河北省病媒生物监测信息管理系统软件开发技术方案

1.项目背景
在公共卫生领域,基于计算机技术的各种信息管理系统应用已比较普遍,如传染病疫情监测系统、传染病实验室信息管理系统、计划免疫预防接种信息管理系统、慢性病监测管理系统、口岸媒介生物监测系统等,主要用于解决各不同专业领域的大量监测数据的处理与分析,实现了监测信息的网络化报告,便于及时掌握和分析监测结果,较传统报告方式更具时效性、完整性和灵活性。

自2002年国内部分疾病预防控制(疾控)机构相继开发了各自的病媒生物监测信息管理软件或病媒生物专项分析软件,为病媒生物监测数据的收集、管理、分析和评价提供了基础平台,提高了疾控机构虫媒传染病的防控能力。

但目前国内病媒生物监测信息管理软件主要功能多为监测数据上传汇总和分析,缺少对监测数据的质量控制和上传信息判断及纠错功能,对错误信息无法及时预警提示,影响监测数据分析使用的客观性和准确性。

为此,我们研制开发了既能满足省级行政区划内的省、市、县三级病媒生物监测网络工作需要,又能与将来国家组建的病媒生物监测网匹配对接的软件《河北省病媒生物监测信息管理系统》，现对该软件的主要功能及质量控制模块的主要指标参数和基于Windows操作系统的软件界面进行设计。

2.建设方案
2.1.标准规范
（1）《信息技术软件工程术语》（GB/T 11457–2006）；
（2）《信息技术软件生存周期过程配置管理》（GB/T 20158–2006）；
（3）《计算机软件文档编制规范》（GB/T8567–2006）；
（4）《信息技术软件生存周期过程》（GB/T 8566–2007）；
（5）《计算机软件测试规范》（GB/T15532–2008）；
（6）《计算机软件需求说明编制指南》（GB/T9385–2008）；
（7）《计算机软件测试文件编制指南》（GB/T9386–2008）；
（8）《计算机软件可靠性和可维护性管理》（GB/T14394–2008）；
（9）《系统与软件工程用户文档的管理者要求》（GB/T 16680–2015）；
2.2.建设原则
2.2.1.先进性原则
近年来信息技术飞速发展，用户在构建信息系统时有了很大的选择余地，但也使用户在构建系统时绞尽脑汁地在技术的先进性与成熟性之间寻求平衡。

先进而不成熟的技术不敢用，而太成熟的技术又意味着过时和淘汰。

采用当今国内、国际上最先进和成熟的计算机软硬件技术，使新建立的系统能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务发展变化的需要，从目前国内发展来看，系统总体设计的先进性原则主要体现在以下几个方面：
●采用的系统结构应当是先进的、开放的体系结构；
●采用的计算机技术应当是先进的，如双机热备份技术、双机互为备份技术、
共享阵列盘技术、容错技术、RAID技术等集成技术、多媒体技术；采用先进的网络技术，如网络交换技术、网管技术，通过智能化的网络设备及网管软件实现对计算机网络系统的有效管理与控制；实时监控网络运行情况，及时排除网络故障，及时调整和平衡网上信息流量；
●采用先进的现代管理技术，以保证系统的科学性。

软件的投资考虑到今后的发展，不能使用落后的产品与技术，避免投资的浪费;在系统软件选型、开发技术上，达到国内外行业先进水平。

2.2.2.实用性原则
实用性就是能够最大限度地满足实际工作要求，是每个信息系统在建设过程中所必须考虑的一种系统性能，它是系统对用户最基本的承诺，所以，从实际应用的角度来看，这个性能更加重要，为了提高系统的实用性，应该考虑如下几个方面：
系统总体设计要充分考虑用户当前各业务层次、各环节管理中数据处理的便利性和可行性，把满足用户业务管理做为第一要素进行考虑。

