二维码在电力设备管理系统中的应用

孔思豪，许远森，杨艾潇澜

(国网重庆市电力公司 璧山供电分公司，重庆 402760)



二维码在电力设备管理系统中的应用

孔思豪，许远森，杨艾潇澜

(国网重庆市电力公司 璧山供电分公司，重庆 402760)

简述了二维码编码原理，并对其特性进行分析。将二维码与条码和射频标签进行对比，探讨了二维码的优劣性。然后对电力设备管理系统的职能和需求进行分析，讨论二维码在设备管理系统中的应用方式。由于二维码信息存储机制具有一定开放性，所以对可能涉及的信息安全做了论述，并提出了两种解决方案。

二维码；秘钥加密技术；设备管理系统；信息安全

信息技术的高速发展，促进了各行业生产模式的优化和改变。电力行业是信息技术应用较早，且自动化程度较高的行业之一。智能电网发展战略提出后，信息技术作为一个重要支撑，在电力公司运营的方方面面起着提高效率、优化流程、增加可靠性的作用。

作为一个专业化程度高、公司体量大的能源企业，生产建设需要大量投入各类设备、仪器。这些资产的管理成为了一个巨大而烦琐的工作，设备管理系统的可靠性、可用性将对公司效益产生不可忽视的影响。优化设备管理系统，开发合理的设备管理系统的应用刻不容缓。

1 技术基础及原理

1.1 二维码特性分析

一维条码是按照一定方向分布条码宽度，从而编码成二进制的一系列字符，受限于一维空间分布，其能够携带的信息量有限。随着现代社会信息量的爆炸式增长，一维码已经不能满足人们对编码的大容量和高精度的需要，正是在这种技术背景下，二维码(Quick Response Code)的概念出现了。二维码在两个维度上(平面的两个方向)进行编码和解码，巧妙地使用若干与二进制对应的集合图形来表示字符信息，这将极大地增大编码的容量，同时具有一定的校验功能，提升了精度和数据安全性。

1.1.1 二维码编码原理

二维码可分为层排式和矩阵式。

层排式二维码的编码原理建立在一维条码基础上，按需要堆积成多行，它在编码设计、校验原理、识读方式等方面继承了一维条码的一些特点，识读设备和条码印刷与一维条码技术兼容。但由于行数的增加，需要对行进行判定，其译码算法与软件也不完全相同于一维条码。

矩阵式二维码是在一个矩形空间用黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上，用点(方点、圆点或其他形状)的出现表示二进制“1”，点的不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维条码所代表的意义[1]。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。矩阵式是国内现在常用的二维条码编码方式。

本文采用O’Malley&Chamot的分类系统，从中选出与听力学习相关的几种学习策略来调查中国海洋大学藏族大学生的英语听力学习策略的使用情况。

在二维码符号表示方面现已研发出多种码制，每种码制有特定的字符集，常用的码制有PDF417、QR Code、Code 49、Code 16K、Code One等，国内在现有相关技术资料的基础上，制定了两个国家标准：《二维码网格矩阵码》(SJ/T 11349-2006)和《二维码紧密矩阵码》(SJ/T 11350-2006)[2]。

1.1.2 二维码的优势

1)与一维条码比较

二维码在信息容量上具有优势，根据香农(Shannon)信息理论，信息量大小和它的不确定性有直接的关系，用H(X)表示信源的信息量，用p表示信源空间的概率密度，则信源的信息量：

H(X)=-∑lg(1/p(xi))

当p1=p2=…=pn时，信源的不肯定程度就等于H(x)=nlgp，所以信源的信息量取决于概率空间中的元素个数和概率密度，由于二维码在元素个数(n)和概率密度(p)方面对于信息量均比一维码有所提高，所以二维码的信息量将大大超过一维码[3]。

基于大容量，二维码衍生出更多的优势机制，能够拥有更广的编码范围、更强的容错纠错能力，可以引入加密措施，具有保密和防伪能力。由于信息容量大，二维码在离线状态，也就是脱离数据库的时候也能够携带更多基本信息，在设备管理的工作中具有更多的可操作性。

2)与射频标签比较

射频标签(RFID技术)又称电子标签，作为数据载体在设备管理、物流跟踪、信息采集方面有广泛的应用，具有非接触、自动识别等优势，是一种较成熟的技术。但是电力行业部分设备处于复杂的电磁环境下，这对射频标签的识别具有一定干扰。二维码则没有这方面顾虑，同时二维码还具有造价低廉、生产迅速的优势。

1.2 密钥加密技术简述

秘钥加密技术可分为对称加密和非对称加密两种。

对称加密又称共享秘钥加密，即加密和解密方持有相同的秘钥，要求两方都不泄露秘钥才能保证信息安全的可靠性、完整性。对称加密技术是常见的加密技术，有DES，AES，IDEA 3种加密算法。其中DES(data encryption algorithm)加密算法应用最为广泛，可以嵌入硬件中使用。DES使用一个56位的秘钥及8位奇偶校验位。DES算法使用秘钥对分组后的明文进行替代或交换的方法形成密文。

非对称加密又称公钥加密，即加密和解密分别持有不同秘钥，来对数据进行加密、解密。秘钥分为公开密钥和私有密钥两类，非对称加密技术的前提在于密钥交换协议。非对称加密技术包含RSA，Diffie-Hellman，EIGamal等加密算法。非对称加密技术除了应用数据加密，还能应用于身份验证、数字签名等领域。

