基于二維碼自動識別的海工設備調試管理技術

續愛民， 王小強， 劉 鶴

(1.上海船舶工藝研究所， 上海 200032； 2.上海申博信息系統工程有限公司， 上海200032；3.招商局重工(深圳)有限公司， 廣東 深圳 518054)

基于二維碼自動識別的海工設備調試管理技術

續愛民1， 王小強2， 劉 鶴3

(1.上海船舶工藝研究所， 上海 200032； 2.上海申博信息系統工程有限公司， 上海200032；3.招商局重工(深圳)有限公司， 廣東 深圳 518054)

介紹通過自動識別二維碼信息實現海工產品設備調試過程跟蹤管理的方法。通過在設備調試過程文件上添加二維碼，并采用二維碼自動識別技術將掃描后的調試文件根據其內容掛接到對應的調試條目上，按照業務需求對各類調試文件分類存儲，實現方便快捷的查看和下載功能。

二維碼；識別；設備調試；海工產品

0 引 言

設備安裝調試是海工項目建造過程中非常重要的環節。由于設備調試現場環境惡劣、情況復雜，國內海工產品建造企業大多采用紙質文件結合Excel電子表格的方式來管理設備調試過程，難以滿足對設備調試檢驗過程的跟蹤和追溯要求。

目前，調試程序文件、調試檢驗記錄文件樣式主要由海工企業設計部門制定和發布。調試檢驗工程師打印空白調試檢驗記錄文件后帶至調試現場，填寫記錄調試過程信息和調試數據。船東、船檢等相關人員簽字確認后由調試檢驗工程師掃描成電子文件，按文件夾分類保存，采用手工方法將掃描后的文件與調試檢驗條目匹配[1-2]。近年國內某些海工企業已采用數據庫技術管理設備調試相關條目信息，但對于調試檢驗過程文件及相關信息的管理仍然采用傳統手工方式[3]。

由于海工項目調試檢驗內容種類繁多，每個海工項目可能涉及數千份調試檢驗文件，因此掃描后的圖像文件也非常多。通常采用手工方法將掃描后的文件與調試檢驗條目匹配，不僅效率較低，也易出錯。

采用文件夾形式管理調試檢驗掃描文件，共享性差，及時性難以保證，設備采購部門、管理部門不能及時方便地跟蹤調試進度狀態以及調試意見(Comments)和不合格項(NCR)的處理情況，不能及時處理調試服務工程師邀請、投訴、費用結算等事項，也難以充分協調調試工程師、調試檢驗工程師和設計師等人員的工作。

二維碼制作和識別技術近年來發展迅速，已有學者將二維碼技術應用到設備、文檔資料和票據管理等領域[4-6]，這些學者一般采用藍牙掃描槍、手機等手持識別設備讀取二維碼信息或對小幅面票據進行掃描后識別的方法。由于海工設備調試文件數量大、需掃描后批量錄入系統，并且設備調試文件幅面大、二維碼所占幅面相對較小，上述方法不適合應用到設備調試文件管理系統中。

為了使品質部門及調試相關部門的工程師可以方便、及時地將設備調試試驗數據和調試過程信息更新到系統中，并跟蹤設備調試過程處理狀態，針對設備調試文件批量大、二維碼所占幅面相對較小的特點，本文研究通過添加和自動識別二維碼信息實現海工產品設備調試過程跟蹤管理的方法，并將其應用到設備調試管理軟件系統。

1 基于二維碼識別的設備調試管理技術

1.1 技術實現總體思路

通過設備調試管理軟件將Word或WPS格式的調試檢驗記錄空白格式文件轉換成PDF格式，然后根據調試項目的條目內容生成并添加二維碼。調試檢驗工程師打印帶有二維碼的調試檢驗空白文件，在調試現場填寫相關檢驗過程信息和數據，并確認簽字。

調試檢驗工程師將填寫完成后的調試檢驗紙質文件掃描成圖像文件，設備調試管理軟件識別圖像文件所包含的二維碼，并根據其內容自動將圖像文件掛接到不同的調試條目下，從而徹底擺脫以往利用文件夾管理檢驗文件的方式。品質部門、設備采購部門等相關部門便可以在設備調試管理軟件系統內查看調試進度狀態及相關調試數據。

