基于二維碼的警用裝備數字導覽系統的設計與實現

楊珍++王俊修

摘 要傳統的警用裝備展示模式，由于所展示的裝備專業性強、種類繁多，對于參觀者來說，要了解裝備的特性成了難事。針對這一問題，為了提升警用裝備參觀展示效果，提升參觀人員的用戶體驗，本文在分析二維碼技術的特點后，將二維碼技術應用于警用裝備展示廳系統中，介紹了系統的設計，并詳細介紹了二維碼生成和掃描功能的實現。

【關鍵詞】二維碼 警用裝備 導覽系統

1 引言

隨著智能手機和平板電腦的普及，二維碼的應用，似乎一夜之間滲透到我們生活的方方面面，地鐵廣告、報紙、火車票、飛機票、快餐店、電影院、展覽展示以及各類商品外包裝上。作為物聯網浪潮產業中的一個環節，二維碼相對一維碼，具有數據存儲量大，保密性好等特點，而且能夠更好地與智能手機和平板電腦等移動終端相結合，形成了更好地互動性和用戶體驗。

警用裝備的展示往往還是傳統展廳模式只是把展品放置在展廳中，最多配上簡短的文字說明，然而警用裝備具有專業性強、種類繁多、使用場景特殊等特點，如果沒有專業人員講解或特定使用場景很難充分了解所展示裝備的特點、使用效果，大大降低參觀效果。

基于上述觀點以及物聯網技術的發展，本文提出使用二維碼的方式擴充展示廳中對展示裝備的介紹方式和展示內容，解決了因專業人員欠缺、場地不合適等因素制約導致參觀效果不佳的問題。

2 二維碼技術

二維碼是條碼的一種。條碼是由一組按一定編碼規則排列的條、空符號，用以表示一定的字符、數字及符號組成的信息。常用的條碼主要分為一維碼和二維碼。一維碼，是根據一組水平方向的條的寬度不同，將其編成由“0”、“1”組成的一系列字符，把該二進制字符按照一定的系統約定進行編碼，從而表示特性的信息。二維碼，它在一維碼的基礎上擴展得來，是通過在橫向和縱向方向上的由二進制標準下的0 和1 相對應的黑白幾何體的排列組合來記載、傳遞信息，這樣就能夠在一個較小的范圍內記載較多的信息。

2.1 二維碼的特點

2.1.1 存儲內容廣泛

一般的一維條形碼只能記錄字母、數字以及一些簡單的符號； 而二維碼則可以表達字母、數字、符號、文字、圖像和聲音等信息，將物品的實質性特征描述出來，這樣就能夠傳遞更多種類和形式的信息。

2.1.2 信息容量大

二維碼通過縱橫兩個方向對信息進行記錄，可容納多達1850個大寫字母或2710個數字或1108個字節，或500多個漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。

2.1.3 容錯能力強

二維碼引入了與DVD 相同的糾錯機制，因此具有較強的糾錯、容錯能力。一般而言，二維碼的損壞程度在50% 以內依然可以讀出原有信息，其譯錯率不超過千萬分之一，遠低于一維碼百萬分之二的錯誤率。

2.1.4 依賴性低

由于二維碼本身就是大量信息的載體，可以傳達大部分的常用信息，因此使用者在掃描二維碼后不需要鏈接遠程的數據庫就能夠直接獲取所需信息資源，這樣就保證了二維碼對數據的依賴性較弱。

2.1.5 制作難度低

二維碼的制作難度比較低，普通用戶可以根據統一的編碼制作標準，利用標準的譯碼設備在個人電腦上就能夠直接生成二維碼。

2.2 二維碼的選取

目前二維碼的碼制多達幾十種，要使該系統有實際運用價值，選擇一種合適的二維碼碼制是其基礎前提。表1從幾個不同選擇角度對比了幾種常見的二維碼。

從表1中可以看出QR碼的數據容量為最大，最高可編碼7000多個字符，為國際開放標準，譯碼速度也是這幾種碼制中最快的，而且可以360度全角度拍攝識別，能高效的表示漢字，設備支持廣泛，且各個行業應用最普遍，因此選取QR碼為本系統的實施碼制。

3 系統需求分析

3.1 體系結構

在警用裝備展示廳中，參觀人員通過手機或平板電腦等移動設備，掃描展示裝備對應的二維碼，從服務器獲取展示裝備的詳細文字、圖片、視頻介紹等信息，從而全面了解所展示的裝備的特性。展示裝備在進入展示廳前，如果沒有對應的二維碼，則管理員需要通過管理系統記錄裝備的文字、圖片、視頻等詳細資料，生成并打印出展示裝備對應的二維碼。系統的組織結構如圖1所示。

3.2 系統業務功能

系統主要功能分為智能設備端展示系統、后臺管理系統兩個部分主成。系統功能結構如圖2所示：

3.2.1 后臺管理端功能

裝備相關信息的錄入和管理：包括裝備分類管理、供應商管理，裝備信息管理，裝備評價管理等，其中裝備信息管理可以錄入裝備的文字描述，圖片信息，以及視頻介紹等信息，還可以查看該裝備的反饋信息，裝備分類管理和供應商管理是對裝備基礎數據的維護。

