条码技术发展现状及其在环保领域的应用探索

易爱华 赵晓宏 康卫勇 赵 越

(1.环境保护部环境工程评估中心，北京 100012;2.国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室，北京 100012;3.北京市标准化研究院，北京 100013)

条码技术作为一种信息存储和传递技术，从一出现就受到了国际社会的广泛关注。从上个世纪70年代至今，条码技术及应用都取得了长足的发展。条码符号表示已从一维条码发展到二维条码、RFID 技术，目前又出现了将二维码技术与云平台结合的活码技术;条码介质由普通纸质发展到反光塑料等特殊介质;条码的应用已从商业、物流领域拓展到政府管理、社会生活等诸多领域［1］。本文通过分析条码技术的发展及应用现状，以期探索条码技术在环保领域的应用。

1 条码技术发展现状

1.1 条码的组成

条码(又称条形码)是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表达一组信息的图形标识符。条码是由编码和条形码组成，其中，编码是核心，它采用标准的形式，用数字和字符组合形成字符串，标识其代表的物体;条形码是由黑白相间的条和空，按照一定规则排列的组合，它与编码相对应，是编码符号的载体。编码用于人工识读，条形码用于机器识读。

1.2 条码的载体

一维条码、二维条码、RFID 都是承载编码信息的载体。同一个编码可以用不同的载体表示，例如代码“6901234567892”，可以用EAN－13、二维码、RFID 标签分别表示。三种数据载体各有各的优点，适合不同的应用环境。一维条码多用于对物品的标识，技术成熟，价格低廉，几乎“零”成本，应用广泛;二维条码多用于对物品的描述，信息量大，有纠错功能，可脱机使用，但印刷识读成本较高;RFID 具有非接触、成批识读等特点，但成本还比较高，技术可靠性还有待提高［2－4］。三种载体形式各有各的优点，有各自的应用领域。

表1 一维条码、二维条码与RFID 技术比较

1.3 条码技术新发展

随着移动互联网的迅速发展，一种二维码和云存储相结合的新技术应用而生，取名为活码技术。它实现了二维码图案和内容的分离，可保持二维码图案不变，内容随时更改，存储无限内容，随意指向所有网址，扫描效果可跟踪。它克服了传统二维码内容有限、二维码一旦生成无法修改、无法记录分析扫描情况等缺陷，顺应了4G 时代移动互联网的需要。

2 国外条码技术应用现状

条码的最早应用起源于零售终端结算。上世纪40年代开始，美国开始研究食品杂货类产品及相应设备的自动识别问题，以解决计算机应用中数据采集的“瓶颈”问题。1967年，美国克罗格连锁超市的辛辛那提分店第一次使用条码销售商品，标志着条码技术进入了全新的发展阶段［5］。

随着条码技术的不断进步，条码技术在全球范围内得到了迅猛发展，被广泛应用到了各个领域，包括贸易、物流、资产管理、身份标识、文档管理等，而随着网络的繁荣，条码在电子商务和移动商务方面也得到了应用，并将在物联网和智能生活等方面得到广泛的应用。

2.1 在贸易领域的应用

据调查，全球每天扫描条码的商品交易次数超过50 亿次［6］。条码在贸易项目中的使用，可以使POS 销售点(通过价格查询文件)、货物接收、库存管理、自动再订货、销售分析以及其它许多商业活动实现自动化［7］。条码可以标识实体或非实体贸易项目、定量或变量物品、单个项目或项目组合等各个包装级别，给它们进行唯一标识，实现它们在零售和非零售环节的流通。

2.2 在身份识别上的应用

条码作为身份识别的手段已在国防、公共安全、医疗保健、交通运输、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域广泛应用。

在日本、韩国等地区，二维条码作为身份识别的应用普及率达到96%以上。在日本，所有入境人员的护照都贴有二维码，在方便管理的同时也为入境人员提供更多便利服务［8］。国际上，国际航协要求，2009年底全球航空公司的60%旅客使用二维条码作为登机牌，到2010年底航空公司要做到100%旅客使用二维条码登机。

