基于手机结合二维码的隧道管养系统研究应用

戴鹏飞+孙晶晶

摘 要 公路隧道为重大公共工程。由于隧道本身结构复杂，加之种类繁多、数量巨大的设施及设备，要及时掌握它们的运行状态、并进行科学养护至关重要。本文介绍了基于手机通过对二维码扫描的方式构建隧道管养信息系统的研究与应用，使得管养过程更高效、管理决策更科学。

关键词 二维码 隧道管养 信息系统

中图分类号：TP391 文献标识码：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

公路隧道为交通网络中的关键节点，随着我国越来越多的公路隧道进入运营阶段，其运营服务水平广受瞩目。而时刻保障隧道处于安全运行的状态则是其能否正常运营服务的决定性因素。在持续提供服务的过程中，对隧道的土建结构、机电系统等进行科学的管养是最基本、最有效的途径。

但是我国公路隧道养护管理起步较晚，还处于原始的低效率阶段，在养护巡检的过程中，大多使用人工进行纸质记录。因此，构建实用、高效的养护信息化系统对公路隧道的科学养护至关重要。由于隧道本身结构复杂，加之种类繁多、数量巨大的设施及设备，要及时掌握它们的状态并对数据进行有效分析就必须依托于现代信息技术。

二维码越来越多地出现在我们的日常生活中，通过手机摄像头的扫描即可获得相应的信息。利用二维码对隧道数量巨大的设施设备进行标注并作为系统信息输入入口可以使得管养过程更简单、更高效、更准确。

1 管养信息系统功能

如图1所示，管养信息系统主要由4部分组成：（1）B/S结构的管养信息系统软件功能模块，包含设施设备基础信息、巡检标准管理、二维码及映射管理、评价体系维护、巡检任务管理、查询统计及系统管理等;（2）内部接口：与手机APP进行养护数据交换，完成设备状态数据采集并传输到数据库中，为系统的数据分析提供数据源;（3）外部接口：与其他各系统（SCADA、OA、消防监控系统等）进行数据交换;（4）预留扩展：为新需求或后建其他功能系统提供扩展接口预留。

图1 管养信息系统功能图

系统涵盖管养全过程，除具备基本信息、标准管理、养护、报表、运营管理等功能外，还可拓展统计分析、库存管理、绩效考核、综合评价、决策建议等功能。

2 二维码的特点及优势

矩阵式二维条码它是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。矩阵式二维条码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制。

二维码应用于隧道管养信息系统，具有如下的特点：（1）高密度编码，信息容量大：可容纳多达1108个字节（500多个汉字），比普通条码信息容量约高几十倍。（2）编码范围广：图片、声音、文字等各类信息均可以经过数字化编码后进行存储。（3）容错能力强，具有纠错功能：二维码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。（4）可引入加密措施：保密性、防伪性好。（5）形状、尺寸大小比例可变，便于结合现场情况按需灵活定制;（6）成本低，易制作，维护便利，持久耐用。

目前，人工电子化巡检中，使用较多的为RFID电子标签配合手持式终端。手机结合二维码形式与RFID结合手持式终端形式对比如表1所示：

表1 二维码标签与RFID标签对比表

结合二维码的特点以及表1比较，总的来说，二维码具有储存量大、保密性高、读取设备通用性高、易于制作、维护更换方便、系统总体成本低廉等特点，更适用于在养护信息系统中使用，是对RFID电子标签配合手持式终端的电子化巡检系统的有效补充或升级替代。

3 二维码在管养信息系统中的应用

3.1 管养巡检子系统

巡检子系统是管养信息系统中的重要组成部分（图2）。该系统由二维码标签与巡检手机及巡检应用软件构成。系统是基于以可靠性为中心的设备维修管理理念基础之上的，提供提高设备维护管理水平的整体解决方案。通过该系统，实现对关键设备技术标准、技术参数、操作规程提供随时检索和下载存储;可以建立故障代码体系，支持故障诊断辅助;可以建立基于PDA的安全管理系统、点巡检系统、检修管理系统、定置管理和设备综合数据通讯管理系统，可以利用二维码扫描进行定位，智能系统进行任务单下发和数据记录、分析工作，从而实现巡查养护的综合管理。

