淺談二維碼在校園一卡通中的應用

摘要：二維碼是目前應用最廣泛的技術(shù)之一，是用特定的幾何圖形按一定的規(guī)律在平面上以黑白相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)符號信息。它包括編碼技術(shù)、符號技術(shù)、識別技術(shù)，是信息數(shù)據(jù)自動識別、輸入的主要方法。在眾多自動識別技術(shù)中，條碼技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，己經(jīng)成為當今主要的計算機自動識別技術(shù)之一。它存儲量大、空間占用小、性價比高、數(shù)據(jù)采集和識讀方便，采用二維碼技術(shù)應用于校園一卡通可以大大增加傳統(tǒng)校園一卡通的功能，并能極大地實現(xiàn)校園數(shù)據(jù)共享，方便管理者對數(shù)據(jù)的查詢以及管理，并實現(xiàn)多樣化的功能與服務。

關(guān)鍵詞：二維碼；幾何圖形；自動識別

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）05-1078-03

1 二維碼的分類

二維碼（2-dimensional bar code），最早起源與日本，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)符號信息的。在許多種類的二維條碼中，常用的碼制有：Data Matrix，Maxi Code，Aztec，QR Code，Vericode，PDF417，Ultracode，Code 49，Code 16K等。二維碼在大方向上可以分為堆疊式/行列式二維碼和矩陣式二維碼。

1.1 堆疊式/行列式二維條碼

其編碼原理是建立在一維碼基礎(chǔ)之上，按需要堆積成二行或多行。它在編碼設計、校驗原理、識讀方式等方面繼承了一維碼的一些特點，識讀設備與條碼印刷與一維碼技術(shù)兼容。但由于行數(shù)的增加，需要對行進行判定、其譯碼算法與軟件也不完全相同于一維碼。有代表性的行排式二維碼有CodeE49、Code16K、PDF417等。其中的Code49，是1987年由 David Allair 博士研制，Intermec公司推出的第一個二維碼。

圖1

1.2 矩陣式二維條碼（又稱棋盤式二維條碼）

它是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進行編碼。在矩陣相應元素位置上，用點（方點、圓點或其他形狀）的出現(xiàn)表示二進制“1”，點的不出現(xiàn)表示二進制的“0”，點的排列組合確定了矩陣式二維條碼所代表的意義。矩陣式二維條碼是建立在計算機圖像處理技術(shù)、組合編碼原理等基礎(chǔ)上的一種新型圖形符號自動識讀處理碼制。具有代表性的矩陣式二維條碼有：Code One、MaxiCode、QR Code、 Data Matrix、Han Xin Code、Grid Matrix 等。

圖2

1.3 郵政碼

通過不同長度的條進行編碼，主要用于郵件編碼，如：Postnet、BPO 4-State等。

2 二維碼的特點

2.1 信息容量大

高密度是二維碼的一大特點，信息容量是一維碼的幾十到幾百倍。以QR碼為例，最低的版本為1糾錯級別為H的QR碼能容納72bit的混合數(shù)據(jù)量，而最高的版本40糾錯級別為L的QR碼能容納23648bit的混合數(shù)據(jù)量。

表1

[版本＼&碼元數(shù)＼&糾錯級別＼&數(shù)據(jù)比特數(shù)量＼&數(shù)字＼&英文字母與數(shù)字＼&二進制＼&漢字＼&1＼&21x21＼&L

M

Q

H＼&152

128

104

72＼&41

34

27

17＼&25

20

16

10＼&17

14

11

7＼&10

8

7

4＼&40＼&177x177＼&L

M

Q

H＼&23，648

18，672

13，328

10，208＼&7，089

5，596

3，993

3，057＼&4，296

3，391

2，420

1，852＼&2，953

2，331

1，663

1，273＼&1，817

1，435

1，024

784＼&]

2.2編碼范圍廣

一維條碼能表示的字符數(shù)不多，因此要用一維條碼表示其他語言（如漢字、韓文等）是不可能的，但是大多數(shù)二維碼都具有字節(jié)模式，即能表示字節(jié)流，所以對于二維碼來說，能表示很多種語言文字。同時，圖像也多以字節(jié)形式存儲，因此，二維碼還可表示圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息，可編碼范圍都比一維碼要大得多。

