基于二維碼的警用裝備數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊珍++王俊修

摘 要傳統(tǒng)的警用裝備展示模式，由于所展示的裝備專業(yè)性強(qiáng)、種類繁多，對(duì)于參觀者來(lái)說，要了解裝備的特性成了難事。針對(duì)這一問題，為了提升警用裝備參觀展示效果，提升參觀人員的用戶體驗(yàn)，本文在分析二維碼技術(shù)的特點(diǎn)后，將二維碼技術(shù)應(yīng)用于警用裝備展示廳系統(tǒng)中，介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了二維碼生成和掃描功能的實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】二維碼 警用裝備 導(dǎo)覽系統(tǒng)

1 引言

隨著智能手機(jī)和平板電腦的普及，二維碼的應(yīng)用，似乎一夜之間滲透到我們生活的方方面面，地鐵廣告、報(bào)紙、火車票、飛機(jī)票、快餐店、電影院、展覽展示以及各類商品外包裝上。作為物聯(lián)網(wǎng)浪潮產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，二維碼相對(duì)一維碼，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，保密性好等特點(diǎn)，而且能夠更好地與智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)終端相結(jié)合，形成了更好地互動(dòng)性和用戶體驗(yàn)。

警用裝備的展示往往還是傳統(tǒng)展廳模式只是把展品放置在展廳中，最多配上簡(jiǎn)短的文字說明，然而警用裝備具有專業(yè)性強(qiáng)、種類繁多、使用場(chǎng)景特殊等特點(diǎn)，如果沒有專業(yè)人員講解或特定使用場(chǎng)景很難充分了解所展示裝備的特點(diǎn)、使用效果，大大降低參觀效果。

基于上述觀點(diǎn)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，本文提出使用二維碼的方式擴(kuò)充展示廳中對(duì)展示裝備的介紹方式和展示內(nèi)容，解決了因?qū)I(yè)人員欠缺、場(chǎng)地不合適等因素制約導(dǎo)致參觀效果不佳的問題。

2 二維碼技術(shù)

二維碼是條碼的一種。條碼是由一組按一定編碼規(guī)則排列的條、空符號(hào)，用以表示一定的字符、數(shù)字及符號(hào)組成的信息。常用的條碼主要分為一維碼和二維碼。一維碼，是根據(jù)一組水平方向的條的寬度不同，將其編成由“0”、“1”組成的一系列字符，把該二進(jìn)制字符按照一定的系統(tǒng)約定進(jìn)行編碼，從而表示特性的信息。二維碼，它在一維碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展得來(lái)，是通過在橫向和縱向方向上的由二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)下的0 和1 相對(duì)應(yīng)的黑白幾何體的排列組合來(lái)記載、傳遞信息，這樣就能夠在一個(gè)較小的范圍內(nèi)記載較多的信息。

2.1 二維碼的特點(diǎn)

2.1.1 存儲(chǔ)內(nèi)容廣泛

一般的一維條形碼只能記錄字母、數(shù)字以及一些簡(jiǎn)單的符號(hào)； 而二維碼則可以表達(dá)字母、數(shù)字、符號(hào)、文字、圖像和聲音等信息，將物品的實(shí)質(zhì)性特征描述出來(lái)，這樣就能夠傳遞更多種類和形式的信息。

2.1.2 信息容量大

二維碼通過縱橫兩個(gè)方向?qū)π畔⑦M(jìn)行記錄，可容納多達(dá)1850個(gè)大寫字母或2710個(gè)數(shù)字或1108個(gè)字節(jié)，或500多個(gè)漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。

2.1.3 容錯(cuò)能力強(qiáng)

二維碼引入了與DVD 相同的糾錯(cuò)機(jī)制，因此具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)、容錯(cuò)能力。一般而言，二維碼的損壞程度在50% 以內(nèi)依然可以讀出原有信息，其譯錯(cuò)率不超過千萬(wàn)分之一，遠(yuǎn)低于一維碼百萬(wàn)分之二的錯(cuò)誤率。

2.1.4 依賴性低

由于二維碼本身就是大量信息的載體，可以傳達(dá)大部分的常用信息，因此使用者在掃描二維碼后不需要鏈接遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫(kù)就能夠直接獲取所需信息資源，這樣就保證了二維碼對(duì)數(shù)據(jù)的依賴性較弱。

