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推进二维码开放应用 共享全球数据 实现互联互通

发布时间:2018年10月09日 来源:中国自动识别网 作者:罗秋科

二维码作为一个跨学科、跨领域、跨行业的信息化应用工具,与百姓生活,经济运行息息相关,成为我国数字经济的一项重要支撑技术。

2012年,马化腾在互联网大会上一句“二维码是连接线上线下的关键入口”开启了腾讯公司二维码的应用;阿里巴巴旗下的聚划算和支付宝、大众点评网、UC浏览器等软件也先后开通二维码功能。随后二维码技术的应用在移动支付、产品信息、APP下载、社交媒体、各类实时信息、优惠、电子票务等诸多领域遍地开花,给我们的生活带来了很多便利。如今,二维码无论在网络还是实际生活中都已随处可见,我国已成为二维码应用大国,所涉及的应用领域遥遥领先其他国家,主导着全球二维码产业发展方向。二维码技术已逐步渗透到国民经济与社会生活的各个领域,成为我国实体经济的重要组成部分和全球新兴信息产业竞争点。
 
二维码的起源
在上世纪80年代,随着条码技术的发展,人们希望通过条码标签表示或传递更多的产品信息,为了在有限的空间表示更多更可靠的信息,二维码应运而生。作为信息技术重要组成部分的二维码,满足了一维条码无法满足现代信息产业技术发展需求,解决了困扰人们的对“物品”进行描述的问题,使条码技术真正成为了信息储存和识别的有效工具。二维码可以在两个维度上表示信息,与一维条码相比,在相同面积下具有信息量大、信息密度高、可靠性高的特点,同时二维码还具有能够表示汉字、英文字母、数字、图像、声音等信息,可在污损、畸变、缺损情况下被成功识别等优点。
上世纪90年代,二维码技术在美国、日本、欧洲等发达国家和地区发展迅速,PDF417、QR、Data Matrix等二维码码制在物流、单证管理、汽车、航空航天等封闭领域实现了规模化应用,二维码国际ISO技术与应用标准体系逐步建立,以美国霍尼韦尔、Symbol、斑马、日本DENSO等公司为代表的二维码生成识读设备与检测设备产业初步形成。
 
我国二维码的研究发展
二维码技术在我国的发展经历了三个阶段,即国外先进技术和设备的引进阶段;二维码自主标准研制和硬件设备国产化阶段及自主标准走向国际,开放系统的爆发性应用阶段。
以技术引进带动产业形成
随着国际二维码技术的日趋成熟,我国也及时开展了对二维码技术的跟踪研究工作。上个世纪90年代初,中国物品编码中心(以下简称为编码中心)组织科研人员前瞻性地开展二维技术应用研究,加快二维码技术的引进,以适应我国信息化技术的快速发展。编码中心于1996年出版了我国第一本介绍二维码的专业书籍《二维条码技术》,2002年出版了《QR Code 二维码技术》,2007年出版了《二维码技术与应用》,推动了我国二维码技术的研究与发展,促进了二维码产业的形成,一批本土企业也随之涌现并不断发展; 完成了国家重大标准专项课题《二维条码新码制开发与关键技术标准研究》,填补了我国二维码的自主知识产权技术的空白,二维码的研究工作也获得了国家相关部门技术成果奖二等奖及中国标准创新贡献奖;相继制定了5项有关二维码标准。目前,编码中心正加快推进《追溯二维码》等关键标准的制定及《汉信码》ISO国际标准的制定进程,以适应我国“互联网+”、“数字中国”的发展需要。
以技术研究促进应用发展
在采用国际技术开展本土应用的过程中,逐步暴露出了以下问题:第一,PDF417、QR等国外码制没有考虑中国汉字编码问题,支持汉字不全,编码效率不高。第二,军队、航天等对信息安全与技术自主性要求严苛的特殊行业部门,对自主的二维码码制提出了更高的应用需求。本世纪初的10年,编码中心和我国企业研发了汉信码、龙贝码、GM码等自主知识产权二维码码制技术,以新大陆、新北洋为代表的我国二维码设备厂商发展壮大起来,自主技术与产业创新开始形成良性循环。
2010年以后,随着智能手机的普及和移动通信技术的发展,越来越多的用户通过手机扫描二维码访问互联网信息。二维码在移动支付、网络购物、阅读广告、下载应用等开放流通领域得到广泛应用。这标志着二维码应用从传统的行业应用扩展到了大众化开放性应用。
 
