基于二維碼自動識別的海工設(shè)備調(diào)試管理技術(shù)

續(xù)愛民， 王小強(qiáng)， 劉 鶴

(1.上海船舶工藝研究所， 上海 200032； 2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司， 上海200032；3.招商局重工(深圳)有限公司， 廣東 深圳 518054)

基于二維碼自動識別的海工設(shè)備調(diào)試管理技術(shù)

續(xù)愛民1， 王小強(qiáng)2， 劉 鶴3

(1.上海船舶工藝研究所， 上海 200032； 2.上海申博信息系統(tǒng)工程有限公司， 上海200032；3.招商局重工(深圳)有限公司， 廣東 深圳 518054)

介紹通過自動識別二維碼信息實(shí)現(xiàn)海工產(chǎn)品設(shè)備調(diào)試過程跟蹤管理的方法。通過在設(shè)備調(diào)試過程文件上添加二維碼，并采用二維碼自動識別技術(shù)將掃描后的調(diào)試文件根據(jù)其內(nèi)容掛接到對應(yīng)的調(diào)試條目上，按照業(yè)務(wù)需求對各類調(diào)試文件分類存儲，實(shí)現(xiàn)方便快捷的查看和下載功能。

二維碼；識別；設(shè)備調(diào)試；海工產(chǎn)品

0 引 言

設(shè)備安裝調(diào)試是海工項(xiàng)目建造過程中非常重要的環(huán)節(jié)。由于設(shè)備調(diào)試現(xiàn)場環(huán)境惡劣、情況復(fù)雜，國內(nèi)海工產(chǎn)品建造企業(yè)大多采用紙質(zhì)文件結(jié)合Excel電子表格的方式來管理設(shè)備調(diào)試過程，難以滿足對設(shè)備調(diào)試檢驗(yàn)過程的跟蹤和追溯要求。

目前，調(diào)試程序文件、調(diào)試檢驗(yàn)記錄文件樣式主要由海工企業(yè)設(shè)計(jì)部門制定和發(fā)布。調(diào)試檢驗(yàn)工程師打印空白調(diào)試檢驗(yàn)記錄文件后帶至調(diào)試現(xiàn)場，填寫記錄調(diào)試過程信息和調(diào)試數(shù)據(jù)。船東、船檢等相關(guān)人員簽字確認(rèn)后由調(diào)試檢驗(yàn)工程師掃描成電子文件，按文件夾分類保存，采用手工方法將掃描后的文件與調(diào)試檢驗(yàn)條目匹配[1-2]。近年國內(nèi)某些海工企業(yè)已采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理設(shè)備調(diào)試相關(guān)條目信息，但對于調(diào)試檢驗(yàn)過程文件及相關(guān)信息的管理仍然采用傳統(tǒng)手工方式[3]。

由于海工項(xiàng)目調(diào)試檢驗(yàn)內(nèi)容種類繁多，每個(gè)海工項(xiàng)目可能涉及數(shù)千份調(diào)試檢驗(yàn)文件，因此掃描后的圖像文件也非常多。通常采用手工方法將掃描后的文件與調(diào)試檢驗(yàn)條目匹配，不僅效率較低，也易出錯(cuò)。

采用文件夾形式管理調(diào)試檢驗(yàn)掃描文件，共享性差，及時(shí)性難以保證，設(shè)備采購部門、管理部門不能及時(shí)方便地跟蹤調(diào)試進(jìn)度狀態(tài)以及調(diào)試意見(Comments)和不合格項(xiàng)(NCR)的處理情況，不能及時(shí)處理調(diào)試服務(wù)工程師邀請、投訴、費(fèi)用結(jié)算等事項(xiàng)，也難以充分協(xié)調(diào)調(diào)試工程師、調(diào)試檢驗(yàn)工程師和設(shè)計(jì)師等人員的工作。

