基于二维码技术的气瓶安全监管系统研究

陈贺明， 赵国敏

（1.河南广播电视大学； 2.河南省标准化研究院， 郑州450000）

一、引言

气瓶是贮运永久气体、液化气体和溶解气体的一次性或可重复充气的移动式的压力容器。它盛装的气体可能会是有毒、有害、易燃、易爆的，有一定的检验周期和使用寿命，不能永久使用。 2000年，国家质检总局特种设备安全监察局颁布气瓶安全监察规程（2000年版）提出：气瓶粘贴警示标签。 2004年，国家质检总局《关于印发<气瓶普查整治工作验收抽查办法>［质检特设函（2004）7 号］的通知》明确提出：逐步推广气瓶电子标签，实施动态监管。 2011年3月，国家质检总局特种设备安全监察局发布气瓶安全监察规程（2011年版）征求意见稿明确提出：气瓶设计、制造、充装、使用单位和检验检测机构等， 应当按照特种设备信息管理的有关规定，及时将所要求的数据输入特种设备信息化管理系统。

传统的气瓶监管依靠人工或者气瓶管理信息系统，但是近年来气瓶爆炸事故时有发生，导致安全管理难度增加，衍生出大量的安全隐患，对和谐社会的建立以及人民群众的生命财产安全构成了严重的威胁。 尤其是，近十年以来随着国家节能减排政策的提出，能源结构调整进程和油价不断的上涨， 出租车行业引入气瓶存储天然气替代汽油能源， 社会上气瓶的数量不断增加，气瓶的流动性更强。现有传统的人工化和简单气瓶信息管理系统等方式无法满足气瓶安全监管的需要，社会各界对气瓶安全监管提出迫切需求。

本文以此为切入点进行基于二维码技术的气瓶安全监管系统研究，将二维码技术引入到气瓶安全监管，利用二维码技术实现对气瓶进行动态跟踪管理和控制，这对当前气瓶安全监管具有重要而现实的意义。

二、二维码的码制选择

二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形来记录信息的应用技术， 在代码编制上利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息， 通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。

与传统一维码相比，二维码具有显著优点：（1）成本低，制作简单。 二维码是一种图形数据文件，和传统的电磁信息载体不同，它对介质没有严格的要求，可以印制在任何打印材料（普通纸张、不干胶、卡片等）上。 气瓶安全监管中面对社会庞大的气瓶存量，安全监管成本也是必须要考虑的重要因素，成本过高，会极大减弱气瓶使用者参与气瓶安全监管过程的积极性。 （2）编码范围广，信息容量大。 二维码可以将文字、照片、指纹、签字等进行编码， 一个二维码可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节（大约500个汉字），比一维条码信息容量约高几十倍。 气瓶信息复杂，使用二维码能确保完整记录所有需要监控的信息，并为以后管理预留足够的信息存储能力。 而且这些复杂信息的处理不需要后台数据库的支持，气瓶信息随气瓶流动，适应气瓶安全监管流动性的需求。（3）纠错能力强。二维码在形成过程中加入了在无损、错位条件下的替代运算，使得二维码具有错误校验和错误纠正的能力。 从理论上说，二维码在被损坏50%的情况下，仍然可以把正确的信息还原。 气瓶安全监管中经常会遇到破损的气瓶，即便其相应的二维码标签受损，仍可读取受损气瓶信息以便进行追溯管理，这对气瓶安全管理具有重要意义。

二维码的码制有PDF417 码、Datamatrix 码、QR Code、Code 49、Code 16K、Code one 等。目前在实际应用中QR Code 居多，在食品安全追溯、物流业、生产制造业、交通、安防、票证等领域被广泛应用。

QR Code 与其他码制具有如下优点：（1） 超高速识读：识读QRCode 码时，整个QRCode 码符号中信息的读取是通过QRCode 码符号的位置探测图形， 用硬件来实现，因此，信息识读过程所需时间很短。 （2）全方位识读：读取QRCode 码从360 度任何一个角度识别， 均能无损识读，气瓶安装使用所处的环境复杂，能全方位识读将大大提高气瓶安全监管的灵活性和效率。 （3）QRCode 能够有效地表示中国汉字、日本文字。由于QRCode 码用特定的数据压缩模式表示中国汉字和日本文字，它仅用13bit可表示一个汉字，而四一七条码、Data Martix 等二维码没有特定的汉字表示模式， 因此仅用字节表示模式来表示汉字，在用字节模式表示汉字时，需用16bit（二个字节）表示一个汉字， 因此QRCode 码比其他的二维条码表示汉字的效率提高了20%。 针对我国气瓶信息均为汉字记录，使用QRCode 码大大提高了汉字存储能力，并且读取时气瓶监管一线人员直接阅读汉字， 将极大提高气瓶安全监管信息识别的准确性。 因此， 本文选择采用二维码QRCode 码制存储气瓶安全管理所需的各种信息。

