條碼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其在環(huán)保領域的應用探索

易愛華 趙曉宏 康衛(wèi)勇 趙 越

(1.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心，北京 100012;2.國家環(huán)境保護環(huán)境影響評價數(shù)值模擬重點實驗室，北京 100012;3.北京市標準化研究院，北京 100013)

條碼技術(shù)作為一種信息存儲和傳遞技術(shù)，從一出現(xiàn)就受到了國際社會的廣泛關注。從上個世紀70年代至今，條碼技術(shù)及應用都取得了長足的發(fā)展。條碼符號表示已從一維條碼發(fā)展到二維條碼、RFID 技術(shù)，目前又出現(xiàn)了將二維碼技術(shù)與云平臺結(jié)合的活碼技術(shù);條碼介質(zhì)由普通紙質(zhì)發(fā)展到反光塑料等特殊介質(zhì);條碼的應用已從商業(yè)、物流領域拓展到政府管理、社會生活等諸多領域［1］。本文通過分析條碼技術(shù)的發(fā)展及應用現(xiàn)狀，以期探索條碼技術(shù)在環(huán)保領域的應用。

1 條碼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 條碼的組成

條碼(又稱條形碼)是由一組按一定編碼規(guī)則排列的條、空符號，用以表達一組信息的圖形標識符。條碼是由編碼和條形碼組成，其中，編碼是核心，它采用標準的形式，用數(shù)字和字符組合形成字符串，標識其代表的物體;條形碼是由黑白相間的條和空，按照一定規(guī)則排列的組合，它與編碼相對應，是編碼符號的載體。編碼用于人工識讀，條形碼用于機器識讀。

1.2 條碼的載體

一維條碼、二維條碼、RFID 都是承載編碼信息的載體。同一個編碼可以用不同的載體表示，例如代碼“6901234567892”，可以用EAN－13、二維碼、RFID 標簽分別表示。三種數(shù)據(jù)載體各有各的優(yōu)點，適合不同的應用環(huán)境。一維條碼多用于對物品的標識，技術(shù)成熟，價格低廉，幾乎“零”成本，應用廣泛;二維條碼多用于對物品的描述，信息量大，有糾錯功能，可脫機使用，但印刷識讀成本較高;RFID 具有非接觸、成批識讀等特點，但成本還比較高，技術(shù)可靠性還有待提高［2－4］。三種載體形式各有各的優(yōu)點，有各自的應用領域。

表1 一維條碼、二維條碼與RFID 技術(shù)比較

1.3 條碼技術(shù)新發(fā)展

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，一種二維碼和云存儲相結(jié)合的新技術(shù)應用而生，取名為活碼技術(shù)。它實現(xiàn)了二維碼圖案和內(nèi)容的分離，可保持二維碼圖案不變，內(nèi)容隨時更改，存儲無限內(nèi)容，隨意指向所有網(wǎng)址，掃描效果可跟蹤。它克服了傳統(tǒng)二維碼內(nèi)容有限、二維碼一旦生成無法修改、無法記錄分析掃描情況等缺陷，順應了4G 時代移動互聯(lián)網(wǎng)的需要。

2 國外條碼技術(shù)應用現(xiàn)狀

條碼的最早應用起源于零售終端結(jié)算。上世紀40年代開始，美國開始研究食品雜貨類產(chǎn)品及相應設備的自動識別問題，以解決計算機應用中數(shù)據(jù)采集的“瓶頸”問題。1967年，美國克羅格連鎖超市的辛辛那提分店第一次使用條碼銷售商品，標志著條碼技術(shù)進入了全新的發(fā)展階段［5］。

隨著條碼技術(shù)的不斷進步，條碼技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，被廣泛應用到了各個領域，包括貿(mào)易、物流、資產(chǎn)管理、身份標識、文檔管理等，而隨著網(wǎng)絡的繁榮，條碼在電子商務和移動商務方面也得到了應用，并將在物聯(lián)網(wǎng)和智能生活等方面得到廣泛的應用。

