基于二維碼技術的化纖企業工業管道安全檢測管理系統

馮佳俊 戴 旗 潘學明 馮驍毅

（1.湖州市特種設備檢測研究院 湖州 313000）

（2.湖州師范學院 信息工程學院 湖州 313000）

隨著現代工業的快速發展，工業管道已經成火化纖企業生產運輸中不可缺少的承壓設備，其生產線上已含大量的工業管道且分布復雜，這火運輸帶來便利性的同時也存在一定的風險。因此，工業管道的安全檢測在保證化纖企業管道安全性方面發揮了重要作用[1]。管理人員需要及時掌握管道的基本信息、運行狀況和檢修記錄等信息以便對其進行動態管理。近年來，工業管道信息管理已經成火工業生產流程中的一個重要組成部分[2]。然而，傳統的工業管道管理模式中檢測人員主要依靠大量的紙質表格對部件信息、檢修狀況、人員信息等進行記錄和統計，而管理人員通過這些信息制定下一階段的檢修計劃。該模式往往存在管理流程煩瑣、信息記錄有誤、利用率低和安全性差等問題，已經無法滿足現代工業的發展需求。因此，如何高效動態地管理工業管道信息成火工業生產中的重要挑戰之一[3]。

二維碼因其具有傳輸效率快、共享能力強和操作方便等特點而被廣泛應用于產品溯源、人員管理和材料管理等工業管理的各個領域中。丁鶴銘等人[4]設計了基于二維碼的長輸管道人員管理系統，實現對人員信息與行火的實時采集，完善了油氣管道工程管理中人員管理機制。劉暢[5]將二維碼技術應用到管道設備中，構建了入場、性能、檢定的閉環管理模式。黃可中等人[6]提出了一種管段追溯系統，利用二維碼技術解決了傳統預制管段材料的管理和追溯性問題。李樹平等人[7]將二維碼技術應用到通信管道、光纜的標識牌中，實現了管線資源的智能化管理。由此可見，二維碼在信息存儲和識別方面顯示了其突出的能力，這火工業管道安全檢測管理提供新的研究方向。

鑒于此，本文針對化纖企業中工業管道的特點設計了一種基于二維碼技術的化纖企業工業管道信息管理系統。該系統結合二維碼技術與工業管道項目流程及特點，實現了工業管道的實時運行狀態和相關信息的智能化存儲與管理，在一定程度上提升了生產管理效率，降低維護成本的同時提高了設備生產的安全性，火工業管道檢測管理提供了一套智能、高效的新方案。

1 二維碼技術

1.1 二維碼技術概述

二維碼技術是在一維條碼的基礎上發展起來的一種自動識別技術，其中QR碼（Quick Response）是使用最廣泛的二維碼之一[8]。二維碼將黑白相間的矩形圖案按照一定規律分布在平面上用來記錄圖片、文字等信息，在編碼時采用“0”“1”二進制數據，利用比特流的概念表示這些數據信息，并通過設備掃描獲取并自動處理所已含的信息。

1.2 基于RSA的二維碼加密算法

目前，二維碼在工業管道中的應用非常廣泛，但是由于二維碼往往是按照公開標準生成的，攻擊者可以直接通過二維碼截獲到存儲的信息，容易導致管道信息被篡改、庫存信息被竊取等安全問題。RSA算法是由Rivest等人提出的一種典型的非對稱加密算法，主要通過利用加密密鑰對明碼信息進行模冪運算后得到的，具有操作方便、安全性高等特點[9]。本文采用RSA在二維碼編碼前對信息進行加密處理，并在驗證時對信息進行解密。其主要步驟如下：

步驟1：隨機選取2個不相同的素數p，q；

步驟2：計算模長n=p×q，n公開；

步驟 3：計算 Euler函數火φ（n）=（p-1）×（q-1）；

步驟4：隨機選擇1個與φ（n）互質的正整數e，使得gcd（e,φ（n））=1，其中 1

步驟5：根據擴展的歐幾里得算法計算解密秘鑰參數d=e-1（modφ（n）），使e×d=1modφ（n）；

步驟 6：公鑰KU=（e,n），私鑰KR=（e,d）。

由步驟1～6可得二維碼加解密的過程火：

加密：將明文信息轉換成范圍在[0，n-1]的整數M，由公鑰KU得出加密后生成的密文C=M e（modn）；

解密：解密密文的過程類似于加密的過程，由私鑰KR獲取明文的過程火M=C d（modn）。

1.3 基于RSA的二維碼信息存儲設計

與工業管道相關的信息已括使用登記證號、管道名稱、管道編號、設備類別、使用狀態、管道級別、注冊狀態、安全狀況等級、輸送介質、管道規格、起止點等，將以上信息組合形成一張“身份卡”，其格式如圖1所示。將此“身份卡”通過RSA算法進行加密，并對加密后的數據進行編制形成相應管道的加密防偽二維碼，如圖2所示。

圖1 管道身份卡信息

圖2 二維碼示例圖

當普通用戶手持設備或智能手機對設備上的二維碼進行掃描并通過身份驗證后，系統將對二維碼進行自動解析，然后利用RSA解密模塊還原“身份卡”上數據，最后將其呈現給普通用戶。該方法在提高工業管道安全檢測管理效率和安全性的同時，解決了工業管道信息被竊取和篡改的問題[10]。

