二維碼在工程安全監(jiān)測(cè)中的輕量級(jí)應(yīng)用

李廣彪,周克明,萬家瑞 ,陳 鑫

(1. 廣東粵海珠三角供水有限公司，廣州 511455；2.南京水利水文自動(dòng)化研究所，南京 210012；3.南京水利科學(xué)研究院，南京 210029；4.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 511455；5.廣東省水利新材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，廣州 510635；6.中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢中南有限公司，長(zhǎng)沙 410014)

1 問題的提出

珠江三角洲水資源配置工程是國(guó)務(wù)院部署的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程之一，輸水線路總長(zhǎng)為 113 km，包括37個(gè)工作井，采用深埋盾構(gòu)隧洞方式，在40～60 m地下建造。工程從廣東省佛山市順德區(qū)的西江干流鯉魚洲取水，經(jīng)羅田、南沙、高新沙水庫(新建)、松木山水庫、羅田水庫、公明水庫，向珠江三角洲東部地區(qū)尤其是粵港澳大灣區(qū)供水。

工程涉及的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施數(shù)量眾多、種類繁雜。2019年9月到2021年1月，已經(jīng)安裝完成3 000余個(gè)測(cè)點(diǎn)。按照測(cè)量原理傳感器分為振弦式、FBG式、MEMS式、GNSS、分布式光纖等，包括測(cè)縫計(jì)、鋼筋計(jì)、滲壓計(jì)、土壓力計(jì)、測(cè)壓管、測(cè)斜管、光學(xué)觀測(cè)墩及測(cè)控裝置等，每個(gè)傳感器都有各自的計(jì)算參數(shù)、基準(zhǔn)值、計(jì)算公式等信息。為實(shí)現(xiàn)施工期自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，在每個(gè)工作井配置了若干個(gè)測(cè)控裝置。

現(xiàn)場(chǎng)查詢監(jiān)測(cè)設(shè)施的信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難度大、效率低。監(jiān)測(cè)設(shè)施按照工程安全監(jiān)測(cè)的需要，散布在現(xiàn)場(chǎng)。某個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)施的基礎(chǔ)信息、詳細(xì)布置、近期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及預(yù)警信息，需回辦公室查閱文檔。查閱資料耗時(shí)，工作效率低，甚至有時(shí)會(huì)因檔案遺失而無法找到。對(duì)短暫參觀項(xiàng)目的訪客，若無人介紹，更不知道現(xiàn)場(chǎng)是什么設(shè)備。在信息高效傳播的時(shí)代，相關(guān)人員高效、精準(zhǔn)地獲取安全監(jiān)測(cè)信息成為一種迫切需求。常規(guī)的短信、微信等屬于被動(dòng)接受發(fā)布的安全監(jiān)測(cè)信息，移動(dòng)App需要在手機(jī)端安裝軟件，文章研究的二維碼應(yīng)用技術(shù)無需在手機(jī)端安裝軟件，低成本實(shí)現(xiàn)主動(dòng)精準(zhǔn)獲取設(shè)備信息、實(shí)時(shí)日?qǐng)?bào)，成為前者的有效補(bǔ)充，相關(guān)成果已獲軟件著作權(quán)[1]。

2 二維碼的應(yīng)用

二維碼是一種高級(jí)的條碼格式，用特定的幾何圖形，按一定規(guī)律二維方向上分布、黑白相間的圖形，水平和垂直方向都可以存儲(chǔ)漢字、數(shù)字和圖片信息，單個(gè)二維碼可容納多達(dá)1 850個(gè)大寫字母、2 710個(gè)數(shù)字、1 108個(gè)字節(jié)或500多個(gè)漢字。二維碼普遍應(yīng)在支付、身份認(rèn)證[2]、設(shè)備管理等領(lǐng)域[3]，張?chǎng)┭邪l(fā)了二維碼標(biāo)簽智能管理系統(tǒng)[4]，宋博宙等將二維碼技術(shù)應(yīng)用在地鐵管片生產(chǎn)管理，方便了管片生產(chǎn)、運(yùn)輸中的管理[5]，在巖土工程安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用相對(duì)較少。

