基于手機(jī)結(jié)合二維碼的隧道管養(yǎng)系統(tǒng)研究應(yīng)用

戴鵬飛+孫晶晶

摘 要 公路隧道為重大公共工程。由于隧道本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之種類繁多、數(shù)量巨大的設(shè)施及設(shè)備，要及時(shí)掌握它們的運(yùn)行狀態(tài)、并進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。本文介紹了基于手機(jī)通過(guò)對(duì)二維碼掃描的方式構(gòu)建隧道管養(yǎng)信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，使得管養(yǎng)過(guò)程更高效、管理決策更科學(xué)。

關(guān)鍵詞 二維碼 隧道管養(yǎng) 信息系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.06.063

Tunnel Custody System Applications Based on Combination

of Phone and Two-dimensional Code

DAI Pengfei[1]， SUN Jingjing[2]

（[1] Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute Limited Company， Nanjing， Jiangsu 210014;

[2] Nanjing Yangtze River Tunnel Limited Company， Nanjing， Jiangsu 211800）

Abstract Highway tunnel as a major public works. Since the tunnel complex itself， combined with a wide range， a huge number of facilities and equipment， to grasp their operational status， and critical scientific conservation. This article describes the mobile phone based on constructing a tunnel through the two-dimensional code scanning mode custody research and application of information systems， making the process more efficient custody， management decisions more scientific.

Key words two-dimensional code; tunnel custody; information system

0 概述

公路隧道為交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，隨著我國(guó)越來(lái)越多的公路隧道進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段，其運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平廣受矚目。而時(shí)刻保障隧道處于安全運(yùn)行的狀態(tài)則是其能否正常運(yùn)營(yíng)服務(wù)的決定性因素。在持續(xù)提供服務(wù)的過(guò)程中，對(duì)隧道的土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng)等進(jìn)行科學(xué)的管養(yǎng)是最基本、最有效的途徑。

但是我國(guó)公路隧道養(yǎng)護(hù)管理起步較晚，還處于原始的低效率階段，在養(yǎng)護(hù)巡檢的過(guò)程中，大多使用人工進(jìn)行紙質(zhì)記錄。因此，構(gòu)建實(shí)用、高效的養(yǎng)護(hù)信息化系統(tǒng)對(duì)公路隧道的科學(xué)養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要。由于隧道本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之種類繁多、數(shù)量巨大的設(shè)施及設(shè)備，要及時(shí)掌握它們的狀態(tài)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析就必須依托于現(xiàn)代信息技術(shù)。

二維碼越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中，通過(guò)手機(jī)攝像頭的掃描即可獲得相應(yīng)的信息。利用二維碼對(duì)隧道數(shù)量巨大的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行標(biāo)注并作為系統(tǒng)信息輸入入口可以使得管養(yǎng)過(guò)程更簡(jiǎn)單、更高效、更準(zhǔn)確。

1 管養(yǎng)信息系統(tǒng)功能

如圖1所示，管養(yǎng)信息系統(tǒng)主要由4部分組成：（1）B/S結(jié)構(gòu)的管養(yǎng)信息系統(tǒng)軟件功能模塊，包含設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)信息、巡檢標(biāo)準(zhǔn)管理、二維碼及映射管理、評(píng)價(jià)體系維護(hù)、巡檢任務(wù)管理、查詢統(tǒng)計(jì)及系統(tǒng)管理等;（2）內(nèi)部接口：與手機(jī)APP進(jìn)行養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)交換，完成設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)源;（3）外部接口：與其他各系統(tǒng)（SCADA、OA、消防監(jiān)控系統(tǒng)等）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;（4）預(yù)留擴(kuò)展：為新需求或后建其他功能系統(tǒng)提供擴(kuò)展接口預(yù)留。

圖1 管養(yǎng)信息系統(tǒng)功能圖

系統(tǒng)涵蓋管養(yǎng)全過(guò)程，除具備基本信息、標(biāo)準(zhǔn)管理、養(yǎng)護(hù)、報(bào)表、運(yùn)營(yíng)管理等功能外，還可拓展統(tǒng)計(jì)分析、庫(kù)存管理、績(jī)效考核、綜合評(píng)價(jià)、決策建議等功能。

2 二維碼的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

矩陣式二維條碼它是在一個(gè)矩形空間通過(guò)黑、白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼。矩陣式二維條碼是建立在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號(hào)自動(dòng)識(shí)讀處理碼制。