由于条码具有成本低，信息可随载体移动，不依赖于数据库和计算机网络，保密防伪性能强［9］等特点，可以预见，条码技术在身份识别上极具推广价值。

2.3 在跟踪监测上的应用

条码通过标识每个物品，可以对该物品的流转进行完全的跟踪。

以物流领域为例，条码提高了产品在供应链中运输和/或仓储管理的效率，并在供应链中跟踪和追溯产品。通过扫描每个物流单元的条码，通过物流与相关的信息流连接，可跟踪和追溯每个物流单元的实物移动，并为更大范围内应用创造了机会，比如直接转运、运输路线安排、自动收货等。

此外，很多工厂采用二维条码跟踪生产设备，医院和诊所采用二维条码标签跟踪设备及手术器械。例如美国钢管公司使用二维条码，以方便追踪其在全国各地复杂的管道网络，二维条码包含诸如长度、厚度、等级、制造厂商、管路编号等重要属性信息，当需要对管道进行更新维护时，工作人员只需扫描贴在管道上的二维条码，对应的数据库信息随之更新［10］。

2.4 在移动商务中的应用

在国外，手机二维码是一项非常成熟的技术，其中最为通用的是流行于日本的QR 码和流行于韩国的DM码［11］。日本的手机二维码业务兴起于2003年，在2006年迎来大爆发。当时日本使用手机二维码的用户已有6000 万人，通过扫描二维码获取商品资讯、优惠活动、购买电影票等成为当时流行的主题，其火爆程度绝不亚于短信。韩国与日本类似，二维码市场发展很快，到2006年，韩国一半左右的手机用户使用二维码。世界著名零售商TESCO 通过二维码建立商品购买入口，已成功应用到韩国的地铁公交系统，引领了韩国时尚潮流［12］。

此外，二维码还可制成电子优惠券，宣传资料上一个醒目的二维码，配以一句简洁的如“扫钱扫优惠”之类的广告语，便能吸引消费者掏出手机扫码一探究竟。而且二维码电子优惠券较之普通的纸质优惠券还有节约印刷成本、丰富宣传内容、便于“携带”等优势。

2.5 在文档管理中的应用

条码用于文档管理是将条码作为访问文件数据库信息的关键字，条码规则由使用范围内的组织者统一规定，文档发布者对文档包含的所有信息负有责任，包括条码的编码和人工识读字符，文档的接收者通过扫描条码可以在数据库中获取文档信息。

日本Seimei 保险公司巧妙地利用PDF417 条码提高工作效率，约见客户时，公司经纪人会将每张保单和协议都在电脑中制作并打印出来，同时将保单内容编成一个PDF417 条码，这样就可以直接扫描二维条码将保单数据输入到公司的主机中，与之前的人工输入相比较，数据录入的准确性和速度都得以提高［13］。条码在文档管理中类似的应用还包括税务申报表、海关保单表、政府部门的各类申请表等。

2.6 条码在其他方面的应用

二维条码在旅游交通上也有一定的应用。在韩国首都首尔，约有6300 个公交站牌布设二维码，为市民提供公交查询、旅游指南、生活信息等日常服务。这不仅为市民提供了便利的公交服务，还极大带动了当地的观光旅游业。在欧洲，一处以“风车”闻名的风景区，就是通过二维码向游客提供景点导航、风俗介绍、停车位置等游览信息服务的［14］。

英国推出了这样一款“二维码墓碑”应用［8］:人们只要用智能手机扫描二维码，就可以登录到相关网站了解死者的信息，网站页面信息包括死者的生平、照片、视频以及人们献上的悼词;通过密码登录后，死者的亲友还可以对页面进行更新，在上面添加评论以及对死者的回忆。

在21 世纪，许多艺术家已经开始使用二维条形码的艺术，如斯科特·布莱克的条码耶稣，已成为后现代主义运动的一部分。加拿大亚伯达省拉科姆市的克雷家庭农场，其农场主利用2.9 万平方米的玉米迷宫制作成了一个可以扫描的二维条码，扫描后直接链接到该家庭农场的专属网页［8］。

