郭朝阳殷华邓予婷赵文怡
(1.自然资源部陕西基础地理信息中心，陕西 西安 710054；
2.陕西省农业宣传信息中心，陕西 西安 710003)
20世纪80年代末，美国、日本等国家的研究机构开始对二维码技术进行研究，1993年，我国开始对二维码进行研究。随着二维码技术的发展，二维码在教育、医疗、旅游、农业等行业都得到了广泛的应用和发展，目前二维码已经真正地融合到了人们的日常生活。
农村“厕所革命”是农村人居环境整治的一项重要内容，不仅关系农村的生活环境和基础设施，也涉及村民生活习惯和思想观念的转变。厕所改建容易，但如何管护成了农村厕改管理者的一件头等大事。“厕所革命”很大程度上改善了农村生活环境卫生和生活习惯，但是也出现了厕污乱倒、设施损坏、闲置等问题。由于缺乏长效的管护手段，管护效率低，这些问题严重影响了农村厕改的工作成效。农村厕改工作不仅是解决农村厕所的卫生问题，更是事关乡村振兴、农村环境卫生整治的大问题。农村厕改工作是一项系统工程，厕所的改建和后续的管护、污水治理、厕所报修等问题都需要各相关部门齐抓共管。面对推进乡村建设改善人居环境、实施乡村振兴战略的共同目标，需要大家心往一处想，劲往一处使。如何将二维码技术应用于厕改后续的管理中，以期助推农村厕改后续管护工作实现长效发展，成为本文研究的重点。
在二维码出现之前，人们主要通过一维条形码进行数据的存储和识别，相对而言，一维码更加简单，主要是由条、空以及相应字符组成的规则排列标记，见图1[2]。但是，一维条形码信息量有限，信息量大小由条形码的宽度和印刷的精度来决定，而且主要依靠计算机中的关联数据库，保密性能不高，条形码尺寸相对较大，损污后可读性差。一维条码由于只是身份编码信息，本质上与RFID原理相似，是被动式的查询。由此，希望提供一种能够应用于农村厕改工作中，实现主动存储厕所位置、类型等基本信息，同时支持不同客户端的快速识别、查询、应用简捷的全流程跟踪服务系统。
图1 一维条形码
二维条码(2D)是以二维方式表示信息，是建立在图像模式识别、光电技术、信息编码基础上的自动识别技术，是信息数据自动识别、光电输入的重要方法，见图2[3]。QR二维码是目前最具有代表性的二维条码之一，QR码的“QR”是Quick Response的缩写。这种二维码能够快速读取，与之前的条形码相比，QR码能存储更丰富的信息，包括对文字、URL地址和其他类型的数据加密，保密防伪性强。二维码的应用极大地提高了数据采集、传递和识别的速度。
图2 QR二维码
二维码编码的主要流程包括数据分析、数据编码和纠错编码。数据分析，对农村改厕信息进行分析，确定需要编码的数据内容和字段类型，按照相应的字符集进行转换；
数据编码，将确定的厕改数据字符按照分组、转成二进制、转成序列等方法构成一个数据码字序列；
纠错编码，按需要将码字序列进行分块，根据纠错的等级和分块码字，形成纠错码字，把纠错的码字加入到数据码字序列的后面，成为一个新的序列[4]。根据编码流程，针对厕改工作各个环节所关注的信息，分别确定了厕所位置、责任人、改造时间等要素作为编码对象。
表1 面向网络服务的农村厕改厕所信息编码基本单位
核心户厕信息编码元数据如表1，其中所有的信息可以通过扫描二维码后获取。其中Web服务地址，可以方便基于二维码进行各种应用，如厕所报抽、厕所报修等应用链接。
3.1 农村厕改管护系统的需求分析
目前，农村厕改管理工作者对于农村厕改后续的管护主要包括以下方面。
参与改厕的村庄需要建立厕改台账，确保厕所无遗漏，完善厕所位置、厕所类型等基本信息，解决监管不到位的问题；
厕所需要报抽、报修时，村民需要使用系统进行报修，管护人员需要使用系统对管护任务进行接收和处理，快速掌握厕所基本情况包括位置信息。依托二维码技术，基于农村厕改管护的应用需求，建立农村厕改管护系统，不仅可以提高管护的工作效率，而且还方便村民进行报修、报抽，提升村民的满意度。
经分析，系统需要实现信息录入、二维码生成及厕所报修等功能：厕所改造完成后通过系统录入厕所基本信息，并为每个厕所生成一个二维码；
村民可以通过获得的二维码进行厕所报抽、报修；
厕所责任人、类型、位置、照片及厕所报抽、报修等应用链接信息存储到二维码中，便于系统的扩展应用。
3.2 农村厕改管护系统总体架构
基于开放性的、面向服务的架构体系(SOA)设计理念，采用资源层、数据资源处理、技术支持建设、业务应用建设、用户层等进行构建。以计算机、移动设备等软硬件及网络平台为依托，以标准规范及法规制度体系为保障，以厕改数据为基础，基于二维码等技术构建农厕厕改管护系统，实现农村厕改率智能化管理。系统架构设计如图3所示。
图3 系统总体架构