图2 管养巡检系统示意图

3.2 设备编码规则

设施、设备的科学编码是对其进行正确定位的依据，应根据实际情况对养护区段进行划分，并对巡检单位进行编码。编码与日常养护进行紧密结合，涵盖土建类和机电类的基本信息及土建结构和机电设施数据。编码分类清晰、便于识别、方便管理和调整。

编码采用6组15位数字字母编码：第一组：两位，代表单位名称;第二组：两位，代表管养区域;第三组：两位，代表对应的系统名称;第四组：三位，代表设备类别;第五组：三位，代表具体单个设备;第六组：三位，代表设备部件。

采用数字字母编码模式的优势是可以和二维码结合起来，通过二维码标签标识设施的唯一身份证明，并通过数据采集器的扫描，获取二维码身份信息后经数据库查询即可知道设施的详细描述，可以很准确、快速地进行设施设备的定位及信息获取。

3.3 二维码标签

二维码标签是设施设备进行定位的载体。如图3，二维码标签样式由三部分组成：（1）二维码图案区域：根据设施设备的编码规则，确定其具体位置，由此制作出的包含位置信息的二维码图案;（2）文字表述区域：位于二维码图案下方，对该设施设备进行详细描述，标明其具体位置、名称、检查内容、检查频次等基本信息;（3）空间属性标记：位于二维码图案两侧，使用带颜色区分的图形进一步标注设施设备的空间位置。使用手机对二维码进行扫描识别的同时拍照并进行图像识别，用于辅助定位及巡检防作弊，作为现场记录凭证，导入巡检养护考核机制。

图3 二维码标签示例

二维码标签可通过打印机直接打印制作不干胶贴纸或定制金属铭牌，粘贴于待检设施设备附近。同时，在系统数据库中对二维码图案与对应的设施设备进行映射关联，构建一一对应的关系，并对二维码图案进行保存，便于在二维码标签损坏后可以及时进行重新制作。巡检过程中应保持二维码标签的清洁和完好，如有破损应及时进行更换。

3.4 巡检应用软件

配置摄像头的智能手机已经完全普及。巡检应用软件基于智能手机平台开发，运行于巡检手机终端，使用触屏软件界面，用于获取二维码信息、执行巡检养护操作、建立网络通信与后台管养信息系统数据库进行交互，是巡检子系统的核心应用。

3.4.1 软件功能

软件围绕巡检养护操作定制其功能，主要分系统功能和业主功能两部分。

图4 软件功能图

3.4.2 软件流程

（1）软件启动，进行身份验证;（2）启动摄像头进行二维码扫描识别，并拍照;（3）对照片进行图像识别，作为现场记录凭证;（4）对二维码信息进行数据库查询，对设备进行定位;（5）检索该设备巡检维护任务;（6）操作人员进行养护作业，通过软件进行资料检索，养护信息录入，对养护过程进行拍照记录;（7）数据提交，养护结果反馈至后台服务器，利于后期进行综合评价及决策分析;（8）记录巡查路径;（9）返回第2步，进行下一个巡查点作业;（10）巡查养护作业结束，注销登陆，退出系统。

3.4.3 软件界面

结合智能手机的使用特点，巡检养护手机端软件以简洁的列表与图标按钮为主，风格统一、具备良好的美学完整性，其软件界面设计注重简单、易懂、易操作。界面元素随需而变，在一个界面上尽可能减少功能选项，突出重点功能，减少使用者寻找和思考的时间。同时，考虑到智能手机触屏操作的特点，软件具备良好的单手操作性。

图5 软件界面图

4 结语

通过对基于手机结合二维码的隧道管养系统的成功实施及使用表明，二维码完全能够成为桥接人工养护工作与数字化系统之间的得力的工具。使用手机结合二维码的方式进行管养巡检可以准确实时地获取、反馈养护信息，并可通过手机端应用软件对设施设备的基础资料、维护方案、归档文件及图纸、库存情况等进行高效地查询，对养护结果进行及时提交。管养信息系统对数据进行持续统计分析，提供决策支持，提升管养水平。通过信息化手段进行科学管养，使隧道保持良好的运营状态，并在此基础上形成良性循环。