3 国内条码技术应用现状及前景

我国的条码技术的发展经历了五个阶段，第一个阶段时为了满足出口的需求;第二个阶段是改变了商品流通模式，提高了超市零售结算信息化水平，促进了国内商品流通;第三个阶段是实现了跨企业供应链协调与信息共享，提高了物流供应链水平;第四阶段是服务于政府产品、质量监管，实现产品的追溯与召回，并拓展到电子商务和移动商务领域的应用。目前，随着3G 技术的普及以及4G 技术的发展，智能手机联网费用降低，网速提高，国内出现了结合云存储的二维码技术，即活码技术。

3.1 国内条码应用第一阶段

上个世纪80年代，我国商品因为没有条码，出口受到了很大限制，外商以种种理由打压我们的商品价格，使我们的企业不能进行公平竞争。例如，中粮食品进出口总公司为了出口商品，不得不于1986年在西德编码机构申请注册商品条码，为此，向对方支付了38000 马克的一次性费用，另外还要根据每年出口销售额支付一定年费。另外，美国、澳大利亚等国家和中国香港地区的商家纷纷致函我国的有关企业，要求在规定期限内商品必须印有条码，否则将降低价格或拒绝接受这些商品。

3.2 国内条码应用第二、三阶段

1993年5月，由中国条码技术与应用协会、国内贸易部、中国物品编码中心联合举办的百家商店倡议商品条码化新闻发布会在北京召开，全国177 家商店发出《加速商品条码化的步伐》倡议书，呼吁广大制造商尽快在商品包装上印刷条码标识。自此以后，商品条码在零售领域广为应用，带来了零售方式的变革，从柜台结算变为POS 结算。

目前，零售领域是条码应用最为广泛的领域。据统计，我国3000 多万种商品中广泛采用商品条码;100 多万家商店采用条码技术进行零售结算;90%以上的快速消费品采用商品条码;超过75%的出口商品使用了商品条码，进口方面的比例则超过60%［15］［16］。

生产企业为产品分配的条码，会一直贯穿于产品的整个流通过程中。企业在订货、配送、收货、库管、发货、送货及退货等物流过程中扫描商品条码标识，相关信息便自动记录到企业信息系统中，实现数据的自动采集与分析，降低物流成本，提升企业效率，实现上下游企业间信息传递的“无缝”对接。

3.3 国内条码应用的第四阶段

我国条码应用的第四阶段主要是服务于政府产品、质量监管，实现产品的追溯与召回等。在服务政府、产品监管方面，主要是采用全球统一的编码标识技术对参与生产流通的人、物、位置赋予唯一编码。例如建立中国进口葡萄酒追溯平台，采集葡萄酒在境外生产加工、检验检疫、境内流通销售的全过程关键数据，最终实现葡萄酒的跨国追溯和召回。服务北京奥运，制定《奥运会食品追溯编码规则》《奥运会食品安全数据元目录规范》。利用商品条码、批次号、有效期等，实现对医疗器械产品的单品追溯召回，在上海等地的150 家医院实现了植入性医疗器械的可追溯。在税务申报系统、财务管理系统中采用条码技术，实现了报表信息传递的自动化，降低了数据输入、审核的错误率，提高了管理工作的效率。

3.4 新型活码技术的应用及前景分析

随着移动互联网技术的发展，近几年二维码的应用出现了一个新的模式，即内容在云端的二维码—活码。活码主要服务于中小微企业和个人的需求，让大家都能方便地使用二维码。帮助企业利用二维码，借助移动互联网展示品牌，推广产品。帮助个人用户利用二维码展示自己，简化工作。根据相关数据统计，全国有中小商户共计5000 万个左右，活码技术应用市场前景广阔，预计到2018年，该领域市场容量将超过500 亿。

4 条码技术在环保领域的应用探索

4.1 污染源条码制管理的提出及拟解决的问题

针对我国污染源管理中存在的多头管理、数据衔接性差等问题，我国曾尝试提出了“三表合一”、规范数据填报方式、加大管理部门衔接等诸多改进措施。但实际上，造成我国现有污染源管理中诸多问题的原因，除了管理体制上的问题外，从技术角度分析，主要是污染源数据缺乏一致性描述，数据流转方式科学性差、数据库系统数据访问交换接口不规范等，容易形成信息孤岛，加大了不同部门间数据比对、整合和深度分析的难度。因此，制定保证污染源共享交换的相关规范，构建全面的污染源管理体系，建立跨业务部门及国家、省市、区县统一共用的污染源基本信息档案库尤为重要。

