戴鵬飛+孫晶晶

摘 要 公路隧道為重大公共工程。由于隧道本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之種類繁多、數(shù)量巨大的設(shè)施及設(shè)備，要及時掌握它們的運行狀態(tài)、并進行科學(xué)養(yǎng)護至關(guān)重要。本文介紹了基于手機通過對二維碼掃描的方式構(gòu)建隧道管養(yǎng)信息系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，使得管養(yǎng)過程更高效、管理決策更科學(xué)。

關(guān)鍵詞 二維碼 隧道管養(yǎng) 信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.06.063

Tunnel Custody System Applications Based on Combination

of Phone and Two-dimensional Code

DAI Pengfei[1]， SUN Jingjing[2]

（[1] Jiangsu Province Communications Planning and Design Institute Limited Company， Nanjing， Jiangsu 210014;

[2] Nanjing Yangtze River Tunnel Limited Company， Nanjing， Jiangsu 211800）

Abstract Highway tunnel as a major public works. Since the tunnel complex itself， combined with a wide range， a huge number of facilities and equipment， to grasp their operational status， and critical scientific conservation. This article describes the mobile phone based on constructing a tunnel through the two-dimensional code scanning mode custody research and application of information systems， making the process more efficient custody， management decisions more scientific.

Key words two-dimensional code; tunnel custody; information system

0 概述

公路隧道為交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點，隨著我國越來越多的公路隧道進入運營階段，其運營服務(wù)水平廣受矚目。而時刻保障隧道處于安全運行的狀態(tài)則是其能否正常運營服務(wù)的決定性因素。在持續(xù)提供服務(wù)的過程中，對隧道的土建結(jié)構(gòu)、機電系統(tǒng)等進行科學(xué)的管養(yǎng)是最基本、最有效的途徑。

但是我國公路隧道養(yǎng)護管理起步較晚，還處于原始的低效率階段，在養(yǎng)護巡檢的過程中，大多使用人工進行紙質(zhì)記錄。因此，構(gòu)建實用、高效的養(yǎng)護信息化系統(tǒng)對公路隧道的科學(xué)養(yǎng)護至關(guān)重要。由于隧道本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之種類繁多、數(shù)量巨大的設(shè)施及設(shè)備，要及時掌握它們的狀態(tài)并對數(shù)據(jù)進行有效分析就必須依托于現(xiàn)代信息技術(shù)。

二維碼越來越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中，通過手機攝像頭的掃描即可獲得相應(yīng)的信息。利用二維碼對隧道數(shù)量巨大的設(shè)施設(shè)備進行標注并作為系統(tǒng)信息輸入入口可以使得管養(yǎng)過程更簡單、更高效、更準確。

1 管養(yǎng)信息系統(tǒng)功能

如圖1所示，管養(yǎng)信息系統(tǒng)主要由4部分組成：（1）B/S結(jié)構(gòu)的管養(yǎng)信息系統(tǒng)軟件功能模塊，包含設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)信息、巡檢標準管理、二維碼及映射管理、評價體系維護、巡檢任務(wù)管理、查詢統(tǒng)計及系統(tǒng)管理等;（2）內(nèi)部接口：與手機APP進行養(yǎng)護數(shù)據(jù)交換，完成設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)源;（3）外部接口：與其他各系統(tǒng)（SCADA、OA、消防監(jiān)控系統(tǒng)等）進行數(shù)據(jù)交換;（4）預(yù)留擴展：為新需求或后建其他功能系統(tǒng)提供擴展接口預(yù)留。

圖1 管養(yǎng)信息系統(tǒng)功能圖

系統(tǒng)涵蓋管養(yǎng)全過程，除具備基本信息、標準管理、養(yǎng)護、報表、運營管理等功能外，還可拓展統(tǒng)計分析、庫存管理、績效考核、綜合評價、決策建議等功能。

2 二維碼的特點及優(yōu)勢

矩陣式二維條碼它是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。矩陣式二維條碼是建立在計算機圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。