2.1 在貿(mào)易領域的應用

據(jù)調(diào)查，全球每天掃描條碼的商品交易次數(shù)超過50 億次［6］。條碼在貿(mào)易項目中的使用，可以使POS 銷售點(通過價格查詢文件)、貨物接收、庫存管理、自動再訂貨、銷售分析以及其它許多商業(yè)活動實現(xiàn)自動化［7］。條碼可以標識實體或非實體貿(mào)易項目、定量或變量物品、單個項目或項目組合等各個包裝級別，給它們進行唯一標識，實現(xiàn)它們在零售和非零售環(huán)節(jié)的流通。

2.2 在身份識別上的應用

條碼作為身份識別的手段已在國防、公共安全、醫(yī)療保健、交通運輸、工業(yè)、商業(yè)、金融、海關及政府管理等領域廣泛應用。

在日本、韓國等地區(qū)，二維條碼作為身份識別的應用普及率達到96%以上。在日本，所有入境人員的護照都貼有二維碼，在方便管理的同時也為入境人員提供更多便利服務［8］。國際上，國際航協(xié)要求，2009年底全球航空公司的60%旅客使用二維條碼作為登機牌，到2010年底航空公司要做到100%旅客使用二維條碼登機。

由于條碼具有成本低，信息可隨載體移動，不依賴于數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡，保密防偽性能強［9］等特點，可以預見，條碼技術(shù)在身份識別上極具推廣價值。

2.3 在跟蹤監(jiān)測上的應用

條碼通過標識每個物品，可以對該物品的流轉(zhuǎn)進行完全的跟蹤。

以物流領域為例，條碼提高了產(chǎn)品在供應鏈中運輸和/或倉儲管理的效率，并在供應鏈中跟蹤和追溯產(chǎn)品。通過掃描每個物流單元的條碼，通過物流與相關的信息流連接，可跟蹤和追溯每個物流單元的實物移動，并為更大范圍內(nèi)應用創(chuàng)造了機會，比如直接轉(zhuǎn)運、運輸路線安排、自動收貨等。

此外，很多工廠采用二維條碼跟蹤生產(chǎn)設備，醫(yī)院和診所采用二維條碼標簽跟蹤設備及手術(shù)器械。例如美國鋼管公司使用二維條碼，以方便追蹤其在全國各地復雜的管道網(wǎng)絡，二維條碼包含諸如長度、厚度、等級、制造廠商、管路編號等重要屬性信息，當需要對管道進行更新維護時，工作人員只需掃描貼在管道上的二維條碼，對應的數(shù)據(jù)庫信息隨之更新［10］。

2.4 在移動商務中的應用

在國外，手機二維碼是一項非常成熟的技術(shù)，其中最為通用的是流行于日本的QR 碼和流行于韓國的DM碼［11］。日本的手機二維碼業(yè)務興起于2003年，在2006年迎來大爆發(fā)。當時日本使用手機二維碼的用戶已有6000 萬人，通過掃描二維碼獲取商品資訊、優(yōu)惠活動、購買電影票等成為當時流行的主題，其火爆程度絕不亞于短信。韓國與日本類似，二維碼市場發(fā)展很快，到2006年，韓國一半左右的手機用戶使用二維碼。世界著名零售商TESCO 通過二維碼建立商品購買入口，已成功應用到韓國的地鐵公交系統(tǒng)，引領了韓國時尚潮流［12］。

此外，二維碼還可制成電子優(yōu)惠券，宣傳資料上一個醒目的二維碼，配以一句簡潔的如“掃錢掃優(yōu)惠”之類的廣告語，便能吸引消費者掏出手機掃碼一探究竟。而且二維碼電子優(yōu)惠券較之普通的紙質(zhì)優(yōu)惠券還有節(jié)約印刷成本、豐富宣傳內(nèi)容、便于“攜帶”等優(yōu)勢。

