二維碼在電力設備管理系統(tǒng)中的應用

孔思豪，許遠森，楊艾瀟瀾

(國網(wǎng)重慶市電力公司 璧山供電分公司，重慶 402760)

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二維碼在電力設備管理系統(tǒng)中的應用

孔思豪，許遠森，楊艾瀟瀾

(國網(wǎng)重慶市電力公司 璧山供電分公司，重慶 402760)

簡述了二維碼編碼原理，并對其特性進行分析。將二維碼與條碼和射頻標簽進行對比，探討了二維碼的優(yōu)劣性。然后對電力設備管理系統(tǒng)的職能和需求進行分析，討論二維碼在設備管理系統(tǒng)中的應用方式。由于二維碼信息存儲機制具有一定開放性，所以對可能涉及的信息安全做了論述，并提出了兩種解決方案。

二維碼；秘鑰加密技術；設備管理系統(tǒng)；信息安全

信息技術的高速發(fā)展，促進了各行業(yè)生產模式的優(yōu)化和改變。電力行業(yè)是信息技術應用較早，且自動化程度較高的行業(yè)之一。智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略提出后，信息技術作為一個重要支撐，在電力公司運營的方方面面起著提高效率、優(yōu)化流程、增加可靠性的作用。

作為一個專業(yè)化程度高、公司體量大的能源企業(yè)，生產建設需要大量投入各類設備、儀器。這些資產的管理成為了一個巨大而煩瑣的工作，設備管理系統(tǒng)的可靠性、可用性將對公司效益產生不可忽視的影響。優(yōu)化設備管理系統(tǒng)，開發(fā)合理的設備管理系統(tǒng)的應用刻不容緩。

1 技術基礎及原理

1.1 二維碼特性分析

一維條碼是按照一定方向分布條碼寬度，從而編碼成二進制的一系列字符，受限于一維空間分布，其能夠攜帶的信息量有限。隨著現(xiàn)代社會信息量的爆炸式增長，一維碼已經(jīng)不能滿足人們對編碼的大容量和高精度的需要，正是在這種技術背景下，二維碼(Quick Response Code)的概念出現(xiàn)了。二維碼在兩個維度上(平面的兩個方向)進行編碼和解碼，巧妙地使用若干與二進制對應的集合圖形來表示字符信息，這將極大地增大編碼的容量，同時具有一定的校驗功能，提升了精度和數(shù)據(jù)安全性。

1.1.1 二維碼編碼原理

二維碼可分為層排式和矩陣式。

層排式二維碼的編碼原理建立在一維條碼基礎上，按需要堆積成多行，它在編碼設計、校驗原理、識讀方式等方面繼承了一維條碼的一些特點，識讀設備和條碼印刷與一維條碼技術兼容。但由于行數(shù)的增加，需要對行進行判定，其譯碼算法與軟件也不完全相同于一維條碼。

矩陣式二維碼是在一個矩形空間用黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。在矩陣相應元素位置上，用點(方點、圓點或其他形狀)的出現(xiàn)表示二進制“1”，點的不出現(xiàn)表示二進制的“0”，點的排列組合確定了矩陣式二維條碼所代表的意義[1]。矩陣式二維條碼是建立在計算機圖像處理技術、組合編碼原理等基礎上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。矩陣式是國內現(xiàn)在常用的二維條碼編碼方式。

本文采用O’Malley&Chamot的分類系統(tǒng)，從中選出與聽力學習相關的幾種學習策略來調查中國海洋大學藏族大學生的英語聽力學習策略的使用情況。

在二維碼符號表示方面現(xiàn)已研發(fā)出多種碼制，每種碼制有特定的字符集，常用的碼制有PDF417、QR Code、Code 49、Code 16K、Code One等，國內在現(xiàn)有相關技術資料的基礎上，制定了兩個國家標準：《二維碼網(wǎng)格矩陣碼》(SJ/T 11349-2006)和《二維碼緊密矩陣碼》(SJ/T 11350-2006)[2]。

1.1.2 二維碼的優(yōu)勢

1)與一維條碼比較

二維碼在信息容量上具有優(yōu)勢，根據(jù)香農(Shannon)信息理論，信息量大小和它的不確定性有直接的關系，用H(X)表示信源的信息量，用p表示信源空間的概率密度，則信源的信息量：