2.1.5 制作難度低

二維碼的制作難度比較低，普通用戶可以根據(jù)統(tǒng)一的編碼制作標(biāo)準(zhǔn)，利用標(biāo)準(zhǔn)的譯碼設(shè)備在個(gè)人電腦上就能夠直接生成二維碼。

2.2 二維碼的選取

目前二維碼的碼制多達(dá)幾十種，要使該系統(tǒng)有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值，選擇一種合適的二維碼碼制是其基礎(chǔ)前提。表1從幾個(gè)不同選擇角度對(duì)比了幾種常見的二維碼。

從表1中可以看出QR碼的數(shù)據(jù)容量為最大，最高可編碼7000多個(gè)字符，為國(guó)際開放標(biāo)準(zhǔn)，譯碼速度也是這幾種碼制中最快的，而且可以360度全角度拍攝識(shí)別，能高效的表示漢字，設(shè)備支持廣泛，且各個(gè)行業(yè)應(yīng)用最普遍，因此選取QR碼為本系統(tǒng)的實(shí)施碼制。

3 系統(tǒng)需求分析

3.1 體系結(jié)構(gòu)

在警用裝備展示廳中，參觀人員通過手機(jī)或平板電腦等移動(dòng)設(shè)備，掃描展示裝備對(duì)應(yīng)的二維碼，從服務(wù)器獲取展示裝備的詳細(xì)文字、圖片、視頻介紹等信息，從而全面了解所展示的裝備的特性。展示裝備在進(jìn)入展示廳前，如果沒有對(duì)應(yīng)的二維碼，則管理員需要通過管理系統(tǒng)記錄裝備的文字、圖片、視頻等詳細(xì)資料，生成并打印出展示裝備對(duì)應(yīng)的二維碼。系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能

系統(tǒng)主要功能分為智能設(shè)備端展示系統(tǒng)、后臺(tái)管理系統(tǒng)兩個(gè)部分主成。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示：

3.2.1 后臺(tái)管理端功能

裝備相關(guān)信息的錄入和管理：包括裝備分類管理、供應(yīng)商管理，裝備信息管理，裝備評(píng)價(jià)管理等，其中裝備信息管理可以錄入裝備的文字描述，圖片信息，以及視頻介紹等信息，還可以查看該裝備的反饋信息，裝備分類管理和供應(yīng)商管理是對(duì)裝備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)。

裝備二維碼生成功能：需要能根據(jù)裝備信息生成對(duì)應(yīng)的二維碼，選取展示裝備關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如裝備在系統(tǒng)中的唯一ID生成每一個(gè)展示裝備對(duì)應(yīng)的二維碼。

系統(tǒng)權(quán)限管理：創(chuàng)建后臺(tái)管理端用戶并給用戶分配使用權(quán)限。

3.2.2 智能設(shè)備端功能

二維碼掃描功能：參觀者打開展廳移動(dòng)端軟件后，選擇二維碼掃描功能，會(huì)出現(xiàn)二維碼掃描框，借助設(shè)備上的攝像頭，將二維碼置于框內(nèi)合適的位置，等待幾秒鐘解碼后展示解碼信息。

裝備信息展示功能：掃描了裝備的二維碼后，彈出裝備的詳細(xì)描述內(nèi)容，包括了基本信息，詳細(xì)描述、性能參數(shù)、圖片、視頻等信息，參觀者可以全面了解裝備的特性、使用方法及使用效果。

反饋信息錄入：參觀者在查看了裝備的詳細(xì)介紹后，可以留下反饋的評(píng)價(jià)或意見，展廳管理人員在后臺(tái)管理端功能可以看到參觀者的留言，形成互動(dòng)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

下面將詳細(xì)介紹二維碼生成和二維碼掃描模塊的實(shí)現(xiàn)。

4.1 二維碼生成

二維碼生成模塊的功能，用戶通過系統(tǒng)管理客戶端界面，首先在裝備信息管理功能模塊輸入展示裝備信息并保存，然后在二維碼生成模塊接收裝備信息管理模塊中的裝備信息對(duì)其進(jìn)行編碼，形成二維碼圖片后返回到客戶端界面，供用戶查看，并打印此二維碼。在本系統(tǒng)中參觀人員通過掃描二維碼能看到所展裝備的文字、圖片、和視頻描述等信息，信息量巨大，二維碼本身不能容納這么多內(nèi)容。因此，本系統(tǒng)生成的二維碼中包含的內(nèi)容是能夠展示這些信息的網(wǎng)址。二維碼生成模塊功能架構(gòu)如圖3所示。

