基于二维码的警用装备数字导览系统的设计与实现

杨珍++王俊修

摘 要传统的警用装备展示模式，由于所展示的装备专业性强、种类繁多，对于参观者来说，要了解装备的特性成了难事。针对这一问题，为了提升警用装备参观展示效果，提升参观人员的用户体验，本文在分析二维码技术的特点后，将二维码技术应用于警用装备展示厅系统中，介绍了系统的设计，并详细介绍了二维码生成和扫描功能的实现。

【关键词】二维码 警用装备 导览系统

1 引言

随着智能手机和平板电脑的普及，二维码的应用，似乎一夜之间渗透到我们生活的方方面面，地铁广告、报纸、火车票、飞机票、快餐店、电影院、展览展示以及各类商品外包装上。作为物联网浪潮产业中的一个环节，二维码相对一维码，具有数据存储量大，保密性好等特点，而且能够更好地与智能手机和平板电脑等移动终端相结合，形成了更好地互动性和用户体验。

警用装备的展示往往还是传统展厅模式只是把展品放置在展厅中，最多配上简短的文字说明，然而警用装备具有专业性强、种类繁多、使用场景特殊等特点，如果没有专业人员讲解或特定使用场景很难充分了解所展示装备的特点、使用效果，大大降低参观效果。

基于上述观点以及物联网技术的发展，本文提出使用二维码的方式扩充展示厅中对展示装备的介绍方式和展示内容，解决了因专业人员欠缺、场地不合適等因素制约导致参观效果不佳的问题。

2 二维码技术

二维码是条码的一种。条码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成的信息。常用的条码主要分为一维码和二维码。一维码，是根据一组水平方向的条的宽度不同，将其编成由“0”、“1”组成的一系列字符，把该二进制字符按照一定的系统约定进行编码，从而表示特性的信息。二维码，它在一维码的基础上扩展得来，是通过在横向和纵向方向上的由二进制标准下的0 和1 相对应的黑白几何体的排列组合来记载、传递信息，这样就能够在一个较小的范围内记载较多的信息。

2.1 二维码的特点

2.1.1 存储内容广泛

一般的一维条形码只能记录字母、数字以及一些简单的符号； 而二维码则可以表达字母、数字、符号、文字、图像和声音等信息，将物品的实质性特征描述出来，这样就能够传递更多种类和形式的信息。

2.1.2 信息容量大

二维码通过纵横两个方向对信息进行记录，可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节，或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。

2.1.3 容错能力强

二维码引入了与DVD 相同的纠错机制，因此具有较强的纠错、容错能力。一般而言，二维码的损坏程度在50% 以内依然可以读出原有信息，其译错率不超过千万分之一，远低于一维码百万分之二的错误率。

2.1.4 依赖性低

由于二维码本身就是大量信息的载体，可以传达大部分的常用信息，因此使用者在扫描二维码后不需要链接远程的数据库就能够直接获取所需信息资源，这样就保证了二维码对数据的依赖性较弱。

2.1.5 制作难度低

二维码的制作难度比较低，普通用户可以根据统一的编码制作标准，利用标准的译码设备在个人电脑上就能够直接生成二维码。

2.2 二维码的选取

目前二维码的码制多达几十种，要使该系统有实际运用价值，选择一种合适的二维码码制是其基础前提。表1从几个不同选择角度对比了几种常见的二维码。

从表1中可以看出QR码的数据容量为最大，最高可编码7000多个字符，为国际开放标准，译码速度也是这几种码制中最快的，而且可以360度全角度拍摄识别，能高效的表示汉字，设备支持广泛，且各个行业应用最普遍，因此选取QR码为本系统的实施码制。

3 系统需求分析

3.1 体系结构

在警用装备展示厅中，参观人员通过手机或平板电脑等移动设备，扫描展示装备对应的二维码，从服务器获取展示装备的详细文字、图片、视频介绍等信息，从而全面了解所展示的装备的特性。展示装备在进入展示厅前，如果没有对应的二维码，则管理员需要通过管理系统记录装备的文字、图片、视频等详细资料，生成并打印出展示装备对应的二维码。系统的组织结构如图1所示。

3.2 系统业务功能

系统主要功能分为智能设备端展示系统、后台管理系统两个部分主成。系统功能结构如图2所示：

3.2.1 后台管理端功能

装备相关信息的录入和管理：包括装备分类管理、供应商管理，装备信息管理，装备评价管理等，其中装备信息管理可以录入装备的文字描述，图片信息，以及视频介绍等信息，还可以查看该装备的反馈信息，装备分类管理和供应商管理是对装备基础数据的维护。