H(X)=-∑lg(1/p(xi))

當p1=p2=…=pn時，信源的不肯定程度就等于H(x)=nlgp，所以信源的信息量取決于概率空間中的元素個數(shù)和概率密度，由于二維碼在元素個數(shù)(n)和概率密度(p)方面對于信息量均比一維碼有所提高，所以二維碼的信息量將大大超過一維碼[3]。

基于大容量，二維碼衍生出更多的優(yōu)勢機制，能夠擁有更廣的編碼范圍、更強的容錯糾錯能力，可以引入加密措施，具有保密和防偽能力。由于信息容量大，二維碼在離線狀態(tài)，也就是脫離數(shù)據(jù)庫的時候也能夠攜帶更多基本信息，在設備管理的工作中具有更多的可操作性。

2)與射頻標簽比較

射頻標簽(RFID技術)又稱電子標簽，作為數(shù)據(jù)載體在設備管理、物流跟蹤、信息采集方面有廣泛的應用，具有非接觸、自動識別等優(yōu)勢，是一種較成熟的技術。但是電力行業(yè)部分設備處于復雜的電磁環(huán)境下，這對射頻標簽的識別具有一定干擾。二維碼則沒有這方面顧慮，同時二維碼還具有造價低廉、生產迅速的優(yōu)勢。

1.2 密鑰加密技術簡述

秘鑰加密技術可分為對稱加密和非對稱加密兩種。

對稱加密又稱共享秘鑰加密，即加密和解密方持有相同的秘鑰，要求兩方都不泄露秘鑰才能保證信息安全的可靠性、完整性。對稱加密技術是常見的加密技術，有DES，AES，IDEA 3種加密算法。其中DES(data encryption algorithm)加密算法應用最為廣泛，可以嵌入硬件中使用。DES使用一個56位的秘鑰及8位奇偶校驗位。DES算法使用秘鑰對分組后的明文進行替代或交換的方法形成密文。

非對稱加密又稱公鑰加密，即加密和解密分別持有不同秘鑰，來對數(shù)據(jù)進行加密、解密。秘鑰分為公開密鑰和私有密鑰兩類，非對稱加密技術的前提在于密鑰交換協(xié)議。非對稱加密技術包含RSA，Diffie-Hellman，EIGamal等加密算法。非對稱加密技術除了應用數(shù)據(jù)加密，還能應用于身份驗證、數(shù)字簽名等領域。

2 二維碼在電力設備管理中的應用

電力設備管理系統(tǒng)就是利用計算機信息技術，結合現(xiàn)代化的設備管理理論，優(yōu)化電力設備管理流程，實現(xiàn)動態(tài)化管理控制，實現(xiàn)資源有效配置，提高設備可靠性和利用率。二維碼技術將作為一個設備管理系統(tǒng)的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場設備的映射。實現(xiàn)相關信息的快速查詢，及時反饋。二維碼技術能夠實現(xiàn)資產自動錄入及離線的信息檢查，同時引入加密技術可以有效防止信息泄露，增強保密性。

1)資產錄入

電力公司每年都會購入大量生產設備、計量器具、安全工器具，這些資產的錄入工作如果全憑手動完成，將是異常艱巨的，而如果將二維碼應用進來，工作效率將大大提高。以電表為例，只要將電表的基本信息，如電表編號、型號、廠家、電流、電壓、倍率等信息制作成二維碼，張貼在每個計量器具上，資產錄入人員用二維碼掃碼器就可以讀出信息，并將相關信息自動寫入設備管理系統(tǒng)中?；诖朔N方式可以實現(xiàn)自動化、快速、準確的資產錄入。

2)運維管理

在設備的管理中，可以將設備的管理信息分為設備描述信息和設備運行信息。設備描述信息包含設備編號、設備型號、生產廠家、投運日期、維護負責人等，將這些信息錄入數(shù)據(jù)庫的同時，還可以將信息生成二維碼，張貼在設備上[4]。設備運行信息則包含設備運行狀況、接線方式、故障歷史記錄、歷次檢修記錄等，這些信息通過二維碼中的設備編號進行索引，通過被授權過的“便攜式移動工作站”聯(lián)網(wǎng)到數(shù)據(jù)庫進行查詢。