2.5 在文檔管理中的應用

條碼用于文檔管理是將條碼作為訪問文件數(shù)據(jù)庫信息的關鍵字，條碼規(guī)則由使用范圍內(nèi)的組織者統(tǒng)一規(guī)定，文檔發(fā)布者對文檔包含的所有信息負有責任，包括條碼的編碼和人工識讀字符，文檔的接收者通過掃描條碼可以在數(shù)據(jù)庫中獲取文檔信息。

日本Seimei 保險公司巧妙地利用PDF417 條碼提高工作效率，約見客戶時，公司經(jīng)紀人會將每張保單和協(xié)議都在電腦中制作并打印出來，同時將保單內(nèi)容編成一個PDF417 條碼，這樣就可以直接掃描二維條碼將保單數(shù)據(jù)輸入到公司的主機中，與之前的人工輸入相比較，數(shù)據(jù)錄入的準確性和速度都得以提高［13］。條碼在文檔管理中類似的應用還包括稅務申報表、海關保單表、政府部門的各類申請表等。

2.6 條碼在其他方面的應用

二維條碼在旅游交通上也有一定的應用。在韓國首都首爾，約有6300 個公交站牌布設二維碼，為市民提供公交查詢、旅游指南、生活信息等日常服務。這不僅為市民提供了便利的公交服務，還極大帶動了當?shù)氐挠^光旅游業(yè)。在歐洲，一處以“風車”聞名的風景區(qū)，就是通過二維碼向游客提供景點導航、風俗介紹、停車位置等游覽信息服務的［14］。

英國推出了這樣一款“二維碼墓碑”應用［8］:人們只要用智能手機掃描二維碼，就可以登錄到相關網(wǎng)站了解死者的信息，網(wǎng)站頁面信息包括死者的生平、照片、視頻以及人們獻上的悼詞;通過密碼登錄后，死者的親友還可以對頁面進行更新，在上面添加評論以及對死者的回憶。

在21 世紀，許多藝術(shù)家已經(jīng)開始使用二維條形碼的藝術(shù)，如斯科特·布萊克的條碼耶穌，已成為后現(xiàn)代主義運動的一部分。加拿大亞伯達省拉科姆市的克雷家庭農(nóng)場，其農(nóng)場主利用2.9 萬平方米的玉米迷宮制作成了一個可以掃描的二維條碼，掃描后直接鏈接到該家庭農(nóng)場的專屬網(wǎng)頁［8］。

3 國內(nèi)條碼技術(shù)應用現(xiàn)狀及前景

我國的條碼技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段，第一個階段時為了滿足出口的需求;第二個階段是改變了商品流通模式，提高了超市零售結(jié)算信息化水平，促進了國內(nèi)商品流通;第三個階段是實現(xiàn)了跨企業(yè)供應鏈協(xié)調(diào)與信息共享，提高了物流供應鏈水平;第四階段是服務于政府產(chǎn)品、質(zhì)量監(jiān)管，實現(xiàn)產(chǎn)品的追溯與召回，并拓展到電子商務和移動商務領域的應用。目前，隨著3G 技術(shù)的普及以及4G 技術(shù)的發(fā)展，智能手機聯(lián)網(wǎng)費用降低，網(wǎng)速提高，國內(nèi)出現(xiàn)了結(jié)合云存儲的二維碼技術(shù)，即活碼技術(shù)。

3.1 國內(nèi)條碼應用第一階段

上個世紀80年代，我國商品因為沒有條碼，出口受到了很大限制，外商以種種理由打壓我們的商品價格，使我們的企業(yè)不能進行公平競爭。例如，中糧食品進出口總公司為了出口商品，不得不于1986年在西德編碼機構(gòu)申請注冊商品條碼，為此，向?qū)Ψ街Ц读?8000 馬克的一次性費用，另外還要根據(jù)每年出口銷售額支付一定年費。另外，美國、澳大利亞等國家和中國香港地區(qū)的商家紛紛致函我國的有關企業(yè)，要求在規(guī)定期限內(nèi)商品必須印有條碼，否則將降低價格或拒絕接受這些商品。