三、基于二维码技术的气瓶安全监管解决方案

利用二维码技术实现对气瓶进行动态跟踪管理和控制。 在每个气瓶上粘贴一个二维码，赋予气瓶一个唯一的“电子身份证”，实现气瓶的一瓶一证、一瓶一档的动态跟踪管理，建立一套科学、合理的气瓶安全管理体系。

1.气瓶二维码标签固化的信息。

注册登记号、出厂编号、产权单位、壳装介质、充装压力、容积（重量）、制造年月、使用期限等。注册登记证号码为气瓶产权拥有者所在地的登记机关在签发气瓶使用登记证时编制，对于粘贴标签后的气瓶，标签内部存储的注册登记号应与登记机关编制的登记号一致。出厂编号为气瓶出厂时由气瓶制造单位雕刻在瓶体上用来唯一标识本厂生产气瓶的数字组合。 产权单位为记录气瓶产权拥有者。

2.建立气瓶档案数据库。

包括气瓶的注册登记号、出厂编号、产权单位、壳装介质、充装压力、容积（重量）、制造年月、使用期限、检验单位名称、检验时间、检验结果、充装次数、充装企业名称、充装许可证号、充装时间、充装重量、充装操作员、销售单位名称、送气员等数据信息。

3.气瓶安全监管系统的业务流程。

气瓶安全监管系统的业务流程涵盖气瓶的整个生命周期。首先，气瓶在出厂使用时，到监管部门备案，把气瓶原始信息录入到系统中；到送检日期，在检验单位对气瓶的检验信息记录到系统中； 在每次充装时进行实时监控， 充装前使用手持无线二维码扫描器对气瓶进行充前检查，充装后进行记录；最终到达使用年限或检验不合格，对气瓶进行报废处理。

气瓶的生命周期如下图所示：

4.气瓶安全监管系统功能。

气瓶安全监管系统功能包括：

（1）充装判定：每次充装前，利用手持器扫描气瓶二维码标签，判定气瓶是否超期未检、是否达到使用年限、是否可以充装。

（2）充装记录：记录充装单位、充装时间等信息，使每次充装具有可追溯性。

（3）检验提醒：在气瓶达到送检日期前3个月内提示客户应检验以及检验单位等信息。

（4）充装记录实时监控：每个充装站的充装记录可以实时查看，动态监管。

（5）重复加气预警：根据系统设定的最小充气时间间隔，对异常的充装行为，向气瓶监管部门发出预警。

（6）气瓶信息统计汇总：生成报表，统计各充装站充装总量、检验站检验总量等各项数据，为决策提供依据。

四、结束语

本文研究的基于二维码技术的气瓶安全监管系统， 借助二维码技术这个载体实现对气瓶进行动态跟踪管理和控制， 本文根据气瓶安全管理实际需求确定使用QR Code 二维码制记录气瓶信息，列出必需的气瓶固化信息方案，提出数据库构建索引；结合气瓶管理实践，细化气瓶安全监管系统的业务流程，明确气瓶安全管理的六大功能模块。

通过研究， 本文提出一套完整的气瓶安全监管解决方案。该方案通过信息化的技术，结合二维码对气瓶进行监管，替代手工记录的作业方式，大大提高了监管的效率和准确性，加强和改进了气瓶安全管理，使废旧气瓶无处藏身，避免了非法气瓶在社会中的流通，拆除流通中的“定时炸弹”，这对国家和人民的财产和生命安全具有重要和现实的意义。

当前移动互联网迅猛发展， 移动互联网中的二维码与手机的结合，将二维码引入到人们生活各个层面，如何在移动互联网基础支持下， 进行气瓶安全二维码监管将是我们下一步的研究目标和方向。

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