条码技术作为二十世纪最伟大的十种人机信息交互接口之一，目前已在商品、图书馆、物流等多种行业广泛使用。将条码技术引入环境管理，其目的就是想利用条码技术可靠准确标识物体、快速输入输出信息、与数据库结合灵活使用等特点，解决我国现有污染源管理中存在的部分技术问题。在充分调研条码技术的发展与应用现状、环保领域现行管理制度与数据状况的基础上，研究认为，采取污染源信息条码化管理，有利于解决以下问题:

(1)污染源唯一标识

污染源管理与普通商品、证件等的管理具有一定的相似性，首先需要唯一的、稳定不变的身份标识，才能为污染源信息的查询比对、多源融合、共享交换、跟踪追溯等深层需求提供服务。

根据条码技术在商品、物流、图书管等领域的成功应用经验，条码作为同一物品的唯一标识，并服务于物品生成、流转、输送等全过程，是多种行业共享的通用数据。因此，对于某一污染源，将污染源有关信息条码化后，所生成的条码将是该污染源的唯一标识。围绕该污染源的所有业务共用条码信息，并通过条码信息有效关联，对于解决目前污染源管理中标识不统一，历年数据库间、同年不同数据库间的正确匹配起到极大的推动作用。

(2)简洁、高效的信息传递

条码技术在海关及税务领域的应用就是利用条码技术实现简洁、高效的信息传递。资料调查显示，对于键盘输入，一个每分钟打90 个字的打字员1.6 秒可输入12 个字符或字符串，而使用条码，做同样的工作只需0.3 秒，速度提高了5 倍。同时，使用键盘输入平均每300 个字符一个错误，而条码输入平均每15000 个字符一个错误;如果加上校验位出错率是千万分之一［17］。

因此，将污染源信息条码化后，不仅节约了填报信息所需的时间，而且可以避免数据录入时的人为误差，提高填报数据的准确性。此外，条码不仅可以存储项目的基本信息，还可以承载不同环节的信息及条码信息修改的轨迹信息，利用条码承载尽量多的、必要的核心信息是条码能够大范围应用的必要条件。

(3)与后台数据库关联调用

现阶段，我国各类污染源业务数据的查询及分析比对主要依靠人工输入污染源名称、法人代码、地址等进行，这种方式往往由于原始信息录入或者查询时的误差等，造成拟查询信息与查询结果不匹配的问题。而采用条码技术后，将条码作为互联网或数据资源的入口，通过扫码调用后台数据，就可以避免数据填报或者查询时人为因素造成的信息不匹配问题，提高查询效率，并更大程度的整合相关资源。

同时，在实现了现有数据库间资源整合后，可以在此基础上进一步分析挖掘现有数据、管理、决策等存在的问题，为进一步的数据共享、数据公开提供支持。

(4)支持现场工作

条码标签易于制作、对设备和材料没有特殊要求，识别设备操作容易，不需要特殊培训，且设备相对便宜。条码识别既可以作为一种识别手段单独使用，也可以和有关识别设备组成一个系统实现自动化识别，还可以和数据库关联起来实现自动化管理。

将条码化的污染源信息采用条码标签，或者电子标签的形式布置于污染源附近，在污染源总量减排核查、环境监察等现场调查工作中，工作人员可以通过手持终端，读取条码信息，或通过条码信息查看数据库信息等方式，实时的将已有数据与现场情况做出比较，直观的做出判断，起到辅助决策的功能。

4.2 污染源编码体系基本框架

污染源条码制管理实际上是基于条码技术的污染源管理，其核心是按照一定的规则对污染源进行编码，并生成条码，然后将此条码作为污染源唯一标识、报表管理及数据库管理的有效手段。因此，污染源条码体系设计归根结底是编码体系的设计。

根据污染源条码制拟解决的问题，综合考虑环境管理现状等，设计污染源条码化管理系统中编码体系框架如图1 所示。

图1 污染源编码体系框架图

总体上，污染源编码体系设计应面向三个层面，即企业层面、设备层面、表单层面;企业层面应包括企业唯一标识码、企业基本信息编码，设备层面包括产污设备编码、治污设备编码、污染源排口编码，表单层面主要是针对表格内容的条码化，满足数据自动化传递的需求。

