（机械电子工程专业论文）棉花信息二维条码现代化管理系统研究与开发.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 棉花作为关系到国计民生的重要资源，历来受到各产棉国的高度重视。随着信息 技术的不断进步，对棉花信息的自动化管理也提出了新的要求。 本文首先通过分析国内外棉花加工、检验及其流通管理等的发展现状，找出了我 国现行棉花管理发展中存在的不足，给出了实现棉花信息现代化管理的发展方案。 通过比较现有的自动识别技术，结合棉花管理固有特点，确定了采用二维条码标 签作为棉花信息载体，实现棉花信息管理现代化的基本方法。进一步分析了二维条码 生成和识别技术，开发了通用的由文字生成二维条码图像的软件模块。 针对我国当前棉花等级评价缺乏科学性的现状，提出了基于模糊理论的棉花等级 层次分析综合评判方法，构建了相应的数学模型，开发了相应的软件模块。并以皮辊 棉为例进一步验证了该方法的可行性和建模的正确性。 最后，基于提出的棉花信息现代化管理方案，开发了棉花信息二维条码管理系 统。基于模块化思想，进行了相应的软、硬件设计。 开发的系统经过近一年来的生产实际应用考核，证明了系统运行可靠、功能丰富， 能够满足棉花信息现代化管理的需要。 关键词棉花；信息管理系统；二维条码；棉花等级模糊评价；棉包标签 山东大学硕士学位论文 a b s 仃a c t c o t t o n ，a st h ei m p o r t a n tn a t i o n a lr e s o u r c e ，i sa l w a y sp a i dg r e a ta t t e n t i o nf o re v e r y c o t t o np r o d u c t i o nc o u n t r y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , n e w d e m a n d sf o ra u t o m a t i o na r e p u t f o r w a r dt or e a l i z em o d e mc o t t o ni n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t a f t e rc o m p a r eo fn a t i o n a la n di n t e r n a t i o n a ld e v e l o p i n gs t a t e so fc o t t o np r o d u c t i o n ， i n s p e c t i o n ，a n dm a n a g e m e n te t e ，a n e wo v e r a l l p l a n h a sb e e nm a d eo u ta b o u tt h e d e v e l o p m e n to fc o t t o nm a n a g e m e n tb a s e d o nt w o - d i m e n s i o n a lb a rc o d e t e c h n o l o g y f u r t h e r m o r e ，t h ec o d i n ga n dd e c o d i n gp r i n c i p l eo f p d f 4 1 7 2 - db a r c o d eh a sb e e n a n a l y z e d ， a n di t sg r a p h i c a lg e n e r a t i o ns o f t w a r em o d u l eh a sb e e nd e v e l o p e d an e wk i n do fm e t h o d e v a l u a t i n g c o t t o n g r a d es c i e n t i f i c a l l y b a s e do n f u z z y m a t h e m a t i c a lt h e o r yh a sb e e np r o p o s e d ，a n di t sm a t h e m a t i c a lm o d e lh a sb e e nd e d u c e d a n e x a m p l e t oe v a l u a t