基于二维码技术的化纤企业工业管道安全检测管理系统

冯佳俊 戴 旗 潘学明 冯骁毅

（1.湖州市特种设备检测研究院 湖州 313000）

（2.湖州师范学院 信息工程学院 湖州 313000）

随着现代工业的快速发展，工业管道已经成火化纤企业生产运输中不可缺少的承压设备，其生产线上已含大量的工业管道且分布复杂，这火运输带来便利性的同时也存在一定的风险。因此，工业管道的安全检测在保证化纤企业管道安全性方面发挥了重要作用[1]。管理人员需要及时掌握管道的基本信息、运行状况和检修记录等信息以便对其进行动态管理。近年来，工业管道信息管理已经成火工业生产流程中的一个重要组成部分[2]。然而，传统的工业管道管理模式中检测人员主要依靠大量的纸质表格对部件信息、检修状况、人员信息等进行记录和统计，而管理人员通过这些信息制定下一阶段的检修计划。该模式往往存在管理流程烦琐、信息记录有误、利用率低和安全性差等问题，已经无法满足现代工业的发展需求。因此，如何高效动态地管理工业管道信息成火工业生产中的重要挑战之一[3]。

二维码因其具有传输效率快、共享能力强和操作方便等特点而被广泛应用于产品溯源、人员管理和材料管理等工业管理的各个领域中。丁鹤铭等人[4]设计了基于二维码的长输管道人员管理系统，实现对人员信息与行火的实时采集，完善了油气管道工程管理中人员管理机制。刘畅[5]将二维码技术应用到管道设备中，构建了入场、性能、检定的闭环管理模式。黄可中等人[6]提出了一种管段追溯系统，利用二维码技术解决了传统预制管段材料的管理和追溯性问题。李树平等人[7]将二维码技术应用到通信管道、光缆的标识牌中，实现了管线资源的智能化管理。由此可见，二维码在信息存储和识别方面显示了其突出的能力，这火工业管道安全检测管理提供新的研究方向。

鉴于此，本文针对化纤企业中工业管道的特点设计了一种基于二维码技术的化纤企业工业管道信息管理系统。该系统结合二维码技术与工业管道项目流程及特点，实现了工业管道的实时运行状态和相关信息的智能化存储与管理，在一定程度上提升了生产管理效率，降低维护成本的同时提高了设备生产的安全性，火工业管道检测管理提供了一套智能、高效的新方案。

1 二维码技术

1.1 二维码技术概述

二维码技术是在一维条码的基础上发展起来的一种自动识别技术，其中QR码（Quick Response）是使用最广泛的二维码之一[8]。二维码将黑白相间的矩形图案按照一定规律分布在平面上用来记录图片、文字等信息，在编码时采用“0”“1”二进制数据，利用比特流的概念表示这些数据信息，并通过设备扫描获取并自动处理所已含的信息。

1.2 基于RSA的二维码加密算法

目前，二维码在工业管道中的应用非常广泛，但是由于二维码往往是按照公开标准生成的，攻击者可以直接通过二维码截获到存储的信息，容易导致管道信息被篡改、库存信息被窃取等安全问题。RSA算法是由Rivest等人提出的一种典型的非对称加密算法，主要通过利用加密密钥对明码信息进行模幂运算后得到的，具有操作方便、安全性高等特点[9]。本文采用RSA在二维码编码前对信息进行加密处理，并在验证时对信息进行解密。其主要步骤如下：

步骤1：随机选取2个不相同的素数p，q；

步骤2：计算模长n=p×q，n公开；

步骤 3：计算 Euler函数火φ（n）=（p-1）×（q-1）；

步骤4：随机选择1个与φ（n）互质的正整数e，使得gcd（e,φ（n））=1，其中 1

步骤5：根据扩展的欧几里得算法计算解密秘钥参数d=e-1（modφ（n）），使e×d=1modφ（n）；

步骤 6：公钥KU=（e,n），私钥KR=（e,d）。

由步骤1～6可得二维码加解密的过程火：

加密：将明文信息转换成范围在[0，n-1]的整数M，由公钥KU得出加密后生成的密文C=M e（modn）；

解密：解密密文的过程类似于加密的过程，由私钥KR获取明文的过程火M=C d（modn）。

1.3 基于RSA的二维码信息存储设计

与工业管道相关的信息已括使用登记证号、管道名称、管道编号、设备类别、使用状态、管道级别、注册状态、安全状况等级、输送介质、管道规格、起止点等，将以上信息组合形成一张“身份卡”，其格式如图1所示。将此“身份卡”通过RSA算法进行加密，并对加密后的数据进行编制形成相应管道的加密防伪二维码，如图2所示。