●采取总体设计、分步实施的技术方案，在总体设计的前提下，系统实施中可首先进行业务处理层及管理中的低层管理，稳步向中高层管理及全面自动化过渡,这样做可以使系统始终与用户的实际需求紧密连在一起，
不但增加了系统的实用性，而且可使系统建设保持很好的连贯性；
●全部人机操作设计均应充分考虑不同用户的实际需要；
●用户接口及界面设计将充分考虑人体结构特征及视觉特征进行优化设计；界面尽可能美观大方，操作简便实用。

2.2.
3.安全性原则
系统应能提供有效的安全保密机制，保证各单位之间的信息能够安全发送与接收。

系统应提供口令验证、加密、权限控制、电子签名等安全机制。

系统需提供完善坚实权限管理手段,具有良好的安全保密机制。

需选择良好的服务器操作系统平台及数据库，使系统处于C2安全级基础之上；
采用操作权限控制、用户钥匙、密码控制、系统日志监督、数据更新严格凭证等多种手段。

设计采用三层结构设计，所有对数据库的访问操作行为全部封装；网站管理分权限控制、数据传输严密加密实现。

2.2.4.可靠性原则
系统在设计上要充分考虑提供安全可靠的技术和管理方式，通过增加设计，提高质量和控制业务流程等多种手段加以保障。

系统必须要保证其工作的高可靠性和高稳定性，保证常年的7X24不间断运行。

一个中大型计算机系统每天处理数据量一般都较大，系统每个时刻都要采集大量的数据，并进行处理，因此，任一时刻的系统故障都有可能给用户带来不可估量的损失，这就要求系统具有高度的可靠性。

提高系统可靠性的方法很多，一般的做法如下：
●采用具有容错功能的服务器及网络设备，选用双机备份、Cluster技术的硬件设备配置方案，出现故障时能够迅速恢复并有适当的应急措施；
●每台设备均考虑可离线应急操作，设备间可相互替代；
●采用数据备份恢复、数据日志、故障处理等系统故障对策功能；
●采用网络管理、严格的系统运行控制等系统监控功能。

2.2.5.可操作性
系统在设计上要充分考虑用户界面应方便、友好、灵活，用户应能够方便地在权限范围内于各子系统之间切换。

系统有良好的整体化设计，同时完善的帮助系统也是增强可操作性的必要辅助工具之一。

2.2.6.灵活性原则
应用系统不依赖于特定硬件环境;在系统结构-致的前提下可选择实施各模块的应用；系统具有可实施性，各模块可单独实施并使用。

2.2.7.信息准确和及时性
应用系统所有业务数据实时处理并集中。

由于各物流中心相对分散，故集中管理必然使整个系统的信息及时、准确。

尤其在检索分析和领导查询决策中，就更需要有数据实施处理的机制和管理模式。

2.3.系统架构
系统采用B/S(浏览器/服务器)架构,以Linux为服务器操作系统,Web服务器采用Tomcat 6.0,服务器启动后,用户登录浏览器即可访问系统,系统设省级端口1个,市级端口13个,县级端口121个。

用户可根据权限登录系统,对辖区内病媒生物监测点信息和监测数据进行统计及查询。

2.4.开发环境
系统基于Eclipse平台开发, Eclipse是著名的跨平台自由集成开发环境(IDE)。

通过安装不同的插件, Eclipse可以支持不同的计算机语言。

Eclipse本身仅是一个框架平台,但有众多插件支持,使Eclipse拥有其他功能相对固定的IDE软件很难具有的灵活性。

2.5.数据采集
河北省11个地级市、2个省直管市、121个县共设2500多个监测点,由市、县级监测人员采集录入病媒生物(包括鼠、蚊、蝇、蜚蠊、蝉和臭虫)监测点信息和监测数据。

2.6.数据库建立
市、县级账户使用者记录并录入每个监测点的病媒生物相关监测信息,包括监测点生境类型、监测病媒生物种类、监测时间、监测方法、监测地点、气象条件等,由省级账户对录入系统数据库的监测信息从时间上、功能上进行统筹控制
管理。