ec o t t o ng r a d e b y t h i sm e t h o dh a sp r o p o s e d b a s e do nm o d e mc o t t o n m a n a g e m e n tp l a np u t f o r w a r da b o v e ，an e wc o t t o n i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e do u t ，a n dt h ed e v e l o p e ds y s t e mh a s b e e nu s e di np r a c t i c a lp r o d u c t i o nf o rn e a r l yo n ey e a r t h i ss h o w e dt h a tt h ed e v e l o p e d s y s t e m i sr e l i a b l ea n ds t a b l e ，a n dt h ec o t t o ng r a d ef u z z ye v a l u a t i o nm o d e li sc o r r e c t k e y w o r d sc o t t o n ；i n f o r m a t i o ns y s t e m ；2 - db a r c o d e ；c o t t o ng r a d ef u z z ye v a l u a t i o n c o t t o n p a c k a g e l a b e l i i 原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名日期：兰! ! 色。三：! 宴 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盔。羔 导师签名擞日期：2 翌象挈五眇知 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 国内外棉花加工与检验管理的发展现状 棉花作为关系到国际民生的重要资源，历来受到各产棉国的高度重视，因此对棉 花加工与检验管理上做了大量的工作，并制定相关法律和规章制度保证实施。但由于 采用的技术方法和管理方式的不同，实际收效差别很大。下面就从棉业加工与管理的 发展状况对比中，从国际和国内两方面加以分折。 1 1 1 国际上棉花加工与检验管理的发展现状 发达国家的棉花加工与管理技术i l 】比较先进。随着现代计算机技术和信息技术的 发展，对于棉花的加工，检验与管理，都实现了计算机的自动化、标准化和规范化管 理，并在棉包上使用了自动识别技术，同时，相关行业也进行了合理调整。 国际上棉花加工与初检一概由棉花公司完成，棉包的标准包重为2 2 7 k g 。棉花 公司在打包过程中扦样，每包分别从两头各取l 磅棉花组成一个棉样，取得的两份棉 样( 均有包含自动识别技术的“绿卡”，但此时的“绿卡”内容只有轧花厂代号和包号信 息) ，一份交货主供出售或重验时使用，另一份则送到附近的农业部检测中心去检验。 农业部的检测中心不代表棉农、棉花公司、纺织厂的利益，加上有先进的检测手 段和管理措施，它的检验结果是比较客观、公正的。但它的检验是从棉农这一环节入 手的，而且只检验一次。 棉花检验以大容量检验仪h v i ( 2 那检验为主。h v i 检验棉花的品级、长度、强度、 马克隆值、长度整齐度，感官检验只检验棉花的品级。当感官检验的品级与h v i 检 测的品级有差异时，以感官检验的结果为准。 全部检验结果被存入电脑永久保持，同时把检验结果反馈给送检方( 电子形式) 。 并出具质量证书( 即“绿卡”) ，“绿卡”的正面内容包括：货主姓名和地址；背面内容 包括：轧花厂代号、棉包包号、品级、长度、马克隆值、强度、长度整齐度及出证单 位。只有拥有质量证书的棉花才有可能在市场上流通。在进行交易时，通过自动识别 器读出“绿卡”中的质量信息，确定交易价格。 山东大学硕士学位论文 同时，自动识别技术t 4 , 5 1 的应用也为棉花物流，仓储提供了方便。通过自动识别“绿 卡”的信息，可以知道其独一无二的信息，省去了再次编码的工序，提高了效率。为 整个棉花行业信息流通的自动化奠定了基础。 1 1 2 我国棉花) j n - r 与检验管理的发展现状 我国现行的棉花管理体制【6 】建立于二十世纪九十年代。