3.2 國內(nèi)條碼應用第二、三階段

1993年5月，由中國條碼技術(shù)與應用協(xié)會、國內(nèi)貿(mào)易部、中國物品編碼中心聯(lián)合舉辦的百家商店倡議商品條碼化新聞發(fā)布會在北京召開，全國177 家商店發(fā)出《加速商品條碼化的步伐》倡議書，呼吁廣大制造商盡快在商品包裝上印刷條碼標識。自此以后，商品條碼在零售領域廣為應用，帶來了零售方式的變革，從柜臺結(jié)算變?yōu)镻OS 結(jié)算。

目前，零售領域是條碼應用最為廣泛的領域。據(jù)統(tǒng)計，我國3000 多萬種商品中廣泛采用商品條碼;100 多萬家商店采用條碼技術(shù)進行零售結(jié)算;90%以上的快速消費品采用商品條碼;超過75%的出口商品使用了商品條碼，進口方面的比例則超過60%［15］［16］。

生產(chǎn)企業(yè)為產(chǎn)品分配的條碼，會一直貫穿于產(chǎn)品的整個流通過程中。企業(yè)在訂貨、配送、收貨、庫管、發(fā)貨、送貨及退貨等物流過程中掃描商品條碼標識，相關信息便自動記錄到企業(yè)信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集與分析，降低物流成本，提升企業(yè)效率，實現(xiàn)上下游企業(yè)間信息傳遞的“無縫”對接。

3.3 國內(nèi)條碼應用的第四階段

我國條碼應用的第四階段主要是服務于政府產(chǎn)品、質(zhì)量監(jiān)管，實現(xiàn)產(chǎn)品的追溯與召回等。在服務政府、產(chǎn)品監(jiān)管方面，主要是采用全球統(tǒng)一的編碼標識技術(shù)對參與生產(chǎn)流通的人、物、位置賦予唯一編碼。例如建立中國進口葡萄酒追溯平臺，采集葡萄酒在境外生產(chǎn)加工、檢驗檢疫、境內(nèi)流通銷售的全過程關鍵數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)葡萄酒的跨國追溯和召回。服務北京奧運，制定《奧運會食品追溯編碼規(guī)則》《奧運會食品安全數(shù)據(jù)元目錄規(guī)范》。利用商品條碼、批次號、有效期等，實現(xiàn)對醫(yī)療器械產(chǎn)品的單品追溯召回，在上海等地的150 家醫(yī)院實現(xiàn)了植入性醫(yī)療器械的可追溯。在稅務申報系統(tǒng)、財務管理系統(tǒng)中采用條碼技術(shù)，實現(xiàn)了報表信息傳遞的自動化，降低了數(shù)據(jù)輸入、審核的錯誤率，提高了管理工作的效率。

3.4 新型活碼技術(shù)的應用及前景分析

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，近幾年二維碼的應用出現(xiàn)了一個新的模式，即內(nèi)容在云端的二維碼—活碼?；畲a主要服務于中小微企業(yè)和個人的需求，讓大家都能方便地使用二維碼。幫助企業(yè)利用二維碼，借助移動互聯(lián)網(wǎng)展示品牌，推廣產(chǎn)品。幫助個人用戶利用二維碼展示自己，簡化工作。根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全國有中小商戶共計5000 萬個左右，活碼技術(shù)應用市場前景廣闊，預計到2018年，該領域市場容量將超過500 億。

4 條碼技術(shù)在環(huán)保領域的應用探索

4.1 污染源條碼制管理的提出及擬解決的問題

針對我國污染源管理中存在的多頭管理、數(shù)據(jù)銜接性差等問題，我國曾嘗試提出了“三表合一”、規(guī)范數(shù)據(jù)填報方式、加大管理部門銜接等諸多改進措施。但實際上，造成我國現(xiàn)有污染源管理中諸多問題的原因，除了管理體制上的問題外，從技術(shù)角度分析，主要是污染源數(shù)據(jù)缺乏一致性描述，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方式科學性差、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問交換接口不規(guī)范等，容易形成信息孤島，加大了不同部門間數(shù)據(jù)比對、整合和深度分析的難度。因此，制定保證污染源共享交換的相關規(guī)范，構(gòu)建全面的污染源管理體系，建立跨業(yè)務部門及國家、省市、區(qū)縣統(tǒng)一共用的污染源基本信息檔案庫尤為重要。

