QR碼與水井的親密接觸

 
2016/12/08 李宗仰 | 成功大學水工試驗所
朱木壽 | 成功大學水工試驗所     428
 
雲林、彰化地區的地層下陷問題早期主要分布於沿海區域,近年來已有轉變以內陸地區為主要下陷區域的趨勢,例如彰化溪州及雲林土庫、虎尾等地區,不僅易造成該地區逢雨成災,且已引發高鐵行車安全的疑慮。隨著工商業進一步發展及重大投資的展開,行政院於100年核定以經建會所提「雲彰地區長期地層下陷具體解決方案」為基礎,並經跨部會相關單位研提具體執行工作的「雲彰地區地層下陷具體解決方案暨行動計畫」(簡稱為行動計畫),以積極面對可能的挑戰。

在行動計畫中,為妥適處理彰雲地區數量龐大的水井抽取地下水的問題,除藉由水井申報、複查作業以掌握水井詳細資料外,並規劃在水井井體適當位置裝置辨識標籤,以利後續人員巡查時可由井體辨識標籤核對其基本資料,再結合如戶籍管理門牌系統或車籍管理車牌系統般的行動管理系統,以提升水井管理的巡查效能。

但水井辨識標籤必須考慮以下幾點:可耐候(日曬、雨淋、鹽分等)長期設置;避免易於仿製,以防冒用及重要資料遭竊;方便巡查人員野外安裝,裝置作業時間不宜過長;盡可能降低人為抄錄差誤;辨識度能長期維持,不可因長期設置導致標示字跡模糊不清;不同水井的編號不得重複;本身不需或僅需微量電力供應;屬可能消耗品,本體及安裝費用不宜過高。

QR碼

快速反應碼(quick response code,簡稱為QR碼或行動條碼)屬於二維條碼的一種,其面積小又可以容納英數以外的字元,如中文UTF−8等,且比起一維條碼,QR碼能儲存更多的資訊。它由日本企業Denso Wave於1994年開發,最初是使用於追蹤管理汽車製造用的零件及各種倉儲系統。

由於行動裝置的普及,只要對QR碼拍照、辨識及解讀,就可獲得其所隱含的資訊。目前隨處可見QR碼印製於報紙、海報、產品外包裝、影片中,以行動裝置對著條碼拍照掃描,就可以獲得即時資訊、下載音樂、影片、遊戲、商品優惠券等服務。

日本QR碼的標準JIS X 0510在1999年1月發布,而其對應的 ISO 國際標準ISO/IEC18004,則在 2000 年 6 月獲得批准。根據Denso Wave公司的網站資料,QR碼屬於開放式的標準,規格完全公開,雖由 Denso Wave公司持有專利權益,但不會執行。目前已有AIM、JEIDA 55、JIS X 0510、ISO/IEC 18004 等開放標準,任何人都可隨時向這些標準單位免費取得一份規格書使用,造就了QR碼在各類產業普遍應用的風潮,進而帶動整個產業的發展。

QR碼在另一優勢是具有容錯能力,也就是說其圖形雖然有部分破損(最高可達30%面積),完整內容仍然可以被機器所讀取。但相對的,容錯百分比愈高,QR碼圖形面積就需要愈大。

QR碼與水井的結合

由於水井絕大多數長期曝露在野外自然環境中,因此QR碼標籤在實際應用上,需考慮天候損毀、製作材質、貼附方式、人為破壞方式等條件。為測試標籤QR碼在長時間處於不甚理想的環境下是否仍有辨識度,採用影像處理方式模擬各種環境及進行讀取成功與否的測試。

測試條件說明如下:模糊—經日曬、雨淋或印製材質等因素,圖形因而模糊;不均勻區域平滑化—高溫引起的顏色退化;加入雜點—長期灰塵所引起的雜點;扭曲—因貼附表面彎曲所引起;變胖/變瘦—某方向的高溫所造成;強風—強風(挾沙)持續所產生的色料刮除;曲線或直線變形—不均勻高低溫或相機斜拍;鏡頭扭曲—相機鏡頭扭曲的變形;讀取器鏡頭晃動—相機晃動或圖形重疊;文字套疊—標記文字;方形或三角形塗色—標記色塊;不規則線條—塗鴉。

針對各種模擬(測試)條件,利用智慧型手機的QR碼讀取器(APP)讀取測試。在前述的多種情況下模擬測試,獲得下列成果:模糊現象、雜點產生及文字套疊不會造成太大的困擾;標籤貼附在水井上時,應避免過度彎曲;塗色不宜超過圖形的1/4及覆蓋定位區;塗鴉(畫線)筆寬(線的厚度)的總累積面積不宜占據過大部分的圖面。由於 QR 碼採用30% 的容錯能力,因此在照相解讀上應可正確判讀。

因此,設計的水井辨識標籤材質採用鋁片,以因應野外自然環境。標籤左上角的權責單位名稱和左下角的安全截角及雷射烙碼,可以防止標籤被移用至它處。QR碼印製於標籤左右兩側,雙碼(號碼相同)及印製位置是為了在彎折、塗色、刮痕等情況時,降低讀取失敗的風險。

再者,QR碼是以錯誤修正容量30%製作的,已經提供了圖形破損的容錯能力。當QR碼無法透過設備自動讀取時,也可透過人工檢視方式把標籤明碼登入至設備內。而明碼也採用雙碼方式(號碼相同),主碼約略位於標籤的中央處,次碼則位於標籤左下角,也就是雷射碼。

新利器及後續發展

行動化水井管理的資訊系統核心是「水井管理資訊網(行動版)」或稱為「水井管理APP」,水井管理資訊網(含行動化管理)的系統架構是採主從式架構,維持系統介面及功能的互通性,也確保資料的同步化與一致性。水井管理APP提供了Apple公司的iOS作業系統及Google公司的Android作業系統二種版本,這是目前市面上行動裝置最普遍的兩個作業系統。

如何善用水井QR碼搭配行動裝置來強化水井行動化管理效能呢?規劃由巡查人員到已貼附辨識標籤的水井所在地,啟動行動裝置(如智慧型手機等)中安裝的水井管理APP後,把鏡頭對準水井辨識標籤中的QR碼,APP會自動讀取圖像並予以解讀,透過無線網路至伺服主機的資料庫搜尋調閱該筆水井資料,再顯示於行動裝置的螢幕上。

藉由所建置的行動版水井管理平台實現了行動化的水井管理作業,克服了許多過去管理上的盲點,能有效提升履勘及巡查效率,確保資料的最新、統一及即時性。在後續發展上,將陸續開發水井標籤被移動至他處的移位偵測、所在水井位置的鄰近水井資料的調閱等,以提高整體應用的多元性與管理效能。