建立之初，对促进棉花生 产经营企业提高棉花质量，打击掺杂使假，保障购销双方的利益，发挥了重要作用。 但随着我国加入w t o ，棉花加工与流通体制改革承需进一步深化，现行棉花体 制不能适应市场国际化的需要。主要表现在如下几个方面： 1 、我国现行的8 5 公斤棉包包型是历史上适应人工搬运确定的。与国际上2 2 7 公斤的包重差别悬殊，导致检验工作繁重，造成人力财力极大浪费，不适应国际市场 要求。 2 、我国棉包标识仍采用传统刷唛头的方式，没有采用自动识别技术，这样，棉 花信息在整个管理过程中只能以手工抄录的方式，效率低易出错，而且在各个流通 与管理环节数据需要多次抄来抄去，重复劳动大，数据可信度差，不能实现信息自动 化管理。 3 、棉花质量标识缺乏公信度和权威性。现行的棉花质量等级是由棉花加工企业 自行标注的，在供不应求时，虚标等级、名实不符的情况时有发生；供大于求时，买 方又极力压低棉花等级，买卖双方缺乏互信。企业购买棉花后，往往要重新开包确认 等级，造成重复检验，引发争议，增加交易成本，降低流通效率。 4 、现行公证检验模式存在局限性。依据现行的棉花国家标准，公证检验尚不能 做到包包普遍检验，而且只对进入纺织厂后的棉花进行售后公证检验，不能适应棉花 市场交易的需要。 5 、检验方法缺乏科学性。我国现行的棉花质量检验，均以感官检验为主，目测 手扯，主要依赖检验人员的经验，购销双方难以对检验结果达成一致。 随着棉花市场化流通体制改革步伐的加快，迫切要求改革现行棉花质量检验管理 体制，改善棉花检验手段，建立科学性、普遍性、权威性的公证检验体制，保证棉花 质量，促进棉花进入市场交易。 山东大学硕士学位论文 1 2 我国棉花加工与检验管理的改革方向 自从我国加入w t o 。各产业都在进行方方面面的改革以适应入世的挑战。面对 我国与国际上的差距，棉花质量检验体制也需要实施改革。国家发展与改革委员会也 对此高度重视，并在2 0 0 2 年提出棉花质量检验标准和管理体制改革方案。归纳 起来，主要有以下几个方面的改革： 1 、在加工环节实行公证检验。将目前棉花加工企业自行检验、自行标注质量标 识，改为在企业自愿的基础上，由纤检机构在加工环节依法免费提供逐包取样、包包 检验的公证检验服务。具体操作程序是： 1 ) 在棉花加工成包时，利用打包机的自动取样装置在棉包两侧各取样一份。每 份再分成两半，把两侧各一半合在一起，形成该包棉花的两份样品。 2 ) 由棉花加工企业将纤检机构发放的棉包统一编码的自动识别卡( 一式四份) ， 分别夹入两份样品中，并在棉包两端各贴一份。 3 ) 两份样品及自动识别卡，一份送纤检机构检验。由纤检机构将该包棉花公证 检验结果连同产地、加工企业名称、生产日期、重量、异性纤维含量等初始信息输入 全国棉花质量信息管理系统备案。另一份由棉花加工企业保存，并随棉包流通。棉花 加工企业应依法建立健全内部棉花质量管理制度，保证棉花质量。 2 、采用快速检验仪进行仪器化科学检验。改变目前主要靠检验人员经验确定等 级的传统检验方式，采用国际上通用的大容量快速检验仪( h v l 9 0 0 ) 检验棉花质量， 提高公证检验的科学性和权威性。 3 、制定仪器化检验棉花质量标准。为适应仪器化检验和现代纺织工业发展的需 要，要研制全国棉花色特征图及其应用软件，并制订适应仪器化检验的棉花质量标准 及相关技术规范。新标准主要增加强度、细度、成熟度等反映棉花内在质量的指标。 4 、采用国际通用棉包包型。我国现行的8 5 公斤棉包包型改为国际通行2 2 7 公斤 棉包包型。目前全国每年加工生产的棉包约为6 0 0 0 万个，全部改为大龟后可减为2 0 0 0 万个左右，可以减少质量检验的工作量，降低棉花包装成本和检验、流通费用。改变 包型后，将现有打包机更换为压力4 0 0 吨以上的大型打包机。同时，将目前棉包包皮 在里、铅丝在外的捆扎包装方式，改为国际通行的在裸包上捆扎钢带，取样、称重后 再套外包装。全面更换棉花加工企业加工打包设备，政策性强，需要统一规划，逐步 山东大学硕士学位论文 推行。 5 、实行信息化逐包编码。纤检机构统一对全国成包皮棉逐包编码，作为每包棉 花身份和质量状况的信息载体。棉花购销各方可以根据每包棉花的编码，通过全国棉 花质量信息管理系统，查询该包棉花的质量、产地、生产日期等相关信息。有利于促 进棉花市场交易，准确、及时地掌握全国棉花产销和质量数据。 为保证改革目标的实现，必须建立以下七个配套体系： 1 、质量保证体系：改革棉花国家标准和棉花包装标准，改革检验方法标准。 