珠寶玉石的數(shù)智化檢測(cè)：一物、一證、一碼、一鏈

陸太進(jìn)，蘭 延，張 勇，張 曉，柯 捷，張 健

(國(guó)家珠寶玉石首飾檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司，北京 100013)

1 珠寶檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展變化

改革開(kāi)放后，我國(guó)珠寶首飾行業(yè)的迅速發(fā)展得益于龐大的市場(chǎng)規(guī)模，目前中國(guó)已成為全球最大的黃金生產(chǎn)國(guó)、進(jìn)口國(guó)以及全球鉆石第二大消費(fèi)國(guó)，玉石和彩色寶石等銷(xiāo)量也連年攀升。但盡管如此，中國(guó)珠寶首飾產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)發(fā)展階段，消費(fèi)層次、質(zhì)量和人均擁有量仍有待提升[1]。隨著珠寶市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)張，由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)作為公證的檢測(cè)業(yè)務(wù)需求也日益增長(zhǎng)，且在行業(yè)制度的深化改革下，珠寶玉石檢測(cè)資質(zhì)逐漸向外資和民營(yíng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)放開(kāi)。在全球珠寶檢測(cè)行業(yè)中，中國(guó)珠寶檢測(cè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在數(shù)量和規(guī)模上，但在品牌影響力和前沿技術(shù)方面仍存在不足。

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)、數(shù)字賦能、創(chuàng)新發(fā)展的大背景下，各行各業(yè)都在積極擁抱人工智能技術(shù)，以提高生產(chǎn)和工作效益，并促進(jìn)形成新的服務(wù)模式和商業(yè)模式。受珠寶市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)模式變化的影響，近年來(lái)珠寶檢測(cè)行業(yè)也發(fā)生了較大的變化(圖1)。傳統(tǒng)的珠寶檢測(cè)業(yè)務(wù)模式往往是根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)程序出具檢測(cè)證書(shū)，但隨著珠寶直播的興起，對(duì)檢測(cè)的及時(shí)性提出了更高的要求，檢測(cè)機(jī)構(gòu)不得不進(jìn)一步加強(qiáng)以快速、網(wǎng)上出證、便捷查詢(xún)和打印為特點(diǎn)的即刻檢測(cè)服務(wù)。另外，隨著珠寶玉石材料的合成優(yōu)化處理技術(shù)的不斷發(fā)展，以及客戶(hù)對(duì)某些珠寶玉石產(chǎn)地來(lái)源的檢測(cè)需要，對(duì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)，這一過(guò)程中不可避免需要大量收集各種寶石的檢測(cè)數(shù)據(jù)和各項(xiàng)參數(shù)，以建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各種樣品進(jìn)行建檔，從而提升檢測(cè)效率并滿(mǎn)足產(chǎn)品溯源需求。

圖1 珠寶檢測(cè)行業(yè)需求的“K字”變化圖Fig.1 “K-type”development trend for gems and jewelry testing and inspection industry

總的來(lái)說(shuō)，智能檢測(cè)、智能一體機(jī)、溯源、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、防偽等內(nèi)容已成為近年來(lái)珠寶檢測(cè)行業(yè)的熱門(mén)話題，故積極融合新技術(shù)，提升檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性已是行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的導(dǎo)向。

2 天然與合成鉆石的智能檢測(cè)鑒定

對(duì)寶石材料的快速、準(zhǔn)確鑒別一直是寶石學(xué)家關(guān)注的重要研究課題之一。但寶石合成和處理技術(shù)的不斷進(jìn)步增加了鑒定的復(fù)雜性，尤其是在鉆石方面，如何鑒別合成鉆石和不同方式處理改色鉆石是鉆石鑒定中的難點(diǎn)。合成鉆石和處理鉆石是合法的寶石產(chǎn)品，但應(yīng)在銷(xiāo)售過(guò)程中向消費(fèi)者明確標(biāo)識(shí)，然而，它們具有天然鉆石相似的外觀、性質(zhì)和較低的價(jià)值可能導(dǎo)致其被不良商家當(dāng)作天然鉆石出售。因此，對(duì)天然與合成、處理鉆石的準(zhǔn)確鑒別已成為整個(gè)鉆石行業(yè)面臨的緊迫挑戰(zhàn)，這也導(dǎo)致了檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)易操作、高準(zhǔn)確率鑒定儀器的迫切需求。

