王治國，篤　峻，王肖立，于　哲

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102）

基于二維碼技術(shù)的智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備管理方法研究

王治國，篤峻，王肖立，于哲

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102）

在智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備研發(fā)或應(yīng)用企業(yè)中，智能保護(hù)設(shè)備在使用的完整生命周期內(nèi)，設(shè)備信息始終處于一個不斷變化的動態(tài)過程，管理層很難對設(shè)備信息有一個全方位的掌握，更談不上對設(shè)備的高效利用。針對智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備的特點，探討了二維碼技術(shù)在智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備管理中應(yīng)用的可行性及先進(jìn)性；根據(jù)應(yīng)用需求，基于成熟的二維碼技術(shù)，利用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計開發(fā)了智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了通過移動終端或電腦快速獲取設(shè)備相關(guān)信息和發(fā)起流程審批的途徑。實際應(yīng)用表明，使用二維碼技術(shù)管理智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備具有一定的優(yōu)越性，該方案具有一定的推廣使用價值。

二維碼；信息編碼；電力設(shè)備；分布管理

在智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備研發(fā)企業(yè)中，從產(chǎn)品立項到設(shè)備量產(chǎn)期間需要大量裝置用于程序開發(fā)、內(nèi)部單元測試、系統(tǒng)測試、性能測試、試驗驗證等環(huán)節(jié)。在其全生命周期內(nèi)，設(shè)備本身處于一個不斷變化的動態(tài)過程，而對設(shè)備的需求又是多方面的、不固定的、不可預(yù)期的。因此不可控需求不僅容易造成設(shè)備多次領(lǐng)用，降低設(shè)備使用效率；而且管理層對領(lǐng)用的設(shè)備無法管控。

智能保護(hù)設(shè)備一般具備以下特點：（1）產(chǎn)品種類型號多；（2）產(chǎn)品屬性多，如機箱條碼、產(chǎn)品型號、電壓等級等；（3）板卡構(gòu)成信息多，如南瑞繼保的PCS-915約有26個功能插件板卡組成，每個功能插件又有相應(yīng)的屬性，即裝置板卡的軟件版本，硬件版本等信息，裝置信息量大，不利于紙質(zhì)信息介質(zhì)保存；（4）除本身的固定信息外，設(shè)備還有很多的附加信息，如產(chǎn)品的領(lǐng)料日期、保管單位、保管部門、保管人、使用狀態(tài)等，這些附加信息通常都在不斷變化中。因此，需要探討一種有效的方法對智能保護(hù)設(shè)備信息進(jìn)行高效管理與利用，而二維碼在大信息量儲存、與移動終端的良好互動等方面的性能優(yōu)異，是智能設(shè)備高效便捷管理的重要技術(shù)支撐。

二維碼技術(shù)發(fā)展十分迅速，在社會各個領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛［1-6］。如能針對智能保護(hù)設(shè)備的固定信息設(shè)計二維碼，用以表示裝置的完整性，即顯性信息；針對裝置的可變信息設(shè)計二維碼，用以表示裝置的流通性，即隱形信息。通過對大數(shù)據(jù)的后臺管理和移動終端管理，將有效解決智能保護(hù)設(shè)備在企業(yè)中如何進(jìn)行高效管理這一難題，從而實現(xiàn)智能設(shè)備的透明化管理，及時發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)背后的風(fēng)險和機遇，并主動進(jìn)行處理等。

1　二維碼技術(shù)分析

1.1二維碼的特點

二維條碼相比一維條碼具有信息容量大、密度高、存儲空間小、糾錯能力強、安全強度高等優(yōu)點，在信息自動化領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用［4，5］。二維碼種類繁多，其特點優(yōu)勢也各不相同，目前經(jīng)常使用的二維條碼主要有PDF417碼、DataMatrix碼、QR碼等。QR碼因其超高速、全方位識讀的優(yōu)勢一經(jīng)面世便迅速在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用推廣，其專有的漢字模式用13bit二進(jìn)制表示一個漢字，比其他二維條碼表示漢字的效率提高20%，QR碼有日本Denso公司在1994年9月研制的一種矩陣二維碼符號，我國于2000年發(fā)布了QR Code的國家標(biāo)準(zhǔn)（快速響應(yīng)矩陣碼，QR Code，GB/T18284—2000）［3］，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯、物流倉儲、產(chǎn)品促銷以及商務(wù)會議、身份、物料單據(jù)識別、互動入口等社會的各個領(lǐng)域［4-9］。