资源层是系统运行的基础，为系统提供所需的各类计算资源、手机总端及云服务等资源。数据资源建设是系统的核心。基于智能专网、互联网、5G网络等全面整合农厕数据、厕改户数据、管护人员数据等，支撑农厕厕改管护系统建设，形成厕改管理数据中心，为业务应用建设提供基础数据支撑。技术支撑和业务应用建设。依托二维码技术、地理信息、大数据、消息服务等技术手段，建设厕改信息录入、二维码生成、厕所报修、厕改管护及大数据展示等功能模块，解决了数据统计困难、厕污乱倒现象、管护效率低下，村民投诉率高等诸多厕改建设和管护管理信息化问题，建立厕管台账，实现农村厕改率智能化管理。组织支撑和安全运维保障建设共享农村厕改已具备的组织体系、安全保障体系和运维服务体系。同时，在物理安全、网络安全、主机安全、应用安全、数据安全及备份恢复等方面的建设上提供完善的安全运维保障体系。
3.3 农村厕改管护系统数据库设计
基于QR二维码农村厕改管护系统数据库包括厕改户数据、改厕数据、厕改施工单位数据，以及运维管理数据。数据库建设内容示意图如图4所示。
图4 数据库设计
农厕台账数据通过厕改管理部门获得，将厕所位置、厕所类型、改造时间、改造方式、责任人等信息进行加工和处理。数据建库流程：收集和整理厕所台账、农户等数据；
对数据进行标准化处理，如投影属性字段信息补充完善、数据格式转换、保密处理等；
收集户厕照片等数据；
对数据进行入库，形成农村厕改农厕库，在农厕库基础上，结合业务构建报修库和运维管理库，形成农村厕改管护系统数据库。
3.4 农村厕改管护系统功能结构设计
基于二维码的厕改管护系统基于B/S架构进行设计，同时为了支持用户使用不同的终端进行访问系统，系统采用响应式布局进行研发。系统由户厕信息录入、二维码生成、厕所报修、报抽等模块构成，解决厕污乱倒现象、管护效率低、村民投诉率高及数据统计困难等诸多厕改建设和管护管理信息化问题，建立从村到县的多级厕管台账，实现农村厕改率智能化管理。
3.4.1 厕所信息录入
建立农村厕所改造基础信息数据库，将区域内所有农村已改造厕纳入系统进行统一管理，采集改造完成的厕所责任人、电话、改造时间、改造方式等基础信息以及改造后的图片信息等，主管部门根据信息核实改造情况。在录入厕所基本信息的同时在地图上标注厕所的实际位置，方便维修和吸粪车准确找到厕所。可以根据需要对录入信息进行修改、删除等操作，同时能够按乡镇、按村等信息进行统计，并将统计结果导出报表。
3.4.2 二维码生成
系统采用QR Code进行编码，利用Spring boot结合开源类库QRCodeWriter来实现二维码的生成功能，为每个厕所生成一个二维码，实现“一厕一码”，同时将户厕信息保存到二维码中。该功能实现程序如图5所示。
图5 二维码生成代码
3.4.3 厕所报修、报抽
该功能的用户为村民，通过给每家每户配置二维码，实现“一厕一码”，村民利用手机扫描配置的厕所二维码，获取二维码内保存的厕所责任人名称、厕所类型、改造时间、改造方式、改造后的图片等基本信息，还包括厕所报抽、厕所报修等应用链接，方便村民快速进行报修。该功能实现代码图6所示。
图6 二维码信息读取代码
3.4.4 厕改管护端
该模块主要为管护人员提供管护任务的接收和处理，包括报抽任务自动交接、任务规划、任务详情查看等功能。管护人员在手机上就能实现管护任务的接收和处理，包括维修任务自动交接、任务规划、任务详情查看等多项功能。
3.4.5 厕改大数据展示
对通过各类传感器采集的厕所改造数据、清掏数据、报修数据、吸粪车作业数据、各类预警数据进行实时监测和历史数据分析，确保对基本数据做到心中有数，对清掏、维修、运输数据全程管控、分析。
3.5 QR二维码技术应用在农村厕改管理时应注意的问题
3.5.1 提高村民对二维码的认知度
当前，农村的发展和日常生活还未与二维码技术实现真正的融合，农村的信息化设备、村民的信息思维和水平相对落后，对二维码的认知较浅，同时该技术也没有在农村普及。因此，要在农村厕改管理中贯穿二维码技术，同时引入政策的指导，加大对二维码技术的宣传和科普，从思想上改变村民、农村干部和农村管理者的思想，使二维码能扎实应用于农村厕改管理工作中，在农村厕所的改建、后续维护等方面发挥更大的作用。
3.5.2 大力开展自主知识产权二维码的研发
二维码已经变得无处不在，但仅靠国外码制已经不能满足我国对二维码技术的应用需求。特别是涉及政府、军队、核心技术及商业机密等信息，都要求二维码能够自主可控。
3.5.3 加强二维码监管应用
二维码是一项信息存储、识别技术，本身不会携带病毒，只是其开放性容易被不法分子进行利用，需要进一步加强二维码应用管理工作，逐步规范我国二维码技术的应用。
厕改后期管理重点还是建立健全农村改厕后续长效管护机制，确保厕具坏了有人修、粪液满了有人抽、抽走之后有效用，切实巩固好农村改厕成果，保证改后厕所长久发挥效益，促进农村人居环境改善和绿色、生态、可持续发展。在农村改厕上二维码技术可以贯穿全流程，帮助村民、管护人员和项目拨款更好的溯源，找到改厕工程位置、改厕关联用户、改厕使用和改厕管护落实情况，加强政策制度的建立、加大对系统使用引导等。
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