二維碼應(yīng)用于隧道管養(yǎng)信息系統(tǒng)，具有如下的特點(diǎn)：（1）高密度編碼，信息容量大：可容納多達(dá)1108個(gè)字節(jié)（500多個(gè)漢字），比普通條碼信息容量約高幾十倍。（2）編碼范圍廣：圖片、聲音、文字等各類信息均可以經(jīng)過(guò)數(shù)字化編碼后進(jìn)行存儲(chǔ)。（3）容錯(cuò)能力強(qiáng)，具有糾錯(cuò)功能：二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時(shí)，照樣可以正確得到識(shí)讀，損毀面積達(dá)50%仍可恢復(fù)信息。（4）可引入加密措施：保密性、防偽性好。（5）形狀、尺寸大小比例可變，便于結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況按需靈活定制;（6）成本低，易制作，維護(hù)便利，持久耐用。

目前，人工電子化巡檢中，使用較多的為RFID電子標(biāo)簽配合手持式終端。手機(jī)結(jié)合二維碼形式與RFID結(jié)合手持式終端形式對(duì)比如表1所示：

表1 二維碼標(biāo)簽與RFID標(biāo)簽對(duì)比表

結(jié)合二維碼的特點(diǎn)以及表1比較，總的來(lái)說(shuō)，二維碼具有儲(chǔ)存量大、保密性高、讀取設(shè)備通用性高、易于制作、維護(hù)更換方便、系統(tǒng)總體成本低廉等特點(diǎn)，更適用于在養(yǎng)護(hù)信息系統(tǒng)中使用，是對(duì)RFID電子標(biāo)簽配合手持式終端的電子化巡檢系統(tǒng)的有效補(bǔ)充或升級(jí)替代。

3 二維碼在管養(yǎng)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 管養(yǎng)巡檢子系統(tǒng)

巡檢子系統(tǒng)是管養(yǎng)信息系統(tǒng)中的重要組成部分（圖2）。該系統(tǒng)由二維碼標(biāo)簽與巡檢手機(jī)及巡檢應(yīng)用軟件構(gòu)成。系統(tǒng)是基于以可靠性為中心的設(shè)備維修管理理念基礎(chǔ)之上的，提供提高設(shè)備維護(hù)管理水平的整體解決方案。通過(guò)該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)參數(shù)、操作規(guī)程提供隨時(shí)檢索和下載存儲(chǔ);可以建立故障代碼體系，支持故障診斷輔助;可以建立基于PDA的安全管理系統(tǒng)、點(diǎn)巡檢系統(tǒng)、檢修管理系統(tǒng)、定置管理和設(shè)備綜合數(shù)據(jù)通訊管理系統(tǒng)，可以利用二維碼掃描進(jìn)行定位，智能系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)單下發(fā)和數(shù)據(jù)記錄、分析工作，從而實(shí)現(xiàn)巡查養(yǎng)護(hù)的綜合管理。

圖2 管養(yǎng)巡檢系統(tǒng)示意圖

3.2 設(shè)備編碼規(guī)則

設(shè)施、設(shè)備的科學(xué)編碼是對(duì)其進(jìn)行正確定位的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)養(yǎng)護(hù)區(qū)段進(jìn)行劃分，并對(duì)巡檢單位進(jìn)行編碼。編碼與日常養(yǎng)護(hù)進(jìn)行緊密結(jié)合，涵蓋土建類和機(jī)電類的基本信息及土建結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)施數(shù)據(jù)。編碼分類清晰、便于識(shí)別、方便管理和調(diào)整。

編碼采用6組15位數(shù)字字母編碼：第一組：兩位，代表單位名稱;第二組：兩位，代表管養(yǎng)區(qū)域;第三組：兩位，代表對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)名稱;第四組：三位，代表設(shè)備類別;第五組：三位，代表具體單個(gè)設(shè)備;第六組：三位，代表設(shè)備部件。

采用數(shù)字字母編碼模式的優(yōu)勢(shì)是可以和二維碼結(jié)合起來(lái)，通過(guò)二維碼標(biāo)簽標(biāo)識(shí)設(shè)施的唯一身份證明，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器的掃描，獲取二維碼身份信息后經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢即可知道設(shè)施的詳細(xì)描述，可以很準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行設(shè)施設(shè)備的定位及信息獲取。

3.3 二維碼標(biāo)簽

二維碼標(biāo)簽是設(shè)施設(shè)備進(jìn)行定位的載體。如圖3，二維碼標(biāo)簽樣式由三部分組成：（1）二維碼圖案區(qū)域：根據(jù)設(shè)施設(shè)備的編碼規(guī)則，確定其具體位置，由此制作出的包含位置信息的二維碼圖案;（2）文字表述區(qū)域：位于二維碼圖案下方，對(duì)該設(shè)施設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述，標(biāo)明其具體位置、名稱、檢查內(nèi)容、檢查頻次等基本信息;（3）空間屬性標(biāo)記：位于二維碼圖案兩側(cè)，使用帶顏色區(qū)分的圖形進(jìn)一步標(biāo)注設(shè)施設(shè)備的空間位置。使用手機(jī)對(duì)二維碼進(jìn)行掃描識(shí)別的同時(shí)拍照并進(jìn)行圖像識(shí)別，用于輔助定位及巡檢防作弊，作為現(xiàn)場(chǎng)記錄憑證，導(dǎo)入巡檢養(yǎng)護(hù)考核機(jī)制。