目前鉆石檢測(cè)中使用的方法主要有三種。第一種是基于天然鉆石和合成鉆石的譜學(xué)吸收差異區(qū)分，這一方法又可進(jìn)一步分為兩類(lèi)：一類(lèi)方法主要聚焦于紫外-可見(jiàn)光光譜范圍。據(jù)報(bào)道，該范圍內(nèi)天然鉆石的識(shí)別率為51.6%～95.3%，這也就意味著部分天然鉆石會(huì)進(jìn)一步測(cè)試或被誤判為合成鉆石或仿鉆；另一類(lèi)方法基于紅外吸收光譜差異進(jìn)行篩選鑒別，該方法能在篩選出近100%合成鉆石的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)天然鉆石的高準(zhǔn)確識(shí)別率(約95.9%)，但對(duì)已鑲嵌鉆石首飾可能會(huì)影響樣品的吸收測(cè)量結(jié)果，從而可能降低分析的靈敏度或?qū)е滦枰M(jìn)一步測(cè)試?；谖展庾V進(jìn)行鑒別的方法成本相對(duì)更高且更耗時(shí)。第二種方法是通過(guò)圖像分析天然鉆石和合成鉆石的熒光、磷光差異特征對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，該方法相對(duì)依賴(lài)測(cè)試人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，其天然鉆石識(shí)別率約為81.4%～99.7%，但有時(shí)識(shí)別率可能更低，因?yàn)閮H靠熒光或磷光不能對(duì)鉆石仿制品進(jìn)行有效區(qū)分，經(jīng)處理后的合成鉆石也會(huì)呈現(xiàn)出與天然鉆石相近的發(fā)光特性，導(dǎo)致將合成鉆石誤判為天然鉆石。第三種鑒定方法是基于熒光或光致發(fā)光(PL)光譜分析，然而這種方法相對(duì)耗時(shí)，且對(duì)設(shè)備及樣品要求較高，需要實(shí)驗(yàn)室配備多個(gè)波長(zhǎng)的激發(fā)光源及昂貴的PL光譜儀完成。同時(shí)，鉆石樣品還需被冷卻至液氮溫度，以最大限度地提高檢測(cè)靈敏度，這些檢測(cè)條件都嚴(yán)重限制了該方法的使用[2]。

圖2 NGTC自主研發(fā)的鉆石智能鑒定儀DDO 3210N(專(zhuān)利號(hào)：CN 216747403U)(a)和DDO珠寶首飾觀察鑒定儀結(jié)構(gòu)示意圖(b)Fig.2 DDO 3210N diamond identification system developed by NGTC (Chinese Patent No.:CN 216747403U)(a) and schematic drawing of the structure of DDO device(b)

為提高技術(shù)，提升效益，智能一體機(jī)為滿(mǎn)足行業(yè)需求應(yīng)運(yùn)而生。在行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的背景下，NGTC自主研發(fā)了鉆石智能鑒定儀(型號(hào)：DDO 3210N，圖2a)。這款儀器主要通過(guò)觀察珠寶首飾被高能紫外光激發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)光圖像特征，對(duì)其磷光曲線進(jìn)行測(cè)試，可以快速區(qū)分天然鉆石、合成鉆石以及鉆石仿制品，綜合分析結(jié)果準(zhǔn)確率高達(dá)99%，可以對(duì)樣品進(jìn)行批量觀察，適用于戒指、吊墜、項(xiàng)鏈等多種款式飾品的檢測(cè)。DDO珠寶首飾觀察鑒定儀(圖2b)采用高能紫外光光源，經(jīng)二向色鏡的濾光作用后獲得波長(zhǎng)為180～230 nm的紫外光，用于激發(fā)寶石發(fā)光。當(dāng)寶石礦物受到激發(fā)光輻射時(shí)，部分原子核外電子吸收光能從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，之后不穩(wěn)定從激發(fā)態(tài)恢復(fù)到基態(tài)時(shí)，以光的形式釋放能量(發(fā)射光)，當(dāng)光源激發(fā)和寶石持續(xù)發(fā)射光的間隔時(shí)間(衰減時(shí)間)極短，小于10 μm時(shí)，激發(fā)光停止后樣品發(fā)光消失為熒光；當(dāng)光源激發(fā)和寶石持續(xù)發(fā)射光的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，激發(fā)光停止后樣品依然發(fā)光為磷光。由于天然鉆石的光致發(fā)光衰減時(shí)間較短，一般肉眼觀察不到磷光，而部分合成鉆石的光致發(fā)光衰減時(shí)間較長(zhǎng)，激發(fā)光停止后肉眼依然可觀察到發(fā)光現(xiàn)象，由此可將90%的天然鉆石與部分合成鉆石區(qū)分開(kāi)。另一方面，人眼對(duì)光的反應(yīng)時(shí)間平均為225 ms，為觀察到衰減時(shí)間小于肉眼反應(yīng)時(shí)間的光致發(fā)光現(xiàn)象，設(shè)備可通過(guò)同步程序控制光源信號(hào)和工業(yè)相機(jī)采集信號(hào)，由此觀察到寶石的更短衰減時(shí)間的發(fā)光特征。