2.3 具有糾錯功能

二維碼的糾錯功能強大，即使表面有污損或者殘缺都能正確識讀，最高的糾錯級別能達到50%。

圖3

2.4 譯碼可靠性高

二維碼的誤碼率不超過千萬分之一，出錯的概率已經(jīng)相當?shù)?。以QR為例，QR碼可以從360°任一方向快速讀取數(shù)據(jù)。其奧秘就在于QR碼中的3處定位圖案，可以幫助QR碼不受背景樣式的影響，實現(xiàn)快速穩(wěn)定正確的識讀數(shù)據(jù)。

2.5 具有加密防偽功能

加密機制是二維碼的又一特點。通過二維碼的加密機制我們可以防止復制和篡改數(shù)據(jù)，達到了防偽的目的。比如我們可以通過對二維碼的外部加密和內(nèi)核加密來防止別人隨意讀取和篡改信息，提高可靠性。

2.6成本低

相較于以往的磁卡或者RFID技術(shù)，二維碼不僅成本低易制作，用戶體驗和互動性也具有更好的應用前景。

表2

[比較點＼&二維碼＼&磁卡＼&IC卡＼&光卡＼&抗磁力＼&強＼&弱＼&中等＼&強＼&抗靜電＼&強＼&中等＼&中等＼&強＼&

抗損性＼&強

可折疊

可穿孔

可切割＼&弱

不可折疊

不可穿孔

不可切割＼&弱

不可折疊

不可穿孔

不可切割＼&弱

不可折疊

不可穿孔

不可切割＼&影印性＼&可＼&不可＼&不可＼&不可＼&傳真性＼&可＼&不可＼&不可＼&不可＼&容量＼&1100Byte＼&76 Byte＼&3KByte＼&2MByte＼&成本＼&1元＼&10元＼&300元＼&500元＼&]

2.7 使用方便

二維碼易制作，可復印，可調(diào)節(jié)形狀大小比例而不影響條碼本身攜帶的信息量。

3 二維碼在國際國內(nèi)的應用

國外的二維條碼技術(shù)已經(jīng)處于高度使用階段，也研制出了很多性能較好的二維碼識別系統(tǒng)。在應用方面，很多國家不僅將二維碼用來管理證件，而且還將二維碼應用與海關(guān)、運輸以及郵政等部門，用戶來管理報表、商品的運輸和包裹等。比如英國、法國、加拿大、菲律賓、埃及、匈牙利、西班牙等許多國家，已經(jīng)在身份證或駕駛證上采用二維條碼。而二維碼技術(shù)在我國還處于研究和初步使用階段，與國外的水平還是有著很大的差距。在我國二維碼應用例子有火車票、報紙行業(yè)、銀行金融匯票、上海大眾桑塔納汽車銷售系統(tǒng)、2000 年春“兩會”（全國人大和政協(xié)）代表證、上海市 2001年春夏季高招考生成績通知單、農(nóng)村新醫(yī)?？ǖ?。而且目前我國已經(jīng)研發(fā)出了多款二維碼識讀器，進一步降低了用戶成本，也擴展了二維碼的使用范圍。

4 在學校校園一卡通中采用二維碼的特點及

校園一卡通是目前廣泛應用于高校校園里集飯卡、圖書卡、上機卡、校園病歷卡等校園卡片于一身的校園卡，通過共同身份認證機制，達到校園數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與分享的目的，同時避免了“卡多為患”的局面。

然而我們也有注意到，在很多校園內(nèi)，校園一卡通并未真正實現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”的目的，特別是在身份認證的時候，還是要借助于學生證、身份證的證明。例如學生在開學報到的時候，我們還是要出示學生證身份證等有效證件來注冊，然后再手工搜索學籍信息，更改注冊信息，這樣既浪費時間又容易出錯，更不符合當今對校園數(shù)字化、信息化的建設。因此，改善現(xiàn)有的校園一卡通，增加二維碼識別技術(shù)，是提高管理效率的有效途徑。在校園一卡通上采用二維碼技術(shù)，可以將學生照片信息、學籍信息、指紋信息、醫(yī)療信息、借閱信息、校園服務登記信息等統(tǒng)統(tǒng)寫入二維碼內(nèi)，供學籍注冊和校園各平臺查詢使用。

