991[高等教育]國內(nèi)外二維條碼技術(shù)研究及其在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、國內(nèi)外二維條碼技術(shù)研究及其在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：“民以食為天，食以安為先”。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的安全與否，不但事關(guān)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)本身的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，而且直接影響著民眾健康、社會和諧和國民經(jīng)濟(jì)的全面科學(xué)發(fā)展。建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效途徑，而其中的關(guān)鍵在于可追溯標(biāo)簽的建立。二維條碼以其高容量、高密度、糾錯能力強(qiáng)、安全強(qiáng)度高、使用成本低廉等特點(diǎn)，成為了可追溯標(biāo)簽的首要選擇。本文系統(tǒng)地概述了國內(nèi)外二維條碼的研究背景、研究意義、研究現(xiàn)狀以及其在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：二維條碼；pdf417碼；qr碼；漢信碼；ucc/ean-128碼中圖分類號：tp391引言

2、條碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門集編碼、印刷、識別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身的技術(shù)。條碼技術(shù)廣泛應(yīng)用于商業(yè)、郵政、圖書管理、倉儲、工業(yè)生產(chǎn)過程控制、交通等領(lǐng)域，在當(dāng)今的自動識別技術(shù)中占有重要的地位1。 商品包裝上的條形碼大多是一維條碼，它只是在一個方向（一般是水平方向)表達(dá)信息，僅能存儲一個代號，使用時通過這個代號調(diào)取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)2。一維條碼己經(jīng)在商場、金融、海關(guān)、生產(chǎn)、郵政等社會的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，大大提高了資料收集與資料處理的速度。但由于受到信息容量的限制，一維條碼通常是對物品的標(biāo)識，而不是對物品的描述。所以一維條碼的使用，不得不依賴于外部數(shù)據(jù)庫的支持，而其本

3、身只起一個指針的作用。在沒有數(shù)據(jù)庫和不便聯(lián)網(wǎng)的地方，一維條碼的使用就受到了極大的限制，有時甚至變得毫無意義。這一缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了條碼的使用范圍和工作效率。因此在80年代末發(fā)明了二維條碼，二維條碼不僅能標(biāo)識物品，而且能描述物品。作為一種全新的自動識別和信息載體技術(shù)，二維條碼的數(shù)據(jù)存儲量是一維條碼的幾十倍到幾百倍，就像是一個便攜式的數(shù)據(jù)庫3。1二維條碼 二維條碼是在水平方向和垂直方向的二維空間上都存儲信息的一種條碼，具有信息密度高、信息容量大、抗干擾能力強(qiáng)、糾錯能力強(qiáng)等特點(diǎn)。 現(xiàn)存的二維條碼有很多種類，根據(jù)二維條碼的生成原理和結(jié)構(gòu)形狀，可分類為行排式二維條碼和矩陣式二維條碼。行排式二維條碼是在一維條

4、碼的基礎(chǔ)上，通過兩行或多行高度截短后的一維條碼的堆積，在增加行識別、錯誤糾正等特性的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)信息表示，常見的如pdf417碼、code49碼和code16k碼，如圖1所示。 矩陣式二維條碼在結(jié)構(gòu)形狀上具有矩陣的特征。它以計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，在矩陣相應(yīng)元素位置上，用點(diǎn)（方點(diǎn)、圓點(diǎn)等）的出現(xiàn)表示二進(jìn)制的“1”，點(diǎn)的不出現(xiàn)表示二進(jìn)制的“0”，點(diǎn)的不同排列組合表示矩陣式二維條碼所表示的數(shù)據(jù)信息。常見的如data matrix碼、qr碼、code one碼、maxi code和漢信碼，如圖2所示。2二維條碼技術(shù)研究現(xiàn)狀 2.1國外研究現(xiàn)狀 國外對二維條碼技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代末，在研究