主流二维码码制
二维码码制是指二维码的不同编码方式。根据编码方式,将其分为行排式二维码和矩阵式二维码。在一维码的基础上,由多个一维条码在纵向上堆叠而成的二维码称为行排式二维码,典型的行排式二维码码制有code 16K,code 49和PDF417等。通过深浅模块在矩阵空间按特定规律排布进行编码的二维码称为矩阵式二维码,典型的矩阵式二维码码制有Data Matrix码,QR码和汉信码等。全球现有250多种二维码码制,其中主流的二维码码制有PDF417条码、Data Matrix码、QR码、汉信码等。
PDF417条码是1990年由美国Symbol Technologies公司发明的一种行排式二维码。PDF(Portable Data File)意思是“便携数据文件”,而PDF417条码每一个条码字符都是由4个条和4个空共17个模块构成,所以称为PDF417。PDF417条码是一种多层、可变长度、可跨行扫描、具有高容量和错误纠正能力的二维条码,在证照、公文、金融、交通等领域应用较为广泛。
Data Matrix是最早出现的几种矩阵式二维码之一,1988年5月由美国ID Matrix公司发明,符号结构由功能区和数据区构成。目前获得广泛应用的Data Matrix码为ECC200型,小版本(10版本以内)Data Matrix码的信息密度最高,在零部件管理、工业制造、电子、微电子、航空等领域应用较为广泛。
QR Code条码(快速响应矩阵码)是1994年9月由日本Denso公司研制出的一种矩阵式二维码符号。它具有识读速度快、纠错能力强的特点,在物流、媒体、电子商务、支付等领域应用广泛,是目前国内市场上最常见的二维码。
汉信码是由编码中心于2005年自主研发完成,具有自主知识产权的一种二维码。汉信码能够表示GB 18030-2005《信息技术中文编码字符集》的全部汉字,具有汉字表示效率最高,识读速度快,抗污损畸变能力强等特点。2007年,GB/T 21049-2007 《汉信码》国家标准正式发布。为促使“汉信码”技术走向国际,迈向开放系统应用,2008年,编码中心启动“汉信码”国际标准制定工作;2011年9月,汉信码AIM标准制定完成并正式发布。2015年9月,汉信码国际ISO标准成功立项,成为我国自主知识产权二维码标准制定迈向国际ISO标准的重大突破。汉信码在我国工业制造、产品追溯、票证以及医疗等领域获得广泛应用。
主流二维码码制特性比较如表1所示。
表1   PDF417码、Data Matrix码、QR码和汉信码码制特性比较
 
 
图形化彩色二维码
图形化彩色二维码是在原有码制的基础上,对模块样式、颜色进行美化,使普通二维码的设计更具创意性。图形化彩色二维码与普通二维码相比,更加个性化、更具标识性、辨识度更高。图形化彩色二维码通常有三种样式:只改变模块颜色;既改变模块颜色又改变模块样式;只在二维码上添加logo图形。
图形化彩色二维码虽然对模块进行了变形处理或改变了模块的颜色,但其识读原理仍是利用深浅模块的反射差,故图形化彩色二维码在识读上没有标准二维码识读效率高。图形化彩色二维码对印刷水平要求高,并不符合标准的二维码符号印制质量的检验标准,在检测方面还需制定图形化彩色二维码的的标准规范,目前,图形化彩色二维码并不适用于工业领域的规模化应用。
最常见的图形化彩色二维码是将企业logo融入二维码设计中,因为肉眼可识别品牌logo,故被广泛应用于企业品牌营销中。图1为带有企业logo的图形化彩色QR码与标准QR码的对比,图2为带企业logo的图形化彩色汉信码与标准汉信码的对比,相比黑白两色的普通二维码,图形化二维码更具视觉享受。
图1  图形化彩色QR码和标准的QR码对比
 
