随着核能开发技术的发展, 氚作为核材料的重要性将更突出, 用量将日益增多, 向环境中排放的氚亦将不断增加。而氚(3 H)与氢的化学性质相似, 进入生物体内之后, 可广泛地分布于所有器官和组织的含水部位以及生物大分子之中, 其β辐射的放射学特性, 既可使细胞核电离而受到损伤, 引起躯体效应, 也可使细胞的DNA单键断裂而导致基因突变引起遗传效应。因此, 氚对人类的健康影响必将引起人们的更大重视和更多关注^[1], 对于氚的监测与相关研究将继续深入, 新的成果将不断出现。

计算机技术的发展, 其强大的储存、快速运算和逻辑判断功能, 可大大满足人们处理大量数值和非数值信息资料的需要。随着国家经济的发展, 计算机作为办公设备得到了极大的普及, 使得信息交流和资料共享成为可能。

因此, 我们研究开发了《中国食物和环境氚水平及其所致居民剂量研究》^[2]数据库和数据分析软件。

1 开发氚分布数据分析工具的目的

1991年, 即我国开始进行大规模核电站建设前, 在25个省、市、自治区和香港特区的广大范围内开展了一次较为系统的食物和环境氚水平监测及其所致居民剂量调查。共采集了8类水体和12类食物的1 684个样品, 经氚含量测量和剂量估算, 获得了极其重要的调查结果。随着核电站陆续投入运行, 特别是聚变反应堆的建设, 环境氚水平将明显变化, 那么, 1991年的调查实际就是我国的氚环境背景值研究结果。随着时间的延伸, 必将显示出它背景值的重要性和宝贵性。因此, 有必要把这次调查结果以数据库形式整理出来加以保存、交流, 并通过开发氚分布数据分析工具来提高数据使用的效率, 有利于直观地掌握氚环境背景值的变化情况, 保护公众健康, 促进核能事业的发展。并通过不断地收录新成果, 使数据库的内容更充分和完善, 真正发挥信息积累、交流和促进氚相对生物效应研究。

2 软件总体设计 2.1 数据库要求

根据建立氚数据库设计的目的, 我们认为, 本数据库应当满足的主要条件是:

(1) 本数据库不但具有非常明确的目的和特殊用途, 而且需要经常查询运行, 为方便使用, 它与现行的视窗操作系统、字处理软件和程序编写语言等具有很好的兼容性。

(2) 本数据库对运行环境和硬件的要求十分宽松, 可在普通的办公室条件下和市场流行的台式或便携式计算机上安装使用。

(3) 数据库能够把现有的以EXCEL数据表形式保存的监测数据自动的转化成适合Access数据库文件, 减少重新录入数据的差错。

(4) 数据库要预留添加新数据的功能, 并且要保证与已经录入的数据(现有数据是EXCEL数据表形式)兼容, 能够进行检索查询和互相对比。

(5) 数据库管理要具有数据修改的权限限制功能, 以实现既要对数据进行适时更新, 又要保证数据的准确和统一。

(6) 数据库的工具软件应当被具备计算机初级知识的人员所掌握和调用操作。

(7) 尽量采用通用的数据库管理软件, 并在今后需要时可以方便地进行数据库软件的升级和数据更新、扩展和补充。

(8) 数据库的菜单内容应当简洁、清楚和准确, 便于理解和操作, 并兼具界面清新美观等。

由于现在收录的只有1684个环境和食物样品的测量数据, 及其估算的居民剂量数据, 相比之下, 数据量很小, 并考虑到未来数据库升级的可能和A ccess安装简单, 对操作系统没有苛刻要求^[3]等, 因此, 我们选择Access软件作为数据库的基本管理软件。