1.2 設備調試文件添加二維碼

QR Code二維碼是一種應用廣泛、可快速識別的二維碼，本設備調試管理軟件系統采用QR Code二維碼[4]。設備調試管理軟件根據調試項目的條目內容生成QR Code二維碼，并在設備調試文件頁面右上方位置自動添加該QR Code二維碼，同時標記相應文字內容在頁面下方，便于人工識別讀取。

1.3 調試檢驗掃描文件二維碼識別方法

1.3.1 二維碼識別

在調試現場根據實際調試檢驗情況填寫相關檢驗過程信息和檢驗數據，并由船東、船檢確認簽字后的紙質檢驗文件通常是海工企業重要的資料文件，需要按項目分類歸檔并長期保存。為方便共享和充分利用這些檢驗文件，需要將其掃描成圖像文件。

在已給檢驗文件添加二維碼的基礎上，通過識別圖像文件上二維碼的內容可確定該圖像文件所對應的調試檢驗項編號，從而可實現將掃描圖像文件自動掛接到調試檢驗條目。

1.3.2 二維碼識別難點和方法

通常由手機或數碼相機拍攝的圖像，二維碼圖像區域一般位于整個圖像的中心位置，占據圖像的主要區域，提交整個圖像給識別函數，比較容易實現二維碼的識別[7-8]。但對于本文所獲得的掃描圖像，QR Code二維碼區域只覆蓋整個掃描圖像的很小一部分面積，位于整個掃描圖像的某一角落或其他位置。如直接將整個掃描圖像提交給識別函數，則無法找到QR Code圖像區域，無法準確識別出二維碼的內容[9]。這也是本文提到的掃描圖像二維碼識別的難點。

本文通過像素處理方法分別預定位豎直邊界和水平邊界，進而預定位二維碼圖像區域位置，然后將這些潛在的二維碼圖像區域依次提交給識別函數，最終實現掃描圖像的二維碼識別。

首先進行豎直邊界的確定：

(1) 將填寫好的檢驗文檔掃描為黑白二值圖像，或者將彩色或灰度圖像格式轉化為黑白二值圖像，如圖1a)所示。

(2) 對黑白二值圖像逐行進行像素值累加。

(3) 對累加得到的值進行高斯濾波去除噪聲影響，如圖1b)所示。

(4) 獲得垂直方向像素累加和大于閾值t1的若干連續區域，定為可能的區域，確定其豎直邊界。其中閾值t1，根據QR Code圖像區域的特點以及實際試驗和統計結果，預先設定。

然后進行水平邊界的確定：

其邊界的確定過程與豎直邊界類似，不同之處在于像素值累加算法不需要累加整個圖像的上下邊界間所有像素，而是在剛計算出來的可能豎直邊界內計算，這樣既減少計算量又能提高預定位區域的準確度，如圖1b)所示。

預定位二維碼圖像區域位置：

通過上述的算法計算可得到條碼區域的若干預定位區，如圖1c)所示。然后按照靠近掃描圖像邊緣和角落位置優先原則依次調用識別函數，直至識別成功。

圖1 投影定位效果圖

1.3.3 程序實現部分具體代碼

首先通過上述方法將待選區域讀取到圖片緩沖區中；然后將圖片緩沖區數據通過調用BinaryBitmap進行格式轉換，該方法由Google的Zxing包提供；最后通過QR CodeMultiReader 類的decode方法來實現自動對二維碼圖片的解析。部分具體代碼如下所示。

public String RecQRBarcode(System.Drawing.Bitmap bmpImageName){

String strResult = "";

try {

Bitmap bmpmy = (Bitmap)bmpImageName;

com.google.zxing.LuminanceSource lst = new RGBLuminanceSource(bmpmy, bmpmy.Width, bmpmy.Height);

com.google.zxing.Binarizer bzer = new com.google.zxing.common.HybridBinarizer(lst);

com.google.zxing.BinaryBitmap BBmp = new com.google.zxing.BinaryBitmap(bzer);

com.google.zxing.common.BitMatrix mBMat = new com.google.zxing.common.BitMatrix(BBmp.Width, BBmp.Height);

com.google.zxing.multi.qrcode.QRCodeMultiReader mReader = new com.google.zxing.multi.qrcode.QRCodeMultiReader();

strResult = mReader.decode(BBmp).Text;

