條碼技術發展現狀及其在環保領域的應用探索

易愛華 趙曉宏 康衛勇 趙 越

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

條碼技術作為一種信息存儲和傳遞技術，從一出現就受到了國際社會的廣泛關注。從上個世紀70年代至今，條碼技術及應用都取得了長足的發展。條碼符號表示已從一維條碼發展到二維條碼、RFID 技術，目前又出現了將二維碼技術與云平臺結合的活碼技術;條碼介質由普通紙質發展到反光塑料等特殊介質;條碼的應用已從商業、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的發展及應用現狀，以期探索條碼技術在環保領域的應用。

1 條碼技術發展現狀

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。三種數據載體各有各的優點，適合不同的應用環境。一維條碼多用于對物品的標識，技術成熟，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，技術可靠性還有待提高［2－4］。三種載體形式各有各的優點，有各自的應用領域。

表1 一維條碼、二維條碼與RFID 技術比較

1.3 條碼技術新發展

隨著移動互聯網的迅速發展，一種二維碼和云存儲相結合的新技術應用而生，取名為活碼技術。它實現了二維碼圖案和內容的分離，可保持二維碼圖案不變，內容隨時更改，存儲無限內容，隨意指向所有網址，掃描效果可跟蹤。它克服了傳統二維碼內容有限、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 時代移動互聯網的需要。

2 國外條碼技術應用現狀

條碼的最早應用起源于零售終端結算。上世紀40年代開始，美國開始研究食品雜貨類產品及相應設備的自動識別問題，以解決計算機應用中數據采集的“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，標志著條碼技術進入了全新的發展階段［5］。

隨著條碼技術的不斷進步，條碼技術在全球范圍內得到了迅猛發展，被廣泛應用到了各個領域，包括貿易、物流、資產管理、身份標識、文檔管理等，而隨著網絡的繁榮，條碼在電子商務和移動商務方面也得到了應用，并將在物聯網和智能生活等方面得到廣泛的應用。

2.1 在貿易領域的應用

據調查，全球每天掃描條碼的商品交易次數超過50 億次［6］。條碼在貿易項目中的使用，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活動實現自動化［7］。條碼可以標識實體或非實體貿易項目、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，實現它們在零售和非零售環節的流通。

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、醫療保健、交通運輸、工業、商業、金融、海關及政府管理等領域廣泛應用。

在日本、韓國等地區，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，不依賴于數據庫和計算機網絡，保密防偽性能強［9］等特點，可以預見，條碼技術在身份識別上極具推廣價值。

2.3 在跟蹤監測上的應用

條碼通過標識每個物品，可以對該物品的流轉進行完全的跟蹤。

以物流領域為例，條碼提高了產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，并為更大范圍內應用創造了機會，比如直接轉運、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設備，醫院和診所采用二維條碼標簽跟蹤設備及手術器械。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，對應的數據庫信息隨之更新［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，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務興起于2003年，在2006年迎來大爆發。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，引領了韓國時尚潮流［12］。

此外，二維碼還可制成電子優惠券，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。而且二維碼電子優惠券較之普通的紙質優惠券還有節約印刷成本、豐富宣傳內容、便于“攜帶”等優勢。

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據庫信息的關鍵字，條碼規則由使用范圍內的組織者統一規定，文檔發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據庫中獲取文檔信息。

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，公司經紀人會將每張保單和協議都在電腦中制作并打印出來，同時將保單內容編成一個PDF417 條碼，這樣就可以直接掃描二維條碼將保單數據輸入到公司的主機中，與之前的人工輸入相比較，數據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，還極大帶動了當地的觀光旅游業。在歐洲，一處以“風車”聞名的風景區，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站了解死者的信息，網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，許多藝術家已經開始使用二維條形碼的藝術，如斯科特·布萊克的條碼耶穌，已成為后現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場，其農場主利用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場的專屬網頁［8］。

3 國內條碼技術應用現狀及前景

我國的條碼技術的發展經歷了五個階段，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，提高了超市零售結算信息化水平，促進了國內商品流通;第三個階段是實現了跨企業供應鏈協調與信息共享，提高了物流供應鏈水平;第四階段是服務于政府產品、質量監管，實現產品的追溯與召回，并拓展到電子商務和移動商務領域的應用。目前，隨著3G 技術的普及以及4G 技術的發展，智能手機聯網費用降低，網速提高，國內出現了結合云存儲的二維碼技術，即活碼技術。

3.1 國內條碼應用第一階段

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年在西德編碼機構申請注冊商品條碼，為此，向對方支付了38000 馬克的一次性費用，另外還要根據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的商家紛紛致函我國的有關企業，要求在規定期限內商品必須印有條碼，否則將降低價格或拒絕接受這些商品。

