[科普中国]-标识技术

定义

对物品进行有效的、标准化的编码与标识是信息化的基础工作。我国目前现有的物品编码与标识标准种类繁多，不同领域、不同行业对物品的编码存在差异，采用的标识也各不相同，国家物品标识体系尚不完善。各种编码标识体系间的不兼容使物与物的沟通存在障碍，供应链的参与者、电子商务中的店商等主体想要对单品进行全程的可识别、定位、跟踪、监控和管理存在困难。因此，能够满足物联网、供应链和电子商务等领域对物品标识标准化的需求，加快建立国家物品标识标准体系是十分迫切和必要的。

数据采集方式的发展过程主要经历了数据人工采集和数据自动采集两个阶段，而数据自动采集在不同的历史阶段针对不同的应用领域可以使用不同的技术手段。目前数据自动采集主要使用了条形码技术、IC卡技术、射频识别技术、光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、遥感遥测、机器人智能感知等技术1。

意义标识对食品生产而言是一个辅助性的生产环节。随着《食品安全法》的颁布施行，食品行业对产品的质量和安全性(从原料开始，到生产、储存以及涉及的追溯和管理)的要求越来越高、越来越多。标识不仅标注生产日期，而且在满足企业产品追踪追溯需求等方面也起到了很重要的作用。越来越多的企业或组织已经意识到要利用产品标识对产品进行追踪、追溯和管理。同时，标识设备和信息技术的不断发展和创新也推动了食品行业追踪追溯技术的发展和完善．给标识行业提出了新的挑战，也给标识行业提供了新机会。

例如，电子标识注射到动物体内，不易损坏和丢失；其内部存储的数据也不易更改和丢失，再加上电子标识编号全球唯一性，使得电子标识实现100%的一畜一标，可以用来追溯动物的品种、来源、免疫情况以及健康状况等重要信息，从而为动物防疫和兽药残留等监控工作服务。更重要的是，当放置有电子标识的动物在屠宰时，电子标识中的信息和屠宰场的数据一起被存储在出售该动物肉品的超市展卖标识中。该标识提供食品内容或来源史以及分销数据，并可通过各种食品制造阶段进行跟踪，并能通过餐馆供应网分销链，家庭消费者购买食品的超市等进行精确监控。1

分类条形码技术条形码是一种信息图形化表示方法，可以把信息制作成条形码，然后用相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机中。条形码分为一维条形码和二维条形码。

1)一维条形码

条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白按一定的编码规则排列用以表达一组信息的图形标识符。常见的一维条形码是由黑条(简称条)和白条(简称空)排成平行线图案，条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息。

2)二维条形码

通常一维条形码所能表示的字符集不过10个数字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数为128个ASCII字符，信息量非常有限，因此，二维条形码诞生了。

二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制作成本低、保密与防伪性能好。以常用的二维条形码PDF417码为例，可以表示字母、数字、ASCII字符与二进制数；该编码可以表示1850个字符/数字，1108个字节的二进制数，2710个压缩的数字；同时，PDF417码还具有纠错能力。例如，2009年12月10日，铁道部对火车票进行了升级改版。新版火车票的明显变化是车票下方的一维条码变成二维防伪条码，火车票的防伪能力增强。1

磁卡技术磁卡(magnetic card)是一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息，用来识别身份或其他用途。按照使用基材的不同，磁卡可分为三种：PET卡、PVC卡和纸卡。按照磁层构造的不同，又可分为两种：磁条卡和全涂磁卡。

通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2～3个磁道，以记录有关信息数据。磁条是由一层薄薄的排列定向的铁性氧化粒子组成的材料(也称之为颜料)。用树脂黏合剂严密地黏合在诸如纸或塑料这样的非磁基片媒介上。磁条从本质意义上讲和计算机用的磁带或磁盘是一样的，它可以用来记载字母、字符以及数字信息。通过黏合或热合与塑料或纸牢固地整合在一起形成磁卡。磁条中所包含的信息量一般比条形码大。

IC卡IC卡也称智能卡(smart card)，它是通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的。1C卡与IC卡读写器以及后台计算机管理系统组成了IC卡应用系统。IC卡是将一个微电子芯片嵌人符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。lC卡读写器是IC卡与应用系统之间的桥梁，在ISO国际标准中称之为接口设备IFD(Interface Device)。IFD内CPU通过一个接口电路与Ic卡相连并进行通信。IC卡接口电路是IC卡读写器中至关重要的部分，根据实际应用系统的不同，可选择并行通信、半双工串行通信和12C通信等不同的IC卡读写芯片。