}

catch (Exception de){

Console.Error.WriteLine(de.Message);

Console.Error.WriteLine(de.StackTrace);

}

return strResult;

}

1.3.4 具體識別過程和效果

本系統根據上述方法將二維碼識別程序編寫成獨立動態連接庫QRBarPDFAddRec，可解析和識別掃描成圖像文件(如tif，jpg，png，pdf等格式)的調試檢驗文件，并根據識別出的二維碼內容重新給圖像文件命名，文件名包含文件類型、項目編號、調試項編號、文件頁次等信息。該自動識別方法能夠支持高速批量掃描設備。當重新命名的文件上傳至系統時，系統將根據文件名自動地將文件掛接到相應的調試檢驗條目。

圖2為識別前后的對比，左邊為掃描的圖像文件，右邊為識別后重新命名的圖像。

圖2 調試檢驗掃描文件二維碼識別前后示例

2 項目應用實例

本文所述方法已成功應用到某些海工項目、船舶建造項目，覆蓋了項目所含主要設備系統和主要專業的調試任務，實現調試過程跟蹤、調試文檔掃描后自動掛接歸檔，可快速生成和導出與設備調試相關的交船文件，大幅提高調試管理的效率和準確度。圖3為某項目中實現調試跟蹤的部分主要系統。

圖3 項目應用實例

3 總 結

海工產品設備調試過程管理是海工產品建造過程中的重要環節，需要精細化管理以滿足快速跟蹤查詢過程信息的要求。通過在設備調試過程文件上添加QR Code二維碼，并采用二維碼區域預定位方法和自動識別技術，將掃描后的調試文件根據其內容掛接到對應的調試條目上，按照業務需求對各類調試文件分類存儲，能夠大幅降低調試檢驗文件管理勞動強度，提高設備調試管理過程信息的準確性和及時性，方便跟蹤查詢相關信息。本方法已在某海工企業的多個海工項目建造過程中實施應用，提高了設備調試過程管理效率，減少了差錯，效果良好。

[1] 馬玲，呂栩生.預調試在海工項目管理中的應用[J].造 船技術，2014(3)：6-9.

[2] 任茂強.淺析海洋石油平臺工程建造項目調試管理[J].科技創新與應用，2016(31)：71-71.

[3] 馮鐵驥，劉寶昌，楊榮鋒.數據庫技術在海工調試管理中的應用[J].機電設備，2012(6)：44-46.

[4] 吳狄，張冠偉.基于二維碼識別技術的工業企業設備管理系統的開發與應用[J].數字技術與應用， 2015(6)：171-173.

[5] 蔣術.條形碼、二維碼和RFID在檔案管理中的應用比較研究[J].北京檔案，2015(8)：36-37.

[6] 中國標準出版社.條碼國家標準匯編[M]. 北京：中國標準出版社，2004.

[7] 徐玲，蔣欣志，張杰.手機二維碼識別系統的設計與實現[J].計算機應用，2012，32(5)：1474-1476.

[8] 高峰．二維條形碼手機識別系統的設計與實現[D].北京:北京郵電大學,2008.

[9] 周曉偉．二維條碼識別技術研究[D].上海:上海交通大學，2007.

Offshore Engineering Facility Debugging and Management Based on Automatic Two-Dimensional Code Recognition

XU Aimin1, WANG Xiaoqiang2, LIU He3

(1. Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute， Shanghai 200032, China；2. Shanghai Shenbo Information Systems Engineering Co., Ltd., Shanghai 200032, China;3. China Merchants Heavy Industry (Shenzhen) Co., Ltd., Shenzhen 518054, Guangdong, China)

A method for tracking management of facility debugging of the offshore engineering products based on automatic two-dimensional code recognition is proposed. A unique two-dimensional code is added to the facility debugging process file and the automatic two-dimensional code recognition technology is used to put the scanned debugging file on the corresponding entry. Those files are stored on serve by category and can be viewed and download conveniently.

two-dimension code; recognition; facility debugging; offshore engineering product

續愛民(1973-)，男，高級工程師，主要從事船舶軟件開發與實施工作

1000-3878(2017)04-0001-04

U671

A