2.2 软件要求

在选择实现数据分析软件时, 主要考虑以下一些因素。

(1) 软件应能进行图形、图像处理, 输出直观的图形、图像分析结果。

(2) 软件应能灵活选择数据, 进行氚分布分析。

(3) 软件应能在PC机上运行, 并与普遍使用的Windows系列操作系统很好兼容和适应各种性能不高的计算机使用。

因此, 软件采用Visual C++.NET编写, 它是公认的效率最高、适合科学计算与分析的软件编程语言^[4]。

2.3 软件结构

软件主要由数据装载工具、数据维护工具与数据分析软件三部分构成, 其中数据装载工具和数据维护工具是开发人员使用的数据库数据管理辅助工具, 由软件开发者与数据库管理者使用。数据装载工具包括数据审核与校验、数据转换, 主要解决原始数据的转换成数据库数据问题; 数据维护部分包括:身份认证、数据审核、数据校验、数据添加、数据修改, 主要解决数据库数据的扩充与校验, 提高数据库氚水平数据的权威性; 数据分析工具包括:数据查询、数据过滤、分析和图形显示等部分, 主要提供直观的比对结果和趋势图。为便于数据的检索查询, 数据的转换与编辑采用到ADO数据操作对象直接访问和修改数据库中的数据, 数据分析均在数据查询操作的基础上进行, 这样就能依据用户选择的过滤规则灵活地进行数据对比、统计和趋势分析, 软件结构图见图 1。

2.4 原始数据项目及其格式

原始数据表中记载的有:样品类别, 采样地, 采样地点, 样品名称, 采样年, 采样月, 采样浓度, 采样标准差, 经纬度, 预处理方法等等20多项数据项目, 可以说, 信息齐全, 且数据量大。为了减少重新录入数据的工作量和避免可能的打字错误, 我们将原EXCEL数据文件如实读入到本数据库, 作为创建Access数据库的数据准备工作。图 2是由原始EXCEL数据格式(原始数据界面略)转换后的数据库数据格式。

简单地说, 由于数据库中已经嵌入了原EXCEL数据文件, 因此, 当数据库启动后, 只要在"原始数据"栏选定要访问的数据文件, 点击"装载", 再点击"转换", 数据就自动地由EXCEL数据文件转换成Access数据库文件, 可供访问者查询的Access数据库就创建起来。而新数据的增加、现有数据的维护或者数据库的升级, 均由软件开发者执行。笔者不作更多介绍。

2.5 控制软件(主界面)

为方便用户的访问, 软件以托盘架方式列出了与数据查询有关的采样地点列表、氚样品测量浓度列表、测量分析仪器列表三个主要选项, 数据分析工具在主菜单中列出了数据库和数据分析的主要功能, 以帮助和引导访问者实施数据查询、统计分析等操作(主界面图略)。图 3为进入方式。

3 分析软件说明

软件采用Visual C++.NET编写; 浏览与分析数据的界面使用Xtreme代码库, 该库采用先进的自动伸缩的抽屉式托盘界面, 最大限度让界面清晰、灵活友好、易于操作^[5]; 程序框架采用MFC中文档视结构, 该架构把数据与数据观察分离开来, 带来的好处就是能允许对同一数据从不同的角度进行观察^[6]。分析工具采用自由选择数据, 通过对比分析, 提供了趋势分析、统计分析、全国分布分析等功能。如图 4所示, 附加限制条件, 选择北京朝阳、崇文、丰台和海淀四城区的自来水氚测量浓度的数据, 分析工具自动获取数据, 依据1991年7月到1998年4月间四个地区的自来水氚测量数据绘制趋势图见图 5, 图形可以选择拟合或折线方式, 图中用不同颜色的线表示不同的采集地, 并按折线方式提供给使用人员分析的趋势图形。

软件的全国氚分布分析图中进行氚浓度到颜色亮度之间变换, 形成颜色色差分布图模拟氚水平分布图。依据球面正弦公式和球面余弦公式进行经纬度到直角坐标之间的坐标变换(忽略高度坐标)。

4 小结

(1) 本软件的数据库通过程序的自动转换, 把已有的EXCEL数据创建为Access数据库文件, 因此, 数据的可靠性与原数据一致。

(2) 本软件的数据库目前共收录了8类水体的1547个样品和12类食物的137个样品中有关氚监测和估算的居民所受剂量的数据, 具有氚的环境背景值参考意义。

(3) 本软件的数据分析工具采用Visual C++.NET编写^[7], 结合使用Xtreme代码库和MFC文档视结构, 界面灵活、直观、便捷。

(4) 软件实现了数据校验、数据添加功能, 为今后继续收录新的监测与研究成果和资料, 并进行对比分析提供了可能, 将使数据库的内容得到扩展、补充和更新, 实用性会更强。

(5) 本数据库仅仅提供了有关氚监测与生物效应研究资料交流的平台, 欢迎从事类似工作的同行向本数据库投送和推荐有关监测、研究资料, 使其不断充实, 以达到信息交流和资料共享的作用。