1.2QR二維碼編碼流程

QR二維碼是由一系列正方形模塊組成的一個正方形陣列，它由模式特征區(qū)、數(shù)據(jù)符號區(qū)和空白區(qū)三部分組成。模式特征區(qū)包括尋像圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形。數(shù)據(jù)符號區(qū)包括數(shù)據(jù)碼字、糾錯碼字、版本信息和格式信息。空白區(qū)為環(huán)繞在符號四周的4個模塊寬區(qū)域［4］。QR碼支持編碼的內(nèi)容包括純數(shù)字、數(shù)字和字符混合編碼、8位字節(jié)碼和包含漢字在內(nèi)的多字節(jié)字符。其中，數(shù)字：每3個為1組壓縮成10bit；字母數(shù)字混合：每2個為1組，壓縮成11bit；8bit字節(jié)數(shù)據(jù)：無壓縮直接保存；多字節(jié)字符：每一個字符被壓縮成13bit。因此非常適合智能保護(hù)設(shè)備信息的編碼。

QR二維碼主要有以下7個步驟完成數(shù)據(jù)編碼：

（1）數(shù)據(jù)分析。確定編碼的字符類型，按相應(yīng)的字符集轉(zhuǎn)換成符號字符。選擇糾錯等級，規(guī)格一定，糾錯等級越高其真實數(shù)據(jù)容量越小。

（2）數(shù)據(jù)編碼。將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為位流，每8位一個碼字，整體構(gòu)成一個數(shù)據(jù)的碼字序列。

（3）糾錯編碼。按需將上面的碼字序列分塊，并根據(jù)糾錯等級和分塊的碼字，產(chǎn)生糾錯碼字，并把糾錯碼字加入到數(shù)據(jù)碼字序列后面，成為新序列。

（4）構(gòu)造最終數(shù)據(jù)信息。將上面產(chǎn)生的序列按次序放入分塊中，把數(shù)據(jù)分塊，并對每一塊進(jìn)行計算，得出相應(yīng)的糾錯碼字區(qū)塊，把糾錯碼字區(qū)塊按順序構(gòu)成一個序列，添加到原先的數(shù)據(jù)碼字序列后面。

（5）構(gòu)造矩陣。將探測圖形、分隔符、定位圖形、校正圖形和碼字模塊放入矩陣中。

（6）掩摸。將掩摸圖形用于符號的編碼區(qū)域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區(qū)域能夠比率最優(yōu)的分布。

（7）格式和版本信息。生成格式和版本信息放入相應(yīng)區(qū)域內(nèi)。

至此，QR二維碼的編碼流程基本完成，而QR二維碼的解碼一般有設(shè)備完成，在此不再詳述。文中將二維碼生成子系統(tǒng)單獨設(shè)計成一個庫，并對外提供2個接口庫函數(shù)。（1）生成二維碼接口函數(shù)：BOOL EncodeData（CString sM sgStr），sMsgStr為要生成二維碼具有某種格式的字符串；（2）保存二維碼為位圖的接口函數(shù)：BOOL SaveImage（CString sImagePath），sImagePath為生成二維碼圖片的絕對路徑。

圖1　智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備信息采集示意圖

2　信息采集客戶端

2.1信息編碼

智能保護(hù)設(shè)備在使用過程中的信息可以簡單概括為顯性信息和隱性信息。顯性信息主要為固定不變的信息，如裝置的條形碼信息、板卡構(gòu)成、裝置程序版本等信息。隱性信息為裝置的流通狀態(tài)等信息，如保管人及使用狀態(tài)等。如信息量不大，可以將顯性信息和隱性信息設(shè)計到同一個二維碼中。

智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備管理系統(tǒng)充分利用裝置本身自帶二維碼和條形碼等信息的特點，利用掃描設(shè)備直接采集數(shù)據(jù)，可快速生成二維碼。客戶端采集信息設(shè)計為：庫存ID、保管人、機箱條碼、裝置型號、研究所、部門、板卡組成共7個信息字符串作為生成二維碼編碼的必備字符信息，并將每個信息字符之間加”/”符進(jìn)行連接，用于生成二維碼，這樣便于程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解析和顯示。

2.2信息采集設(shè)計

數(shù)據(jù)采集終端利用現(xiàn)有設(shè)備Brother牌標(biāo)簽機、無線掃描槍、臺式電腦等組成。使用VS2008集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)上位機軟件，對下控制標(biāo)簽機，對上通過互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

通過掃描槍掃描裝置條碼后，管理員輸入領(lǐng)用人員名稱、系統(tǒng)自動識別研究所及部門組織機構(gòu)等信息；板卡組成可以直接掃描裝置板卡上的二維碼，最后一鍵上傳信息到數(shù)據(jù)庫。如上傳成功則打印具有相同信息元素的二維碼標(biāo)簽；如上傳失敗則進(jìn)行提示，不打印二維碼標(biāo)簽。