按照編碼模式，二維碼分為矩陣式和行排式，前者更為普遍應(yīng)用[6]。矩陣式二維條碼是一種將計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和組合編碼原理相結(jié)合的新型圖形符號(hào)，是能夠自動(dòng)識(shí)讀的處理碼制技術(shù)。行排式二維碼其編碼原理是建立在一維碼基礎(chǔ)上，把信息堆積在二行或多行之中，在編碼設(shè)計(jì)、校驗(yàn)原理以及識(shí)讀方式等方面維持了一維碼的一些特點(diǎn)。張貼在現(xiàn)場(chǎng)的二維碼如圖1所示。

圖1 張貼在現(xiàn)場(chǎng)的二維碼示意

2.1 二維碼生成

二維碼可以采用網(wǎng)絡(luò)上免費(fèi)的二維碼生成軟件，如草料二維碼、聯(lián)圖網(wǎng)等，實(shí)現(xiàn)快速制作包含各類內(nèi)容的二維碼。使用中要打開第三方軟件生成二維碼，且顯示的內(nèi)容一般限于文本，不適合本系統(tǒng)開發(fā)。

本系統(tǒng)中使用PHP語言動(dòng)態(tài)生成二維碼，在程序設(shè)計(jì)上與C語言等通用型語言相似性較高，簡(jiǎn)單易懂、操作性強(qiáng)。PHP(Hypertext Preprocessor)即“超文本預(yù)處理器”，在服務(wù)器端執(zhí)行的腳本語言，適用于Web開發(fā)并可嵌入HTML中。程序中使用PHP的QR Code擴(kuò)展類生成二維碼，通過代碼設(shè)置二維碼數(shù)據(jù)、文件名、糾錯(cuò)級(jí)別、大小等參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成二維碼，二維碼存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。生成二維碼的主要代碼如下：

require_once′phpqrcode.php′;

//讀入類文件

$value = $url; //二維碼內(nèi)容

$filename = ′qrcode/′.microtime().′.png′;

//二維碼圖片的文件名

$errCorrLevel = ′L′;

//容錯(cuò)級(jí)別，7%的容錯(cuò)

$matrixPointSize = 5;

//生成圖片大小 //生成二維碼圖片

$QR = QRcode::png($value, $filename,$errCorrLevel, $matrixPointSize, 2)。

2.2 二維碼應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

二維碼應(yīng)用系統(tǒng)部署在云端，采用Nginx作為輕量級(jí)的Web服務(wù)器，其并發(fā)能力在同類型的網(wǎng)頁服務(wù)器中表現(xiàn)較好。二維碼應(yīng)用系統(tǒng)功能相對(duì)簡(jiǎn)單，后臺(tái)管理開發(fā)采用PHP 語言以B/S方式實(shí)現(xiàn)，是當(dāng)今最熱門的網(wǎng)站程序開發(fā)語言，具有跨平臺(tái)、成本低、速度快、內(nèi)置豐富的函數(shù)庫等優(yōu)點(diǎn)[6]。

MySQL是最流行的開源數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，體積小、成本低，開源、支持多種操作系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，提供的接口支持多種語言連接操作。工程項(xiàng)目以及用戶等的相關(guān)信息需要保存在數(shù)據(jù)庫中，PHP與MySQL數(shù)據(jù)庫建立起連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫。二維碼應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 二維碼應(yīng)用系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

2.3 前端功能

根據(jù)應(yīng)用范圍不同，二維碼分為兩類，一類是針對(duì)某個(gè)建筑物，如工作井、泵站、高位水池等，掃描后得到該建筑物的安全監(jiān)測(cè)布置情況，同時(shí)該二維碼是現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查的簽到入口；另一類是在某個(gè)設(shè)備上張貼的二維碼，掃描后得到該設(shè)備的介紹、初始日期、初始值、安裝時(shí)間、維護(hù)聯(lián)系人等。

