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融合与共生: 智能时代物品编码技术的发展

发布时间:2022年03月25日 来源:中国自动识别网 作者:徐梦珂 王佩 秦丽娟

回顾人类社会变革,蒸汽机使人类从农业时代走向工业时代,电的广泛使用把人类带入电气时代,通信技术和计算机技术的飞速发展使人类进入信息时代。
在前期科技发展的基础上,经过多年的技术锻造,以人工智能、大数据、区块链、云计算等技术为代表的智能革命已经来临。这些新兴技术融入到国民经济各个领域,催生出很多新模式和新业态,也在不断改变着人们的生活方式,重塑着人们的思维习惯。
智能技术通过与实体经济的多方位融合,为农业、通信、医疗、交通、金融等领域带来了广泛而深刻的变革。在技术驱动时代和行业更新迭替之际,作为随计算机发展应运而生的物品编码技术,也不可避免地受到影响,本文立足于智能技术的发展,从区块链技术与GS1标准体系的有机融合、图像识别技术对条码技术可能产生的潜在影响进行分析。 
 
物品编码技术随时代发展而演进
在改革开放初期,很多国内企业开始向国外出口商品,但由于缺少商品条码,使得不少企业在开展外贸业务时遇到重重困难。在这一关键节点,经国务院批准,中国物品编码中心(以下简称编码中心)于1988年成立,负责研究、推广条码技术,管理我国的物品编码工作。1991年,编码中心代表我国加入国际物品编码协会(International Article Numbering Association,EAN),开启了我国物品编码事业迈向全球化、标准化、统一化的新篇章。此后,经过紧锣密鼓的科研攻关,我国的物品编码技术不断地发展。
1993年,编码中心成功推出自主研制的固定式和便携式两种条码检测仪,极大地提高了条码检测效率;1998年,出台《商品条码管理办法》,为建立现代化的商品流通体系提供了制度保障;2003年,正式启动“中国条码推进工程”,进一步发挥了条码技术在我国信息化建设中的重要作用;2012年,承担国家发改委批准实施的国家重点食品质量安全追溯物联网应用示范工程,建立首个国家级食品(产品)安全追溯平台(http://www.chinatrace.org);2015年,发布我国首个物联网标识国家标准《物联网标识体系物品编码Ecode》,助推物联网物品标识解析服务高质量发展。
从初期的保障出口贸易,到后来的促进商品流通,再到为电子商务、商品追溯和物联网提供数据和技术支撑,编码技术在发展过程中不断丰富内涵、扩展外延,完成了从商品条码,到GS1标准体系,再到更为丰富和深入的物品编码和标识技术的层层拓展和完善,并不断为全社会的信息化建设提供原动力。
 
区块链技术和GS1标准体系的融合
区块链技术
区块链也叫“链式计算”,是一种计算机技术。在《区块链技术发展现状与展望》一文中,对区块链做出的定义如下:区块链指按照时间顺序将数据区块以链条方式组合成特定数据结构,以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账。通俗来讲,区块链就是一个公开透明的分布式数据库,数据以区块形式存放,每个区块分为区块头和区块体,区块头里面存储上一个区块的Hash值,本区块的Hash值和时间戳等内容,区块体存储交易数据,区块头中保存的Hash值和前一个区块的Hash值按照实际产生顺序进行连接,如图1所示。
图1 区块链网络结构
 