2 二维码在电力设备管理中的应用

电力设备管理系统就是利用计算机信息技术，结合现代化的设备管理理论，优化电力设备管理流程，实现动态化管理控制，实现资源有效配置，提高设备可靠性和利用率。二维码技术将作为一个设备管理系统的接口，实现数据库和现场设备的映射。实现相关信息的快速查询，及时反馈。二维码技术能够实现资产自动录入及离线的信息检查，同时引入加密技术可以有效防止信息泄露，增强保密性。

1)资产录入

电力公司每年都会购入大量生产设备、计量器具、安全工器具，这些资产的录入工作如果全凭手动完成，将是异常艰巨的，而如果将二维码应用进来，工作效率将大大提高。以电表为例，只要将电表的基本信息，如电表编号、型号、厂家、电流、电压、倍率等信息制作成二维码，张贴在每个计量器具上，资产录入人员用二维码扫码器就可以读出信息，并将相关信息自动写入设备管理系统中。基于此种方式可以实现自动化、快速、准确的资产录入。

2)运维管理

在设备的管理中，可以将设备的管理信息分为设备描述信息和设备运行信息。设备描述信息包含设备编号、设备型号、生产厂家、投运日期、维护负责人等，将这些信息录入数据库的同时，还可以将信息生成二维码，张贴在设备上[4]。设备运行信息则包含设备运行状况、接线方式、故障历史记录、历次检修记录等，这些信息通过二维码中的设备编号进行索引，通过被授权过的“便携式移动工作站”联网到数据库进行查询。

在这种模式下二维码作为一个钥匙，在现场运维工作中，现场工作者可以“上线”，实时录入设备状况，同时通过服务器，提供信息及技术支持，并跟踪工作进程。并且二维码自身大容量的信息存储机制也能够在脱离数据库支持的场合，提供事先录入的设备基本信息，工作人员只要通过二维码解析器扫码，就可以用现场校验信息与运行信息进行直接比较，避免了携带笔记本电脑或大量资产台账，能够极大地提高工作效率。

3 信息安全防范措施

信息作为现代社会的一种重要资源，早已深入到社会生产、生活的方方面面，而越来越多地发生在社会层面、国家层面的信息安全事件，使得信息安全逐渐为人们所关注，而且越来越多的力量被投入到这方面的建设和研究当中。信息安全包括5个方面，即保证信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。笔者对二维码涉及的设备管理系统的信息安全防范措施进行了探讨，并设计了两个方案对信息安全进行防护。

方案1：二维码携带信息不涉及敏感信息，本身不进行额外加密。将扫码识别出来的设备编号进行处理：在编号头添加冗余码(Salt值)，此冗余码由二维码编码器设定，然后进行md5加密，再传输到服务器上与数据库种存储的md5码进行对比，将符合的数据列表传回。由于md5加密具有不可逆性，难以破解，能够较安全地过滤未经授权的查询，同时md5码能在一定程度上防止SQL注入。

方案2：对二维码携带信息进行编码重组，从而达到隐藏信息内容，使无权用户无法获取信息真实内容的目的[5]。使用特质二维码生成器，先对设备信息进行DES加密，再用加密后的代码生成二维码。由于DES加密是对称秘钥加密，所以必须由带有秘钥的专用扫码器解析，才能识别出设备信息。

图1所示为对“国网重庆电力公司璧山供电分公司”用秘钥“test”没有进行DES加密所生成的二维码；图2所示为对“国网重庆电力公司璧山供电分公司”用秘钥“test”进行DES加密所生成的二维码。

图1 未加密二维码

图2 DES加密二维码

4 结论

二维码作为一种工具，具有便利、易生产、成本低廉的优势；作为信息载体，它不仅容量大、容错率高，而且具有加密功能，对环境适应能力也比较高。笔者认为，二维码是目前最适合应用于电力系统设备管理方面的自动识别技术，能够作为接口补充设备管理系统的应用方式，提高信息利用率，优化运维流程。

[1] 中国物品编码中心.二维码技术与应用[M].北京：中国计量出版社，2007.

[2] 李晓莹．二维码在我国传媒产中的应用研究[D]．南宁：广西大学，2013．

[3] 杨军，刘艳，杜彦蕊．关于二维码的研究和应用[J]．应用科技，2002，29(11)：11-13．

[4] 王艳玮，张平康，李琪．二维码在供电企业计量器具管理中的应用．电力系统自动化[J]，2004，28(4)：85-87．

[5] 吴班.通信加密与鉴别技术在电子商务中的应用[J].航空计算技术，2006，36(2)：70-73．

A Study on the Application of QR Codes in the Management System of Electric Equipment

KONG Sihao，XU Yuansen，YANG Aixiaolan

(State Grid Chongqing Bishan Power Supply Company，Chongqing 402760，P.R.China)

This paper sketches the coding principles of QR codes，analyzes their features，probes into both the advantages and disadvantages of bar codes and RF tags by drawing a comparison between them，analyzes the functions and demands of the management system of electric equipment，and discusses about ways of application of QR codes in the system．Due to the openness of the information storage mechanism of QR codes，it also expounds the problem of information security as well as presenting two solutions．

QR codes；key encryption technology；equipment management system；information security

2016-10-19

孔思豪(1990-)，助理工程师，主要从事信息通信运维工作。

TN929.53；TP391.44

A

1008- 8032(2016)05- 0055- 03