基于二維碼的網(wǎng)上自助提箱功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周 巖， 李 娜， 戴長(zhǎng)華

(中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

集裝箱提箱作業(yè)是指海運(yùn)進(jìn)口貨物抵港后或出口貨物裝箱前，由客戶把指定的集裝箱提出堆場(chǎng)或碼頭的過(guò)程[1]，是海運(yùn)作業(yè)流程中的重要節(jié)點(diǎn)，在整個(gè)集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的作用。近年來(lái)，隨著集裝箱進(jìn)口量和出口量的增長(zhǎng)，航運(yùn)企業(yè)如何優(yōu)化提箱流程、提高作業(yè)效率、提升信息化水平及降低作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)為客戶提供更好的服務(wù)，對(duì)企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

傳統(tǒng)模式下的提箱作業(yè)必須依賴正本的集裝箱提箱單據(jù)來(lái)進(jìn)行提箱[2]，該模式運(yùn)營(yíng)效率低、成本高和流程復(fù)雜。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景下,隨著智能手機(jī)和平板電腦等的日益普及，二維碼已經(jīng)在金融、物流及商務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，已深入滲透到人們的日常生活中。為此，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于二維碼的網(wǎng)上自助提箱功能，優(yōu)化提箱流程，在方便客戶的同時(shí)也可促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。

1 現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的集裝箱提箱作業(yè)流程是:客戶憑借提單向船公司提交提箱申請(qǐng)，航運(yùn)企業(yè)審核放行后，客戶領(lǐng)取提箱使用的提箱單據(jù)，憑正本的提箱單據(jù)到碼頭或堆場(chǎng)進(jìn)行提箱作業(yè)。碼頭或堆場(chǎng)的放箱人員核對(duì)提箱單據(jù)后執(zhí)行放箱操作，客戶提箱出場(chǎng)，作業(yè)結(jié)束。

而目前各航運(yùn)企業(yè)的辦單模式各有不同，主要分為柜面辦單和自助辦單兩種。

1.1 柜面辦單

柜面辦單模式要求客戶到企業(yè)的辦單柜臺(tái)提交提箱申請(qǐng)，等待企業(yè)審核通過(guò)后，再到辦單柜臺(tái)打印正本提箱單據(jù)，由操作人員先進(jìn)行客戶固定賬戶的扣費(fèi)操作，再打印提箱單據(jù)交給客戶，客戶憑正本提箱單據(jù)到碼頭或堆場(chǎng)進(jìn)行提箱操作。該模式存在以下缺點(diǎn)：

(1) 客戶必須到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)才能完成辦單操作，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤及單據(jù)丟失等情況，需多次前往企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；

(2) 企業(yè)操作人員需及時(shí)處理車隊(duì)的提箱申請(qǐng)及進(jìn)行提箱單據(jù)的打印，還需協(xié)調(diào)退單、退費(fèi)及數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等其他問(wèn)題，當(dāng)貨量比較大時(shí)，人手就嚴(yán)重不足，給公司的操作人員帶來(lái)過(guò)多的工作壓力；

(3) 由于正本的提箱單據(jù)采用的是一式六份的標(biāo)準(zhǔn)格式，需使用針式打印機(jī)進(jìn)行套打，但針式打印機(jī)存在噪音大、價(jià)格高和速度慢等缺點(diǎn)，也需采購(gòu)大量的提箱單據(jù)打印用紙，使企業(yè)資源耗費(fèi)大，導(dǎo)致經(jīng)營(yíng)成本高。

1.2 自助辦單

自助辦單模式即客戶通過(guò)自助設(shè)備辦理提箱業(yè)務(wù)。此種模式對(duì)柜面辦單的模式進(jìn)行了優(yōu)化，在提箱單據(jù)的打印與扣費(fèi)環(huán)節(jié)，由航運(yùn)企業(yè)操作改為客戶自助操作。為每個(gè)客戶發(fā)放自助辦單的IC卡，與客戶的提箱賬戶關(guān)聯(lián)，客戶憑借IC卡在自助設(shè)備上刷卡打印正本提箱單據(jù)，打印提箱單據(jù)的同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成賬戶扣費(fèi)。雖然該模式相較柜臺(tái)辦單模式有了進(jìn)步，減少了企業(yè)操作人員的工作，但仍存在以下缺點(diǎn):

(1) 客戶依然需前往企業(yè)辦理提箱業(yè)務(wù)；

(2) 客戶在自助刷卡打印提箱單據(jù)時(shí)，由于操作不當(dāng)?shù)仍驎?huì)導(dǎo)致打印提箱單據(jù)時(shí)卡紙、串行,同時(shí)，存在打印機(jī)缺紙、硬件故障等問(wèn)題，需有專人進(jìn)行服務(wù)，會(huì)造成人員的浪費(fèi)；

