二维码在工程安全监测中的轻量级应用

李广彪,周克明,万家瑞 ,陈 鑫

(1. 广东粤海珠三角供水有限公司，广州 511455；2.南京水利水文自动化研究所，南京 210012；3.南京水利科学研究院，南京 210029；4.广东省水利水电科学研究院，广州 511455；5.广东省水利新材料与结构工程技术研究中心，广州 510635；6.中国水利水电建设工程咨询中南有限公司，长沙 410014)

1 问题的提出

珠江三角洲水资源配置工程是国务院部署的172项节水供水重大水利工程之一，输水线路总长为 113 km，包括37个工作井，采用深埋盾构隧洞方式，在40～60 m地下建造。工程从广东省佛山市顺德区的西江干流鲤鱼洲取水，经罗田、南沙、高新沙水库(新建)、松木山水库、罗田水库、公明水库，向珠江三角洲东部地区尤其是粤港澳大湾区供水。

工程涉及的安全监测设施数量众多、种类繁杂。2019年9月到2021年1月，已经安装完成3 000余个测点。按照测量原理传感器分为振弦式、FBG式、MEMS式、GNSS、分布式光纤等，包括测缝计、钢筋计、渗压计、土压力计、测压管、测斜管、光学观测墩及测控装置等，每个传感器都有各自的计算参数、基准值、计算公式等信息。为实现施工期自动化数据采集，在每个工作井配置了若干个测控装置。

现场查询监测设施的信息、监测数据难度大、效率低。监测设施按照工程安全监测的需要，散布在现场。某个监测设施的基础信息、详细布置、近期监测数据及预警信息，需回办公室查阅文档。查阅资料耗时，工作效率低，甚至有时会因档案遗失而无法找到。对短暂参观项目的访客，若无人介绍，更不知道现场是什么设备。在信息高效传播的时代，相关人员高效、精准地获取安全监测信息成为一种迫切需求。常规的短信、微信等属于被动接受发布的安全监测信息，移动App需要在手机端安装软件，文章研究的二维码应用技术无需在手机端安装软件，低成本实现主动精准获取设备信息、实时日报，成为前者的有效补充，相关成果已获软件著作权[1]。

2 二维码的应用

二维码是一种高级的条码格式，用特定的几何图形，按一定规律二维方向上分布、黑白相间的图形，水平和垂直方向都可以存储汉字、数字和图片信息，单个二维码可容纳多达1 850个大写字母、2 710个数字、1 108个字节或500多个汉字。二维码普遍应在支付、身份认证[2]、设备管理等领域[3]，张雯研发了二维码标签智能管理系统[4]，宋博宙等将二维码技术应用在地铁管片生产管理，方便了管片生产、运输中的管理[5]，在岩土工程安全监测中应用相对较少。

按照编码模式，二维码分为矩阵式和行排式，前者更为普遍应用[6]。矩阵式二维条码是一种将计算机图像处理技术和组合编码原理相结合的新型图形符号，是能够自动识读的处理码制技术。行排式二维码其编码原理是建立在一维码基础上，把信息堆积在二行或多行之中，在编码设计、校验原理以及识读方式等方面维持了一维码的一些特点。张贴在现场的二维码如图1所示。

图1 张贴在现场的二维码示意

2.1 二维码生成

二维码可以采用网络上免费的二维码生成软件，如草料二维码、联图网等，实现快速制作包含各类内容的二维码。使用中要打开第三方软件生成二维码，且显示的内容一般限于文本，不适合本系统开发。

本系统中使用PHP语言动态生成二维码，在程序设计上与C语言等通用型语言相似性较高，简单易懂、操作性强。PHP(Hypertext Preprocessor)即“超文本预处理器”，在服务器端执行的脚本语言，适用于Web开发并可嵌入HTML中。程序中使用PHP的QR Code扩展类生成二维码，通过代码设置二维码数据、文件名、纠错级别、大小等参数，动态生成二维码，二维码存储在服务器的数据库中。生成二维码的主要代码如下：

require_once′phpqrcode.php′;

//读入类文件

$value = $url; //二维码内容

$filename = ′qrcode/′.microtime().′.png′;

//二维码图片的文件名

$errCorrLevel = ′L′;

//容错级别，7%的容错

$matrixPointSize = 5;

//生成图片大小 //生成二维码图片

$QR = QRcode::png($value, $filename,$errCorrLevel, $matrixPointSize, 2)。

2.2 二维码应用系统网络拓扑结构

二维码应用系统部署在云端，采用Nginx作为轻量级的Web服务器，其并发能力在同类型的网页服务器中表现较好。二维码应用系统功能相对简单，后台管理开发采用PHP 语言以B/S方式实现，是当今最热门的网站程序开发语言，具有跨平台、成本低、速度快、内置丰富的函数库等优点[6]。

MySQL是最流行的开源数据库服务器，体积小、成本低，开源、支持多种操作系统等优势，提供的接口支持多种语言连接操作。工程项目以及用户等的相关信息需要保存在数据库中，PHP与MySQL数据库建立起连接，实现数据读写。二维码应用系统网络结构如图2所示。

图2 二维码应用系统拓扑结构示意

2.3 前端功能

根据应用范围不同，二维码分为两类，一类是针对某个建筑物，如工作井、泵站、高位水池等，扫描后得到该建筑物的安全监测布置情况，同时该二维码是现场巡视检查的签到入口；另一类是在某个设备上张贴的二维码，扫描后得到该设备的介绍、初始日期、初始值、安装时间、维护联系人等。