條碼技術(shù)作為二十世紀最偉大的十種人機信息交互接口之一，目前已在商品、圖書館、物流等多種行業(yè)廣泛使用。將條碼技術(shù)引入環(huán)境管理，其目的就是想利用條碼技術(shù)可靠準確標識物體、快速輸入輸出信息、與數(shù)據(jù)庫結(jié)合靈活使用等特點，解決我國現(xiàn)有污染源管理中存在的部分技術(shù)問題。在充分調(diào)研條碼技術(shù)的發(fā)展與應用現(xiàn)狀、環(huán)保領域現(xiàn)行管理制度與數(shù)據(jù)狀況的基礎上，研究認為，采取污染源信息條碼化管理，有利于解決以下問題:

(1)污染源唯一標識

污染源管理與普通商品、證件等的管理具有一定的相似性，首先需要唯一的、穩(wěn)定不變的身份標識，才能為污染源信息的查詢比對、多源融合、共享交換、跟蹤追溯等深層需求提供服務。

根據(jù)條碼技術(shù)在商品、物流、圖書管等領域的成功應用經(jīng)驗，條碼作為同一物品的唯一標識，并服務于物品生成、流轉(zhuǎn)、輸送等全過程，是多種行業(yè)共享的通用數(shù)據(jù)。因此，對于某一污染源，將污染源有關信息條碼化后，所生成的條碼將是該污染源的唯一標識。圍繞該污染源的所有業(yè)務共用條碼信息，并通過條碼信息有效關聯(lián)，對于解決目前污染源管理中標識不統(tǒng)一，歷年數(shù)據(jù)庫間、同年不同數(shù)據(jù)庫間的正確匹配起到極大的推動作用。

(2)簡潔、高效的信息傳遞

條碼技術(shù)在海關及稅務領域的應用就是利用條碼技術(shù)實現(xiàn)簡潔、高效的信息傳遞。資料調(diào)查顯示，對于鍵盤輸入，一個每分鐘打90 個字的打字員1.6 秒可輸入12 個字符或字符串，而使用條碼，做同樣的工作只需0.3 秒，速度提高了5 倍。同時，使用鍵盤輸入平均每300 個字符一個錯誤，而條碼輸入平均每15000 個字符一個錯誤;如果加上校驗位出錯率是千萬分之一［17］。

因此，將污染源信息條碼化后，不僅節(jié)約了填報信息所需的時間，而且可以避免數(shù)據(jù)錄入時的人為誤差，提高填報數(shù)據(jù)的準確性。此外，條碼不僅可以存儲項目的基本信息，還可以承載不同環(huán)節(jié)的信息及條碼信息修改的軌跡信息，利用條碼承載盡量多的、必要的核心信息是條碼能夠大范圍應用的必要條件。

(3)與后臺數(shù)據(jù)庫關聯(lián)調(diào)用

現(xiàn)階段，我國各類污染源業(yè)務數(shù)據(jù)的查詢及分析比對主要依靠人工輸入污染源名稱、法人代碼、地址等進行，這種方式往往由于原始信息錄入或者查詢時的誤差等，造成擬查詢信息與查詢結(jié)果不匹配的問題。而采用條碼技術(shù)后，將條碼作為互聯(lián)網(wǎng)或數(shù)據(jù)資源的入口，通過掃碼調(diào)用后臺數(shù)據(jù)，就可以避免數(shù)據(jù)填報或者查詢時人為因素造成的信息不匹配問題，提高查詢效率，并更大程度的整合相關資源。

同時，在實現(xiàn)了現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫間資源整合后，可以在此基礎上進一步分析挖掘現(xiàn)有數(shù)據(jù)、管理、決策等存在的問題，為進一步的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)公開提供支持。