二維碼制作和識別技術(shù)近年來發(fā)展迅速，已有學(xué)者將二維碼技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備、文檔資料和票據(jù)管理等領(lǐng)域[4-6]，這些學(xué)者一般采用藍(lán)牙掃描槍、手機(jī)等手持識別設(shè)備讀取二維碼信息或?qū)π》嫫睋?jù)進(jìn)行掃描后識別的方法。由于海工設(shè)備調(diào)試文件數(shù)量大、需掃描后批量錄入系統(tǒng)，并且設(shè)備調(diào)試文件幅面大、二維碼所占幅面相對較小，上述方法不適合應(yīng)用到設(shè)備調(diào)試文件管理系統(tǒng)中。

為了使品質(zhì)部門及調(diào)試相關(guān)部門的工程師可以方便、及時(shí)地將設(shè)備調(diào)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)和調(diào)試過程信息更新到系統(tǒng)中，并跟蹤設(shè)備調(diào)試過程處理狀態(tài)，針對設(shè)備調(diào)試文件批量大、二維碼所占幅面相對較小的特點(diǎn)，本文研究通過添加和自動識別二維碼信息實(shí)現(xiàn)海工產(chǎn)品設(shè)備調(diào)試過程跟蹤管理的方法，并將其應(yīng)用到設(shè)備調(diào)試管理軟件系統(tǒng)。

1 基于二維碼識別的設(shè)備調(diào)試管理技術(shù)

1.1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)總體思路

通過設(shè)備調(diào)試管理軟件將Word或WPS格式的調(diào)試檢驗(yàn)記錄空白格式文件轉(zhuǎn)換成PDF格式，然后根據(jù)調(diào)試項(xiàng)目的條目內(nèi)容生成并添加二維碼。調(diào)試檢驗(yàn)工程師打印帶有二維碼的調(diào)試檢驗(yàn)空白文件，在調(diào)試現(xiàn)場填寫相關(guān)檢驗(yàn)過程信息和數(shù)據(jù)，并確認(rèn)簽字。

調(diào)試檢驗(yàn)工程師將填寫完成后的調(diào)試檢驗(yàn)紙質(zhì)文件掃描成圖像文件，設(shè)備調(diào)試管理軟件識別圖像文件所包含的二維碼，并根據(jù)其內(nèi)容自動將圖像文件掛接到不同的調(diào)試條目下，從而徹底擺脫以往利用文件夾管理檢驗(yàn)文件的方式。品質(zhì)部門、設(shè)備采購部門等相關(guān)部門便可以在設(shè)備調(diào)試管理軟件系統(tǒng)內(nèi)查看調(diào)試進(jìn)度狀態(tài)及相關(guān)調(diào)試數(shù)據(jù)。

1.2 設(shè)備調(diào)試文件添加二維碼

QR Code二維碼是一種應(yīng)用廣泛、可快速識別的二維碼，本設(shè)備調(diào)試管理軟件系統(tǒng)采用QR Code二維碼[4]。設(shè)備調(diào)試管理軟件根據(jù)調(diào)試項(xiàng)目的條目內(nèi)容生成QR Code二維碼，并在設(shè)備調(diào)試文件頁面右上方位置自動添加該QR Code二維碼，同時(shí)標(biāo)記相應(yīng)文字內(nèi)容在頁面下方，便于人工識別讀取。

1.3 調(diào)試檢驗(yàn)掃描文件二維碼識別方法

1.3.1 二維碼識別

在調(diào)試現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際調(diào)試檢驗(yàn)情況填寫相關(guān)檢驗(yàn)過程信息和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，并由船東、船檢確認(rèn)簽字后的紙質(zhì)檢驗(yàn)文件通常是海工企業(yè)重要的資料文件，需要按項(xiàng)目分類歸檔并長期保存。為方便共享和充分利用這些檢驗(yàn)文件，需要將其掃描成圖像文件。

在已給檢驗(yàn)文件添加二維碼的基礎(chǔ)上，通過識別圖像文件上二維碼的內(nèi)容可確定該圖像文件所對應(yīng)的調(diào)試檢驗(yàn)項(xiàng)編號，從而可實(shí)現(xiàn)將掃描圖像文件自動掛接到調(diào)試檢驗(yàn)條目。