系统将采集到的相关信息数据存储于业务数据库,再由分析数据库对原始数据进行加工整理,建立数据间关联,用于相应种类的病媒生物分析统计,为软件的主题数据库提供基本信息。

系统采用MySQL数据库,其支持正规的SQL查询语言和采用多种数据类型,可对数据进行各种详细查询等。

它的核心程序采用完全的多线程编程,在出现大量的端口并发请求时可保持服务器的运行效率,线程又是轻量级的进程,可灵活地为用户提供服务,而不过多地占用系统资源,处理速度极快,能够支持Windows/Linux/Unix等主流操作系统。

2.7.软件运行环境与管理
软件系统采用JDK6.0(Java Development Kit)开发,JDK是使用最广泛的Java 语言软件开发工具包,由处于操作系统层之上的Java运行环境、Java工具和Java 基础的类库所组成。

具备命令接收和数据显示等功能,系统管理员账户可对数据库内数据进行录入、编辑、删除、查询等操作，普通管理员账户仅可进行查询,无编辑和增删权限。

1.6数据处理数据库收集了河北省2 701个行政区划地区的地理坐标,采用“天地图地理信息公共服务平台”作为地理信息系统(geographic informationsystem,GIS)地图的前端展现,可将河北省病媒生物监测点定位到市、县(区)、乡、镇和街道等。

监测数据分析软件主要是Microsoft office Excel、IBM SPSSStatistics 21.0、Minitab17 Statistical Software和Origin9.0。

2.8.系统实现
河北省病媒生物监测信息管理系统软件应用平台包括数据录入与审核、数据汇总与查询、监测数据统计图和用户认证与授权管理等9个模块。

系统的数据资源中心又分为多个类库,各类库为各模块的应用提供数据存储、数据访问和数据管理等服务,其中基础库包含各类基础编码、数据字典、系统配置信息等;管理库用于存储用户管理信息﹑机构管理信息、权限管理信息及日志管理信息;日志库用于记录用户的操作日志信息;业务库用于存储由监测网络系统采集的相关原始数据,形成原始业务库;分析库在原始数据库基础上,对原始数据进行加工及整合，建立数据间关联关系;不同类库提供的基础数据支撑,形成用于统计分析及决策服务的主题数据库;配置库用于存储地理空间数据,包括基础空间数据。

在浏览器登录界面输入省、市、县管理员用户名和密码即可登录相应账户,访问软件数据库,
见图1。

图 1 系统结构图
2.8.1.数据录入与审核
省、市、县三级管理员账户可对病媒生物监测点原始监测数据信息进行录入或审核,软件数据库加入了多种逻辑控制规则,数据录入时如存在逻辑关系错误、基本信息漏填,系统会实时提醒发生错误的类型,方便数据录入人员及时核实修改,最大程度地降低了信息录入错误率,是本软件系统中监测数据质量控制的第一个环节。

1条监测记录录入完成并提交后,点击“添加”按钮继续录入新的数据条目,点击“修改"按钮,可对已添加的监测记录进行修改。

在上一级管理员对数据信息进行审核前,均可对已填报监测数据进行校对修改,一旦监测数据通过审核,该数据信息会计入数据库并参与运算,监测数据录入人员则无法修改;而未通过审核的
监测信息将显示为红色,提示监测数据录入人员核实监测数据,此时,根据上一级管理员发出的质疑和修改意见,点击“详细”按钮,查看该条监测记录的详细信息,如以鼠监测数据信息为例,可查看调查日期、监测地点名称、天气、诱饵、有效夹数﹑捕鼠数、捕鼠种类等,点击“订正”按钮,对有质疑的数据信息进行核实修改,见图2、3。