(3) 采用自助打單的模式后，當(dāng)發(fā)生打單出現(xiàn)問(wèn)題或某些客戶業(yè)務(wù)量較大時(shí)，客戶排隊(duì)等候使現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)混亂，會(huì)破壞企業(yè)的辦公環(huán)境，對(duì)公司的形象造成負(fù)面影響形象。

2 二維條碼技術(shù)簡(jiǎn)介

二維條碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面(二維方向上) 分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的平面圖[3]，在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字、數(shù)值、照片等信息。

在許多種類的二維條碼中，常見(jiàn)的碼制有：Data Matrix,Maxi Code,Aztec,QR Code,Vericode,PDF417,Ultracode,Code49,Code 16K等。二維條碼按照其實(shí)現(xiàn)方式的不同主要分為堆疊式二維條碼和矩陣式二維條碼兩種類型[4]，下面分別介紹。

2.1 堆疊式二維條碼

堆疊式二維條碼簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將多個(gè)一維條碼平行的堆疊起來(lái)，其設(shè)計(jì)原理利用了已有的一維條碼標(biāo)準(zhǔn)，在水平方向上還是按照原有的一維條碼技術(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編碼，在豎直方向上加上新的編碼標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上再添加校驗(yàn)、糾錯(cuò)和加密等算法。具有代表性的堆疊式二維條碼有:Code 16K，Code49，PDF417等。

2.2 矩陣式二維條碼

矩陣式二維條碼是根據(jù)黑、白像素在一個(gè)矩形圖像中的分布進(jìn)行編碼，將這個(gè)矩形圖像在橫縱方向上劃分成很多個(gè)小點(diǎn)組成的點(diǎn)陣，在相應(yīng)的點(diǎn)上如果是黑色的則代表二進(jìn)制中的“1”，白色的代表二進(jìn)制中的“0”，然后根據(jù)不同的編碼方法翻譯成實(shí)際的信息。矩陣式二維條碼是建立在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號(hào)自動(dòng)識(shí)讀處理碼制。具有代表性的矩陣式二維條碼有QR Code，Maxi Code，Data Matrix等。

在以上各種二維條碼的碼制中，使用目前最流行的QR CODE碼制進(jìn)行二維碼提箱功能開(kāi)發(fā)，其主要有以下特點(diǎn):

(1)數(shù)據(jù)容量大。QR碼可容納多達(dá)1 850個(gè)大寫(xiě)字母或2 710個(gè)數(shù)字或1 108個(gè)字節(jié)或500多個(gè)漢字，比普通條碼信息容量約高幾十倍。

(2)可編碼數(shù)據(jù)范圍廣。不僅可把數(shù)字、英文字母和漢字編碼等信息寫(xiě)入QR碼中，還可把圖片、指紋和聲音等信息寫(xiě)入QR碼。

(3)糾錯(cuò)能力強(qiáng)。QR碼具有糾錯(cuò)能力，不會(huì)因?yàn)榫植繐p壞時(shí)導(dǎo)致不能識(shí)讀。據(jù)測(cè)試，損毀面積達(dá)50%時(shí)，QR碼仍然可以解讀信息。

(4)譯碼可靠性高。相比普通條碼而言，QR碼的錯(cuò)誤率約為百萬(wàn)分之二，誤碼率不超過(guò)千萬(wàn)分之一。

(5)獨(dú)有的加密措施。QR碼引入了加密算法，保證信息的安全且具備一定的防偽性。

(6)QR碼制作成本低。制作流程簡(jiǎn)單且使用壽命長(zhǎng)。

3 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于二維碼的網(wǎng)上自助提箱功能是企業(yè)集裝箱管理系統(tǒng)的重要組成部分，包括用戶端和企業(yè)端。用戶端提供在線服務(wù)支持客戶進(jìn)行二維碼提箱，企業(yè)端負(fù)責(zé)接收客戶的提箱申請(qǐng)，并支持企業(yè)操作人員進(jìn)行提箱管理操作。二維碼提箱功能與航運(yùn)企業(yè)海運(yùn)進(jìn)出口數(shù)據(jù)及碼頭、堆場(chǎng)數(shù)據(jù)是相互關(guān)聯(lián)。因此，一方面需與航運(yùn)企業(yè)的業(yè)務(wù)操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；另一方面需要與外部的碼頭、堆場(chǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)總體架構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

4 核心模塊設(shè)計(jì)