1.3.2 二維碼識別難點(diǎn)和方法

通常由手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像，二維碼圖像區(qū)域一般位于整個(gè)圖像的中心位置，占據(jù)圖像的主要區(qū)域，提交整個(gè)圖像給識別函數(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)二維碼的識別[7-8]。但對于本文所獲得的掃描圖像，QR Code二維碼區(qū)域只覆蓋整個(gè)掃描圖像的很小一部分面積，位于整個(gè)掃描圖像的某一角落或其他位置。如直接將整個(gè)掃描圖像提交給識別函數(shù)，則無法找到QR Code圖像區(qū)域，無法準(zhǔn)確識別出二維碼的內(nèi)容[9]。這也是本文提到的掃描圖像二維碼識別的難點(diǎn)。

本文通過像素處理方法分別預(yù)定位豎直邊界和水平邊界，進(jìn)而預(yù)定位二維碼圖像區(qū)域位置，然后將這些潛在的二維碼圖像區(qū)域依次提交給識別函數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)掃描圖像的二維碼識別。

首先進(jìn)行豎直邊界的確定：

(1) 將填寫好的檢驗(yàn)文檔掃描為黑白二值圖像，或者將彩色或灰度圖像格式轉(zhuǎn)化為黑白二值圖像，如圖1a)所示。

(2) 對黑白二值圖像逐行進(jìn)行像素值累加。

(3) 對累加得到的值進(jìn)行高斯濾波去除噪聲影響，如圖1b)所示。

(4) 獲得垂直方向像素累加和大于閾值t1的若干連續(xù)區(qū)域，定為可能的區(qū)域，確定其豎直邊界。其中閾值t1，根據(jù)QR Code圖像區(qū)域的特點(diǎn)以及實(shí)際試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，預(yù)先設(shè)定。

然后進(jìn)行水平邊界的確定：

其邊界的確定過程與豎直邊界類似，不同之處在于像素值累加算法不需要累加整個(gè)圖像的上下邊界間所有像素，而是在剛計(jì)算出來的可能豎直邊界內(nèi)計(jì)算，這樣既減少計(jì)算量又能提高預(yù)定位區(qū)域的準(zhǔn)確度，如圖1b)所示。

預(yù)定位二維碼圖像區(qū)域位置：

通過上述的算法計(jì)算可得到條碼區(qū)域的若干預(yù)定位區(qū)，如圖1c)所示。然后按照靠近掃描圖像邊緣和角落位置優(yōu)先原則依次調(diào)用識別函數(shù)，直至識別成功。

圖1 投影定位效果圖

1.3.3 程序?qū)崿F(xiàn)部分具體代碼

首先通過上述方法將待選區(qū)域讀取到圖片緩沖區(qū)中；然后將圖片緩沖區(qū)數(shù)據(jù)通過調(diào)用BinaryBitmap進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，該方法由Google的Zxing包提供；最后通過QR CodeMultiReader 類的decode方法來實(shí)現(xiàn)自動對二維碼圖片的解析。部分具體代碼如下所示。

public String RecQRBarcode(System.Drawing.Bitmap bmpImageName){

String strResult = "";

try {

Bitmap bmpmy = (Bitmap)bmpImageName;

com.google.zxing.LuminanceSource lst = new RGBLuminanceSource(bmpmy, bmpmy.Width, bmpmy.Height);

com.google.zxing.Binarizer bzer = new com.google.zxing.common.HybridBinarizer(lst);

com.google.zxing.BinaryBitmap BBmp = new com.google.zxing.BinaryBitmap(bzer);

com.google.zxing.common.BitMatrix mBMat = new com.google.zxing.common.BitMatrix(BBmp.Width, BBmp.Height);

com.google.zxing.multi.qrcode.QRCodeMultiReader mReader = new com.google.zxing.multi.qrcode.QRCodeMultiReader();

strResult = mReader.decode(BBmp).Text;

