二維碼在工程安全監測中的輕量級應用

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.南京水利水文自動化研究所，南京 210012；3.南京水利科學研究院，南京 210029；4.廣東省水利水電科學研究院，廣州 511455；5.廣東省水利新材料與結構工程技術研究中心，廣州 510635；6.中國水利水電建設工程咨詢中南有限公司，長沙 410014)

1 問題的提出

珠江三角洲水資源配置工程是國務院部署的172項節水供水重大水利工程之一，輸水線路總長為 113 km，包括37個工作井，采用深埋盾構隧洞方式，在40～60 m地下建造。工程從廣東省佛山市順德區的西江干流鯉魚洲取水，經羅田、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尤其是粵港澳大灣區供水。

工程涉及的安全監測設施數量眾多、種類繁雜。2019年9月到2021年1月，已經安裝完成3 000余個測點。按照測量原理傳感器分為振弦式、FBG式、MEMS式、GNSS、分布式光纖等，包括測縫計、鋼筋計、滲壓計、土壓力計、測壓管、測斜管、光學觀測墩及測控裝置等，每個傳感器都有各自的計算參數、基準值、計算公式等信息。為實現施工期自動化數據采集，在每個工作井配置了若干個測控裝置。

現場查詢監測設施的信息、監測數據難度大、效率低。監測設施按照工程安全監測的需要，散布在現場。某個監測設施的基礎信息、詳細布置、近期監測數據及預警信息，需回辦公室查閱文檔。查閱資料耗時，工作效率低，甚至有時會因檔案遺失而無法找到。對短暫參觀項目的訪客，若無人介紹，更不知道現場是什么設備。在信息高效傳播的時代，相關人員高效、精準地獲取安全監測信息成為一種迫切需求。常規的短信、微信等屬于被動接受發布的安全監測信息，移動App需要在手機端安裝軟件，文章研究的二維碼應用技術無需在手機端安裝軟件，低成本實現主動精準獲取設備信息、實時日報，成為前者的有效補充，相關成果已獲軟件著作權[1]。

2 二維碼的應用

二維碼是一種高級的條碼格式，用特定的幾何圖形，按一定規律二維方向上分布、黑白相間的圖形，水平和垂直方向都可以存儲漢字、數字和圖片信息，單個二維碼可容納多達1 850個大寫字母、2 710個數字、1 108個字節或500多個漢字。二維碼普遍應在支付、身份認證[2]、設備管理等領域[3]，張雯研發了二維碼標簽智能管理系統[4]，宋博宙等將二維碼技術應用在地鐵管片生產管理，方便了管片生產、運輸中的管理[5]，在巖土工程安全監測中應用相對較少。

按照編碼模式，二維碼分為矩陣式和行排式，前者更為普遍應用[6]。矩陣式二維條碼是一種將計算機圖像處理技術和組合編碼原理相結合的新型圖形符號，是能夠自動識讀的處理碼制技術。行排式二維碼其編碼原理是建立在一維碼基礎上，把信息堆積在二行或多行之中，在編碼設計、校驗原理以及識讀方式等方面維持了一維碼的一些特點。張貼在現場的二維碼如圖1所示。

圖1 張貼在現場的二維碼示意

2.1 二維碼生成

二維碼可以采用網絡上免費的二維碼生成軟件，如草料二維碼、聯圖網等，實現快速制作包含各類內容的二維碼。使用中要打開第三方軟件生成二維碼，且顯示的內容一般限于文本，不適合本系統開發。

本系統中使用PHP語言動態生成二維碼，在程序設計上與C語言等通用型語言相似性較高，簡單易懂、操作性強。PHP(Hypertext Preprocessor)即“超文本預處理器”，在服務器端執行的腳本語言，適用于Web開發并可嵌入HTML中。程序中使用PHP的QR Code擴展類生成二維碼，通過代碼設置二維碼數據、文件名、糾錯級別、大小等參數，動態生成二維碼，二維碼存儲在服務器的數據庫中。生成二維碼的主要代碼如下：

require_once′phpqrcode.php′;

//讀入類文件

$value = $url; //二維碼內容

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

//二維碼圖片的文件名

$errCorrLevel = ′L′;

//容錯級別，7%的容錯

$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 二維碼應用系統網絡拓撲結構

二維碼應用系統部署在云端，采用Nginx作為輕量級的Web服務器，其并發能力在同類型的網頁服務器中表現較好。二維碼應用系統功能相對簡單，后臺管理開發采用PHP 語言以B/S方式實現，是當今最熱門的網站程序開發語言，具有跨平臺、成本低、速度快、內置豐富的函數庫等優點[6]。

MySQL是最流行的開源數據庫服務器，體積小、成本低，開源、支持多種操作系統等優勢，提供的接口支持多種語言連接操作。工程項目以及用戶等的相關信息需要保存在數據庫中，PHP與MySQL數據庫建立起連接，實現數據讀寫。二維碼應用系統網絡結構如圖2所示。

圖2 二維碼應用系統拓撲結構示意

2.3 前端功能

根據應用范圍不同，二維碼分為兩類，一類是針對某個建筑物，如工作井、泵站、高位水池等，掃描后得到該建筑物的安全監測布置情況，同時該二維碼是現場巡視檢查的簽到入口；另一類是在某個設備上張貼的二維碼，掃描后得到該設備的介紹、初始日期、初始值、安裝時間、維護聯系人等。

