zhǔn)DOM方法動態(tài)替換關(guān)聯(lián)列表中的值，顯示給終端用戶，完成一次頁面局部更新。

3.3 基于XML和XSLT的通用報表的實現(xiàn)

報表是系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出的重要形式，本系統(tǒng)中有多種報表（包括儀器預(yù)約申請報表、儀器使用率報表等）需要輸出。為了達(dá)到多種報表統(tǒng)一輸出的目標(biāo)，本文設(shè)計了基于XML和XSLT的通用報表系統(tǒng)[8]，該報表可以應(yīng)用于本系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)當(dāng)中。報表的本質(zhì)是將數(shù)據(jù)按一定的格式進行顯示，因此，利用XML和XSLT進行報表設(shè)計成為很自然的選擇。即在信息系統(tǒng)中，我們可以利用XML來存儲和傳遞數(shù)據(jù)，然后利用XSLT來格式化數(shù)據(jù)，其具體處理流程如圖5所示。

圖5 基于XML和XSLT的通用報表生成流程圖

3.4 基于移動短信的系統(tǒng)即時通知功能的實現(xiàn)

隨著儀器共享平臺的數(shù)據(jù)量，尤其是儀器信息和儀器預(yù)約信息的增加，儀器管理員、導(dǎo)師和預(yù)約用戶對掌握系統(tǒng)平臺的實時動態(tài)信息不斷提出了更高的需求。管理者希望不需要值守在計算機旁就能實時掌握信息變化動態(tài)，僅在必要時才登錄到平臺中進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理；使用者則希望可以在第一時間接收到自己關(guān)注的信息。為解決這一日益凸顯的問題，本文利用移動通信公司提供的短信貓接口，通過ASP.NET技術(shù)實現(xiàn)了SMS短消息單發(fā)或群發(fā)的即時消息通知功能。其關(guān)鍵代碼如下：

4 結(jié)論

我校大型儀器設(shè)備共享平臺自上線運行以來，至今已使用了3個學(xué)年，已經(jīng)成為我校儀器設(shè)備管理工作的重要支撐平臺，實現(xiàn)了儀器信息服務(wù)、儀器信息管理和維護、儀器預(yù)約、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和報表輸出全程信息化、智能化管理。目前，平臺中的可預(yù)約儀器設(shè)備達(dá)到了216臺，預(yù)約注冊用戶2 313人，預(yù)約信息426 543條，平均每臺儀器的預(yù)約次數(shù)達(dá)到2～3條/d，儀器使用率達(dá)到85%以上。該平臺對儀器使用率、管理員工作量、儀器投資效益提供了準(zhǔn)確、快捷的統(tǒng)計，為儀器管理部門調(diào)整、制定相關(guān)政策提供了有力的數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)了輔助決策的功能。

在平臺研發(fā)和使用過程中，通過系統(tǒng)測試、需求分析、用戶調(diào)查等多種方式，深入了解儀器設(shè)備管理人員和儀器預(yù)約用戶的具體需求，不斷完善功能。平臺運行穩(wěn)定，功能不斷拓展，獲得全校師生的一致好評。在該平臺的研發(fā)中，我們不斷創(chuàng)新，引進了Ajax、WCF等先進技術(shù)，推出預(yù)約信息短信提醒功能，實現(xiàn)了管理員和預(yù)約用戶學(xué)員儀器預(yù)約信息的自動提醒和自主查詢。當(dāng)然，系統(tǒng)在使用過程中也暴露出一些不足，下一步我們將逐步對其進行完善和改進。

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（收稿：2013-12-12 修回：2014-03-26）

（欄目責(zé)任編校：邢 楠 陳建新）

Design and implementation of large equipment sharing platform

LIU Hong1,LIU Fei1,YE Hao-liang1,WANG Ye1,LEI Chang-hai1,SHA Kun2
(1.Network Center,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China; 2.Informatization Office,the Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)

ObjectiveTo design and develop a sharing platform to enhance the management and utilization of large equipment.MethodsWith SQL Server as the background database,ASP.NET and Ajax technologies were used to construct the platform.ResultsThe practical trials proved that the platform behaved well.ConclusionThe platform promotes the management and utilization of large equipment,which can be used for equipment appointment of the researcher.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（10）：64-68]

equipment sharing;ASP.NET;system design

R318；TP311.1

A

1003-8868（2014）10-0064-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.10.064

劉 紅（1975—），男，博士，高級工程師，主要從事計算機應(yīng)用技術(shù)、醫(yī)學(xué)圖像處理、多媒體信息檢索方面的研究工作，E-mail：liuhong@ smmu.edu.cn。

200433上海，第二軍醫(yī)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心（劉 紅，劉 斐，葉昊亮，王 曄，雷長海），信息辦（沙 琨）

沙 琨，E-mail：kunie@smmu.edu.cn