二維碼技術(shù)在地下管線標(biāo)識中的應(yīng)用

尹燕運 李士鋒 陳 真 杜文曉

(中兵勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100053)

0 引言

我國自2013年開啟城市地下管線普查工作至今，絕大多數(shù)地級市及以上的大中城市都完成了市政管線的普查建庫工作，隨后進(jìn)入管理及應(yīng)用階段。然而，地下管線數(shù)據(jù)應(yīng)用依然存在共享程度低、使用不方便、管理的社會成本高等問題。同時，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)化步伐的加快，新增管線數(shù)據(jù)產(chǎn)生的應(yīng)用問題也不斷積累，地下管線管理運營需要科學(xué)、先進(jìn)和高效的管理手段。地下管線信息的社會化共享，是避免地下管線人為損害的最有效方法。相當(dāng)長的時期內(nèi)，地下管線信息獲取方式是開井調(diào)查，對于隱蔽管線則在地面安置專用標(biāo)識。測繪單位、工程單位施工前的物探都需要打開管線窨井井蓋來獲取井內(nèi)信息，這種方式社會成本高，每一個項目應(yīng)用都需要在實地現(xiàn)場開井驗證，增加了重復(fù)性的工作，造成了人力物力的浪費；由于井蓋上鎖、銹死、壓蓋、填埋等狀況，時常無法獲取信息；開井調(diào)查還會影響交通通行，甚至存在安全隱患，由于下井缺乏安全保護(hù)而出現(xiàn)人身傷害甚至死亡的事故時有發(fā)生。二維碼技術(shù)可為地下管線信息的共享提供一個方便、省時、省力、安全的解決方案。

1 應(yīng)用方式與條件

1.1 應(yīng)用方式

二維碼的應(yīng)用模式目前主要有四種：讀取數(shù)據(jù)模式、解碼上網(wǎng)模式、解碼驗證模式、解碼通信模式。

(1)讀取數(shù)據(jù)模式：是指通過手機(jī)或二維碼識別設(shè)備掃描二維碼，解碼軟件解碼后顯示數(shù)據(jù)信息。

(2)解碼上網(wǎng)模式：是指手機(jī)或二維碼識別設(shè)備掃描二維碼，顯示相關(guān)的URL的鏈接，用戶可以訪問這一鏈接進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽或數(shù)據(jù)下載的活動。

(3)解碼驗證模式：是指手機(jī)或二維碼識別設(shè)備掃描二維碼，將數(shù)據(jù)提交予驗證服務(wù)器，服務(wù)器將反饋結(jié)果發(fā)送回手機(jī)，核實產(chǎn)品或服務(wù)的有效性。

(4)解碼通信模式：主要是指解碼后結(jié)果以短信、郵件或電話號碼的形式顯示。

1.2 應(yīng)用條件

二維碼地下管線信息共享的前提條件包含以下方面。

(1)地下管線數(shù)據(jù)必須是經(jīng)過測繪獲得的準(zhǔn)確的定量化、可視化信息。二維碼技術(shù)提供的是對已有信息的獲取方式[1]，管線管理人員或社會化應(yīng)用人員通過二維碼獲取的信息必須是準(zhǔn)確無誤的，而測繪是地下管線信息準(zhǔn)確性唯一保障。

(2)確定可以進(jìn)行社會化共享的信息。社會化共享信息，需遵守國家關(guān)于城市地下管線信息的安全規(guī)定。一般而言，我們認(rèn)為可以向社會公開共享的信息有權(quán)屬單位、權(quán)屬單位聯(lián)系人、聯(lián)系電話、管線種類、管線走向、管線位置、管線埋深、管線規(guī)格、數(shù)據(jù)產(chǎn)生時間等。

(3)信息安全保障。一般而言，信息安全保障包含信息加密密鑰、認(rèn)證登錄、合法性手機(jī)驗證、權(quán)限管理等。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 二維碼技術(shù)

二維碼[1-3](QR code)是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面(二維方向上)分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的。在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。

二維碼技術(shù)的特點及優(yōu)勢包括以下方面[4]：

(1)高密度編碼，信息容量大：可容納多達(dá)1850個大寫字母或2710個數(shù)字或1108個字節(jié)或500多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。

(2)編碼范圍廣：可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼，以圖形碼表示出來；可以表示多種語言文字；可表示圖像數(shù)據(jù)。

(3)容錯能力強(qiáng)，具有糾錯功能：當(dāng)二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，仍可以正確得到識讀，損毀面積達(dá)30%仍可恢復(fù)信息。