裝備二維碼生成功能：需要能根據裝備信息生成對應的二維碼，選取展示裝備關鍵數據，例如裝備在系統中的唯一ID生成每一個展示裝備對應的二維碼。

系統權限管理：創建后臺管理端用戶并給用戶分配使用權限。

3.2.2 智能設備端功能

二維碼掃描功能：參觀者打開展廳移動端軟件后，選擇二維碼掃描功能，會出現二維碼掃描框，借助設備上的攝像頭，將二維碼置于框內合適的位置，等待幾秒鐘解碼后展示解碼信息。

裝備信息展示功能：掃描了裝備的二維碼后，彈出裝備的詳細描述內容，包括了基本信息，詳細描述、性能參數、圖片、視頻等信息，參觀者可以全面了解裝備的特性、使用方法及使用效果。

反饋信息錄入：參觀者在查看了裝備的詳細介紹后，可以留下反饋的評價或意見，展廳管理人員在后臺管理端功能可以看到參觀者的留言，形成互動。

4 系統實現

下面將詳細介紹二維碼生成和二維碼掃描模塊的實現。

4.1 二維碼生成

二維碼生成模塊的功能，用戶通過系統管理客戶端界面，首先在裝備信息管理功能模塊輸入展示裝備信息并保存，然后在二維碼生成模塊接收裝備信息管理模塊中的裝備信息對其進行編碼，形成二維碼圖片后返回到客戶端界面，供用戶查看，并打印此二維碼。在本系統中參觀人員通過掃描二維碼能看到所展裝備的文字、圖片、和視頻描述等信息，信息量巨大，二維碼本身不能容納這么多內容。因此，本系統生成的二維碼中包含的內容是能夠展示這些信息的網址。二維碼生成模塊功能架構如圖3所示。

編碼過程：

QR 碼支持各種編碼，包括純數字、數字和字符混合編碼、8 位字節碼和包含漢字在內的多字節字符。編碼過程主要有數據分析，數據編碼，糾錯編碼，構造最終數據信息這幾個步驟，如圖4所示。

（1）數據分析：首先要確定編碼的字符類型，按相應的字符集轉換成符號字符；選擇糾錯等級；根據數據特點確定編碼模式。

（2）數據編碼：將數據字符轉換為位流，按照確定好的編碼模式，將數據分組轉化成二進制格式，最后添上模式指示符。

（3）糾錯編碼：按需要將碼字序列分塊，并根據糾錯等級和分塊的碼字，產生糾錯碼字，并把糾錯碼字加入到數據碼字序列后面，成為一個新的序列。在二維碼規格和糾錯等級確定的情況下，其實它所能容納的碼字總數和糾錯碼字數也就確定了。

（4）構造最終數據信息：在規格確定的條件下，將上面產生的序列按次序放，如分塊中按規定把數據分塊，然后對每一塊進行計算，得出相應的糾錯碼字區塊，把糾錯碼字區塊按順序構成一個序列，添加到原先的數據碼字序列后面。

（5）構造矩陣：將探測圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形和碼字模塊放入矩陣中。把上面的完整序列填充到相應規格的二維碼矩陣的區域中。

（6）掩摸：將掩摸圖形用于符號的編碼區域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區域能夠比率最優的分布。

（7）格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相應區域內。版本7-40 都包含了版本信息，沒有版本信息的全為0。二維碼上兩個位置包含了版本信息，它們是冗余的。版本信息共18位，6X3的矩陣，其中6位是數據位，后面的12位是糾錯位。

4.2 二維碼掃描

二維碼掃描的流程分為二維碼掃描、二維碼解碼、信息展示三個步驟。

解碼過程：定位并獲取符號圖像，把深色與淺色模塊分別識別為“0”和“1”的陣列。識讀格式信息，如果需要，去除掩摸圖形并完成對格式信息模塊的糾錯，識別糾錯等級與掩摸圖形參考。識讀版本信息，確定符號的版本。用掩摸圖形參考已經從格式信息中得出對編碼區的位圖進行異或處理消除掩摸。根據模塊排列規則，識讀符號字符，恢復信息的數據與糾錯碼字。如果發現錯誤，立即糾錯。根據模式指示符合字符計數指示符將數據碼字劃分成多個部分。最后，按照使用的模式譯碼得出數據字符并輸出結果，如圖5所示。

5 結論

隨著網絡及智能手機等設備的發展，二維碼的應用越來越廣泛，特別是QR二維碼成為應用最廣泛的二維碼之一。本文使用QR二維碼技術實現了警用裝備數字導覽系統，與傳統展廳相比，擴展了展示方式和展示內容，讓參觀者能全面了解展示裝備的信息，增加了參觀的互動性，提升了參觀者的用戶體驗。

參考文獻

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作者簡介

楊珍（1982-），女，湖北省襄陽市人。碩士學位。現為公安部第一研究所工程師。主要研究方向為物聯網、計算機應用技術。

王俊修（1979-），男，河南省平頂山市人。碩士學位。現為公安部第一研究所副研究員。主要研究方向為物聯網、大數據、計算機應用技術。

作者單位

公安部第一研究所 北京市 100048