為用戶展現(xiàn)的功能通過智能手機(jī)的微信掃描二維碼實(shí)現(xiàn)。訪客可以瀏覽的內(nèi)容包括建筑物的安全監(jiān)測(cè)布置、日?qǐng)?bào)、設(shè)施介紹等，用戶登錄后，工作人員可以現(xiàn)場(chǎng)巡查簽到并上傳照片。

訪客用微信掃描張貼在工作井、高位水池、大壩等建筑物主要通道處的二維碼，可以在手機(jī)端顯示該建筑物的安全監(jiān)測(cè)布置情況，詳細(xì)內(nèi)容通過HTML文本展示，可以有文字、圖片、表格(如圖3a所示)。在該頁面底部還包括近期監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)的PDF文件清單的鏈接(如圖3b所示)。單擊某個(gè)文件可以在手機(jī)端顯示全部?jī)?nèi)容，可以方便的獲取準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及簡(jiǎn)單的安全監(jiān)測(cè)資料分析情況。該頁面底部同時(shí)還顯示測(cè)控裝置、深層位移、觀測(cè)墩等主要實(shí)施的鏈接，點(diǎn)擊即可打開相關(guān)頁面。

a 工作井概況

監(jiān)測(cè)設(shè)施包括外露的觀測(cè)墩、測(cè)控裝置、陣列式位移計(jì)，訪客用手機(jī)微信掃描張貼設(shè)備表面的二維碼，可以獲取該設(shè)備的詳細(xì)介紹，如設(shè)備名稱、編號(hào)、接入的傳感器列表、初始值、維護(hù)單位聯(lián)系方式等，實(shí)現(xiàn)即時(shí)掌握設(shè)備信息，交叉作業(yè)人員可以方便的與相關(guān)人員聯(lián)系，避免無意中破壞監(jiān)測(cè)實(shí)施。圖3c所示為測(cè)控裝置的主要介紹界面。

通過掃描張貼在主要建筑物處的二維碼，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)簽報(bào)(如圖3d所示)。按照安全監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范，除了設(shè)置安全監(jiān)測(cè)傳感器之外，都包括現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查的內(nèi)容[7-10]，系統(tǒng)根據(jù)手機(jī)定位自動(dòng)記錄所在工程部位，工作人員可用文字描述、照片等記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，記錄監(jiān)測(cè)部位的總體情況，及時(shí)發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)現(xiàn)裂縫、漏水、交叉作業(yè)等。通過該功能模塊一方面可以督促巡查人員必須到現(xiàn)場(chǎng)查看，另一方面可以留存當(dāng)日影像資料，方便管理人員了解現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)展。

2.4 后臺(tái)管理

為支撐手機(jī)端的各項(xiàng)功能，后臺(tái)有相應(yīng)B/S方式的管理模塊，大致包括用戶權(quán)限、項(xiàng)目管理、監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)、各監(jiān)測(cè)設(shè)備、巡查簽到的管理，主要界面如圖4所示。

用戶分為3級(jí)權(quán)限，管理員(B/S)為最高權(quán)限，可以創(chuàng)建建筑物、監(jiān)測(cè)設(shè)施，用戶管理，上傳建筑物、監(jiān)測(cè)設(shè)施介紹、監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)等；巡查人員可以微信方式上傳現(xiàn)場(chǎng)巡查信息、照片；一般用戶只能以微信方式瀏覽建筑物、監(jiān)測(cè)設(shè)施介紹以及監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)等。