区块链融合了密码学、P2P网络、分布式储存、共识机制和智能合约等多种技术,具有去中心化、数据不可篡改和公开透明等特征。在区块链网络中,不存在任何第三方管理机构和硬件设施,通过分布式核算和储存,各个节点可实现信息自我验证、传递和管理。数据经过验证并添加至区块链,在每个网络节点中均有备份,且不会删除,可有效防止信息被篡改,从而实现防伪。除了交易各方的私有信息被加密外,区块链的数据对所有人开放,任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据,整个系统的信息高度透明。基于这些特点,区块链技术在追溯系统的建设上具有与生俱来的优势。
全球统一编码标识标准体系
GS1既可表示全球统一编码标识标准体系,也可表示国际物品编码协会这一国际组织。全球通用的GS1标准体系包含三部分内容,分别是编码标识系统、可自动识别的数据载体和数据共享标准。
编码标识系统是GS1标准体系的核心,包括流通领域中所有产品和服务(贸易项目、物流单元、位置、服务关系等)的标识代码和附加属性代码。采用全球贸易项目代码(Global Trade Item Number,GTIN),即商品条码来标识一类或一件产品;采用系列货运包装箱代码(Serial Shipping Container Code,SSCC)来标识包装箱、托盘、集装箱等物流单元;采用全球位置码(Global Location Number,GLN)来标识发货方、承运方、收货方等参与方;数据载体承载编写完成后的代码,包括一维条码、二维码和射频标签,供应链参与方可通过识读设备采集写入其中的数据; GS1标准体系还包含多个数据共享标准,如全球数据同步网络(Global Data Synchronisation Network, GDSN)、电子数据交换标准(Electronic Data Interchange,EDI),产品电子代码信息服务(Electronic Product Code Information Services,EPCIS)等,保证各参与方及时有效地传递和共享主数据、交易数据和可视化事件数据。
作为全球统一的商务语言,GS1标准体系已在全球150多个国家和地区得到广泛使用,覆盖生产、制造、物流、零售、电商和产品追溯等20多个领域。
产品追溯方面,GS1早在2000年便开始研究如何利用自有标准帮助各行各业建立有效的追溯体系。在GS1标准体系中,编码标识可对供应链上的产品、位置和服务等进行有效标识;数据载体保证供应链上的各类数据得到准确采集和记录;数据共享标准帮助各参与方实现不同信息的交换与共享。GS1标准体系打通了追溯过程中的各个环节,为各个参与方提供可视化的全供应链追溯图景。
在这里,需着重介绍一下产品电子代码信息服务(EPCIS),依照该标准,供应链参与方可在组织内部和组织之间创建和共享可视化事件数据,从而实现物理对象和虚拟对象在业务流程中的全程可见。EPCIS将复杂的供应链过程抽象成了4个维度,分别是What、When、Where和Why。What表示追溯对象;When表示事件的发生时间;Where表示追溯对象的所在位置;Why表示各类业务动作,即追溯对象的状态,如图2所示。
图2  EPCIS工作原理
 
GS1还制定了配套的核心业务词汇(Core Business Vocabulary,CBV),提供了EPCIS中每项内容的填充标准,可以准确描述各个事件的对象、时间、位置和发生原因,减少了不同企业表达共同意图的方式差异,更有利于互操作性和数据查询。
EPCIS和CBV的建立,奠定了全球供应链中货物状态、历史记录和信息流动的基础。目前,全球已有60多个国家和地区依赖GS1开发的各项技术和标准进行追溯。GS1在追溯领域既有充足的技术探索,又具备丰富的实践经验。
区块链技术+GS1标准体系  更高效透明的追溯机制
将区块链技术应用在产品追溯领域,需要供应链上各参与方,如原料提供商、生产商、零售商等,加入到区块链网络中,并将各自节点的数据,如原料详情、生产过程、加工环节、仓储信息、物流周转、第三方质检、出入境等数据写入区块中,形成一个完整的追溯链条。有别于传统追溯方法的中心化记账模式,区块链不可伪造、全程留痕、集体维护、公开透明的优点,可以保证产品从生产、物流、仓储到零售过程中的所有数据不被篡改,避免了某些参与方因利益关系出现的造假情况,保证了供应链的整体透明度。
供应链各参与方将追溯信息写入区块链网络后,还需要考虑两件事情,一是追溯数据如何采集,二是数据以何种方式共享给其他成员。这时,借助GS1标准体系,编码标识和数据载体,可对产品流通过程中涉及的贸易项目、物流单元、位置、服务关系等进行编码标识,从而便于供应链参与方采集数据;借助数据共享标准,即EPCIS和CBV来创建可视化事件数据,可以保证节点之间的数据以同一种格式交换,便于双方识读。
GS1标准体系保证了数据的准确采集和共享,区块链技术解决了数据不透明的问题,二者的结合,可以令产品追溯变得更加高效。一旦遇到假冒伪劣产品,通过区块链平台,及时追溯到问题环节,快速召回产品,降低企业损失,充分保障消费者的合法权益,如图3所示。
图3  “区块链+GS1”追溯体系
 
在实际应用上,科技巨头IBM开发了基于区块链技术的追溯解决方案IBM Food Trust,并于2018年10月正式商用。该方案将种植者、加工商、批发商、分销商和零售商等供应链参与方紧密联系起来,提高了整个食品供应链的可视性和可追责性,带来了安全、智能、可持续的食物生态系统。
加入到IBM Food Trust的成员,会在该区块链平台上共享食品来源、交易信息和加工细节等数据。以Raw Seafoods海鲜工厂为例,工厂的扇贝采集船队捕捞到扇贝后,会将捕获量数据上传到该平台,使分销商和零售商能够准确获悉船队将在何时何地捕获大量扇贝。随后,船只靠岸时间,每批扇贝何时经过手工分级,以及何时进行包装并运送到目的地,都会由相应的供应链成员上传到平台上,供经销商、零售商等读取。这些数据储存在区块链中,受到严格的加密保护。商品到达消费者手中后,他们只需扫一扫上边的二维码,便可在短短几秒内知晓扇贝从捕获地到餐桌上的整个旅程,如图4所示。
图4  IBM Food Trust区块链追溯网络
 