非接触式lc卡又称射频卡，采用射频技术与IC卡的读卡器进行通信，成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统，也应用在门禁管理、身份证明和电子钱包。

IC卡工作的基本原理是：射频读写器向lc卡发出一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2 V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据2。

射频技术射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。

RFID的系统组成包括：电子标签、读写器(阅读器)以及作为服务器的计算机。其中，电子标签中包含RFID芯片和天线。无线射频识别技术的基本原理是：利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对物体的自动识别。RFID是一种简单的无线系统，从前端器件级方面来说，只有两个基本器件，用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(阅读器)和很多应答器(标签)组成。与条形码、磁卡、IC卡相比较，RFID卡在信息量、读写性能、读取方式、智能化、抗干扰能力、使用寿命方面都具备不可替代的优势，但制造成本比条形码和IC卡稍高。2

传感器技术传感器网络是一种由传感器节点组成的网络，其中每个传感器节点都具有传感器、微处理器以及通信单元，节点之间通过通信联络组成网络，共同协作来监测各种物理量和事件，无线传感器网络及节点如图8．10所示。传感器网络使用各种不同的通信技术，其中又以无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)发展最为迅速，受到了普遍的重视。

传感器是各种信息处理系统获取信息的一个重要途径。在物联网中，传感器的作用尤为突出，是物联网中获得信息的主要设备。

1)常见的传感器

作为物联网中的信息采集设备，传感器利用各种机制把被观测量转换为一定形式的电信号，然后由相应的信号处理装置来处理，并产生相应的动作。常见的传感器包括温度、压力、湿度、光电、霍尔磁性传感器等。

霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应是指：把一个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的电子在磁场中运动而收到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直的电压差。可以通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度。霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流、振动、位移、速度、加速度、转速等，具有广泛的应用价值。

2)微机电(MEMS)传感器

微机电系统(MEMS，Micro—Electro—Mechanical Systems)，是一种由微电子、微机械部件构成的微型器件，多采用半导体工艺加工。目前已经出现的微机电器件包括：压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷嘴和硬盘驱动头等。微机电系统的出现体现了当前的器件微型化发展趋势。

3)智能传感器

智能传感器(smart sensor)是一种具有一定信息处理能力的传感器，目前多采用把传统的传感器与微处理器结合的方式来制造。

在传统的传感器构成的应用系统中，传感器所采集的信号要传输到系统中的主机中进行分析处理；而由智能传感器构成的应用系统中．其包含的微处理器能够对采集的信号进行分析处理，然后把处理结果发送给系统中的主机。2

光学字符识别技术光学字符识别(OCR，Optical Character Recognition)技术，是指电子设备(例如扫描仪或数码相机)检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。一个OCR识别系统，从影像到结果输出，须经过影像输入、影像前处理、文字特征抽取、比对识别，最后经人工校正将认错的文字更正，将结果输出。

简单地说，这是对文本资料进行扫描，然后对图像文件进行分析处理，获取文字及版面信息的过程。

语音识别技术语音识别技术也称为自动语音识别(ASR，Automatic Speech Recognition)，其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可渎的输入。例如，按键、二进制编码或字符序列。语音识别技术的应用包括语音拨号、语音导航、室内设备控制、语音文档检索、简单的听写数据录入等。语音识别技术所涉及的领域有：信号处理、模式识别、概率论与信息论、发声机理与听觉机理、人工智能等。

语音识别技术主要特征包括3个方面：提取技术、模式匹配准则及模型训练技术。2

生物计量识别技术生物识别技术就是通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性(如指纹、脸像、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具有安全性、保密性和方便性2。

遥感技术通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。遥测是将对象参量的近距离测量值传输至远距离的测量站点来实现远距离测量的技术。2

机器人智能感知技术机器感知(Machine Cognition)是由一连串复杂程序组成的大规模信息处理系统，信息通常由很多常规传感器采集，经过这些程序的处理后，会得到一些非基本感官能得到的结果。机器感知技术重点研究生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理和控制技术、中文信息处理；用于研究生物特征识别、智能交通等相关领域的系统技术。2