(4)譯碼可靠性高：比普通條碼譯碼錯誤率百萬分之二要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。

(5)可引入加密措施,保密性、防偽性好。

(6)成本低，易制作，無需電源，持久耐用。

(7)符號形狀、尺寸大小、比例可變。

(8)二維碼可以使用激光、CCD閱讀器或智能手機(jī)識讀，設(shè)備普及率最高，操作簡單。

2.2 WebGIS技術(shù)

SuperMap GIS平臺為實現(xiàn)二維碼技術(shù)在地下管線管理中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。SuperMap GIS是北京超圖軟件股份有限公司開發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型地理信息系統(tǒng)軟件平臺，包括云GIS平臺軟件、組件GIS開發(fā)平臺、移動GIS開發(fā)平臺、桌面GIS平臺、網(wǎng)絡(luò)客戶端GIS開發(fā)平臺以及相關(guān)的空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、加工和管理工具。本系統(tǒng)中使用SuperMap iServer發(fā)布管線大比例尺的專題地圖服務(wù)，與百度地圖進(jìn)行無縫融合，并提供了瀏覽、查詢、量測等功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)由移動端(安卓)APP和服務(wù)器端軟件組成，也可以通過瀏覽器以B/S方式訪問[5]。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

移動端APP采用M/S架構(gòu)，通過WebService技術(shù)將移動端與服務(wù)器端進(jìn)行連接，實現(xiàn)二維碼讀取及數(shù)據(jù)的分權(quán)限讀取、查詢、修改等任務(wù)[3]。

瀏覽器端為數(shù)據(jù)庫維護(hù)端，通過WebService技術(shù)，對服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)，實現(xiàn)讀取、查詢、瀏覽、修改等任務(wù)操作，并可以批量生成二維碼。

3.2 主要功能設(shè)計

(1)二維碼生成

通過瀏覽器登錄系統(tǒng)，可以批量設(shè)計和生成二維碼標(biāo)簽，每張標(biāo)簽均包含不同的二維碼，可以用來實現(xiàn)管點或其他附屬物的一一對應(yīng)；可以將生成的標(biāo)簽打包為PDF或URL格式，以方便進(jìn)行印刷。二維碼生成界面見圖2。

圖2 二維碼生成界面

(2)關(guān)聯(lián)二維碼

在移動端(安卓系統(tǒng))安裝APP應(yīng)用，登錄后通過掃描標(biāo)簽的二維碼，可以對初次使用的二維碼進(jìn)行配對，即與管點或管線附屬物建立一一對應(yīng)關(guān)系(見圖3)。

圖3 移動端管線信息錄入界面

(3)屬性查看、編輯

在移動端掃描已經(jīng)關(guān)聯(lián)管點或管線信息的二維碼，可以查看該節(jié)點的各種屬性信息；有權(quán)限的用戶可以對部分屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，更新后的信息會同步到管線數(shù)據(jù)庫中。

還可通過微信等軟件進(jìn)行掃描，查看管點或管線的基本信息(見圖4)。

(4)系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理員可以使用添加APP用戶的賬號、重置密碼、查看APP用戶使用情況、修改用戶權(quán)限等功能。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括管線信息數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)運維數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫[6-8]。數(shù)據(jù)使用SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(見圖5)。

圖4 二維碼掃碼信息展示

圖5 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

4 實現(xiàn)與使用

QRCode.jar 是一個用于生成二維碼的 Java 庫。利用此庫可以快速生成二維圖形代碼，其生成的二維碼由黑色模塊組成，在白色背景上呈方形排列，使用方便簡單，響應(yīng)速度快。二維碼的生成及掃碼識別過程本質(zhì)上就是圖像處理技術(shù)，Java有著豐富的圖像處理庫，可以直接調(diào)取使用。

對于沒有竣工測量數(shù)據(jù)的地下管線，在開展管線調(diào)查時，可以先生成未激活的二維碼標(biāo)簽，在測繪人員開井調(diào)查的同時使用移動APP掃碼、激活、關(guān)聯(lián)管點ID，并完成二維碼標(biāo)簽的安裝工作。在測繪成果內(nèi)業(yè)加工完成后，可以將管線數(shù)據(jù)與管井ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)，完成“二維碼—管井—數(shù)據(jù)”三者的數(shù)據(jù)集成。

對于已有竣工測量數(shù)據(jù)的地下管線，則可直接生成經(jīng)過激活和關(guān)聯(lián)的二維碼標(biāo)簽，然后安裝到實地即可。

在進(jìn)行管線維修、巡檢，或需要了解地下管線的詳細(xì)情況時，在現(xiàn)場采用移動設(shè)備(如智能手機(jī))掃描二維碼，即可獲取公開信息，也可通過APP登錄、驗證，獲取更完整甚至局部區(qū)域所有地下管線的信息。如果發(fā)生管線數(shù)據(jù)信息發(fā)生更新，可以在現(xiàn)場直接通過移動APP掃碼，將數(shù)據(jù)更新并上傳到系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新，保證數(shù)據(jù)的及時上傳和共享，避免遺忘。

5 結(jié)語

二維碼技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合讓地下管線信息的管理更加簡便，為管線建設(shè)及后期管理提供了一個新的思路，使管線數(shù)據(jù)庫以二維碼的形式共享給需求者。

本平臺可以提升地下管線管理水平、提高管線運維效率，提高地下管線信息的共享程度，節(jié)約社會成本。