2 、技术支持体系：研制h v i 、大型打包机，改进加工工艺； 3 、质量监督体系：监管流通中的棉花质量问题； 4 、信息管理系统：如何采用自动识别技术保证信息的真实和安全，确保信息流 的合理性： 5 、商流物流系统：保证物流系统的顺畅； 6 、政策支持体系：建立检测中心、h v i 和大型打包机的研制，建立相应的税收 征政策： 7 、价格支持体系：不同等级、马克隆值级、断裂比强度级等需要国家出台相应 的价格支持方案。 这次课题是由山东棉机加工龙头企业山东天鹅棉机公司出资，完成以上体系中的 棉花信息管理系统，保证棉花信息流的合理畅通，确保棉花质量检验标准和管理体制 改革顺利进行。 1 3 棉花信息现代化管理的流程 通过对国内外棉业发展状况分析，我们对棉花信息流程做了深入的了解。为了实 现棉花信息管理的科学化与现代化，结合现代信息管理技术发展和我国棉业特点，构 建了基于棉花信息现代化管理的流程系统，并进行了分析，如图1 - 1 所示。 4 一 山东大学硕士学位论文 棉 花 加 工 单 位 h v l 9 0 0 客观评价 耋h 云三 位地址，名称，编 加工棉包 自动称量 批号，包号 附带自动识别标 签的棉包 仓储ff 物流 棉纺 企业 国内 市场 期货 市场 国际 市场 棉 花 信 息 数 据 库 _ - _ 一 i 自动识读棉花信息1 旦圭墼堡 i 一 图1 - 1 棉花信息现代化管理流程图 图中实线框图是现有的棉花加工以及流通部分，四个虚线框图是实现棉花现代化 管理的根本，也是本课题研究的中心内容。箭头代表信息的流动方向。 由图所示，如果没有自动识别技术和等级评价体系。则燕个框图被分成几部分， 无法连贯。也就是说信息流在这四个地方被阻断，引起信息不畅或信息失真，影响了 信息的流畅运行。这与我们当今信息时代要求产生脱节。主要表现在： 1 、棉花等级评价中，虽然有仪器检测的客观评价但最终还是依据专家的主观评 价，无法避免人为失误，造成信息的失真。 2 、棉花质量信息如果只是文字形式保存，在以后检验、仓储、流通等各个环节， 仍将由手工填写数据，无法避免人为抄录失误，造成信息的失实。 3 、由于没有采用自动识别技术，信息流的速度必然会与人的工作状态有关，无 法实现实时高效的信息流。 4 、由于棉包加工和质量检验无法同步，在信息流程中的将不可避免地两次生成 山东大学硕士学位论文 标签，也阻碍了信息的顺畅。 在棉花加工及流通的现代化管理的信息流程中，我们需要解决以下三个关键技术 问题： 1 、适合棉花行业的的自动识别技术： 2 、棉花品质等级的综合评价： 3 、棉花信息现代化管理系统。 1 4 本研究课题的研究内容、目的及意义 1 4 1 研究内容 本课题的研究内容主要是以下三个方面： 1 、研究适合棉花行业的自动识别技术，并分析其可行性 2 、设计棉花等级综合评价体系，并分析其可行性： 3 、综合以上两方面内容，设计完成棉花信息管理系统； 1 4 2 研究目的及意义 本课题研究目的是解决我国当前棉花信息管理中存在的信息不畅的问题，提高我 国棉花管理的现代化水平。 本课题研究意义是多方面的： l 、本系统的应用为我国的棉花行业整体水平的提高奠定了基础。 自动识别技术在棉花行业中的应用，为我国棉花质量管理领域、棉花物流领域、 棉纺加工领域提供了巨大的方便。减少了人力、物力的浪费，提高了效率，防止了人 为失误造成的损失，降低了生产成本，自动识别技术在棉花信息化管理系统中的应用， 将会对我国棉花行业产生深远影响。 2 、提高了我国棉花企业的国际竞争力。 我国加入世贸以来，棉花企业也面临着走出国门，迎接国际市场考验的挑战。棉 花信息现代化管理系统的开发与应用，必将提升我国棉花产品的技术含量，提高了我 国棉花企业的国际竞争力。 一6 一 山东大学硕： ：学位论文 第二章棉花信息管理中的自动识别技术 2 1 自动识别技术概述 自动识别技术 4 】是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是 以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。自动识别技术近几十年在 全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括条码技术、磁条( 卡) 技术、光学字 符识别、系统集成化、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、机电、通信 技术为一体的高新技术学科。 