管理員可以自定義各個(gè)建筑物首頁，系統(tǒng)自動(dòng)生成唯一的二維碼并保存到數(shù)據(jù)庫。對(duì)一個(gè)項(xiàng)目而言，會(huì)有多個(gè)建筑物，可以在項(xiàng)目管理的功能模塊中自定義方式增加建筑物，如GS5#工作井、GS6#工作井、高新沙泵站等，對(duì)每一個(gè)建筑物系統(tǒng)自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的二維碼并保存。新建一個(gè)建筑物的同時(shí)，管理員在富文本編輯器(Rich Text Editor，一種可內(nèi)嵌于瀏覽器，所見即所得的文本編輯器)中增加該建筑物的介紹、安全監(jiān)測(cè)布置等，可以插入文字、圖表、音頻、視頻文件等，也可以在文本中插入超級(jí)鏈接，可以方便地跳轉(zhuǎn)到其他網(wǎng)頁。在建筑物介紹的界面，可以設(shè)置是否顯示監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)、測(cè)控裝置、觀測(cè)墩等其他監(jiān)測(cè)設(shè)施的鏈接，點(diǎn)擊這些鏈接可以打開相關(guān)頁面。

監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)可以通過管理員按建筑物上傳PDF文件。安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目需要根據(jù)規(guī)范或合同，及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析，按一定的頻次編寫監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)或產(chǎn)生異常后的加密報(bào)，報(bào)告內(nèi)容包括簡(jiǎn)要資料分析、施工情況以及現(xiàn)場(chǎng)的巡查記錄，若監(jiān)測(cè)發(fā)生異?；虺^設(shè)計(jì)給定的預(yù)警值，則在相關(guān)報(bào)告中及時(shí)指出，對(duì)指導(dǎo)土建施工、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)具有重要意義。因此，將監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)及時(shí)發(fā)送給相關(guān)人員顯得非常重要。監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)模塊中，按照所屬建筑物、監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)名稱、日?qǐng)?bào)類型，選擇監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)，如圖5所示上傳到服務(wù)器。為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)批量上傳，監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)文件名格式為：建筑物+報(bào)表類型+日期.PDF，實(shí)現(xiàn)多建筑物、多日的監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)文件批量選取后一次上傳，系統(tǒng)根據(jù)文件名的判斷建筑物、報(bào)表類型、日期等，并歸類存儲(chǔ)。

圖5 監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)上傳界面示意

針對(duì)每個(gè)建筑物的各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)施，管理員可以自定義介紹的頁面。每個(gè)建筑物的一般都會(huì)設(shè)多種安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，每種監(jiān)測(cè)設(shè)施布置不同數(shù)量，如變形觀測(cè)墩、測(cè)斜孔、測(cè)壓管、測(cè)控裝置等。系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)設(shè)備設(shè)置1個(gè)介紹頁面，該頁面有用戶通過富文本編輯器中編輯文字、圖片、音頻、視頻等并上傳，主要信息如表1所示。通過手機(jī)微信掃一掃二維碼可以顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)施相關(guān)信息，以方便訪客、技術(shù)人員精準(zhǔn)獲取該設(shè)備的相關(guān)信息。

3 總結(jié)與展望

本技術(shù)在珠江三角洲水資源配置工程中成功應(yīng)用，具有較好的實(shí)用推廣價(jià)值。通過智能手機(jī)的微信掃描張貼在現(xiàn)場(chǎng)的二維碼，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、精準(zhǔn)獲取建筑物及監(jiān)測(cè)設(shè)施的相關(guān)說明、監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)等，用戶即時(shí)了解設(shè)備主要信息、準(zhǔn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，方便交叉作業(yè)人員聯(lián)系相關(guān)管理人員。技術(shù)人員可以按照權(quán)限上傳實(shí)時(shí)巡查信息，提高信息傳播效率。

若按照建筑物、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分類將二維碼收集整理成冊(cè)，或?qū)⒛硞€(gè)二維碼圖片發(fā)送相關(guān)人員，可實(shí)現(xiàn)文章所有各項(xiàng)查詢功能。二維碼本質(zhì)都是指向一個(gè)鏈接地址[11]，是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)入口，可以實(shí)現(xiàn)很豐富的功能。下一步工作中，在完善系統(tǒng)權(quán)限管理、網(wǎng)絡(luò)信息安全[12]的基礎(chǔ)上，增加與安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的交互功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。