图 2 信息修改页面
图 3 监测点详细信息
2.8.2.数据汇总与查询
本模块可实现监测数据的批量汇总统计和专项检索查询。

2.8.2.1.监测数据汇总
点击进人监测数据汇总统计界面,以起止年度、监测点级别、监测地区等为汇总统计条件，在下拉菜单中选择相应名称即可自动生成监测数据汇总统计表。

如以2016-2017年、河北省、鼠类监测为汇总统计条件,则自动统计出2年的合计及各年合计汇总的全省鼠类监测点数据信息，同时包括详细数据信息的统计结果，
见图4。

图 4 监测数据统计
2.8.2.2.监测数据查询
各级用户还可根据需要进行具体的专项检索查询,如按照调查日期、监测生境、监测方法、监测点级别、监测地区、病媒生物种类等进行检索查询,可调取数据库内相关数据信息,并可对查询结果进行排序。

如以某县、2017年6月、成蚊诱蚊灯法、淡色库蚊( Culex pipiens pallens)为查询条件,可显示数据库中满足该县诱蚊灯法监测所捕获的全部淡色库蚊监测信息,并可根据该县各地监测到的淡色库蚊密度大小进行排序,见图5。

图 5 监测数据信息查询页面
2.8.
3.监测数据统计
本软件可根据所需查看的数据结果类型,如种类构成比、年度密度比、种类密
度比、生境密度比、地区密度比、季节消长曲线等自动生成相应的饼状、柱状或折线等数据信息统计图,在统计图界面选择需要汇总统计的相关信息名称，即可自动生成监测数据统计图。

如选择鼠类监测种类构成比、2017年6月、县级监测、城镇居民区生境,则生成相应时间的全省县级鼠类城镇居民区监测点鼠种构成饼状图，统计图中显示该组统计结果对应的具体数值，见图6。

图 6 监测数据统计界面
2.8.4.用户认证与授权管理
用户认证与授权管理针对全部有权限登录本软件的用户，系统管理员账户可对普通管理员账户进行身份认证，并对其权限进行设置,可随时添加或删除用户,并修改用户权限,对于频繁出现上传监测数据被质疑的监测点，系统管理员可选择提醒直至关闭其用户权限，为本软件系统针对监测数据质量控制的第2个环节，见图7。

图7 用户管理界面
2.8.5.监测点信息管理
为方便省、市、县管理员实时掌握所辖监测点工作动态,该软件加入了监测点信息实时查询功能,在监测点分布图界面,选择河北省、2017年5月、鼠类监测点,可通过GIS 地图展示。

图8 监测点分布界面
图9 监测数据审核、迟报和修改统计
2.8.6.监测点质量控制
该软件数据库可对各监测点病媒生物监测数据信息进行实时监控与质量判断，当一组监测点数据被录入并通过基本审核后,该组数据进入监测点质量控制分析数据库,经过与该地区监测点历年常规监测数据进行比对，如集合数据散点图分析、监测数据质控方程分析等，对数据质量进行判断。

在质控方程控制限范
围内的监测数据将被纳人系统，而超出质控方程控制限的监测数据将被列为质疑数据,系统会发出警告信号,启动预警流程，被质疑数据被退回并要求核实。

此时该监测点用户应核对相关监测记录表中的数据信息是否与填报上传的数据信息一致、核对监测点户主信息、复核监测标本信息、上传现场监测工作照片或监测工具使用照片等,质量控制模块通过对监测工作流程进行追溯,及时查找发生问题数据的原因，如核实无误经再次确认后,该数据将重新被纳人系统;若该监测点用户无法提供佐证资料,或核实后确认监测数据无效,该数据上报记录会被保留,但数据不会被系统采纳,是本软件系统对监测数据质量控制的第3个环节,也是该软件特有的通过运用数学质控方程判别上传数据是否异常的模块,见图10~12。