当今信息社会离不开计算机，正是自动识别技术的崛起，提供了快速、准确地进 行数据采集输入的有效手段，解决了由于计算机数据输入速度慢、错误率高等造成的 “瓶颈”难题，因而自动识别技术作为一种革命性的高新技术，正迅速为人们所接受。 下面简要介绍自动识别技术的分类。 1 、自动识别技术概述 条码【训、o c r ( 光学字符识别) 和m i c r ( 磁性墨水) 都是一种与印刷相关的自动识别 技术。o c r 的优点是人眼可读、可扫描，但输入速度和可靠性不如条码，数据格式 有限，通常要用接触式扫描器；m i c r 是银行界用于支票的专用技术，在特定的领域 中应用，成本高，而接触识读，可靠性高。 磁条技术是接触识读，它与条码有三点不同：一个是其数据可做部分读写操作， 另一个是给定面积编码容量比条码大，还有就是对于物品逐一标识成本比条码高，而 且接触性识读最大缺点就是灵活性太差。 射频识别和条码一样是非接触式识别技术由于无线电波能“扫描”数据，所以 r f 挂牌可做成隐形的，有些r f 识别技术可读数公里外的标签，r f 标签可做成可读 写的。r f 识别的缺点是挂签成本相当高，而且一般不能随意扔掉，而多数条码扫描 寿命结束时可扔掉。视觉和声音识别目前还没有很好的推广应用，机器视觉还可与 o c r 或条码结合应用，声音识别输入可解放人的手。 r f 、声音、视觉等识别技术目前不如条码技术成熟，其技术和应用的标准也还 不够健全。 我们可以把条码与其他自动识别技术做个简单比较，见表2 - 1 。 山东大学硕士学位论文 表2 - 1 自动识别技术比较表 箬矽 键盘o c r磁条( 卡)条码 射频 项目 输入1 2 位6 秒4 秒0 3 2 秒0 3 2 秒0 3 0 5 秒 数据速度 误读率1 3 0 01 1 0 0 0 01 1 0 0 0 0l 1 5 0 0 0 一l1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 印刷密度l o 1 2 字符4 8 字符英最大2 0 字符4 - - 8 0 0 0 字符 英寸寸英寸 印刷面积2 5 r a m 高6 4 r a m 高长1 5 x 宽4 m m直径4 x 长 3 2 r a m 至纵 5 4 x 横8 6 m m 基材价格无低 中低高 扫描器价格无高 由 低高 非接触识读不能不能接触5 m接触5 m 优点操作简单、可用眼阅读数据密度输入速度快、可在灰尘油污 可用眼阅高、输入速设备便宜、设等情况下使 读、键盘本度快备种类多、可用、可非接解 身便宜非接触式识读式识读 缺点识读率高、输入速度不能直接用数据的不可更发射、接收装 输入速度低、不能非眼阅读、不改、不可用眼嚣价格昂贵、 低、输入受接触式识能非接触式直接阅读发射装置寿命 个人因素影读、设备价识读、数据短、数据可改 响格高可变更 通过比较，我们可以看出条码技术主要是由于其具有以下特点： 高速：键盘输入1 2 位数字需6 秒钟，而用条码扫描器输入则只要0 2 秒。 准确：条码的正确识读率达9 9 9 9 - 9 9 9 9 9 。 成本低：条码标签成本低，识读设备价格便宜。 灵活：根据顾客或业务的需求，容易开发出新产品；扫描景深大：识读方式 多，有手动式、固定式、半固定式；输入、输出设备种类多，操作简单。 可扩展：目前在世界范围内得到广泛应用的c o d e 3 9 码是国际标准的编码系 统，横向、纵向发展余地都很大，现已成为商品流通业，生产自动管理，特 别是e d i 电子数据交换和国际贸易的一个重要基础，并将发挥巨大作用。 山东大学硕士学位论文 2 2 棉业信息管理对自动识别技术性能的需求 棉业管理中，棉花信息自动识别技术选择的考虑因素主要有以下几个方面： l 、信息容量 根据国家质量技术监督局于1 9 9 9 年7 月2 日发布的g b l l 0 3 - - 1 9 9 9 棉花细绒 棉国家标准8 1 的要求，棉包标签上须注明以下文字内容： 棉花产地( 省、自治区、直辖市和县) 、棉花加工单位、棉花质量标识、批号、 包号、棉包毛重、生产日期等内容。 也就是说，标签上可自动识别的内容必须包括汉字、数字、字符等各种符号，容 量应有冗余，以备补充内容。 2 、信息可靠性 由于棉花标签附在棉包上，在棉包仓储、装运过程中容易对标签造成损害，除了 要求标签材料耐腐蚀，不易损坏外，还要求自动识别技术自身有纠错能力，对环境适 应能力强。 