5、出多種二維條碼符號（如常見的pdf417碼、data matrix碼、qr碼、code49碼、code 16k碼、code one碼等）的同時，在二維條碼標(biāo)準(zhǔn)化研究方面也有著突出表現(xiàn)，諸如，1994年選定的國際自動識別制造商協(xié)會（aim）標(biāo)準(zhǔn)，1997年歐洲標(biāo)注化委員會(cen)通過了pdf417的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，美國工業(yè)論壇已將pdf417碼列為重要電訊產(chǎn)品的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)4。 目前得到廣泛應(yīng)用的二維條碼有pdf417碼、dm碼和qr碼。 pdf417碼中的pdf是取英文portable data file三個單詞的首字母的縮寫，意為“便攜數(shù)據(jù)文件”。因?yàn)榻M成條碼的每一符號字符都是由4個條和4個空構(gòu)成，

6、如果將組成條碼的最窄條統(tǒng)稱為一個模塊，則上述的4個條和4個空的總模塊數(shù)一定為17，所以稱417碼或pdf417碼。data matrix碼的中文名稱為數(shù)據(jù)矩陣碼。data matrix碼采用了復(fù)雜的糾錯碼技術(shù)，使得該編碼具有超強(qiáng)的抗污染能力。主要用于電子行業(yè)小零件的標(biāo)識，如intel的奔騰處理器的背面就印制了這種碼，并成為韓國手機(jī)二維條碼的主流技術(shù)5。 qr碼是由日本denso公司于1994年9月研制的一種矩陣二維條碼符號，它除具有一維條碼及其他二維條碼所具有的信息容量大、可靠性高、可表示漢字及圖像多種文字信息、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)外，還可高效地表示漢字。相同內(nèi)容的qr碼，其尺寸小于相同密度的p

7、df417碼。目前市場上的大部分條碼打印機(jī)都支持qr碼6。 2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國對二維條碼技術(shù)的研究開始于1993年。中國物品編碼中心對幾種常用的二維條碼的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了翻譯和跟蹤研究。在消化國外相關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，分別于1997年和2000年制定了兩個二維條碼的國家標(biāo)準(zhǔn)，即gb/t 17172-1997四一七條碼和gb/t18284-2000快速響應(yīng)矩陣碼。 隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷完善和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)對二維條碼這一新技術(shù)的需求與日俱增，中國物品編碼中心在原國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局和國家有關(guān)部門的大力支持下，對二維條碼技術(shù)的研究不斷深入。中國物品編碼中心立項(xiàng)進(jìn)行了二維條碼碼制設(shè)計(jì)、編

8、碼原理等方面的探索研究工作，通過對二維條碼圖像處理識別、解碼算法以及隱形碼等關(guān)鍵技術(shù)的研究，取得了初步成果。為使二維條碼技術(shù)能夠在我國的證照管理領(lǐng)域得到應(yīng)用，在國外應(yīng)用軟件平臺的基礎(chǔ)上，該中心開發(fā)了人像照片和指紋數(shù)據(jù)壓縮算法。 由于大多數(shù)二維條碼標(biāo)準(zhǔn)都是從國外引進(jìn)，不能完全適應(yīng)國內(nèi)的應(yīng)用環(huán)境，并且這些二維條碼標(biāo)準(zhǔn)沒有為中國漢字進(jìn)行特別的優(yōu)化設(shè)計(jì)，編碼效率較低。同時，相關(guān)的識讀設(shè)備核心技術(shù)幾乎都掌握在國外廠商手中，在國內(nèi)進(jìn)行銷售的大多是國外廠商的代理或組裝產(chǎn)品，不僅生產(chǎn)成本高昂，嚴(yán)格的專利保護(hù)更導(dǎo)致了國內(nèi)的二維條碼識讀設(shè)備價格昂貴。另一方面，國內(nèi)企業(yè)由于使用沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的碼制，隨時有卷入產(chǎn)權(quán)