通過(guò)對(duì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的大量天然合成鉆石、HPHT合成鉆石、CVD合成鉆石及碳硅石(莫桑石)、合成立方氧化鋯、玻璃等樣品進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果顯示，該儀器可對(duì)大于0.002 ct的天然鉆石厘石進(jìn)行快速篩查，對(duì)天然裸石、鑲嵌天然鉆石主石、群鑲天然鉆石主石及配石可以進(jìn)行高準(zhǔn)確率、快速檢測(cè)。對(duì)HPHT合成鉆石和CVD合成鉆石的檢測(cè)準(zhǔn)確率可達(dá)99%，對(duì)仿鉆的檢測(cè)準(zhǔn)確率可達(dá)100%。

3 珠寶首飾的溯源

產(chǎn)地證書(shū)是當(dāng)今高端珠寶市場(chǎng)的重要組成部分，商品的稀有性、品牌和出處等因素對(duì)消費(fèi)者和投資者都至關(guān)重要。高端珠寶售賣(mài)(如拍賣(mài))中通常僅用原產(chǎn)國(guó)證書(shū)對(duì)其來(lái)源進(jìn)行支撐，而不是尋找有關(guān)寶石來(lái)源的確鑿證據(jù)，這與陶瓷、家具、繪畫(huà)和葡萄酒等的專(zhuān)家意見(jiàn)報(bào)告非常相似。在某些情況下，由于不同實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)手段和數(shù)據(jù)庫(kù)差異，對(duì)同一件首飾的石學(xué)起源解釋可能會(huì)有所不同[3]。21世紀(jì)初，許多學(xué)者針對(duì)“血鉆”問(wèn)題對(duì)鉆石原產(chǎn)地的判定進(jìn)行了大量研究，但至今尚未發(fā)現(xiàn)能對(duì)鉆石裸石進(jìn)行明確產(chǎn)地判別的手段[4]，這說(shuō)明僅通過(guò)地球化學(xué)、同位素和光譜學(xué)方法并不能確定鉆石裸石的來(lái)源。因此，筆者認(rèn)為，可將重點(diǎn)放在監(jiān)管鏈和其他機(jī)制上，對(duì)鉆石裸石的來(lái)源進(jìn)行把控。

如何實(shí)現(xiàn)鉆石、彩色寶石和珍珠從礦山(產(chǎn)地)到市場(chǎng)的全過(guò)程溯源已成為珠寶行業(yè)日益關(guān)注的話題。受行業(yè)全球分布的復(fù)雜分散性影響，很少有關(guān)于寶石開(kāi)采、首飾制作和銷(xiāo)售的信息流通到消費(fèi)者群體中，但增加這一過(guò)程的透明度可以更好地映射和理解供應(yīng)鏈問(wèn)題，最終有助于改善供應(yīng)鏈的環(huán)境和社會(huì)影響，此外消費(fèi)者也不斷表現(xiàn)出對(duì)其所購(gòu)買(mǎi)的珠寶首飾產(chǎn)品來(lái)源和制造方式的濃厚興趣。與此同時(shí)，一些公司也希望積極投身其中以更好地了解自己的供應(yīng)鏈和潛在的可持續(xù)發(fā)展影響[5]。