二維碼應(yīng)用于隧道管養(yǎng)信息系統(tǒng)，具有如下的特點：（1）高密度編碼，信息容量大：可容納多達1108個字節(jié)（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：圖片、聲音、文字等各類信息均可以經(jīng)過數(shù)字化編碼后進行存儲。（3）容錯能力強，具有糾錯功能：二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，照樣可以正確得到識讀，損毀面積達50%仍可恢復(fù)信息。（4）可引入加密措施：保密性、防偽性好。（5）形狀、尺寸大小比例可變，便于結(jié)合現(xiàn)場情況按需靈活定制;（6）成本低，易制作，維護便利，持久耐用。

目前，人工電子化巡檢中，使用較多的為RFID電子標簽配合手持式終端。手機結(jié)合二維碼形式與RFID結(jié)合手持式終端形式對比如表1所示：

表1 二維碼標簽與RFID標簽對比表

結(jié)合二維碼的特點以及表1比較，總的來說，二維碼具有儲存量大、保密性高、讀取設(shè)備通用性高、易于制作、維護更換方便、系統(tǒng)總體成本低廉等特點，更適用于在養(yǎng)護信息系統(tǒng)中使用，是對RFID電子標簽配合手持式終端的電子化巡檢系統(tǒng)的有效補充或升級替代。

3 二維碼在管養(yǎng)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 管養(yǎng)巡檢子系統(tǒng)

巡檢子系統(tǒng)是管養(yǎng)信息系統(tǒng)中的重要組成部分（圖2）。該系統(tǒng)由二維碼標簽與巡檢手機及巡檢應(yīng)用軟件構(gòu)成。系統(tǒng)是基于以可靠性為中心的設(shè)備維修管理理念基礎(chǔ)之上的，提供提高設(shè)備維護管理水平的整體解決方案。通過該系統(tǒng)，實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)標準、技術(shù)參數(shù)、操作規(guī)程提供隨時檢索和下載存儲;可以建立故障代碼體系，支持故障診斷輔助;可以建立基于PDA的安全管理系統(tǒng)、點巡檢系統(tǒng)、檢修管理系統(tǒng)、定置管理和設(shè)備綜合數(shù)據(jù)通訊管理系統(tǒng)，可以利用二維碼掃描進行定位，智能系統(tǒng)進行任務(wù)單下發(fā)和數(shù)據(jù)記錄、分析工作，從而實現(xiàn)巡查養(yǎng)護的綜合管理。

圖2 管養(yǎng)巡檢系統(tǒng)示意圖

3.2 設(shè)備編碼規(guī)則

設(shè)施、設(shè)備的科學(xué)編碼是對其進行正確定位的依據(jù)，應(yīng)根據(jù)實際情況對養(yǎng)護區(qū)段進行劃分，并對巡檢單位進行編碼。編碼與日常養(yǎng)護進行緊密結(jié)合，涵蓋土建類和機電類的基本信息及土建結(jié)構(gòu)和機電設(shè)施數(shù)據(jù)。編碼分類清晰、便于識別、方便管理和調(diào)整。

編碼采用6組15位數(shù)字字母編碼：第一組：兩位，代表單位名稱;第二組：兩位，代表管養(yǎng)區(qū)域;第三組：兩位，代表對應(yīng)的系統(tǒng)名稱;第四組：三位，代表設(shè)備類別;第五組：三位，代表具體單個設(shè)備;第六組：三位，代表設(shè)備部件。

采用數(shù)字字母編碼模式的優(yōu)勢是可以和二維碼結(jié)合起來，通過二維碼標簽標識設(shè)施的唯一身份證明，并通過數(shù)據(jù)采集器的掃描，獲取二維碼身份信息后經(jīng)數(shù)據(jù)庫查詢即可知道設(shè)施的詳細描述，可以很準確、快速地進行設(shè)施設(shè)備的定位及信息獲取。