9、糾紛的風(fēng)險。2005年我國幾個it廠商因?yàn)槭褂胐ata matrix碼的標(biāo)準(zhǔn)受到專利侵權(quán)指控，應(yīng)用國外條碼帶來的隱患已經(jīng)由潛在風(fēng)險上升為現(xiàn)實(shí)的危險。同時，一些特殊行業(yè)的應(yīng)用還存在信息安全隱患。因此，國內(nèi)市場對擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的二維碼制的需求非常迫切7。 根據(jù)這種需求，科技部設(shè)立了國家“十五”重大科技專項(xiàng)二維條碼新碼制開發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。中國物品編碼中心作為項(xiàng)目承擔(dān)單位，組織完成了漢信碼的全部研究工作，于2005年12月26日順利通過驗(yàn)收，并制定完成漢信碼國家標(biāo)準(zhǔn)報送國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，現(xiàn)在漢信碼已經(jīng)成為我國第一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的擁有國家標(biāo)準(zhǔn)的二維條碼8。 與此同時，國內(nèi)很多企業(yè)也看到其

10、中蘊(yùn)含的巨大商機(jī)，紛紛開始二維條碼核心技術(shù)的研發(fā)。2003年上海龍貝科技集團(tuán)研發(fā)的龍貝二維條碼的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)超過了國際上現(xiàn)有的同類碼制，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)用性強(qiáng)，通過了技術(shù)鑒定。龍貝碼是具有第一個我國自主知識產(chǎn)權(quán)完整技術(shù)體系的二維條形碼系統(tǒng)，并且已經(jīng)得到了實(shí)際的應(yīng)用。但該碼的編碼技術(shù)的規(guī)范和資料沒有完全公開，限制了它的發(fā)展。2004年9月深圳矽感科技公司在經(jīng)過兩年的艱苦研究，投資了幾千萬元之后，發(fā)明了緊密矩陣碼（cm碼）和網(wǎng)格矩陣碼（gm碼），并在2006年5月正式成為國家電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。專家認(rèn)為，cm碼和gm碼具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。cm碼的超大容量在世界范圍內(nèi)是一枝獨(dú)秀，同等面積的碼圖

11、比美國pdf417碼的容量大32倍，能輕松地將照片或大段的漢字信息存儲在一個不大的碼圖內(nèi)。通過分析齒孔定位信息和分段信息可快速完成二維條碼圖像的識別和處理，大大減少了硬件設(shè)備進(jìn)行圖像處理的資源需求，從而使設(shè)備成本大幅降低。gm碼具有抗污損、抗畸變及360度大傾斜視角可解碼等優(yōu)異性能，成為全球唯一碼圖中沒有“死穴”的二維條碼9，國內(nèi)常見的二維條碼如圖3所示。3二維條碼的應(yīng)用前景 在國外，二維條碼技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于政府部門（如檔案管理）、公共安全（如槍械證、身份證）、交通運(yùn)輸（如駕駛證）、郵政（如包裹單）、醫(yī)療保健（如醫(yī)療卡）、工商行政管理（如代碼證營業(yè)執(zhí)照）、金融業(yè)（如銀行的匯票、支票）、海關(guān)（

12、如海關(guān)報關(guān)單）、物流（如貨物標(biāo)識、跟蹤與追溯）等需要信息攜帶、信息傳遞、信息防偽的行業(yè)。例如，美國在身份證、駕駛證、軍人證等證件中，除了將姓名、單位、地址、電話、個人簡歷等信息進(jìn)行編碼外，還將人體的特征，如指紋、視網(wǎng)膜掃描以及照片等個人信息存儲在可識別的條碼中，這樣可以實(shí)現(xiàn)證件信息的自動錄入，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化管理，有效地防止證件的偽造，減少犯罪。二維條碼已在美國、加拿大、新西蘭等國家的交通部門的執(zhí)照、年審車輛違章登記及年檢上全面應(yīng)用。許多發(fā)展中國家如菲律賓、埃及和巴林等國也在各種個人證件卡中采用二維條碼，并迅速推廣2。 二維條碼技術(shù)已在我國的汽車行業(yè)自動化生產(chǎn)線、醫(yī)療急救服務(wù)卡、涉外專利案件收費(fèi)、珠