3 、识别速度与准确性 应能在不同环境下，快速准确地还原包含在棉花标签中的有效信息。 4 、成本 由于棉花标签用量很大，自动识别技术的成本应尽可能低。 基于以上分析，结合各类自动识别技术的特点，综合考虑棉业管理实现现代化的 要求，较为合适的信息表达方式应是条码技术。 2 3 条码技术概述 条码是由一组规则排列的条和空、相应的数字组成，这种用条、空组成的数据编 码可以供机器识读，而且很容易译成二进制数和十进制数。这些条和空可以有各种不 同的组合方法，构成不同的图形符号，即各种符号体系，也称码制，适用于不同的应 用场合。 一维条码自7 0 年代问世以来，发展十分迅猛，在短短的3 0 年内，广泛地应用在 工商业、交通运输、邮政、金融、医疗卫生、仓储业及办公自动化等领域。一维条码 的出现，改变了传统的工作方式，加快了信息的处理过程，大大提高了工作效率，推 山东大学硕士学位论文 动了整个社会经济的发展。常用码制有：c o d e 3 9 ，e a n 码，u p c 码等等。然而， 一维条码只是在一个方向上( 般是水平方向) 表达信息，而在垂直方向上则不表达任 何信息，容量非常有限，一般仅能容纳2 0 多个字节，当条码太多时，由于条宽受限， 扫描器将不能识别。而且一维条码只能用来表述一些数字或字母，无法对物品进行描 述( 例如物品的形状、用途等) 。这就使一维码的推广应用受到很大的制约。如图2 。l 所示 糊嘲l 啪咖哪0 哪l 删l 图2 1c o d e 3 9 码不例 为了满足人们对信息处理越来越高的要求，8 0 年代末诞生了二维条码技术f 8 ，9 】。 在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码，称为二维条码( 2 - d i m e n s i o n a lb a r c o d e ) ，简称二维码。二维码的出现，有效地解决了一维条码容量的不足，信息容量 从原来十几个字节猛增到近2 千个字节，在相同的几何面积内，二维码能表示的信息 是一维条码的几十倍甚至上百倍，它的出现是条码技术的一次革新。常用码制有： p d f 4 1 7 ，库巴德码等。其中p d f 4 1 7 以其优越的性能，使用最为广泛。如图2 - 2 所示 图2 - 2 二维条码p d f 4 t 7 示例 二维条码是一种高密度、高信息含量的数据文件，是实现证件、卡片及表单等大 容量、高可靠性信息自动存储、携带1 9 1 并可用机器自动识读的理想手段。与一维条码 相比较，二维条码具有如下特点： 1 ) 信息密度高容量大 一个p d f 4 1 7 条码符号，可以将1 8 4 8 个字母字符或2 7 2 9 个数字字符或字母、数 字混编字符进行编码。而一个一维条码最多只能表示2 0 多个数字或特殊字符。在同 山东大学硕士学位论文 等面积下，二维条码比一维条码信息含量高几十倍。 2 ) 编码范围广 二维条码可将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字( 当然包括汉字) 等凡可数字 化的信息进行编码。这对于一维条码是根本不可能的。 3 ) 保密、舫伪性能好 二维条码具有多重防伪特性。它可采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息 如指纹、照片等进行防伪。p d f 4 1 7 可以把编码信息按密码格式进行编码，以防止伪 造条码符号或非法使用有关编码的信息。这对于一维条码也是根本不可能的。 4 ) 译码可靠性高 一维条码的译码错误率约为百万分之二，p d f 4 1 7 二维条码则不超过千万分之一。 在管理数据库测试中，阅读2 0 0 0 万个条码符号，没有出现一例译码错误，这说明 p d f 4 1 7 具有极高的可靠性。 5 ) 纠错能力强 p d f 4 17 采用了目前世界上最先进的错误修正技术，这种隐含于符号内的错误修 正技术，可以有效地防止译码错误，提高译码的速度及可靠性，还可以将由于条码符 号破损、沾污等丢失的信息破译出来。错误修正甚至可以将符号受损面积达5 0 的 条码符号所含信息复现出来。一维条码根本无此能力，甚至为了解决误读和拒读问题， 通常要将其所表示的信息一同印刷出来。 6 ) 容易制作且成本很低 利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏热转印( 制) 卡机等打印技术，即可在纸张、 卡片、p v c 、甚至金属表面上印出二维条码。