基于二維碼的網(wǎng)上自助提箱功能，是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將客戶向企業(yè)提箱申請(qǐng)的過(guò)程由線下轉(zhuǎn)移到線上，并取消傳統(tǒng)的紙質(zhì)單據(jù)，通過(guò)二維碼技術(shù)將提箱所需關(guān)鍵信息形成二維碼，客戶使用二維碼進(jìn)行提箱作業(yè)的系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖2。

4.1 網(wǎng)上提箱

網(wǎng)上提箱模塊支持客戶通過(guò)線上提交提箱申請(qǐng)，提箱申請(qǐng)信息包括：提單號(hào)、船名、航次、聯(lián)系人、聯(lián)系電話和提箱說(shuō)明等。當(dāng)提交進(jìn)口提箱申請(qǐng)時(shí)，還需錄入具體的箱號(hào)、箱型和鉛封號(hào)信息，當(dāng)提交出口提箱申請(qǐng)時(shí)，由于沒(méi)有確定的集裝箱信息，只需錄入箱型和箱量即可。

當(dāng)提箱申請(qǐng)?zhí)峤缓?，通過(guò)提箱申請(qǐng)查詢功能，客戶可對(duì)提箱申請(qǐng)進(jìn)行跟蹤，根據(jù)企業(yè)反饋的審核狀態(tài)執(zhí)行不同的操作，當(dāng)審核不通過(guò)時(shí)，需核對(duì)拒絕理由，編輯提箱申請(qǐng)并重新提交審核。

4.2 航運(yùn)企業(yè)審批

航運(yùn)企業(yè)審批模塊支持操作人員進(jìn)行線下審核工作，審核工作主要包括提箱計(jì)劃安排、提箱申請(qǐng)審核及提箱單據(jù)制作等3個(gè)步驟。

(1)提箱計(jì)劃安排。綜合考慮碼頭、堆場(chǎng)的區(qū)域空間、設(shè)施設(shè)備能力、周轉(zhuǎn)速度及貨物流向等多種因素，航運(yùn)企業(yè)必須在裝卸船前就安排好提箱計(jì)劃，分配好每條船對(duì)應(yīng)的提箱地點(diǎn)、還箱地點(diǎn)、優(yōu)先級(jí)、箱型種類及數(shù)量。

(2)提箱申請(qǐng)審核。當(dāng)接受到客戶提交的提箱申請(qǐng)后，系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)先定義的規(guī)則對(duì)提箱申請(qǐng)進(jìn)行檢查，將海運(yùn)進(jìn)出口單證數(shù)據(jù)與提箱申請(qǐng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，生成核對(duì)報(bào)告做為審核依據(jù)，操作人員將根據(jù)核對(duì)報(bào)告進(jìn)行客戶提箱申請(qǐng)的審核。

(3)提箱單據(jù)制作。提箱單據(jù)是客戶到碼頭、堆場(chǎng)提箱的有效憑證，由航運(yùn)企業(yè)發(fā)放，只有當(dāng)提箱申請(qǐng)審核通過(guò)后，才能進(jìn)行提箱單據(jù)的制作，系統(tǒng)調(diào)用提箱計(jì)劃，與提箱申請(qǐng)匹配后，生成提箱單據(jù)并上傳到網(wǎng)上平臺(tái)。

4.3 生成二維碼

生成二維碼模塊抽取提箱單據(jù)中的關(guān)鍵信息來(lái)生成二維碼，主要包括確定明文信息及對(duì)明文信息進(jìn)行二維碼編碼等2個(gè)步驟。

(1)確定明文信息。根據(jù)碼頭、堆場(chǎng)的放箱要求，對(duì)提箱單據(jù)進(jìn)行分析，確定二維碼中應(yīng)該包含的明文內(nèi)容，為方便碼頭、堆場(chǎng)解析，該明文采用json格式表示，二維碼明文的主要內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 二維碼明文信息

(2)二維碼編碼。確定生成二維碼的明文信息后，根據(jù)QR Code碼制，使用GOOGLE提供的一個(gè)開(kāi)源JAVA類庫(kù)Zxing來(lái)生成二維碼,Zxing類庫(kù)提供不同的對(duì)象來(lái)封裝二維碼信息[5]，其構(gòu)成關(guān)系見(jiàn)圖3。

其中，Multi Format Writer類是二維碼生成的核心類，在其他類的輔助下，完成編碼并形成二維碼圖片，表2列出了各類的詳細(xì)說(shuō)明。

4.4 二維碼掃描

二維碼掃描模塊通過(guò)使用高速掃描設(shè)備對(duì)客戶的二維碼進(jìn)行掃描解碼，二維碼掃描解碼的過(guò)程主要由圖像采集、圖像處理和圖像譯碼等3個(gè)步驟組成。