圖3 二維碼標(biāo)簽示例

二維碼標(biāo)簽可通過(guò)打印機(jī)直接打印制作不干膠貼紙或定制金屬銘牌，粘貼于待檢設(shè)施設(shè)備附近。同時(shí)，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)二維碼圖案與對(duì)應(yīng)的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行映射關(guān)聯(lián)，構(gòu)建一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并對(duì)二維碼圖案進(jìn)行保存，便于在二維碼標(biāo)簽損壞后可以及時(shí)進(jìn)行重新制作。巡檢過(guò)程中應(yīng)保持二維碼標(biāo)簽的清潔和完好，如有破損應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

3.4 巡檢應(yīng)用軟件

配置攝像頭的智能手機(jī)已經(jīng)完全普及。巡檢應(yīng)用軟件基于智能手機(jī)平臺(tái)開發(fā)，運(yùn)行于巡檢手機(jī)終端，使用觸屏軟件界面，用于獲取二維碼信息、執(zhí)行巡檢養(yǎng)護(hù)操作、建立網(wǎng)絡(luò)通信與后臺(tái)管養(yǎng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，是巡檢子系統(tǒng)的核心應(yīng)用。

3.4.1 軟件功能

軟件圍繞巡檢養(yǎng)護(hù)操作定制其功能，主要分系統(tǒng)功能和業(yè)主功能兩部分。

圖4 軟件功能圖

3.4.2 軟件流程

（1）軟件啟動(dòng)，進(jìn)行身份驗(yàn)證;（2）啟動(dòng)攝像頭進(jìn)行二維碼掃描識(shí)別，并拍照;（3）對(duì)照片進(jìn)行圖像識(shí)別，作為現(xiàn)場(chǎng)記錄憑證;（4）對(duì)二維碼信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，對(duì)設(shè)備進(jìn)行定位;（5）檢索該設(shè)備巡檢維護(hù)任務(wù);（6）操作人員進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)，通過(guò)軟件進(jìn)行資料檢索，養(yǎng)護(hù)信息錄入，對(duì)養(yǎng)護(hù)過(guò)程進(jìn)行拍照記錄;（7）數(shù)據(jù)提交，養(yǎng)護(hù)結(jié)果反饋至后臺(tái)服務(wù)器，利于后期進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及決策分析;（8）記錄巡查路徑;（9）返回第2步，進(jìn)行下一個(gè)巡查點(diǎn)作業(yè);（10）巡查養(yǎng)護(hù)作業(yè)結(jié)束，注銷登陸，退出系統(tǒng)。

3.4.3 軟件界面

結(jié)合智能手機(jī)的使用特點(diǎn)，巡檢養(yǎng)護(hù)手機(jī)端軟件以簡(jiǎn)潔的列表與圖標(biāo)按鈕為主，風(fēng)格統(tǒng)一、具備良好的美學(xué)完整性，其軟件界面設(shè)計(jì)注重簡(jiǎn)單、易懂、易操作。界面元素隨需而變，在一個(gè)界面上盡可能減少功能選項(xiàng)，突出重點(diǎn)功能，減少使用者尋找和思考的時(shí)間。同時(shí)，考慮到智能手機(jī)觸屏操作的特點(diǎn)，軟件具備良好的單手操作性。

圖5 軟件界面圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)基于手機(jī)結(jié)合二維碼的隧道管養(yǎng)系統(tǒng)的成功實(shí)施及使用表明，二維碼完全能夠成為橋接人工養(yǎng)護(hù)工作與數(shù)字化系統(tǒng)之間的得力的工具。使用手機(jī)結(jié)合二維碼的方式進(jìn)行管養(yǎng)巡檢可以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地獲取、反饋養(yǎng)護(hù)信息，并可通過(guò)手機(jī)端應(yīng)用軟件對(duì)設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)資料、維護(hù)方案、歸檔文件及圖紙、庫(kù)存情況等進(jìn)行高效地查詢，對(duì)養(yǎng)護(hù)結(jié)果進(jìn)行及時(shí)提交。管養(yǎng)信息系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)統(tǒng)計(jì)分析，提供決策支持，提升管養(yǎng)水平。通過(guò)信息化手段進(jìn)行科學(xué)管養(yǎng)，使隧道保持良好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上形成良性循環(huán)。