使用二维条码所增加的费用除识读设备 不大的差价外几乎不增加任何成本，因此人们又称之为“零成本”技术。 7 ) p d f 4 1 7 二维条码符号的形状可变 同样的信息量，二维条码的形状可根据载体面积及美工设计等自我调整。 二维条码自动识剐技术大量的信息容量，内容不可修改，纠错能力强等特点，正 符合棉花信息标签的要求，而且二维条码标签成本低，适合大量普及应用。 山东大学硕士学位论文 2 4p d f 4 1 7 二维条码符号结构及编码原理 2 4 1p d f 4 1 7 符号的结构 上空白羰 图2 - 3p d f 4 1 7 条码符号的结构图 p d f 4 1 7 条码符号的结构图9 ，j o ，1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 5 如图2 3 所示。从整体上看，p d f 4 1 7 符 号都是由空白区包围的一系列条空以及若干层组成。与一维条码相比，p d f 4 1 7 更像 是截短的一维条码层层堆积而成。 每一层结构，又分为不同区域，自左向右包括： a ) 左空白区：要有定宽度。 b ) 起始符：每层的起始标志。 c ) 左行指示符号字符：显示一定的条码辅助信息。 d ) l 3 0 个数据符号字符：条码内容数据区。 e ) 右行指示符号字符：显示一定的条码辅助信息。 d 终止符：每层的终止标志。 g ) 右空白区：要有一定宽度。 每一符号字符由4 个条和4 个空构成，自左向右从条开始。每一个条或空包含l 6 个模块。在一个符号字符中，4 个条和4 个空的总模块数为1 7 ，如图2 4 。 山东大学硕士学位论文 2 4 2 符号字符的簇 _i 1i2 l 5 s i 图2 4p d f 4 1 7 符号字符示意图 p d f 4 1 7 条码符号字符集由三个簇组成，每一簇包括以不同的条、空形式表示的 所有9 2 9 个4 1 7 条码的码字。在每一簇中，每一个符号字符对应唯一的码字，其范围 为0 9 2 8 。 p d f 4 1 7 条码使用簇号0 ，3 ，6 。簇号的定义适用于所有p d f 4 1 7 条码符号字符。 对于每一特定的行，使用的符号字符的簇号由下式计算： 簇号= ( 行号一1 ) m o d 3 x 3( 2 1 ) 对于每一特定的符号字符，其簇号由下式决定： 簇号= ( b l - - b 2 十b 3 一b 4 + 9 ) m o d 9 ( 2 - 2 ) 式中：b 1 、b 2 、b 3 、b 4 分别表示自左向右四个条的模块数。 2 4 3 数据编码模式与编码词 p d f 4 1 7 提供了3 种数据编码的模式。在一个p d f 4 1 7 条码中会经常根据需要在 模式之间来回转换。 以下定义了3 种模式，每种模式都在用户数据和编码词序列之间定义了独特而有 效的映射： 1 、文本压缩模式 嘲ibk 一 山东大学硕士学位论文 2 、字节压缩模式 3 、数字压缩模式 每种模式有9 0 0 个可用的编码词用于实现数据编码和其他功能。剩下的2 9 个编 码词用于实现一些指定的功能，它们独立于当前的压缩模式。 这2 9 个编码词值在9 0 0 到9 2 8 之间，它们用于实现以下功能： 模式之间转换 扩展信道解释器( e c i s ) 的增强功能 其它增强的功能 目前，值在9 0 3 到9 1 2 和9 1 4 到9 2 0 之间的编码词是保留的。表2 2 列出了这2 9 个编码词所对应的功能： 表2 。22 9 个编码词所对应的功能 编码词功能 9 0 0将当前模式转化成文本压缩模式 9 0 1将当前模式转化成字节压缩模式 9 0 2将当前模式转化成数字压缩模式 9 0 3t 0 9 1 2预留 9 1 3下一个编码词使用字节压缩模式 9 1 4t o9 2 0预留 9 2 1读卡机( r e a d e r ) 初始化 9 2 2宏p d f 控制快的结尾编码词 9 2 3用于宏p d f 控制快中鉴别可选栏的开始的序列标签 9 2 4将当前模式转化成字节压缩模式( 与9 0 1 由不同之处) 9 2 5由用户定义的扩展信道解释器( e c i ) 的标示符 9 2 6用于一般用途的e c i 的标示符 9 2 7一个字符集或代码页的e c i 的标示符 9 2 8用于标示宏p d f 控制块开始的宏标记编码词 一个模式转化编码词( 如9 0 0 ，9 0 1 ，9 0 2 ，9 2 4 ) 将当前的模式转化成指定的模 式，此转化一直有效直到出现新的转化。