如設(shè)備信息發(fā)生變更，需要保管人提出申請，管理員根據(jù)裝置上的二維碼定位裝置，重新修改裝置相關(guān)屬性，并上傳到服務(wù)器，同時打印二維碼，完成設(shè)備信息的及時更新。

數(shù)據(jù)采集信息的上傳。該系統(tǒng)使用Activex數(shù)據(jù)對象（ADO）技術(shù)與遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，在系統(tǒng)初始化時連接遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫。每次將智能保護(hù)設(shè)備原始信息按照規(guī)定格式插入到數(shù)據(jù)庫。

Brother標(biāo)簽機的集成控制。利用客戶端二維碼生成子系統(tǒng)僅能將信息字符串按照規(guī)定格式生成一個二維碼位圖文件。Brother標(biāo)簽機利用P-touch Editor編輯軟件，編輯圖形或文字標(biāo)簽文件并控制標(biāo)簽機進(jìn)行標(biāo)簽打印。該系統(tǒng)設(shè)計的二維碼標(biāo)簽不僅包含裝置相關(guān)隱形信息和顯示信息，更重要的是在二維碼圖像下面設(shè)計有庫存ID（時間）顯性信息，目的是讓用戶直接根據(jù)顯性信息通過網(wǎng)頁進(jìn)行精確查詢，同時了解裝置的入庫時間。基于以上需求，如果使用2個獨立的子系統(tǒng)將無法快捷地完成該項功能。因此必須對以上2個子系統(tǒng)進(jìn)行集成，實現(xiàn)一鍵上傳智能保護(hù)設(shè)備信息到數(shù)據(jù)庫并自動打印二維碼標(biāo)簽的功能。

Brother標(biāo)簽機打印二維碼的原理是根據(jù)圖像打印二維碼，不能根據(jù)用戶輸入字符串就能打印二維碼標(biāo)簽。P-touch系統(tǒng)軟件支持模版文件打印功能，原理是首先利用P-touch制作一個符合設(shè)計需求的標(biāo)簽?zāi)０?。文中設(shè)計的標(biāo)簽?zāi)０嬗?個圖元組成，上面是智能保護(hù)設(shè)備信息二維碼位圖，下面是庫存ID時間信息，如圖2所示。使用Brother公司提供的標(biāo)簽打印機二次開發(fā)庫文件集成程序設(shè)計。首先打開模版文件，枚舉模版文件上的數(shù)據(jù)類型并進(jìn)行判斷。如總類型數(shù)目為2，模版有效，否則模版文件無效。文件類型為bobImage類型時，需替換成智能保護(hù)設(shè)備二維碼圖像信息文件；文件類型為bobText類型時，需替換成庫存ID字符串信息。最后啟動標(biāo)簽打印輸出命令，完成一鍵操作集成功能設(shè)計。

圖2　二維碼標(biāo)簽?zāi)０?/p>

3　系統(tǒng)架構(gòu)

3.1后臺架構(gòu)

采用當(dāng)前流行的瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。為保障系統(tǒng)的安全性和高可靠性，服務(wù)器選擇IBM 3680雙機運行，存儲選擇EMC5500并與服務(wù)器光纖鏈接，備份和災(zāi)難恢復(fù)系統(tǒng)選擇CommVault和Dell陣列，并提供虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）訪問功能。

根據(jù)B/S結(jié)構(gòu)特點，將智能保護(hù)設(shè)備管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)劃分為三層：人機界面層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)存儲層。共同完成領(lǐng)用人、保管人對智能保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的查詢，借出或報廢審批申請；管理層對智能保護(hù)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計與分析，借出或報廢審批等操作功能。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

人機界面層。主要指使用人員通過Web頁面，瀏覽電力二次保護(hù)設(shè)備的相關(guān)信息。

業(yè)務(wù)邏輯層。通過Web服務(wù)器完成系統(tǒng)的各項業(yè)務(wù)功能，建立與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的連接，完成查詢、添加，刪除等操作。然后通過Web服務(wù)器傳到瀏覽器端。

數(shù)據(jù)儲存層。即數(shù)據(jù)庫服務(wù)器層，主要利用智能保護(hù)設(shè)備采集終端與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，提供按條件查詢數(shù)據(jù)和按時間段查詢數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是智能保護(hù)設(shè)備管理系統(tǒng)的核心，直接影響系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)程。系統(tǒng)采用M icrosoftSQLServer作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它是一個全面的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫平臺，具有使用方便、可伸縮性好、與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點，其ADO.NET技術(shù)推動了數(shù)據(jù)集的存取和操縱，實現(xiàn)了更大的靈活性。系統(tǒng)主要提供2種功能：（1）瀏覽器通過Web Server同數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；（2）數(shù)據(jù)采集終端與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)交互。因本系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息量不是很大，數(shù)據(jù)訪問基本上采用存儲過程的方式進(jìn)行，利用存儲過程可以保持應(yīng)用程序的執(zhí)行效率并且簡化數(shù)據(jù)層，增加系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。