4.3 污染源编码的基本方法

信息编码的方法体系如图2 所示，常用的编码方法有:层次码、分段式编码和混合编码［18］。污染源编码体系中，编码承载功能较多，因此适宜选用混合编码方法，具体的编码规则将在未来的研究中进一步细化。

图2 信息编码(代码)方法体系表

4.4 污染源条码码制选取

一般地，码制时选择通常遵循以下原则［19］:

(1)必须优先从国家(或国际)标准中选择码制。

(2)每一种码制都有特定的条形码字符集，所以用户自己系统中所需代码字符必须包含在要选择的字符集中。

(3)当印刷面积较大时，可选择密度低、易实现印刷精确的码制。当印刷条件较好时，可选择高密度条形码，反之则选择低密度条形码。

(4)当用户在现有识度设备的前提下选择码制时也应对自己的现有设备加以考虑，以便设备能够匹配。

(5)尽量选择常用码制。

根据目前的研究成果，在污染源条码方案中，一维条码和二维条码都可以满足条码基本功能的需求，但考虑到一维条码尺寸相对较大(空间利用率较低)，条码污损、破坏后不能阅读，没有纠错能力，保密性差等缺点，综合分析比较认为，不论那一层级编码方案，污染源条码均采用二维条码技术。具体的二维码码制的选取可在目前技术支持较好的PDF417 码、QR 码及中国自行研制的汉信码中选取。

5 结语

当前我国涉足条码应用的领域及商家与日俱增，各种与条码相关的应用及创意层出不穷。本文在充分分析条码技术发展及应用现状的基础上，对条码技术在环境保护领域的应用进行了探讨，初步探索出了环保领域条码体系的基本框架及下一步应用的方向，为进一步的深入研究提供了基础。

［1］王毅．自动识别新技术的物流应用［J］．物流技术与应用，2009，14(8):65－69．

［2］于超群，孟燕燕．物品编码及标识标准现状分析［J］．合作经济与科技，2012(11):46－47．

［3］Hu H，Xu W，Huang Q．A 2D barcode extraction method based on texture direction analysis［C］//Image and Graphics，2009．ICIG＇09．Fifth International Conference on．IEEE，2009:759－762．

［4］计库．二维条码与一维条码，RFID 比较［J］．中国自动识别技术，2008(3):47－47．

［5］李俊宏，湛邵斌．条码技术的发展及应用［J］．计算机与数字工程，2009，37(12):115－118．

［6］徐风．物品编码贡献卓著 网络经济成为重点［N］．中国质量报，2013－11－6(2)．

［7］周志宏．条形码技术在超市POS 系统中的应用［J］．物流技术，2008，27(5):121－123．

［8］任晓宁，马婧．海外:二维码已广泛普及［N］．中国新闻出版报，2012－11－22(7)

［9］杨军，刘艳．关于二维码的研究和应用［J］．应用科技，2002，29(11):11－13．

［10］郑桂玲，杨文清，张利娜．二维码技术在家电零售业中的应用研究［J］．电子商务，2013(6):58－59．

［11］Chen C，Kot A C，Yang H．A two－ stage quality measure for mobile phone captured 2D barcode images［J］．Pattern Recognition，2013，46(9):2588－2598．

［12］蒋晓蓉．亚洲引领全球二维码应用［N］．人民邮电，2007－11－28．

［13］赵博．二维条码研究［D］．西安电子科技大学，2007．

［14］张波，郑楠楠著．O2O 实战:二维码全渠道营销［M］．北京:机械工业出版社，2013．09．

［15］王霁平．商品条码化:出口企业进阶之路［N］．国际商报，2013－11－13(5)．

［16］承载使命 变革中创新［N］．国际商报，2011－12－10(F12)．

［17］潘继财．二维条码技术及应用浅析［J］．商场现代化，2009，09:118－120．

［18］柳碧高．企业信息编码体系探讨与应用［J］．科技资讯，2010，30:60+63．

［19］刘志海，万丽荣，宋作玲著．条形码技术与程序设计［M］．化学工业出版社，2009．10．