13、寶玉石飾品管理及銀行匯票上得到了應(yīng)用。1999年3月在北京舉行的全國人大第九屆三次全體會議和全國政協(xié)第九屆三次全體會議期間，在隨行人員證件、記者證、旁聽證上成功地應(yīng)用了二維條碼技術(shù)，引起了與會代表和新聞界的極大關(guān)注。我國香港特別行政區(qū)已將二維條碼應(yīng)用在護(hù)照上。我國現(xiàn)已著手開始二維條碼在工商證照管理的試點(diǎn)工作。其中由我國自主開發(fā)的漢信碼也已經(jīng)在社會生活的方方面面得到了廣泛的應(yīng)用10，如在圖書物流信息系統(tǒng)的應(yīng)用（北京西南物流中心）、在鐵路重要物資質(zhì)量跟蹤追溯系統(tǒng)的應(yīng)用（北京萬博網(wǎng)訊科技有限公司）、在倉庫散貨管理中的應(yīng)用（天津天保岡谷國際物流有限公司）、漢信碼競賽/考試應(yīng)用系統(tǒng)（北京師范大學(xué)第二屆數(shù)

14、學(xué)建模競賽）。目前我國的部分大專院校、科研院所、設(shè)備制造商已開始對二維條碼技術(shù)表示關(guān)注，二維條碼技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用已展露出誘人的前景。 下面將主要介紹一下二維條碼技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。 隨著人民生活質(zhì)量的不斷提高及中國入世后農(nóng)產(chǎn)品流通面臨的新情況，農(nóng)產(chǎn)品安全問題引起了越來越多人的重視。為了讓消費(fèi)者充分了解農(nóng)產(chǎn)品的種源情況、生產(chǎn)基地環(huán)境質(zhì)量、栽種養(yǎng)殖過程、用料用藥情況、加工銷售過程等各個環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品從“農(nóng)田到餐桌”全方位的監(jiān)控,建立一個農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯系統(tǒng)是保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的有效途徑11，而其中的關(guān)鍵在于可追溯標(biāo)簽的建立。 通常情況下，追溯標(biāo)簽主要由一維條碼組成，然而

15、，一維條碼密度較低，只能標(biāo)識數(shù)據(jù)而不能對產(chǎn)品進(jìn)行描述。而在追溯標(biāo)簽中引入二維條碼，即可彌補(bǔ)一維條碼的這些不足。二維條碼具有高可靠性，可表示文字及圖像等多種信息，保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)以及超強(qiáng)的糾錯功能，更使得它在農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸過程中，即使發(fā)生穿孔、污損等局部損壞時，仍然能夠有效地表示信息，實(shí)現(xiàn)正常的識讀。追溯標(biāo)簽通常包括一維條碼（一級條碼）、二維條碼（二級條碼）、認(rèn)證標(biāo)志（有機(jī)、綠色、無公害）、條碼查詢方法、標(biāo)簽部分具體內(nèi)容（產(chǎn)品名稱、包裝類型、等級、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、公司名稱、追溯網(wǎng)址）等。臺灣農(nóng)產(chǎn)品安全追溯資訊網(wǎng)即采用ean-13碼和qr碼相結(jié)合的追溯標(biāo)簽來進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品的追溯，如圖4(a)所示；在gonzales-barron12等人提到的冷凍家禽類質(zhì)量追溯系統(tǒng)的追溯標(biāo)簽中采用了data matrix碼，該系統(tǒng)是將data matrix碼直接打印在凍雞的雞喙上，并借助條碼識讀設(shè)備來讀取data matrix碼中儲存的信息來進(jìn)行質(zhì)量追溯工作，如圖4(b)所示；中國牛肉質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)查詢網(wǎng)則采用了由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)研制的追溯標(biāo)簽對牛肉質(zhì)量進(jìn)行跟蹤調(diào)查，該標(biāo)簽由ucc/ean-128碼和qr碼共同