为用户展现的功能通过智能手机的微信扫描二维码实现。访客可以浏览的内容包括建筑物的安全监测布置、日报、设施介绍等，用户登录后，工作人员可以现场巡查签到并上传照片。

访客用微信扫描张贴在工作井、高位水池、大坝等建筑物主要通道处的二维码，可以在手机端显示该建筑物的安全监测布置情况，详细内容通过HTML文本展示，可以有文字、图片、表格(如图3a所示)。在该页面底部还包括近期监测日报的PDF文件清单的链接(如图3b所示)。单击某个文件可以在手机端显示全部内容，可以方便的获取准实时监测数据以及简单的安全监测资料分析情况。该页面底部同时还显示测控装置、深层位移、观测墩等主要实施的链接，点击即可打开相关页面。

a 工作井概况

监测设施包括外露的观测墩、测控装置、阵列式位移计，访客用手机微信扫描张贴设备表面的二维码，可以获取该设备的详细介绍，如设备名称、编号、接入的传感器列表、初始值、维护单位联系方式等，实现即时掌握设备信息，交叉作业人员可以方便的与相关人员联系，避免无意中破坏监测实施。图3c所示为测控装置的主要介绍界面。

通过扫描张贴在主要建筑物处的二维码，实现现场签报(如图3d所示)。按照安全监测相关规范，除了设置安全监测传感器之外，都包括现场巡视检查的内容[7-10]，系统根据手机定位自动记录所在工程部位，工作人员可用文字描述、照片等记录现场情况，记录监测部位的总体情况，及时发布现场是否发现裂缝、漏水、交叉作业等。通过该功能模块一方面可以督促巡查人员必须到现场查看，另一方面可以留存当日影像资料，方便管理人员了解现场工作进展。

2.4 后台管理

为支撑手机端的各项功能，后台有相应B/S方式的管理模块，大致包括用户权限、项目管理、监测日报、各监测设备、巡查签到的管理，主要界面如图4所示。

用户分为3级权限，管理员(B/S)为最高权限，可以创建建筑物、监测设施，用户管理，上传建筑物、监测设施介绍、监测日报等；巡查人员可以微信方式上传现场巡查信息、照片；一般用户只能以微信方式浏览建筑物、监测设施介绍以及监测日报等。

管理员可以自定义各个建筑物首页，系统自动生成唯一的二维码并保存到数据库。对一个项目而言，会有多个建筑物，可以在项目管理的功能模块中自定义方式增加建筑物，如GS5#工作井、GS6#工作井、高新沙泵站等，对每一个建筑物系统自动生成对应的二维码并保存。新建一个建筑物的同时，管理员在富文本编辑器(Rich Text Editor，一种可内嵌于浏览器，所见即所得的文本编辑器)中增加该建筑物的介绍、安全监测布置等，可以插入文字、图表、音频、视频文件等，也可以在文本中插入超级链接，可以方便地跳转到其他网页。在建筑物介绍的界面，可以设置是否显示监测日报、测控装置、观测墩等其他监测设施的链接，点击这些链接可以打开相关页面。

监测日报可以通过管理员按建筑物上传PDF文件。安全监测项目需要根据规范或合同，及时对监测数据整理分析，按一定的频次编写监测日报、周报、月报或产生异常后的加密报，报告内容包括简要资料分析、施工情况以及现场的巡查记录，若监测发生异常或超过设计给定的预警值，则在相关报告中及时指出，对指导土建施工、检验设计具有重要意义。因此，将监测日报及时发送给相关人员显得非常重要。监测日报模块中，按照所属建筑物、监测日报名称、日报类型，选择监测日报，如图5所示上传到服务器。为实现监测日报批量上传，监测日报文件名格式为：建筑物+报表类型+日期.PDF，实现多建筑物、多日的监测日报文件批量选取后一次上传，系统根据文件名的判断建筑物、报表类型、日期等，并归类存储。

图5 监测日报上传界面示意

针对每个建筑物的各个监测设施，管理员可以自定义介绍的页面。每个建筑物的一般都会设多种安全监测设施，每种监测设施布置不同数量，如变形观测墩、测斜孔、测压管、测控装置等。系统针对每个设备设置1个介绍页面，该页面有用户通过富文本编辑器中编辑文字、图片、音频、视频等并上传，主要信息如表1所示。通过手机微信扫一扫二维码可以显示各个监测设施相关信息，以方便访客、技术人员精准获取该设备的相关信息。

3 总结与展望

本技术在珠江三角洲水资源配置工程中成功应用，具有较好的实用推广价值。通过智能手机的微信扫描张贴在现场的二维码，实现主动、精准获取建筑物及监测设施的相关说明、监测日报等，用户即时了解设备主要信息、准实时的监测数据，方便交叉作业人员联系相关管理人员。技术人员可以按照权限上传实时巡查信息，提高信息传播效率。

若按照建筑物、监测项目分类将二维码收集整理成册，或将某个二维码图片发送相关人员，可实现文章所有各项查询功能。二维码本质都是指向一个链接地址[11]，是移动互联网入口，可以实现很丰富的功能。下一步工作中，在完善系统权限管理、网络信息安全[12]的基础上，增加与安全监测信息管理系统的交互功能，实现自动化监测点的历史数据查询、实时数据采集。