“溯源”的概念不同機(jī)構(gòu)有不同的理解，筆者將其劃分為三種層次：產(chǎn)地溯源(品種)、標(biāo)識(shí)溯源(物·證)和認(rèn)證溯源(品牌)，如圖3所示。其中，產(chǎn)地溯源(品種)是通過(guò)對(duì)珠寶首飾的常規(guī)寶石學(xué)特征進(jìn)行采集分析、AI深度學(xué)習(xí)輔助和數(shù)據(jù)采集分析，而后實(shí)現(xiàn)建模、建庫(kù)、數(shù)據(jù)對(duì)比，最后出證。標(biāo)識(shí)溯源(物·證)是針對(duì)目前市場(chǎng)上普遍存在的物證不統(tǒng)一問(wèn)題，即套證現(xiàn)象，因此需要在物件、證書(shū)上賦印記、碼、芯片等標(biāo)識(shí)，通過(guò)采集各種數(shù)據(jù)，出具物證統(tǒng)一的證書(shū)。認(rèn)證溯源(品牌)是指利用區(qū)塊鏈技術(shù)將產(chǎn)業(yè)鏈各單元的證書(shū)信息串聯(lián)起來(lái)，最后出具區(qū)塊鏈存證證書(shū)，便于產(chǎn)品/品牌的溯源及推廣。

圖3 NGTC珠寶溯源分解圖Fig.3 Decomposition diagram of gems and jewelry tracing by NGTC

圖4 珠寶首飾全過(guò)程賦碼的流程圖Fig.4 Flow chart for coding in the whole processes of the supply chain for gems and jewelry

4 一物、一證、一碼、一鏈

在全球區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的背景下，中國(guó)珠寶行業(yè)也需要有自己的系統(tǒng)，建立數(shù)字系統(tǒng)供大家共享。從珠寶生產(chǎn)商或者開(kāi)采商開(kāi)始賦碼，再依次流通至市場(chǎng)、檢測(cè)，加工服務(wù)、產(chǎn)品銷(xiāo)售(圖4)。有了“碼”和“鏈”的服務(wù)，珠寶的再循環(huán)市場(chǎng)也將被打開(kāi)。

近年來(lái)，珠寶國(guó)檢研究團(tuán)隊(duì)和數(shù)字國(guó)檢團(tuán)隊(duì)共同為行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)行了相關(guān)研發(fā)工作，提出了珠寶玉石的數(shù)智化檢測(cè)：一物、一證、一碼、一鏈?！耙晃铩薄耙蛔C”延續(xù)傳統(tǒng)珠寶鑒定中的概念，分別指首飾飾品及與之匹配的鑒定證書(shū)。“一碼”是指被賦在首飾上的“碼”或“印記”，目前市場(chǎng)上有各種“碼”和“印記”，如條形碼、二維碼、激光印記、納維碼等。市場(chǎng)上現(xiàn)在對(duì)鉆石賦加“印記”深度可達(dá)40 nm，而激光刻字技術(shù)深度可達(dá)300 nm，“印記”不斷向透明化、多層化發(fā)展。目前，NGTC正在研發(fā)國(guó)檢碼(NGTC Code)，利用飛秒激光器在鉆石的腰部或臺(tái)面上賦碼(圖5)?！耙绘湣敝纲|(zhì)量鏈，是運(yùn)用區(qū)塊鏈、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)手段，以標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)利、產(chǎn)品溯源、信用保險(xiǎn)為全程質(zhì)量保障的第三方全要素質(zhì)量數(shù)據(jù)公共服務(wù)平臺(tái)。區(qū)塊鏈?zhǔn)侵竻^(qū)域中心化、分步驟計(jì)算的數(shù)字化技術(shù)，具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸、共設(shè)機(jī)制以及加密算法等特點(diǎn)。中國(guó)企業(yè)——“浪潮”在質(zhì)量鏈的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用方面全國(guó)領(lǐng)先，將消費(fèi)者、企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、政府部門(mén)串聯(lián)起來(lái)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。NGTC已經(jīng)與浪潮企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)合作，以期將珠寶玉石的質(zhì)量鏈構(gòu)建起來(lái)，提供全程的質(zhì)量保障體系——全流程、可信任、可追溯，將檢測(cè)數(shù)據(jù)和環(huán)節(jié)等通過(guò)加密算法形成不可篡改的哈希碼，實(shí)現(xiàn)全系列的質(zhì)量保證。