3.3數(shù)據(jù)訪問

系統(tǒng)提供3種技術(shù)手段訪問智能保護(hù)設(shè)備信息數(shù)據(jù)。（1）通過電腦，通過直接訪問網(wǎng)頁的形式查閱數(shù)據(jù)與發(fā)起審批申請；（2）通過客戶端軟件，在電腦上根據(jù)相應(yīng)條件檢索智能保護(hù)設(shè)備信息；（3）開發(fā)手機客戶端軟件，通過手機客戶端掃描智能保護(hù)設(shè)備二位碼，實現(xiàn)裝置信息的獲取或發(fā)起功能審批等功能。尤其是通過智能手機掃描二維碼，獲取信息快捷，提高了效率。

4　應(yīng)用探討

基于二維碼技術(shù)的智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備管理系統(tǒng)自投入使用以來，有效規(guī)范了智能設(shè)備管理流程，做到領(lǐng)用裝置貼碼入庫，實現(xiàn)了智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備的清晰透明管理。有多少設(shè)備被領(lǐng)用，有多少設(shè)備準(zhǔn)備報廢，又有多少設(shè)備處于閑置狀態(tài)等數(shù)據(jù)一目了然。更值得關(guān)注的是，可以隨時隨地進(jìn)行設(shè)備信息查詢與定位，方便了相互周轉(zhuǎn)共享，從而及時利用有限的資源高效完成工作。大數(shù)據(jù)跟蹤表明，這在一定程度上降低了裝置重復(fù)領(lǐng)用的次數(shù)，為企業(yè)節(jié)約了資源，實現(xiàn)了智能設(shè)備的高效利用。

設(shè)備狀態(tài)的每一次改變都會記錄流程發(fā)起人，發(fā)起內(nèi)容，發(fā)起時間等相關(guān)業(yè)務(wù)信息，從而完成設(shè)備流轉(zhuǎn)信息的數(shù)據(jù)跟蹤。

系統(tǒng)在使用過程中，發(fā)現(xiàn)管理系統(tǒng)共享流程還需要簡化。如共享操作過程不夠精簡，實現(xiàn)設(shè)備共享的同時再去實現(xiàn)管控將流于形式。下一階段的工作將繼續(xù)完善該功能，增強智能設(shè)備管理系統(tǒng)的易用性。

5　結(jié)束語

如何實現(xiàn)智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備的透明管理，從而實現(xiàn)對設(shè)備的高效利用、狀態(tài)獲取、生命追蹤等，是智能電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備研發(fā)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)最為關(guān)心的問題之一。從智能保護(hù)設(shè)備的特點出發(fā)，基于當(dāng)前流行的二維碼技術(shù)，提出了智能保護(hù)設(shè)備管理的新方法，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于二維碼技術(shù)的智能設(shè)備管理系統(tǒng)。實現(xiàn)了便攜式電腦、智能手機等終端設(shè)備對智能設(shè)備數(shù)據(jù)的分布式在線瀏覽與功能審批等功能，有效解決了保護(hù)設(shè)備管理困難、不能高效利用的企業(yè)難題。

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Research on 2D-code-technology-based M anagement M ethod of the Protection Equipment in Smart Grid

WANG Zhiguo，DU Jun，WANG Xiaoli，YU Zhe
（Nanjing NR Electric Co.Ltd.，Nanjing 211102，China）

The operation information of intelligent protection equipment is changing during the equipment's life cycle，so it is difficult formanagers in the intelligent protection equipment R&D or app lication enterprises to grasp the whole equipment information，not to say the efficientusage of equipment.According to the characteristics of intelligent protection equipment，the feasibility and advantage of the app lication of two-dimensional code technology w ere discussed.Finally according to the application requirements and based on the mature two-dimensional code technology，intelligent protection equipment management system was designed and developed on the basis of the existing equipment，gaining a quick access to equipment information and starting the approval process through themobile terminal or computer.The practice shows that intelligent protection equipmentmanagementsystem by using two-dimensionalcode technology issuperiorand worth to be popularized.

two-dimensional code；information coding；electric powerequipment；distributedmanagement

TM 769

A

1009-0665（2016）05-0040-04

王治國（1978），男，河南周口人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)智能化測試開發(fā)與研究工作；

篤峻（1975），男，江蘇南京人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)自動化研究和管理工作；

王肖立（1978），女，江蘇常熟人，工程師，從事網(wǎng)站信息開發(fā)與維護(hù)工作；

于哲（1979），男，山西運城人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化測試工作。

2016-03-30；

2016-05-26