編碼過程：

QR 碼支持各種編碼，包括純數(shù)字、數(shù)字和字符混合編碼、8 位字節(jié)碼和包含漢字在內(nèi)的多字節(jié)字符。編碼過程主要有數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)編碼，糾錯(cuò)編碼，構(gòu)造最終數(shù)據(jù)信息這幾個(gè)步驟，如圖4所示。

（1）數(shù)據(jù)分析：首先要確定編碼的字符類型，按相應(yīng)的字符集轉(zhuǎn)換成符號(hào)字符；選擇糾錯(cuò)等級(jí)；根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)確定編碼模式。

（2）數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為位流，按照確定好的編碼模式，將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制格式，最后添上模式指示符。

（3）糾錯(cuò)編碼：按需要將碼字序列分塊，并根據(jù)糾錯(cuò)等級(jí)和分塊的碼字，產(chǎn)生糾錯(cuò)碼字，并把糾錯(cuò)碼字加入到數(shù)據(jù)碼字序列后面，成為一個(gè)新的序列。在二維碼規(guī)格和糾錯(cuò)等級(jí)確定的情況下，其實(shí)它所能容納的碼字總數(shù)和糾錯(cuò)碼字?jǐn)?shù)也就確定了。

（4）構(gòu)造最終數(shù)據(jù)信息：在規(guī)格確定的條件下，將上面產(chǎn)生的序列按次序放，如分塊中按規(guī)定把數(shù)據(jù)分塊，然后對(duì)每一塊進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的糾錯(cuò)碼字區(qū)塊，把糾錯(cuò)碼字區(qū)塊按順序構(gòu)成一個(gè)序列，添加到原先的數(shù)據(jù)碼字序列后面。

（5）構(gòu)造矩陣：將探測(cè)圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形和碼字模塊放入矩陣中。把上面的完整序列填充到相應(yīng)規(guī)格的二維碼矩陣的區(qū)域中。

（6）掩摸：將掩摸圖形用于符號(hào)的編碼區(qū)域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區(qū)域能夠比率最優(yōu)的分布。

（7）格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相應(yīng)區(qū)域內(nèi)。版本7-40 都包含了版本信息，沒有版本信息的全為0。二維碼上兩個(gè)位置包含了版本信息，它們是冗余的。版本信息共18位，6X3的矩陣，其中6位是數(shù)據(jù)位，后面的12位是糾錯(cuò)位。

4.2 二維碼掃描

二維碼掃描的流程分為二維碼掃描、二維碼解碼、信息展示三個(gè)步驟。

解碼過程：定位并獲取符號(hào)圖像，把深色與淺色模塊分別識(shí)別為“0”和“1”的陣列。識(shí)讀格式信息，如果需要，去除掩摸圖形并完成對(duì)格式信息模塊的糾錯(cuò)，識(shí)別糾錯(cuò)等級(jí)與掩摸圖形參考。識(shí)讀版本信息，確定符號(hào)的版本。用掩摸圖形參考已經(jīng)從格式信息中得出對(duì)編碼區(qū)的位圖進(jìn)行異或處理消除掩摸。根據(jù)模塊排列規(guī)則，識(shí)讀符號(hào)字符，恢復(fù)信息的數(shù)據(jù)與糾錯(cuò)碼字。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，立即糾錯(cuò)。根據(jù)模式指示符合字符計(jì)數(shù)指示符將數(shù)據(jù)碼字劃分成多個(gè)部分。最后，按照使用的模式譯碼得出數(shù)據(jù)字符并輸出結(jié)果，如圖5所示。

5 結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)及智能手機(jī)等設(shè)備的發(fā)展，二維碼的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是QR二維碼成為應(yīng)用最廣泛的二維碼之一。本文使用QR二維碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)了警用裝備數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)，與傳統(tǒng)展廳相比，擴(kuò)展了展示方式和展示內(nèi)容，讓參觀者能全面了解展示裝備的信息，增加了參觀的互動(dòng)性，提升了參觀者的用戶體驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介

楊珍（1982-），女，湖北省襄陽(yáng)市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為公安部第一研究所工程師。主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

王俊修（1979-），男，河南省平頂山市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為公安部第一研究所副研究員。主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

作者單位

公安部第一研究所 北京市 100048