图10 质量控制流程图
图11 监测数据散点图和质控方程分析
图12 质疑数据信息查询界面
题数据库的关联,对虫媒传染病和相关病媒生物密度季节消长进行关联分析,显示的预警结果可为病媒生物防制及卫生行政部门科学决策提供信息支持和建议,见图13。

图13 虫媒传染病信息查询
2.8.7.2.8资料中心资
料中心可方便省、市、县三级管理员收发系统通告，上传和下载文档资料,如原始监测记录表使用痕迹图片、现场监测工作照片、监测工具使用照片、病媒标本照片等,该模块收集的资料主要用于复核监测点工作实际开展情况,是本软件系统对监测数据质量控制的第5个环节，见图14。

图14 资料上传及下载
2.9.项目启动阶段
此阶段处于整个项目实施工作的最前期，由成立项目组、前期调研、编制总体项目计划、启动会四个阶段组成。

此阶段主任务包括：
公司：在合同签定后，指定项目经理，成立项目组，授权项目组织完成项目目标。

公司项目组：进行前期项目调研，与用户共同成立项目实施组织，编制《总体项目计划》，召开项目启动会。

商务经理配合公司项目组，将积累的项目和用户信息转交给项目组。

将项目组正式介绍给用户，配合项目组建立与用户的联系。

用户：成立项目实施组织，配合前期调研和召开启动会，签署《总体项目计划》和《项目实施协议》。

（1）成立项目组
部门经理接到实施申请后，任命项目经理，指定项目目标，由部门经理及项目经理一起指定项目组成员及成员任务，并报总经理签署《项目任务书》。

（2）前期调研
项目经理及项目组成员，在商务人员配合下，建立与用户的联系，对合同、用户进行调研。

填写《用户及合同信息表》。

在项目商务谈判中，商务经理积累了大量的信息，项目组首先应收集商务和合同信息，并与商务经理一起识别那些个体和组织是项目的干系人,确定他们的需求和期望,如何满足和影响这些需求、期望以确保项目能够成功。

（3）编制《项目总体计划》
《项目总体计划》是一个文件或文件的集合,随着项目信息不断丰富和变化，会被不断变更，主要介绍项目目标、主要项目阶段、里程碑、可交付成果。

通常包括以下几方面内容：
项目描述，项目目标、主要项目阶段、里程碑、可交付成果。

所计划的职责分配(包括用户的)；
沟通管理计划，确定项目干系人对信息和沟通的需要即什么人何时需要什么信息以及通过什么方式将信息提供给他们。

质量管理计划，确定适合于项目的质量标准和如何满足其要求。

如果有必要，可以包括上述每一个计划，详细程度根据每个具体项目的要求而定。

未解决事宜和未定的决策。

（4）启动会
项目组与用户共同召开的宣布项目实施正式开始的会议。

会程安排如下：
共同组建项目实施组织,实施组织的权利和职责;双方签署《项目实施协议》。

项目组介绍《项目总体计划》和《项目实施协议》，包括以下内容：项目目标、主要项目阶段、里程碑、可交付成果。

所计划的职责分配(包括用户的)；
项目实施中项目管理的必要性和如何进行项目管理，项目的质量如何控制；
项目实施中用户的参与和领导的支持的重要作用；
阶段验收、技术交接和项目结束后如何对用户提供后续服务。

2.10.需求调研阶段
此阶段的主要工作是项目实施人员向用户调查用户对系统的需求，包括管理流程调研、功能需求调研、报表要求调研、查询需求调研等，实施人员调研完成后，会编写《需求调研分析手册》，并交付用户进行确认，待用户对《需求调研分析手册》上所提到的需求确认完毕后，项目实施人员将以此为依据进行软件功能的实现。

如果用户又提出新的需求，实施人员将分析需求的难度及对整个系统的影响程度来确定是否给予实现。

需求调研阶段具体包括如下内容：（1）进行需求调研准备
（2）编制《需求调研计划》
（3）内部评审是否通过《需求调研计划》，项目组、部门经理、商务等人员根据合同要求和项目实际情况对《需求调研计划》草稿进行评审，如评审通过，则在稍后的时间内签署，如评审不通过则重新修改。