為用戶展現的功能通過智能手機的微信掃描二維碼實現。訪客可以瀏覽的內容包括建筑物的安全監測布置、日報、設施介紹等，用戶登錄后，工作人員可以現場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，可以在手機端顯示該建筑物的安全監測布置情況，詳細內容通過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測日報的PDF文件清單的鏈接(如圖3b所示)。單擊某個文件可以在手機端顯示全部內容，可以方便的獲取準實時監測數據以及簡單的安全監測資料分析情況。該頁面底部同時還顯示測控裝置、深層位移、觀測墩等主要實施的鏈接，點擊即可打開相關頁面。

a 工作井概況

監測設施包括外露的觀測墩、測控裝置、陣列式位移計，訪客用手機微信掃描張貼設備表面的二維碼，可以獲取該設備的詳細介紹，如設備名稱、編號、接入的傳感器列表、初始值、維護單位聯系方式等，實現即時掌握設備信息，交叉作業人員可以方便的與相關人員聯系，避免無意中破壞監測實施。圖3c所示為測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，實現現場簽報(如圖3d所示)。按照安全監測相關規范，除了設置安全監測傳感器之外，都包括現場巡視檢查的內容[7-10]，系統根據手機定位自動記錄所在工程部位，工作人員可用文字描述、照片等記錄現場情況，記錄監測部位的總體情況，及時發布現場是否發現裂縫、漏水、交叉作業等。通過該功能模塊一方面可以督促巡查人員必須到現場查看，另一方面可以留存當日影像資料，方便管理人員了解現場工作進展。

2.4 后臺管理

為支撐手機端的各項功能，后臺有相應B/S方式的管理模塊，大致包括用戶權限、項目管理、監測日報、各監測設備、巡查簽到的管理，主要界面如圖4所示。

用戶分為3級權限，管理員(B/S)為最高權限，可以創建建筑物、監測設施，用戶管理，上傳建筑物、監測設施介紹、監測日報等；巡查人員可以微信方式上傳現場巡查信息、照片；一般用戶只能以微信方式瀏覽建筑物、監測設施介紹以及監測日報等。

管理員可以自定義各個建筑物首頁，系統自動生成唯一的二維碼并保存到數據庫。對一個項目而言，會有多個建筑物，可以在項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，對每一個建筑物系統自動生成對應的二維碼并保存。新建一個建筑物的同時，管理員在富文本編輯器(Rich Text Editor，一種可內嵌于瀏覽器，所見即所得的文本編輯器)中增加該建筑物的介紹、安全監測布置等，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鏈接，可以方便地跳轉到其他網頁。在建筑物介紹的界面，可以設置是否顯示監測日報、測控裝置、觀測墩等其他監測設施的鏈接，點擊這些鏈接可以打開相關頁面。

監測日報可以通過管理員按建筑物上傳PDF文件。安全監測項目需要根據規范或合同，及時對監測數據整理分析，按一定的頻次編寫監測日報、周報、月報或產生異常后的加密報，報告內容包括簡要資料分析、施工情況以及現場的巡查記錄，若監測發生異?；虺^設計給定的預警值，則在相關報告中及時指出，對指導土建施工、檢驗設計具有重要意義。因此，將監測日報及時發送給相關人員顯得非常重要。監測日報模塊中，按照所屬建筑物、監測日報名稱、日報類型，選擇監測日報，如圖5所示上傳到服務器。為實現監測日報批量上傳，監測日報文件名格式為：建筑物+報表類型+日期.PDF，實現多建筑物、多日的監測日報文件批量選取后一次上傳，系統根據文件名的判斷建筑物、報表類型、日期等，并歸類存儲。

圖5 監測日報上傳界面示意

針對每個建筑物的各個監測設施，管理員可以自定義介紹的頁面。每個建筑物的一般都會設多種安全監測設施，每種監測設施布置不同數量，如變形觀測墩、測斜孔、測壓管、測控裝置等。系統針對每個設備設置1個介紹頁面，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。通過手機微信掃一掃二維碼可以顯示各個監測設施相關信息，以方便訪客、技術人員精準獲取該設備的相關信息。

3 總結與展望

本技術在珠江三角洲水資源配置工程中成功應用，具有較好的實用推廣價值。通過智能手機的微信掃描張貼在現場的二維碼，實現主動、精準獲取建筑物及監測設施的相關說明、監測日報等，用戶即時了解設備主要信息、準實時的監測數據，方便交叉作業人員聯系相關管理人員。技術人員可以按照權限上傳實時巡查信息，提高信息傳播效率。

若按照建筑物、監測項目分類將二維碼收集整理成冊，或將某個二維碼圖片發送相關人員，可實現文章所有各項查詢功能。二維碼本質都是指向一個鏈接地址[11]，是移動互聯網入口，可以實現很豐富的功能。下一步工作中，在完善系統權限管理、網絡信息安全[12]的基礎上，增加與安全監測信息管理系統的交互功能，實現自動化監測點的歷史數據查詢、實時數據采集。