3.2 國內條碼應用第二、三階段

1993年5月，由中國條碼技術與應用協會、國內貿易部、中國物品編碼中心聯合舉辦的百家商店倡議商品條碼化新聞發布會在北京召開，全國177 家商店發出《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，從柜臺結算變為POS 結算。

目前，零售領域是條碼應用最為廣泛的領域。據統計，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進行零售結算;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］。

生產企業為產品分配的條碼，會一直貫穿于產品的整個流通過程中。企業在訂貨、配送、收貨、庫管、發貨、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信息系統中，實現數據的自動采集與分析，降低物流成本，提升企業效率，實現上下游企業間信息傳遞的“無縫”對接。

3.3 國內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品、質量監管，實現產品的追溯與召回等。在服務政府、產品監管方面，主要是采用全球統一的編碼標識技術對參與生產流通的人、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加工、檢驗檢疫、境內流通銷售的全過程關鍵數據，最終實現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則》《奧運會食品安全數據元目錄規范》。利用商品條碼、批次號、有效期等，實現對醫療器械產品的單品追溯召回，在上海等地的150 家醫院實現了植入性醫療器械的可追溯。在稅務申報系統、財務管理系統中采用條碼技術，實現了報表信息傳遞的自動化，降低了數據輸入、審核的錯誤率，提高了管理工作的效率。

3.4 新型活碼技術的應用及前景分析

隨著移動互聯網技術的發展，近幾年二維碼的應用出現了一個新的模式，即內容在云端的二維碼—活碼?；畲a主要服務于中小微企業和個人的需求，讓大家都能方便地使用二維碼。幫助企業利用二維碼，借助移動互聯網展示品牌，推廣產品。幫助個人用戶利用二維碼展示自己，簡化工作。根據相關數據統計，全國有中小商戶共計5000 萬個左右，活碼技術應用市場前景廣闊，預計到2018年，該領域市場容量將超過500 億。

4 條碼技術在環保領域的應用探索

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、數據銜接性差等問題，我國曾嘗試提出了“三表合一”、規范數據填報方式、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，從技術角度分析，主要是污染源數據缺乏一致性描述，數據流轉方式科學性差、數據庫系統數據訪問交換接口不規范等，容易形成信息孤島，加大了不同部門間數據比對、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范，構建全面的污染源管理體系，建立跨業務部門及國家、省市、區縣統一共用的污染源基本信息檔案庫尤為重要。

條碼技術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、物流等多種行業廣泛使用。將條碼技術引入環境管理，其目的就是想利用條碼技術可靠準確標識物體、快速輸入輸出信息、與數據庫結合靈活使用等特點，解決我國現有污染源管理中存在的部分技術問題。在充分調研條碼技術的發展與應用現狀、環保領域現行管理制度與數據狀況的基礎上，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。

根據條碼技術在商品、物流、圖書管等領域的成功應用經驗，條碼作為同一物品的唯一標識，并服務于物品生成、流轉、輸送等全過程，是多種行業共享的通用數據。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務共用條碼信息，并通過條碼信息有效關聯，對于解決目前污染源管理中標識不統一，歷年數據庫間、同年不同數據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

條碼技術在海關及稅務領域的應用就是利用條碼技術實現簡潔、高效的信息傳遞。資料調查顯示，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，不僅節約了填報信息所需的時間，而且可以避免數據錄入時的人為誤差，提高填報數據的準確性。此外，條碼不僅可以存儲項目的基本信息，還可以承載不同環節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)與后臺數據庫關聯調用

現階段，我國各類污染源業務數據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果不匹配的問題。而采用條碼技術后，將條碼作為互聯網或數據資源的入口，通過掃碼調用后臺數據，就可以避免數據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，在實現了現有數據庫間資源整合后，可以在此基礎上進一步分析挖掘現有數據、管理、決策等存在的問題，為進一步的數據共享、數據公開提供支持。

(4)支持現場工作

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實現自動化識別，還可以和數據庫關聯起來實現自動化管理。

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、環境監察等現場調查工作中，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據庫信息等方式，實時的將已有數據與現場情況做出比較，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的污染源管理，其核心是按照一定的規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、報表管理及數據庫管理的有效手段。因此，污染源條碼體系設計歸根結底是編碼體系的設計。

根據污染源條碼制擬解決的問題，綜合考慮環境管理現狀等，設計污染源條碼化管理系統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，即企業層面、設備層面、表單層面;企業層面應包括企業唯一標識碼、企業基本信息編碼，設備層面包括產污設備編碼、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容的條碼化，滿足數據自動化傳遞的需求。

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)當用戶在現有識度設備的前提下選擇碼制時也應對自己的現有設備加以考慮，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。具體的二維碼碼制的選取可在目前技術支持較好的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意層出不窮。本文在充分分析條碼技術發展及應用現狀的基礎上，對條碼技術在環境保護領域的應用進行了探討，初步探索出了環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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