3.3 二維碼標簽

二維碼標簽是設(shè)施設(shè)備進行定位的載體。如圖3，二維碼標簽樣式由三部分組成：（1）二維碼圖案區(qū)域：根據(jù)設(shè)施設(shè)備的編碼規(guī)則，確定其具體位置，由此制作出的包含位置信息的二維碼圖案;（2）文字表述區(qū)域：位于二維碼圖案下方，對該設(shè)施設(shè)備進行詳細描述，標明其具體位置、名稱、檢查內(nèi)容、檢查頻次等基本信息;（3）空間屬性標記：位于二維碼圖案兩側(cè)，使用帶顏色區(qū)分的圖形進一步標注設(shè)施設(shè)備的空間位置。使用手機對二維碼進行掃描識別的同時拍照并進行圖像識別，用于輔助定位及巡檢防作弊，作為現(xiàn)場記錄憑證，導(dǎo)入巡檢養(yǎng)護考核機制。

圖3 二維碼標簽示例

二維碼標簽可通過打印機直接打印制作不干膠貼紙或定制金屬銘牌，粘貼于待檢設(shè)施設(shè)備附近。同時，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中對二維碼圖案與對應(yīng)的設(shè)施設(shè)備進行映射關(guān)聯(lián)，構(gòu)建一一對應(yīng)的關(guān)系，并對二維碼圖案進行保存，便于在二維碼標簽損壞后可以及時進行重新制作。巡檢過程中應(yīng)保持二維碼標簽的清潔和完好，如有破損應(yīng)及時進行更換。

3.4 巡檢應(yīng)用軟件

配置攝像頭的智能手機已經(jīng)完全普及。巡檢應(yīng)用軟件基于智能手機平臺開發(fā)，運行于巡檢手機終端，使用觸屏軟件界面，用于獲取二維碼信息、執(zhí)行巡檢養(yǎng)護操作、建立網(wǎng)絡(luò)通信與后臺管養(yǎng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行交互，是巡檢子系統(tǒng)的核心應(yīng)用。

3.4.1 軟件功能

軟件圍繞巡檢養(yǎng)護操作定制其功能，主要分系統(tǒng)功能和業(yè)主功能兩部分。

圖4 軟件功能圖

3.4.2 軟件流程

（1）軟件啟動，進行身份驗證;（2）啟動攝像頭進行二維碼掃描識別，并拍照;（3）對照片進行圖像識別，作為現(xiàn)場記錄憑證;（4）對二維碼信息進行數(shù)據(jù)庫查詢，對設(shè)備進行定位;（5）檢索該設(shè)備巡檢維護任務(wù);（6）操作人員進行養(yǎng)護作業(yè)，通過軟件進行資料檢索，養(yǎng)護信息錄入，對養(yǎng)護過程進行拍照記錄;（7）數(shù)據(jù)提交，養(yǎng)護結(jié)果反饋至后臺服務(wù)器，利于后期進行綜合評價及決策分析;（8）記錄巡查路徑;（9）返回第2步，進行下一個巡查點作業(yè);（10）巡查養(yǎng)護作業(yè)結(jié)束，注銷登陸，退出系統(tǒng)。

3.4.3 軟件界面

結(jié)合智能手機的使用特點，巡檢養(yǎng)護手機端軟件以簡潔的列表與圖標按鈕為主，風(fēng)格統(tǒng)一、具備良好的美學(xué)完整性，其軟件界面設(shè)計注重簡單、易懂、易操作。界面元素隨需而變，在一個界面上盡可能減少功能選項，突出重點功能，減少使用者尋找和思考的時間。同時，考慮到智能手機觸屏操作的特點，軟件具備良好的單手操作性。

圖5 軟件界面圖

4 結(jié)語

通過對基于手機結(jié)合二維碼的隧道管養(yǎng)系統(tǒng)的成功實施及使用表明，二維碼完全能夠成為橋接人工養(yǎng)護工作與數(shù)字化系統(tǒng)之間的得力的工具。使用手機結(jié)合二維碼的方式進行管養(yǎng)巡檢可以準確實時地獲取、反饋養(yǎng)護信息，并可通過手機端應(yīng)用軟件對設(shè)施設(shè)備的基礎(chǔ)資料、維護方案、歸檔文件及圖紙、庫存情況等進行高效地查詢，對養(yǎng)護結(jié)果進行及時提交。管養(yǎng)信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行持續(xù)統(tǒng)計分析，提供決策支持，提升管養(yǎng)水平。通過信息化手段進行科學(xué)管養(yǎng)，使隧道保持良好的運營狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上形成良性循環(huán)。