图2  图形化彩色汉信码和标准的汉信码对比
 
二维码开放应用与国家标准《商品二维码》
随着二维码应用进入开放流通领域及二维码在商品上的出现,编码中心开始关注研究开放流通领域的二维码管理与标准化,制定了《商品二维码》国家标准,为开放流通领域二维码技术的广泛应用奠定了基础。同时该标准规定的技术方案得到了国际上的广泛关注,为国际标准化提供了中国方案,国际物品编码组织(GS1)制定的相关标准——GS1数字链接(Digital Link)与《商品二维码》国家标准完全兼容。
《商品二维码》既是作为对商品条码(一维码)的补充,用于对商品的唯一标识,也是访问对接各类线上线下应用的权威入口。《商品二维码》的编码结构中全球贸易项目代码GTIN作为必选数据项,实现了对品类级商品的唯一标识,对一物一码,一批一码,给出了唯一标识解决方案。商品二维码作为各类线上线下应用的权威入口,消费者可通过扫描二维码访问由制造商或信息服务商等提供的手机促销、移动结算等在线移动服务;同时,服务商可以通过消费者扫码记录精准获取消费者信息,优化客户关系管理系统,通过大数据分析后进行精准营销。
国家标准《商品二维码》主要规定了商品二维码的三种数据结构,分别为编码数据结构、统一网址数据结构、自定义网址数据结构。
1)编码数据结构格式遵循标准的国际物品编码组织的
编码规则,格式为:GS1应用标识符(AI)+对应的数据字段。
例如:由“GTIN+批次号+序列号”组成的编码数据结构各部分如下:
2)国家统一网址结构由国家二维码综合服务平台提供
信息服务,格式为:国家二维码综合服务平台服务地址+全球贸易项目代码+标识代码。国家二维码综合服务平台地址为: http://2dcode.org/和https://2dcode.org/;全球贸易项目代码为:应用标识符01+GTIN;标识代码为国家平台分配的标识商品的代码。
例如:GTIN为6901234567892的商品的国家统一网址数据结构的二维码为:
 
3)厂商自定义网址结构由厂商提供信息服务,格式为:
厂商或厂商授权的网络服务地址+全球贸易项目代码+自定义字符串或GS1数据串。
例如:GTIN为6901234567892的商品的厂商自定义网址数据结构的二维码为:
 
目前,基于国家标准《商品二维码》标准建立的国家二维码综合服务平台http://2dcode.org.cn或https://2dcode.org.cn已经上线运营,该平台通过寓管理于服务的技术手段,为我国二维码用户提供二维码综合服务,包括名片二维码生成服务、商品二维码注册服务、追溯二维码服务等。中国商品条码系统成员可直接使用商品条码卡登录商品二维码综合服务平台享受商品二维码和追溯二维码注册服务。商品二维码综合服务平台为第三方数字服务商提供数字服务营销平台和开放接口,致力于联合第三方数字服务商共同为制造商和消费者构建一个开放安全的商品服务体系。同时国家二维码综合服务平台将与GS1组织开展基于商品二维码的全球服务接入和解析工作,从全球角度逐步规范商品二维码的管理,助力全球化进程和“一带一路”工程,在全球范围内通过商品二维码实现商品信息的互联互通。
 