5 玉源碼

圖6 帶玉源碼標(biāo)注的和田玉Fig.6 Nephrite with jade tracing code

納維碼(ND-code)是新一代數(shù)字標(biāo)識(shí)技術(shù)，融合了納米材料技術(shù)、光子技術(shù)與信息技術(shù)，通過(guò)將數(shù)據(jù)承載在納米微晶材料，在物體表面形成融合性數(shù)字標(biāo)記，再通過(guò)特殊光學(xué)手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速識(shí)別。這種納維碼具有耐高溫、識(shí)別性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、適用廣、速度快、隱形等特點(diǎn)，可經(jīng)受1 000 ℃的高溫，壽命最長(zhǎng)可達(dá)100年，且在全暗甚至30%破損的情況下也能在1秒內(nèi)完成讀碼[6]。NGTC開(kāi)發(fā)的玉源碼是在納維碼的基礎(chǔ)上形成的，可對(duì)各種形狀、大小的玉石原石進(jìn)行打碼(圖6)，打碼位置可供選擇，具有無(wú)色、透明、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可推動(dòng)產(chǎn)地、品種、加工、銷(xiāo)售、再循環(huán)的全過(guò)程賦碼應(yīng)用。

6 線上線下質(zhì)檢一站式體系

目前，NGTC組建了貫穿線上線下“物流+檢測(cè)”的珠寶玉石質(zhì)檢一站式服務(wù)體系，其中手機(jī)操作的快遞公司與“珠寶送檢“小程序方便各類(lèi)客戶(hù)感受到珠寶數(shù)智化帶來(lái)的便利和高效?！癗GTC APP”手機(jī)軟件建立了珠寶企業(yè)、珠寶國(guó)檢、消費(fèi)者三方聯(lián)動(dòng)、共建、共享的集“線上服務(wù)、數(shù)字證書(shū)、證書(shū)驗(yàn)偽”為一體的服務(wù)平臺(tái)。

數(shù)字證書(shū)和珠寶數(shù)字身份證是傳統(tǒng)紙質(zhì)證書(shū)信息化的轉(zhuǎn)變，數(shù)字證書(shū)的提出是基于檔案管理的概念，為大家提供實(shí)物鑰匙、區(qū)塊鏈存證、數(shù)字化鑒定、證書(shū)展示和數(shù)字簽章等新的服務(wù)助力產(chǎn)品推廣(圖7)。該概念綜合了三種技術(shù)方法：(1)RFID(Radio Frequency Identification)芯片，檢測(cè)機(jī)構(gòu)與商家間的盤(pán)貨匹配；(2)二維碼(國(guó)檢碼)，查證、防偽、讀取相關(guān)信息；(3)區(qū)塊鏈技術(shù)，第三方監(jiān)管可信、可溯源體系。區(qū)塊鏈存證服務(wù)將存證名稱(chēng)、存證方、存證時(shí)間、確權(quán)機(jī)構(gòu)簽章等統(tǒng)一計(jì)算生成哈希(Hash)值作為產(chǎn)品唯一身份證ID，不可篡改。數(shù)字證書(shū)和珠寶數(shù)字身份證比傳統(tǒng)的紙質(zhì)證書(shū)更加便利，不易篡改的數(shù)字存證保證唯一溯源也是未來(lái)檢測(cè)證書(shū)發(fā)展的大方向。消費(fèi)者只需通過(guò)手機(jī)掃描就可讀取數(shù)字證書(shū)。此外，NGTC的相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了線上、線下聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，珠寶國(guó)檢軟件、珠寶送檢小程序聯(lián)合物流公司向大家提供線上送檢的服務(wù)，經(jīng)過(guò)試運(yùn)營(yíng)階段，實(shí)現(xiàn)了可觀的效果，將線上線下檢測(cè)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。

圖7 紙質(zhì)證書(shū)、數(shù)字證書(shū)與珠寶數(shù)字身份證Fig.7 Paper report,digital report and jewelry digital ID card by NGTC

7 結(jié)語(yǔ)

在新時(shí)代、經(jīng)濟(jì)“雙循環(huán)”下，珠寶玉石首飾的檢測(cè)和評(píng)價(jià)正在向智能化、數(shù)字化、高效化、系統(tǒng)化方向快速發(fā)展，走線上、線下聯(lián)通之路。近年來(lái),運(yùn)用現(xiàn)代的“碼、鏈、標(biāo)識(shí)、大數(shù)據(jù)”等技術(shù)開(kāi)展了珠寶玉石首飾的“一物、一證、一碼、一鏈”數(shù)智化檢測(cè)和評(píng)價(jià)研發(fā)，同時(shí)線上、線下聯(lián)通檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將有效地解決“溯源、求真、查重、再循環(huán)”等市場(chǎng)需求，為我國(guó)珠寶檢測(cè)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支持和保駕護(hù)航。