在這種模式下二維碼作為一個鑰匙，在現(xiàn)場運維工作中，現(xiàn)場工作者可以“上線”，實時錄入設備狀況，同時通過服務器，提供信息及技術支持，并跟蹤工作進程。并且二維碼自身大容量的信息存儲機制也能夠在脫離數(shù)據(jù)庫支持的場合，提供事先錄入的設備基本信息，工作人員只要通過二維碼解析器掃碼，就可以用現(xiàn)場校驗信息與運行信息進行直接比較，避免了攜帶筆記本電腦或大量資產臺賬，能夠極大地提高工作效率。

3 信息安全防范措施

信息作為現(xiàn)代社會的一種重要資源，早已深入到社會生產、生活的方方面面，而越來越多地發(fā)生在社會層面、國家層面的信息安全事件，使得信息安全逐漸為人們所關注，而且越來越多的力量被投入到這方面的建設和研究當中。信息安全包括5個方面，即保證信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認性。筆者對二維碼涉及的設備管理系統(tǒng)的信息安全防范措施進行了探討，并設計了兩個方案對信息安全進行防護。

方案1：二維碼攜帶信息不涉及敏感信息，本身不進行額外加密。將掃碼識別出來的設備編號進行處理：在編號頭添加冗余碼(Salt值)，此冗余碼由二維碼編碼器設定，然后進行md5加密，再傳輸?shù)椒掌魃吓c數(shù)據(jù)庫種存儲的md5碼進行對比，將符合的數(shù)據(jù)列表傳回。由于md5加密具有不可逆性，難以破解，能夠較安全地過濾未經(jīng)授權的查詢，同時md5碼能在一定程度上防止SQL注入。

方案2：對二維碼攜帶信息進行編碼重組，從而達到隱藏信息內容，使無權用戶無法獲取信息真實內容的目的[5]。使用特質二維碼生成器，先對設備信息進行DES加密，再用加密后的代碼生成二維碼。由于DES加密是對稱秘鑰加密，所以必須由帶有秘鑰的專用掃碼器解析，才能識別出設備信息。

圖1所示為對“國網(wǎng)重慶電力公司璧山供電分公司”用秘鑰“test”沒有進行DES加密所生成的二維碼；圖2所示為對“國網(wǎng)重慶電力公司璧山供電分公司”用秘鑰“test”進行DES加密所生成的二維碼。

圖1 未加密二維碼

圖2 DES加密二維碼

4 結論

二維碼作為一種工具，具有便利、易生產、成本低廉的優(yōu)勢；作為信息載體，它不僅容量大、容錯率高，而且具有加密功能，對環(huán)境適應能力也比較高。筆者認為，二維碼是目前最適合應用于電力系統(tǒng)設備管理方面的自動識別技術，能夠作為接口補充設備管理系統(tǒng)的應用方式，提高信息利用率，優(yōu)化運維流程。

[1] 中國物品編碼中心.二維碼技術與應用[M].北京：中國計量出版社，2007.

[2] 李曉瑩．二維碼在我國傳媒產中的應用研究[D]．南寧：廣西大學，2013．

[3] 楊軍，劉艷，杜彥蕊．關于二維碼的研究和應用[J]．應用科技，2002，29(11)：11-13．

[4] 王艷瑋，張平康，李琪．二維碼在供電企業(yè)計量器具管理中的應用．電力系統(tǒng)自動化[J]，2004，28(4)：85-87．

[5] 吳班.通信加密與鑒別技術在電子商務中的應用[J].航空計算技術，2006，36(2)：70-73．

A Study on the Application of QR Codes in the Management System of Electric Equipment

KONG Sihao，XU Yuansen，YANG Aixiaolan

(State Grid Chongqing Bishan Power Supply Company，Chongqing 402760，P.R.China)

This paper sketches the coding principles of QR codes，analyzes their features，probes into both the advantages and disadvantages of bar codes and RF tags by drawing a comparison between them，analyzes the functions and demands of the management system of electric equipment，and discusses about ways of application of QR codes in the system．Due to the openness of the information storage mechanism of QR codes，it also expounds the problem of information security as well as presenting two solutions．

QR codes；key encryption technology；equipment management system；information security

2016-10-19

孔思豪(1990-)，助理工程師，主要從事信息通信運維工作。

TN929.53；TP391.44

A

1008- 8032(2016)05- 0055- 03