为了支持产品跟踪和数据共享,IBM Food Trust采用了GS1制定的多项标准,实现了区块链网络不同节点间数据传输和解读的自动化。同时,平台用户还可根据GTIN查询商品名称并按日期过滤,从而能方便地从供应链中查找商品,见表1。
表1
目前,IBM Food Trust已吸引了包括沃尔玛、家乐福、雀巢、都乐、联合利华等在内的众多知名品牌商加入其中。通过区块链技术和GS1标准体系的结合,IBM Food Trust实现了对商品的快速追溯,对数据的有效共享,最大化保证了食品的安全和新鲜,增加了食品生产、加工和销售的透明性,提升了消费者的信任度,更有利于减少食物浪费。
 
图像识别技术对条码技术的补充
图像识别技术及应用
图像识别  是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解,以识别各种不同模式的目标和对象的技术,它是人工智能的一个重要领域。简单来讲,图像识别就是让计算机像人一样读懂图片内容,达到与外部世界交互的目的。
数字图像处理与识别是对图像进行分析、加工和处理,使其满足视觉、心理以及其他要求,最典型的应用莫过于指纹识别。物体识别指的是对三维世界的客体及环境的感知和认识,属于高级的计算机视觉范畴。
过去,基于图像识别技术的应用主要是为了满足人们的娱乐需求,比如曾经大火的换脸软件。现在的图像识别技术已经有了更加丰富的应用场景,比如人脸解锁手机、识别犯罪分子、物流自动化以及智能门店等。
图像识别技术应用在自动分拣   图像识别物流业属于劳动密集型行业,对人力成本较为敏感,特别是在分拣环节,随着包裹量与日俱增,往往需要投入大量人力、财力。面对这一痛点,具有高度自动化、高效率、高精度和环境适应强等优点的图像识别技术不失为一种良好的解决办法。
在工业生产流水线中,搭载着图像识别技术的智能分拣设备,可以根据物体的形状、纹理和颜色等特征对其进行分类,并运送到指定的传送带上。要完成这一过程,需要三个步骤,首先采集大量产品图片作为数据集,并按比例分为训练集和验证集。其次可以使用卷积神经网络,构建图像分类模型。最后进入实际应用,当物体经过传送装置时,智能分拣设备自动获取物体图像,经过计算机处理,利用模型对物体进行识别和分类。
以位于荷兰的一家初创公司Fizyr推出的自动化视觉解决方案为例,首先通过高精度工业相机采集产品图片,然后利用该公司研制的算法和模型对相机下的物体进行分类,这些算法和模型能够提供箱、袋、平面、管状、圆柱等不同形状物体的分割和分类信息。当外包装上的条码由于光线、污渍等原因无法被正确识读时,便可使用上述方法确定物体类别,实现自动分拣,提高运送效率。
图像识别技术与条码技术
在工业领域,智能分拣系统已经不是新鲜事物,毕竟同一流水线上的产品种类有限,构建图像识别与分类的算法和模型也较为容易,现有的硬件和算力也可以提供足够的技术支撑。当条码无法被准确识读时,就可以利用图像识别技术对产品进行分类和运送,二者的组合使用无疑是一种更加便捷高效的分拣方式。
在商品流通领域, “无人超市”“智能门店”曾在2017年红极一时,成为图像识别技术最火的落地项目之一,也引发了人们对条码技术的担忧。可最终,由于售卖商品有限、识别精度较低和运营成本高昂等原因,这种新鲜事物暂时退出了大众视野。 当前,条码技术因其完善的体系、成熟的标准和低廉的价格,仍然在商品流通领域拥有压倒性优势;而图像识别技术虽然有条码无法比拟的优势,但囿于数据、硬件、成本等阻碍,短期内仍无法大面积铺开。还有一部分消费者认为,“无人商店”过于突出了电子支付的快捷方便,却使购物时的闲适和乐趣荡然无存,只剩下人与机器的冰冷交互。实际上,不管是商品条码,还是图像识别,二者在功能和使用场景上既有重合,也有交叉,更多时候是通过相互配合,发挥最大功效,从而更好地服务于人类和社会。
GS1创新委员会曾在2020年发布了一份名为《2020-2021年趋势研究——迎接下一个常态》的研究报告,主要介绍了追溯、物联网、数据安全与隐私等7大商业趋势,以及深刻影响GS1所服务领域的9类智能技术,包括人工智能、区块链、计算机视觉、物流自动化等。该研究报告还强调,在商业和技术趋势快速变革的时代,GS1需以崭新的方式服务于全球商务发展。
徐梦珂 王佩 秦丽娟
作者单位:中国物品编码中心
《中国自动识别技术》2022年第1期总第94期

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