在校園一卡通上使用二維碼技術(shù)的特點有：

1）降低成本

前面已經(jīng)提到過二維碼的制作成本是很低廉的，另一方面，采用二維碼技術(shù)也在一定程度上節(jié)約了人力資源成本以及時間成本?，F(xiàn)在大部分學生手里都有很多卡，比如銀行卡、會員卡、打折卡等等，都放一起很容易失磁，而采用二維碼就不用擔心這個問題，而且采用二維碼簡單方便，如若遺失，可登錄系統(tǒng)，待驗證身份之后可自行下載打印，而不像磁卡遺失那么麻煩，成本費也貴。

2）提高防偽能力

二維碼具有很好的防偽能力，我們可以對信息采取加密之后再存入二維碼中，也可以直接采用二維碼防偽技術(shù)來防止偽造信息，比如組合編碼防偽方法、覆隱二維條碼防偽技術(shù)以及二維條碼防偽印刷方法等都可以直接采用。另一方面，我們也可以利用二維碼識讀器進行識別，核對持證人的照片指紋等所有可以數(shù)字化的信息，再比對掃描出來的信息，即可判定人、證的合法性與唯一性。

3）節(jié)約管理經(jīng)費

使用二維碼技術(shù)需要使用統(tǒng)一的后臺服務以及數(shù)據(jù)庫，這樣更方便管理者查詢信息，管理數(shù)據(jù)。

除了平常學生會使用的一卡通服務外，利用二維碼技術(shù)，我們還可以增加一些應用：

1）學籍信息錄入

當前很多高校還是通過手工錄入學生學籍信息，這是一種低效率高成本的方式，而且又很容易出錯，經(jīng)常還要下發(fā)給學生核對信息，而通過二維碼技術(shù)，我們可以對二維碼進行加密算法和防偽印刷方法，以達到身份辨認唯一。在每學期開學注冊時候，工作人員只需要掃碼確認身份信息進入系統(tǒng)登記即可，不用再讓學生跑多個地方，蓋多個章了。

2） 考勤信息

現(xiàn)在高校老師給學?？记谟涗浂际窃诿刻谜n手工錄入考勤，而使用二維碼技術(shù)之后我們可以在每個教室配備一個二維碼識讀器，學生上課之前自己掃描，期末系統(tǒng)自動給出每個學生的考勤分數(shù)，這樣既節(jié)省了課堂時間，也不會有考勤“作假”。

3） 畢業(yè)推薦表

由中國高等教育學生信息網(wǎng)研發(fā)的“學信二維碼”已經(jīng)亮相，招聘單位只需要用智能手機一掃即可知道該學生的學籍信息，做到及時驗證。受此啟發(fā)，學校也可以做一個類似的學籍驗證系統(tǒng)，在學校發(fā)給每個人的的畢業(yè)推薦表或者求職簡歷上印好個人的學籍信息，招聘單位來學校招聘的時候可以通過學校提供的二維碼識讀設備立即驗證該學生的學籍信息、獲獎信息、成績信息、參加社團信息、考勤信息以及身體健康信息等招聘單位想知道的一切數(shù)據(jù)，做到真正的誠信保障。

5 對策建議

考慮到二維條碼有各自的特點，而且校內(nèi)用戶與系統(tǒng)之間需要達到資源共享和溝通便利，在制作校園二維碼的時候，就應該考慮統(tǒng)一標準，因為時下二維碼廠商眾多，各自有各自的碼制標準，這些廠商當然也就生產(chǎn)了自己碼制的識讀設備，并且它們之間基本互不兼容。所以我們應當在經(jīng)過討論以及專家驗證的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的碼制標準以及相匹配的識讀設備，最大限度的實現(xiàn)資源共享。例如高密度的二維條碼，就必須選擇高分辨率的識讀設備，做到準確識度信息。除此之外，還應當建立專門的網(wǎng)站和服務系統(tǒng)，并加強終端建設，做到覆蓋校園任何一個用戶需要的角落，真正實現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”。

6 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)的應用離不開自動識別，而二維碼相對于其他自動識別技術(shù)有明顯的優(yōu)勢，它信息容量大、編碼范圍廣、成本低、可靠

（下轉(zhuǎn)第1085頁）

（上接第1080頁）

性高、保密性好，能夠更好地與智能終端相結(jié)合，校園一卡通采用二維碼技術(shù)之后，能達到更好地資源共享和用戶體驗，總之，作者認為以二維碼技術(shù)為基礎(chǔ)的自動識別系統(tǒng)能為校園數(shù)字化和信息化建設做出不可小覷的作用。

參考文獻：

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