装备二维码生成功能：需要能根据装备信息生成对应的二维码，选取展示装备关键数据，例如装备在系统中的唯一ID生成每一个展示装备对应的二维码。

系统权限管理：创建后台管理端用户并给用户分配使用权限。

3.2.2 智能设备端功能

二维码扫描功能：参观者打开展厅移动端软件后，选择二维码扫描功能，会出现二维码扫描框，借助设备上的摄像头，将二维码置于框内合适的位置，等待几秒钟解码后展示解码信息。

装备信息展示功能：扫描了装备的二维码后，弹出装备的详细描述内容，包括了基本信息，详细描述、性能参数、图片、视频等信息，参观者可以全面了解装备的特性、使用方法及使用效果。

反馈信息录入：参观者在查看了装备的详细介绍后，可以留下反馈的评价或意见，展厅管理人员在后台管理端功能可以看到参观者的留言，形成互动。

4 系统实现

下面将详细介绍二维码生成和二维码扫描模块的实现。

4.1 二维码生成

二维码生成模块的功能，用户通过系统管理客户端界面，首先在装备信息管理功能模块输入展示装备信息并保存，然后在二维码生成模块接收装备信息管理模块中的装备信息对其进行编码，形成二维码图片后返回到客户端界面，供用户查看，并打印此二维码。在本系统中参观人员通过扫描二维码能看到所展装备的文字、图片、和视频描述等信息，信息量巨大，二维码本身不能容纳这么多内容。因此，本系统生成的二维码中包含的内容是能够展示这些信息的网址。二维码生成模块功能架构如图3所示。

编码过程：

QR 码支持各种编码，包括纯数字、数字和字符混合编码、8 位字节码和包含汉字在内的多字节字符。编码过程主要有数据分析，数据编码，纠错编码，构造最终数据信息这几个步骤，如图4所示。

（1）数据分析：首先要确定编码的字符类型，按相应的字符集转换成符号字符；选择纠错等级；根据数据特点确定编码模式。

（2）數据编码：将数据字符转换为位流，按照确定好的编码模式，将数据分组转化成二进制格式，最后添上模式指示符。

（3）纠错编码：按需要将码字序列分块，并根据纠错等级和分块的码字，产生纠错码字，并把纠错码字加入到数据码字序列后面，成为一个新的序列。在二维码规格和纠错等级确定的情况下，其实它所能容纳的码字总数和纠错码字数也就确定了。

（4）构造最终数据信息：在规格确定的条件下，将上面产生的序列按次序放，如分块中按规定把数据分块，然后对每一块进行计算，得出相应的纠错码字区块，把纠错码字区块按顺序构成一个序列，添加到原先的数据码字序列后面。

（5）构造矩阵：将探测图形、分隔符、定位图形、校正图形和码字模块放入矩阵中。把上面的完整序列填充到相应规格的二维码矩阵的区域中。

（6）掩摸：将掩摸图形用于符号的编码区域，使得二维码图形中的深色和浅色（黑色和白色）区域能够比率最优的分布。

（7）格式和版本信息：生成格式和版本信息放入相应区域内。版本7-40 都包含了版本信息，没有版本信息的全为0。二维码上两个位置包含了版本信息，它们是冗余的。版本信息共18位，6X3的矩阵，其中6位是数据位，后面的12位是纠错位。

4.2 二维码扫描

二维码扫描的流程分为二维码扫描、二维码解码、信息展示三个步骤。

解码过程：定位并获取符号图像，把深色与浅色模块分别识别为“0”和“1”的阵列。识读格式信息，如果需要，去除掩摸图形并完成对格式信息模块的纠错，识别纠错等级与掩摸图形参考。识读版本信息，确定符号的版本。用掩摸图形参考已经从格式信息中得出对编码区的位图进行异或处理消除掩摸。根据模块排列规则，识读符号字符，恢复信息的数据与纠错码字。如果发现错误，立即纠错。根据模式指示符合字符计数指示符将数据码字划分成多个部分。最后，按照使用的模式译码得出数据字符并输出结果，如图5所示。

5 结论

随着网络及智能手机等设备的发展，二维码的应用越来越广泛，特别是QR二维码成为应用最广泛的二维码之一。本文使用QR二维码技术实现了警用装备数字导览系统，与传统展厅相比，扩展了展示方式和展示内容，让参观者能全面了解展示装备的信息，增加了参观的互动性，提升了参观者的用户体验。

参考文献

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[4]曾子剑.基于QR二维码编解码技术的研究与实现[D].成都：电子科技大学， 2010：6-34.

作者简介

杨珍（1982-），女，湖北省襄阳市人。硕士学位。现为公安部第一研究所工程师。主要研究方向为物联网、计算机应用技术。

王俊修（1979-），男，河南省平顶山市人。硕士学位。现为公安部第一研究所副研究员。主要研究方向为物联网、大数据、计算机应用技术。

作者单位

公安部第一研究所 北京市 100048