（4）用户是否签署《需求调研计划》，如用户签署《需求调研计划》，则作为以后需求调研工作的指南。

否则重新修改。

（5）《需求调研计划》是否有变更，如果计划存在变更,则执行变更控制流程,否则按计划进行后续工作。

（6）编写及发出《需求调研通知》，项目组编写《需求调研通知》，确定进行需求调研的相关事宜，发给用户，为顺利完成需求调研工作做准备需求调研，项目组以《需求调研手册》为依据，从业务流程、和系统各个功能模块开展深入和全面的调研，并搜集用户的个性化要求。

（7）需求调研分析根据调研的结果，项目组合公司其他技术部门将进行进一步进行分析，确定合理、可行的需求，将分析结果形成《需求分析报告》草稿。

（8）内部评审是否通过《需求分析报告》。

项目组、部门经理、公司其他技术部门的人员对《需求分析报告》草稿进行评审，则在稍后由用户签署，如评审不通过则重新修改，直至内部评审通过。

（9）编写及发出《需求分析报告确认通知》。

项目组编写《需求分析报告确认通知》，发给用户，确定进行需求确认的相关事宜，告知相关部门及人员安排好工作，准时参与需求确认工作，为顺利完成需求确认工作做准备。

（10）用户是否确认《需求分析报告》。

如果用户确认，并签署《需求分析报告》，则需求调研阶段工作结束，进行后续的软件功能实现的工作；如没有确认，则进一步进行调研、分析，直至用户最终确认并签署《需求分析报告》。

双方签署了《需求分析报告》，需求调研工作结束之后，如果用户提出新的需求或者变更已有需求，则执行需求新增及变更流程。

2.11.功能实现阶段
此阶段的工作是项目实施人员根据需求调研阶段确认的《需求调研分析手册》中的用户需求内容进行具体软件功能的实现工作。

在软件功能实现的过程中，项目实施人员将记录软件实现的详细过程。

便于公司售后服务之用，每一个实施技
术人员必须严格按照要求记录、存档。

按照调研要求的所有功能实现完毕后，项目实施人员将编制《软件功能确认表》，将定制好软件功能待用户确认，用户根据《软件功能确认表》上的功能逐一确定软件功能是否达到要求，对不满足要求的功能，项目实施人员将会记录下来并进行功能修改，直到满足要求。

2.12.系统培训阶段
系统培训阶段工作是整个项目实施工作中比较重要的工作,用户对软件的操作功能是否熟练将直接影响到后面的软件应用效果,所以软件公司和用户双方要对此阶段的工作给予足够的重视。

要充分认识培训的重要性和艰巨性。

在项目实施之前对用户的相关人员进行系统和规范的产品培训是非常必要的，达到让用户了解软件产品，最终自己能够解决使用中的具体的问题。

2.12.1.培训人员
此阶段的培训工作中将用户参加产品培训的人员划分为三个层次：决策层、技术层、操作层。

2.12.2.培训内容
此阶段的培训工作中将用户参加产品培训的人员划分为三个层次：决策层、技术层、操作层，对不同层次的用户参加产品培训人员的培训内容分别是：决策层：领导在实施中的作用与重要性、决策查询。

维护层：系统维护知识、操作方法。

操作层：操作方法。

2.12.
3.培训工作流程
（1）调研培训信息：在培训开始前3天由用户实施负责人，将参加培训的部门和人员情况填入《受训部门汇总表》、《受训人员情况一览表》。

（2）编制培训计划:结合调研结果，与用户实施负责人商议具体培训内容、时间，场地，人员等。

项目组编制《培训计划》。

（3）签署培训计划:用户签署《培训计划》，进- -步确认培训安排。

（4）发培训通知:培训开始前2天，按照签署的《培训计划》，将培训内容、。