}

catch (Exception de){

Console.Error.WriteLine(de.Message);

Console.Error.WriteLine(de.StackTrace);

}

return strResult;

}

1.3.4 具體識別過程和效果

本系統(tǒng)根據(jù)上述方法將二維碼識別程序編寫成獨(dú)立動態(tài)連接庫QRBarPDFAddRec，可解析和識別掃描成圖像文件(如tif，jpg，png，pdf等格式)的調(diào)試檢驗(yàn)文件，并根據(jù)識別出的二維碼內(nèi)容重新給圖像文件命名，文件名包含文件類型、項(xiàng)目編號、調(diào)試項(xiàng)編號、文件頁次等信息。該自動識別方法能夠支持高速批量掃描設(shè)備。當(dāng)重新命名的文件上傳至系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)文件名自動地將文件掛接到相應(yīng)的調(diào)試檢驗(yàn)條目。

圖2為識別前后的對比，左邊為掃描的圖像文件，右邊為識別后重新命名的圖像。

圖2 調(diào)試檢驗(yàn)掃描文件二維碼識別前后示例

2 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例

本文所述方法已成功應(yīng)用到某些海工項(xiàng)目、船舶建造項(xiàng)目，覆蓋了項(xiàng)目所含主要設(shè)備系統(tǒng)和主要專業(yè)的調(diào)試任務(wù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)試過程跟蹤、調(diào)試文檔掃描后自動掛接歸檔，可快速生成和導(dǎo)出與設(shè)備調(diào)試相關(guān)的交船文件，大幅提高調(diào)試管理的效率和準(zhǔn)確度。圖3為某項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)調(diào)試跟蹤的部分主要系統(tǒng)。

圖3 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例

3 總 結(jié)

海工產(chǎn)品設(shè)備調(diào)試過程管理是海工產(chǎn)品建造過程中的重要環(huán)節(jié)，需要精細(xì)化管理以滿足快速跟蹤查詢過程信息的要求。通過在設(shè)備調(diào)試過程文件上添加QR Code二維碼，并采用二維碼區(qū)域預(yù)定位方法和自動識別技術(shù)，將掃描后的調(diào)試文件根據(jù)其內(nèi)容掛接到對應(yīng)的調(diào)試條目上，按照業(yè)務(wù)需求對各類調(diào)試文件分類存儲，能夠大幅降低調(diào)試檢驗(yàn)文件管理勞動強(qiáng)度，提高設(shè)備調(diào)試管理過程信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，方便跟蹤查詢相關(guān)信息。本方法已在某海工企業(yè)的多個(gè)海工項(xiàng)目建造過程中實(shí)施應(yīng)用，提高了設(shè)備調(diào)試過程管理效率，減少了差錯(cuò)，效果良好。

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[9] 周曉偉．二維條碼識別技術(shù)研究[D].上海:上海交通大學(xué)，2007.

Offshore Engineering Facility Debugging and Management Based on Automatic Two-Dimensional Code Recognition

XU Aimin1, WANG Xiaoqiang2, LIU He3

(1. Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute， Shanghai 200032, China；2. Shanghai Shenbo Information Systems Engineering Co., Ltd., Shanghai 200032, China;3. China Merchants Heavy Industry (Shenzhen) Co., Ltd., Shenzhen 518054, Guangdong, China)

A method for tracking management of facility debugging of the offshore engineering products based on automatic two-dimensional code recognition is proposed. A unique two-dimensional code is added to the facility debugging process file and the automatic two-dimensional code recognition technology is used to put the scanned debugging file on the corresponding entry. Those files are stored on serve by category and can be viewed and download conveniently.

two-dimension code; recognition; facility debugging; offshore engineering product

續(xù)愛民(1973-)，男，高級工程師，主要從事船舶軟件開發(fā)與實(shí)施工作

1000-3878(2017)04-0001-04

U671

A