(4)支持現(xiàn)場工作

條碼標簽易于制作、對設備和材料沒有特殊要求，識別設備操作容易，不需要特殊培訓，且設備相對便宜。條碼識別既可以作為一種識別手段單獨使用，也可以和有關識別設備組成一個系統(tǒng)實現(xiàn)自動化識別，還可以和數(shù)據(jù)庫關聯(lián)起來實現(xiàn)自動化管理。

將條碼化的污染源信息采用條碼標簽，或者電子標簽的形式布置于污染源附近，在污染源總量減排核查、環(huán)境監(jiān)察等現(xiàn)場調(diào)查工作中，工作人員可以通過手持終端，讀取條碼信息，或通過條碼信息查看數(shù)據(jù)庫信息等方式，實時的將已有數(shù)據(jù)與現(xiàn)場情況做出比較，直觀的做出判斷，起到輔助決策的功能。

4.2 污染源編碼體系基本框架

污染源條碼制管理實際上是基于條碼技術(shù)的污染源管理，其核心是按照一定的規(guī)則對污染源進行編碼，并生成條碼，然后將此條碼作為污染源唯一標識、報表管理及數(shù)據(jù)庫管理的有效手段。因此，污染源條碼體系設計歸根結(jié)底是編碼體系的設計。

根據(jù)污染源條碼制擬解決的問題，綜合考慮環(huán)境管理現(xiàn)狀等，設計污染源條碼化管理系統(tǒng)中編碼體系框架如圖1 所示。

圖1 污染源編碼體系框架圖

總體上，污染源編碼體系設計應面向三個層面，即企業(yè)層面、設備層面、表單層面;企業(yè)層面應包括企業(yè)唯一標識碼、企業(yè)基本信息編碼，設備層面包括產(chǎn)污設備編碼、治污設備編碼、污染源排口編碼，表單層面主要是針對表格內(nèi)容的條碼化，滿足數(shù)據(jù)自動化傳遞的需求。

4.3 污染源編碼的基本方法

信息編碼的方法體系如圖2 所示，常用的編碼方法有:層次碼、分段式編碼和混合編碼［18］。污染源編碼體系中，編碼承載功能較多，因此適宜選用混合編碼方法，具體的編碼規(guī)則將在未來的研究中進一步細化。

圖2 信息編碼(代碼)方法體系表

4.4 污染源條碼碼制選取

一般地，碼制時選擇通常遵循以下原則［19］:

(1)必須優(yōu)先從國家(或國際)標準中選擇碼制。

(2)每一種碼制都有特定的條形碼字符集，所以用戶自己系統(tǒng)中所需代碼字符必須包含在要選擇的字符集中。

(3)當印刷面積較大時，可選擇密度低、易實現(xiàn)印刷精確的碼制。當印刷條件較好時，可選擇高密度條形碼，反之則選擇低密度條形碼。

(4)當用戶在現(xiàn)有識度設備的前提下選擇碼制時也應對自己的現(xiàn)有設備加以考慮，以便設備能夠匹配。

(5)盡量選擇常用碼制。

根據(jù)目前的研究成果，在污染源條碼方案中，一維條碼和二維條碼都可以滿足條碼基本功能的需求，但考慮到一維條碼尺寸相對較大(空間利用率較低)，條碼污損、破壞后不能閱讀，沒有糾錯能力，保密性差等缺點，綜合分析比較認為，不論那一層級編碼方案，污染源條碼均采用二維條碼技術(shù)。具體的二維碼碼制的選取可在目前技術(shù)支持較好的PDF417 碼、QR 碼及中國自行研制的漢信碼中選取。

5 結(jié)語

當前我國涉足條碼應用的領域及商家與日俱增，各種與條碼相關的應用及創(chuàng)意層出不窮。本文在充分分析條碼技術(shù)發(fā)展及應用現(xiàn)狀的基礎上，對條碼技術(shù)在環(huán)境保護領域的應用進行了探討，初步探索出了環(huán)保領域條碼體系的基本框架及下一步應用的方向，為進一步的深入研究提供了基礎。

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