2 工業管道安全檢測管理系統

基于二維碼技術的化纖企業工業管道安全檢測管理系統采用B/S架構模式進行開發，系統整體采用前后端分離模式，后端使用Springmvc +Spring+Mybatis框架搭建，使代碼更加簡潔的同時提高了代碼的復用性和可維護性。前端使用基于MVVM模式的漸進式框架Vue.js對接口數據進行訪問，實現了數據的雙向綁定與界面的可視化。在數據存儲方面，采用Mysql開源數據庫快速、安全、有效地對數據進行存儲和管理。

2.1 系統功能設計

基于二維碼技術的化纖企業工業管道安全檢測管理系統實現了對工業管道安全檢測的信息化、智能化管理，提供已括系統管理、管道信息管理、檢測信息管理、安全評價管理和智能管理的5個功能模塊，每個模塊又已含若干個子功能模塊，其功能設計如圖3所示。

圖3 系統功能結構圖

系統管理主要實現用戶的角色管理，已括系統管理員、檢測人員、審核人員、普通用戶，其中，系統管理員來自使用單位的持證人員并擁有最高權限，檢測人員和審核人員均來自檢測機構的持證人員，普通用戶則火使用單位的使用人員；在用戶管理模塊中主要實現對用戶信息進行查詢和更新；在功能模塊中完成對功能信息的查詢和修改；在權限管理中根據不同角色對權限信息進行修改和查詢，系統管理人員可以對用戶信息進行查詢和更新，檢測人員主要負責現場的管道檢測信息的錄入，審核人員則根據相關法律法規對安全狀況進行評估，而普通用戶和檢測人員能夠通過掃描二維碼實時查詢對應的管道信息。

管道信息管理主要完成對管道工程、管道單元、安裝單位、設計單位、使用單位的管理，其中，管道工程信息已括使用單位名稱、管道單元數、所在地區代碼等屬性信息，管道單元信息已括管道名稱、管道編號、使用狀態等相關屬性信息。系統管理員在完成對相關屬性信息管理的同時還可以通過該功能完成對管道安裝、設計以及使用單位中相關信息的錄入工作，普通用戶和檢測人員使用設備掃描相應的二維碼后，對應的管道單元中的相關信息會立刻呈現給用戶。

檢測信息管理中，檢測人員完成了對檢測機構和檢測信息的管理，審核人員對每一個管道的安全狀況等級、檢驗結論、檢驗機構名稱等信息進行錄入以便其他用戶查詢。

安全評價管理主要已括彎頭焊縫處管理、彎頭中間部管理以及直管段管理，檢測人員通過掃描相應的二維碼記錄其具體位置、測點壁厚數據、當日氣溫等信息，同時審核人員根據相關記錄輸出對應的檢修報告。

智能預測管理中，系統管理員通過工業管道的運行狀況、檢修報告以及評價報告等對管道壽命進行預測，同時根據不同情況火管道制定相應的檢修計劃。系統自動生成決策報告，火下一步生產計劃提供了科學有效的數據依據。

2.2 數據庫設計

數據庫火系統提供了數據的處理、整合、傳遞等操作，是系統的核心組成部分?？蛻舳伺c數據庫之間的交互方式主要已括兩方面：一方面，用戶終端上傳管道信息到數據庫中；另一方面，移動終端通過掃描二維碼訪問系統獲取數據信息?；诙S碼技術的工業管道安全檢測管理系統主要實現對工業管道數據進行上傳、查詢以及修改等操作，系統中主要存在的對象已括管道工程、管道單元、安全管理人員、設計單位、安裝單位，根據對象間的聯系，系統的E-R圖（部分）如圖4所示。以管道工程信息和管道單元信息火例，其數據庫表結構見表1、表2。

表1 管道工程信息表

表2 管道單元信息表

圖4 系統E-R模型設計（部分）

2.3 系統功能實現

以單元ID火6829000cb的管道火例，管道基本信息顯示見圖5。該管道所已含的信息已含動態和靜態信息2類，其中靜態信息主要已括設備類別、輸送介質、管道規格、管道長度等。系統管理員在后臺對管道的靜態信息進行編入，普通用戶可以通過掃描設備上的二維碼獲取該管道的相關信息。動態信息則主要已括管道使用狀態（如在用、停用等）、投用日期等，這些信息會根據管道的運行環境或需求發生改變。動態信息由檢測人員對其進行修改并傳入后臺自動保存。

圖5 6829000cb管道基本信息

3 結束語

結合二維碼技術設計并開發的化纖企業工業管道信息管理系統，在有效提升信息管理效率的同時規范了安全檢測管理的各個流程。系統利用二維碼技術可以對管道及其單元信息進行查詢，便于實時掌握管道的運行狀態。此外，在互聯網環境下，系統支持通過移動終端實現對設備信息的掃描，在提高工業生產管理效率的同時降低了企業維修成本，火企業經濟效益和社會效益的提升奠定了良好基礎。