二维码的多种应用模式
在信息化建设进程中,数据如同石油、天然气一样已成为最主要的资源,如何实现数据的自动采集和存储,是物理世界和数字世界建立连接的重要一环,二维码的出现解决了此项问题。二维码作为一种简单,低成本的信息载体手段,可实现数据自动采集,在信息流通过程中发挥着越来越重要的作用。目前,二维码技术已经广泛被应用于物品溯源、移动支付、物流运输、电子票务、工业制造、资产追踪等多个领域,我国在二维码产品溯源、二维码支付等领域的应用遥遥领先世界其他国家。线下移动支付深受消费者欢迎,被称为中国新“四大发明”之一。
追溯二维码应用
追溯是指运用信息技术,通过对供应链上各种产品信息分类、采集、分享,在供应链节点上完成“向上一步溯源和向下一步跟踪”,最终实现生产、加工、物流、零售整个供应链的全过程跟踪溯源。采用二维码标识技术可实现对产品的标识和数据自动采集,相比于一维条码,二维码可标识更细颗粒度的产品信息,满足用户不同程度的追溯要求。目前国际上追溯领域的二维码应用的主流是国际物品编码组织的二维码追溯系统。国际物品编码组织为用户提供了一套完整的追溯体系,即使用GS1关键字(GTIN,GLN,SSCC,GRAI,GDTI,GSRN)用于唯一标识产品,并结合其他GS1扩展标识符的形式,实现不同颗粒度的追溯需求。例如,目前全球应用最广泛,受到美国FDA推荐采用的医疗器械追溯体系——唯一器械标识UDI系统就是主要采用了GS1体系“全球贸易项目代码+扩展标识符”的方法,为全球医疗器械追溯提供唯一标识,实现医疗器械可追溯。国际零售商贸巨头——麦德龙主导推进的麦咨达追溯系统,目前也使用GS1二维码追溯标识,实现产品从原材料加工,物流到销售环节的全链条溯源,麦咨达追溯系统如图3所示。
图3   麦咨达追溯系统
 
移动支付应用
随着支付宝等第三方支付平台的出现,线上线下活动愈加频繁,二维码支付已经成为线下消费线上支付的主要手段。在进行超市购物,餐厅就餐等线下活动时,顾客可以使用手机扫前台的二维码或收银员手持机器扫顾客的手机支付二维码界面完成支付交易。由此可见,二维码支付已经渗入大众生活中,只需要通过被扫或者扫描商户提供的二维码就可以实现线下支付。过去,现金结算方式,携带不便、环保性差、支付效率低,已远远落后于快速的现代生活节奏,二维码支付的出现便利了民众生活,降低了社会交易成本。麦肯锡在一份报告中指出,我国已经成为全球最大移动支付市场,支付规模突破9000亿,14%的人已经不再携带任何现金,在可预见的将来移动支付的市场仍会继续发展。基于此,中国人民银行开始关注二维码支付,牵头中国支付清算协会下发《条码支付业务规范》规范线下二维码支付业务,这标志着银行业开始征战二维码金融市场。
物流运输应用
在物流系统中物品需要经过供应商,物流公司、零售商、用户等几个节点的流转,在每个节点都需要对物流单据进行处理,过去一直采用效率低,出错率高的人工录入的方式。有了二维码之后,在各个物流节点,通过扫描单据上的编有单据信息的二维码,即可读入单据信息存入管理系统,降低了出错率,提高了运输效率。例如,在我们日常生活中,圆通、顺丰、韵达等快递公司,提供通过扫描二维码生成快递单号的服务,大大降低了人工操作的差错率,节约了资金人力成本,提高了物流运输效率。
电子票务应用
目前,火车票、飞机票、公交地铁票、景点门票、演出门票、电影票等纸质票都已经通过二维码在移动终端实现电子化,以往的一次性票据使用后就会失效,存在资源浪费问题,对于商家而言使用二维码电子票务不仅降低了纸质票务耗材和人工成本,对于用户来说也把人们从携带实体票据中解放出来,提高了用户体验。此外,商家通过电子票据可以获取用户信息,更有利于商家对用户进行分析和客户管理,为用户提供定制化服务。比如,用户在网上完成购票后,手机端即可收到二维码电子票,在验票口通过识读设备验证二维码电子票即可快速进场。
智能制造应用
随着工业4.0时代的到来,信息化进入了整个传统制造业。就企业内部资源管理而言,在采购、检验、仓储、生产、销售、售后等环节都使用二维码管理,可实现产品全生命周期跟踪。通过扫描零部件上的二维码,实现设备零部件的信息采集,跟踪,并将数据自动录入综合管理系统,进而解决工厂对零部件生产线的流程控制、产品质量保证、仓储管理等多方面的需求,而后通过数据分析平台,优化生产流程,提高生产效率,降低库存,提高产品质量,真正实现智能化精益生产。比如,我国重庆力帆发动机有限公司于2013年起,采用DPM“直接零部件标识”技术直接在零部件上蚀刻标识,建设基于汉信码和GS1编码为标识编码方案的年产7万台发动机的汽车发动机智能制造系统(如图4)。2017年起,最新的年产20万台发动机的汉信码GS1标识汽车发动机智能制造系统建成投产,相关产品行销全球,极大提升了企业的管理水平,降低了生产与管理成本。
图4   力帆发动机智能制造系统
资产跟踪应用
工厂企事业单位可以使用二维码跟踪固定资产设备,将固定资产设备的编号、位置、尺寸等信息编制成一个二维码,贴在设备上,用于标识设备和自动采集数据使用,当设备被处理时,资产管理员只要使用移动设备扫描二维码标签,便可及时更新数据库信息,从而实现对固定资产整个生命周期的跟踪管理。
 