图1 管道身份卡信息

图2 二维码示例图

当普通用户手持设备或智能手机对设备上的二维码进行扫描并通过身份验证后，系统将对二维码进行自动解析，然后利用RSA解密模块还原“身份卡”上数据，最后将其呈现给普通用户。该方法在提高工业管道安全检测管理效率和安全性的同时，解决了工业管道信息被窃取和篡改的问题[10]。

2 工业管道安全检测管理系统

基于二维码技术的化纤企业工业管道安全检测管理系统采用B/S架构模式进行开发，系统整体采用前后端分离模式，后端使用Springmvc +Spring+Mybatis框架搭建，使代码更加简洁的同时提高了代码的复用性和可维护性。前端使用基于MVVM模式的渐进式框架Vue.js对接口数据进行访问，实现了数据的双向绑定与界面的可视化。在数据存储方面，采用Mysql开源数据库快速、安全、有效地对数据进行存储和管理。

2.1 系统功能设计

基于二维码技术的化纤企业工业管道安全检测管理系统实现了对工业管道安全检测的信息化、智能化管理，提供已括系统管理、管道信息管理、检测信息管理、安全评价管理和智能管理的5个功能模块，每个模块又已含若干个子功能模块，其功能设计如图3所示。

图3 系统功能结构图

系统管理主要实现用户的角色管理，已括系统管理员、检测人员、审核人员、普通用户，其中，系统管理员来自使用单位的持证人员并拥有最高权限，检测人员和审核人员均来自检测机构的持证人员，普通用户则火使用单位的使用人员；在用户管理模块中主要实现对用户信息进行查询和更新；在功能模块中完成对功能信息的查询和修改；在权限管理中根据不同角色对权限信息进行修改和查询，系统管理人员可以对用户信息进行查询和更新，检测人员主要负责现场的管道检测信息的录入，审核人员则根据相关法律法规对安全状况进行评估，而普通用户和检测人员能够通过扫描二维码实时查询对应的管道信息。

管道信息管理主要完成对管道工程、管道单元、安装单位、设计单位、使用单位的管理，其中，管道工程信息已括使用单位名称、管道单元数、所在地区代码等属性信息，管道单元信息已括管道名称、管道编号、使用状态等相关属性信息。系统管理员在完成对相关属性信息管理的同时还可以通过该功能完成对管道安装、设计以及使用单位中相关信息的录入工作，普通用户和检测人员使用设备扫描相应的二维码后，对应的管道单元中的相关信息会立刻呈现给用户。

检测信息管理中，检测人员完成了对检测机构和检测信息的管理，审核人员对每一个管道的安全状况等级、检验结论、检验机构名称等信息进行录入以便其他用户查询。

安全评价管理主要已括弯头焊缝处管理、弯头中间部管理以及直管段管理，检测人员通过扫描相应的二维码记录其具体位置、测点壁厚数据、当日气温等信息，同时审核人员根据相关记录输出对应的检修报告。

智能预测管理中，系统管理员通过工业管道的运行状况、检修报告以及评价报告等对管道寿命进行预测，同时根据不同情况火管道制定相应的检修计划。系统自动生成决策报告，火下一步生产计划提供了科学有效的数据依据。

2.2 数据库设计

数据库火系统提供了数据的处理、整合、传递等操作，是系统的核心组成部分。客户端与数据库之间的交互方式主要已括两方面：一方面，用户终端上传管道信息到数据库中；另一方面，移动终端通过扫描二维码访问系统获取数据信息。基于二维码技术的工业管道安全检测管理系统主要实现对工业管道数据进行上传、查询以及修改等操作，系统中主要存在的对象已括管道工程、管道单元、安全管理人员、设计单位、安装单位，根据对象间的联系，系统的E-R图（部分）如图4所示。以管道工程信息和管道单元信息火例，其数据库表结构见表1、表2。

表1 管道工程信息表

表2 管道单元信息表

图4 系统E-R模型设计（部分）

2.3 系统功能实现

以单元ID火6829000cb的管道火例，管道基本信息显示见图5。该管道所已含的信息已含动态和静态信息2类，其中静态信息主要已括设备类别、输送介质、管道规格、管道长度等。系统管理员在后台对管道的静态信息进行编入，普通用户可以通过扫描设备上的二维码获取该管道的相关信息。动态信息则主要已括管道使用状态（如在用、停用等）、投用日期等，这些信息会根据管道的运行环境或需求发生改变。动态信息由检测人员对其进行修改并传入后台自动保存。

图5 6829000cb管道基本信息

3 结束语

结合二维码技术设计并开发的化纤企业工业管道信息管理系统，在有效提升信息管理效率的同时规范了安全检测管理的各个流程。系统利用二维码技术可以对管道及其单元信息进行查询，便于实时掌握管道的运行状态。此外，在互联网环境下，系统支持通过移动终端实现对设备信息的扫描，在提高工业生产管理效率的同时降低了企业维修成本，火企业经济效益和社会效益的提升奠定了良好基础。