(1)圖像采集。圖像采集的過(guò)程由掃描設(shè)備實(shí)現(xiàn)，將掃描設(shè)備對(duì)準(zhǔn)二維碼，根據(jù)QR碼的定位圖像對(duì)二維碼進(jìn)行定位，在找到二維碼的具體位置后掃描設(shè)備會(huì)聚焦到二維碼圖像并且將圖像保存下來(lái)。

(2)圖像處理。獲得二維碼圖像后，將彩色圖像進(jìn)行灰度化，根據(jù)圖像的灰度值將圖像二值化，轉(zhuǎn)成與之對(duì)應(yīng)的布爾型二維數(shù)組，黑色的部分為1，白色為0。

(3)圖像譯碼。將得到的二進(jìn)制信息根據(jù)二維碼版本譯碼，再根據(jù)糾錯(cuò)碼進(jìn)行糾錯(cuò)，得到二維碼的實(shí)際內(nèi)容。

以上二維碼掃描解碼的步驟通過(guò)使用GOOGLE提供的Zxing類庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其主要類的構(gòu)成關(guān)系見(jiàn)圖4。

類說(shuō)明QRDataSource類獲取和封裝二維碼明文信息,該類成員變量主要是表1中列出的提箱單據(jù)信息。類方法getJsonStr()是根據(jù)該類實(shí)例化的對(duì)象獲得json格式的明字符串QRCode類定義二維碼屬性,主要屬性包括二維碼的寬度、高度、糾錯(cuò)模式、字符集、版本號(hào)MultiFormatWriter類是生成二維碼的核心類,用來(lái)對(duì)明文信息編碼并生成二維碼矩陣,其中Matrix-ToIamgeWrite類用來(lái)將二維碼矩陣生成到圖片中BufferedImage類在內(nèi)存的緩沖區(qū)生成一個(gè)圖片,利用這個(gè)緩沖區(qū)可方便地對(duì)圖片進(jìn)行修改操作Graphics2D類通過(guò)對(duì)幾何形狀、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、顏色管理和文本布局的控制,呈現(xiàn)二維碼矩陣圖像

其中，Capture Activity類是二維碼掃描的核心類，Multi Format Reader類是二維碼解碼的核心類，在其他類的輔助下，完成二維碼圖片的掃描及解碼，返回提箱單據(jù)信息，表3列出了各類的詳細(xì)說(shuō)明。

4.5 數(shù)據(jù)同步

數(shù)據(jù)同步模塊通過(guò)消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)航運(yùn)企業(yè)與碼頭、堆場(chǎng)的數(shù)據(jù)交互，消息中間件采用的是Apache提供的開(kāi)源軟件ActiveMQ。通過(guò)ActiveMQ可在不同的平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)同步或異步通信，同時(shí)ActiveMQ提供封裝的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行消息的收發(fā)，保證了數(shù)據(jù)交互與業(yè)務(wù)處理之間的相互獨(dú)立，降低了系統(tǒng)之間的耦合度，數(shù)據(jù)同步流程見(jiàn)圖5。

表3 二維碼掃描解碼相關(guān)類說(shuō)明

ActiveMQ消息中間件采用XML格式在航運(yùn)企業(yè)與碼頭、堆場(chǎng)之間進(jìn)行雙向的消息傳遞，消息傳遞的過(guò)程包括消息發(fā)送、消息服務(wù)器和消息接收等3個(gè)步驟。

(1)消息發(fā)送。航運(yùn)企業(yè)通過(guò)自動(dòng)程序定時(shí)輪詢數(shù)據(jù)庫(kù)，將二維碼包含的提箱單據(jù)內(nèi)容組織成XML格式的消息，連接到消息服務(wù)器后創(chuàng)建會(huì)話,將消息發(fā)送到消息服務(wù)器，由碼頭、堆場(chǎng)接收消息并解析。

(2)消息服務(wù)器。由ActiveMQ中間件集成，主要任務(wù)是消息路由完成航運(yùn)企業(yè)與碼頭、堆場(chǎng)雙方消息的收取與發(fā)放。

(3)消息接收。當(dāng)客戶在碼頭、堆場(chǎng)提箱完成后，碼頭、堆場(chǎng)將客戶的用箱情況組織成XML格式的消息發(fā)送至消息服務(wù)器，由航運(yùn)企業(yè)接收消息并解析。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于二維碼的網(wǎng)上自助提箱功能借助企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)上平臺(tái)，將技術(shù)與業(yè)務(wù)進(jìn)行有效的結(jié)合，顛覆了傳統(tǒng)的提箱作業(yè)模式，既節(jié)約了客戶及企業(yè)的時(shí)間與成本，同時(shí)也提升了提箱作業(yè)中各環(huán)節(jié)的操作效率，對(duì)于提高企業(yè)的信息化水平及提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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