加强管理   规范使用
随着二维码技术的爆发式增长,特别是在手机二维码应用的引领下,二维码技术的应用已经不再局限于传统的物流、物品标识技术领域,应用范围更是扩展到了金融、医疗等领域,尤其是在商品标识、产品追溯与移动支付等开放流通领域,二维码作为基础自动识别技术载体的技术优势地位逐步确立,正在成为这些开放流通领域应用中采用的主流技术。
随着二维码技术在相关行业和产业链中的应用不断深化,二维码作为线下资源通往线上信息的入口,能为大数据应用提供高质量的数据源基础,正推进着各行各业的信息化建设进程。我国作为二维码应用的领跑者,亟需加强我国开放流通领域二维码管理工作。
完善开放应用领域的管理机制。我国开放领域的二维码应用普及程度较高,直接关系国计民生,在二维码的技术安全保障的需求更为迫切,  需加快研究制定“我国二维码技术与应用指导意见”,明确开放应用的管理方式,对跨系统跨行业应用的商品二维码、追溯二维码等加强管理,推进开放流通领域二维码的规范应用。
加快我国二维码系列标准的制定实施。需完善我国二维码标准体系,加快追溯二维码国家标准、二维码信息服务规范等重要支撑性国家标准的立项和制定工作。同时,应加强 《商品二维码》等系列已发布标准的宣贯力度,加快标准的实施应用,推动二维码产业的规范健康发展。
加强产业上下游间的联动协作。二维码产业涉及码制研究、二维码相关标准制定、二维码生成设备、二维码识读设备、二维码解析软件、打印设备等领域。面对二维码产业链这个巨大系统工程,需要产业链上下游的参与者共同协作,推动二维码产业的良性联动。
推进我国自主标准的国际化进程。自主标准的国际化程度,一定程度上反映着该国的技术科研实力。在我国二维码自主标准《汉信码》的国际标准化工作近年来已经取得了突破性进展。未来,我们还将加强汉信码技术研发,加快汉信码国际ISO标准化进程,提升我国在相关领域的国际影响力,加大汉信码生成和识读软件的研发力度,及相关硬件研发,进一步扩大规模化应用,促进我国二维码应用的自主、安全、可控。
二维码作为一个跨学科、跨领域、跨行业的信息化应用工具,与百姓生活,经济运行息息相关,成为我国数字经济的一项重要支撑技术。二维码作为目前唯一一款能够有效表达汉字的图码字符,是实现产品追溯化管理的重要技术手段,在当前我国正进行的产品追溯体系的实际建设中,在商品条码成功应用的基础上,基于全球的开放的商品二维码,能够实现全球统一追溯及大数据共享,确保追溯数据信息的在全球范围的互联互通,助力我国与各国的经贸往来,促进经济繁荣。
(本文作者系我国较早研究二维码的技术专家,多年主持我国二维码标准的制定工作,曾荣获国家相关部门技术成果奖二等奖及中国标准创新贡献奖。)
《条码与信息系统》2018年第5期总第147期

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