基于手機結合二維碼的隧道管養系統研究應用

戴鵬飛+孫晶晶

摘 要 公路隧道為重大公共工程。由于隧道本身結構復雜，加之種類繁多、數量巨大的設施及設備，要及時掌握它們的運行狀態、并進行科學養護至關重要。本文介紹了基于手機通過對二維碼掃描的方式構建隧道管養信息系統的研究與應用，使得管養過程更高效、管理決策更科學。

關鍵詞 二維碼 隧道管養 信息系統

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

公路隧道為交通網絡中的關鍵節點，隨著我國越來越多的公路隧道進入運營階段，其運營服務水平廣受矚目。而時刻保障隧道處于安全運行的狀態則是其能否正常運營服務的決定性因素。在持續提供服務的過程中，對隧道的土建結構、機電系統等進行科學的管養是最基本、最有效的途徑。

但是我國公路隧道養護管理起步較晚，還處于原始的低效率階段，在養護巡檢的過程中，大多使用人工進行紙質記錄。因此，構建實用、高效的養護信息化系統對公路隧道的科學養護至關重要。由于隧道本身結構復雜，加之種類繁多、數量巨大的設施及設備，要及時掌握它們的狀態并對數據進行有效分析就必須依托于現代信息技術。

二維碼越來越多地出現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的信息。利用二維碼對隧道數量巨大的設施設備進行標注并作為系統信息輸入入口可以使得管養過程更簡單、更高效、更準確。

1 管養信息系統功能

如圖1所示，管養信息系統主要由4部分組成：（1）B/S結構的管養信息系統軟件功能模塊，包含設施設備基礎信息、巡檢標準管理、二維碼及映射管理、評價體系維護、巡檢任務管理、查詢統計及系統管理等;（2）內部接口：與手機APP進行養護數據交換，完成設備狀態數據采集并傳輸到數據庫中，為系統的數據分析提供數據源;（3）外部接口：與其他各系統（SCADA、OA、消防監控系統等）進行數據交換;（4）預留擴展：為新需求或后建其他功能系統提供擴展接口預留。

圖1 管養信息系統功能圖

系統涵蓋管養全過程，除具備基本信息、標準管理、養護、報表、運營管理等功能外，還可拓展統計分析、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、組合編碼原理等基礎上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。

二維碼應用于隧道管養信息系統，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（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過數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，便于結合現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。手機結合二維碼形式與RFID結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、讀取設備通用性高、易于制作、維護更換方便、系統總體成本低廉等特點，更適用于在養護信息系統中使用，是對RFID電子標簽配合手持式終端的電子化巡檢系統的有效補充或升級替代。

3 二維碼在管養信息系統中的應用

3.1 管養巡檢子系統

巡檢子系統是管養信息系統中的重要組成部分（圖2）。該系統由二維碼標簽與巡檢手機及巡檢應用軟件構成。系統是基于以可靠性為中心的設備維修管理理念基礎之上的，提供提高設備維護管理水平的整體解決方案。通過該系統，實現對關鍵設備技術標準、技術參數、操作規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、點巡檢系統、檢修管理系統、定置管理和設備綜合數據通訊管理系統，可以利用二維碼掃描進行定位，智能系統進行任務單下發和數據記錄、分析工作，從而實現巡查養護的綜合管理。

圖2 管養巡檢系統示意圖

3.2 設備編碼規則

設施、設備的科學編碼是對其進行正確定位的依據，應根據實際情況對養護區段進行劃分，并對巡檢單位進行編碼。編碼與日常養護進行緊密結合，涵蓋土建類和機電類的基本信息及土建結構和機電設施數據。編碼分類清晰、便于識別、方便管理和調整。

編碼采用6組15位數字字母編碼：第一組：兩位，代表單位名稱;第二組：兩位，代表管養區域;第三組：兩位，代表對應的系統名稱;第四組：三位，代表設備類別;第五組：三位，代表具體單個設備;第六組：三位，代表設備部件。

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

3.3 二維碼標簽

二維碼標簽是設施設備進行定位的載體。如圖3，二維碼標簽樣式由三部分組成：（1）二維碼圖案區域：根據設施設備的編碼規則，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）文字表述區域：位于二維碼圖案下方，對該設施設備進行詳細描述，標明其具體位置、名稱、檢查內容、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，使用帶顏色區分的圖形進一步標注設施設備的空間位置。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，作為現場記錄憑證，導入巡檢養護考核機制。

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，粘貼于待檢設施設備附近。同時，在系統數據庫中對二維碼圖案與對應的設施設備進行映射關聯，構建一一對應的關系，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。巡檢過程中應保持二維碼標簽的清潔和完好，如有破損應及時進行更換。

3.4 巡檢應用軟件

配置攝像頭的智能手機已經完全普及。巡檢應用軟件基于智能手機平臺開發，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、執行巡檢養護操作、建立網絡通信與后臺管養信息系統數據庫進行交互，是巡檢子系統的核心應用。

3.4.1 軟件功能

軟件圍繞巡檢養護操作定制其功能，主要分系統功能和業主功能兩部分。

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，作為現場記錄憑證;（4）對二維碼信息進行數據庫查詢，對設備進行定位;（5）檢索該設備巡檢維護任務;（6）操作人員進行養護作業，通過軟件進行資料檢索，養護信息錄入，對養護過程進行拍照記錄;（7）數據提交，養護結果反饋至后臺服務器，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;（10）巡查養護作業結束，注銷登陸，退出系統。

3.4.3 軟件界面

結合智能手機的使用特點，巡檢養護手機端軟件以簡潔的列表與圖標按鈕為主，風格統一、具備良好的美學完整性，其軟件界面設計注重簡單、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 結語

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