表2 - 3 给出了模式定义和相应的模式转化编 码词。 山东大学硕士学位论文 而9 1 3 编码词的功能与前述不同，它仅将下一个编码词从文本压缩模式转化成字 节压缩模式，接下来的编码词仍用文本压缩模式。这样的功能只在当前模式为文本压 缩模式下才有，我们称之为模式替换 表2 - 3 模式定义和相应的模式转化编码词表 目标模式模式转化模式替换 文本压缩模式 9 0 0 字节压缩模式9 0 1 9 2 4 9 1 3 数字压缩模式 9 0 2 p d f 4 1 7 也支持扩展信道解释器( e x t e n d e dc h a n n e li n t e r p r e t a t i o n ) 系统，它保证 对不同解释的数据实现准确地编码。 2 4 4 数据编码 数据编码是将数据字符转化成相应的编码词。高级编码通过数据压缩实现。根据 不同的数据类型，p d f 4 1 7 中有几种数据编码的方式。 在选择最优模式时，首先，选择支持要被编码的字符的模式。其次，考虑模式的 效率问题。 接下来，我们将深入讨论这3 种压缩模式，并说明其各自的优缺点。 1 、文本压缩模式 文本压缩模式能对所有可打印的a s c i i 字符编码，例如，值在3 2 1 2 6 之间的 i s o i e c6 4 6 和有选择的控制字符。 文本压缩模式有4 个子模式： a l p h a ( 按大写字母次序) l o w e r ( 按小写字母次序) 混合模式( 数字和一些标点符号) 标点符号 每个子模式包含3 0 个字符，包括子模式转化和替换字符。 实际上，每个条码的缺省压缩模式总是文本压缩模式下的a l p h a 子模式( 按大写 字母次序) 。当从另一种模式转化到文本压缩模式时，总是转化到文本压缩模式下的 山东大学硕士学位论文 a l p h a 子模式。 2 、字节压缩模式 字节压缩模式可对2 5 6 个8 比特位的值编码。这里也包括了值在0 1 2 7 的a s c i i 字符并支持国际字符集。 字节压缩模式可对2 5 6 个国际字符编码，包括整个a s c i i 字符集和值在0 2 5 5 的任何8 比特字节。在此模式下，每个编码词能编出1 - 2 字节。就可编码数据的范围 来说，它是一种有效的编码模式；就条码打印的尺寸来说，它是效率最低的模式。 1 ) 字节压缩模式下的数据编码 字节压缩模式把一系列的8 比特字节编成一系列相应的编码词。这个编码过程通 过从b a s e2 5 6 转化成b a s e9 0 0 实现，它的压缩比率是1 2 ：1 ，即每6 个字节的压 缩字符压缩成5 个编码词。 字节压缩模式下的缺省字符集及它们对应的值定义如表2 - 4 所示。 表2 - 4 字节压缩模式下的缺省字符集及它们对应的值 缺省字：l 守集酏| 十进制值( d e c i m a l ) d e cc h a rd e cc h a rd e cc h a rd e cc h a rd e cc h a td e cc h a rd e cc h a rd e cc h a r 0n u l3 2 p a c e 5 4 9 62 8 c 1 6 0d1 9 2 l 2 2 4 ls o h3 3 f 6 5a9 7a1 2 9u1 6 1i1 9 3 上 2 2 5 2s t x3 45 6b9 8b1 3 061 6 261 9 4 2 2 6 3e t x3 5#6 7c9 9c1 3 1a1 6 3d1 9 5 卜 2 2 7 4e o t3 6$6 8d1 0 0d1 3 2h1 6 41 9 62 2 8 5 e n q3 7 6 9e1 0 l1 3 3b1 6 5n1 9 7+2 2 9 6a c k3 87 0f1 0 2f1 3 4&1 6 61 9 8卜2 3 0 7b e l3 97 1g1 0 3 吕 1 3 5 1 6 71 9 9 卜 2 3 1 8b s4 0 7 2h1 0 4h1 3 661 6 862 0 0 l 2 3 2 9h t4 1 ) 7 3 【1 0 5i1 3 71 6 9 广 2 0 l 广 2 3 3 上 2 3 41 0l f4 27 4j1 0 6 i1 3 8 告1 7 02 0 2 1 lv t4 3 + 7 5k1 0 7k1 3 9 【1 7 12 0 31 _2 3 5 1 2f f4 47 6l1 0 8 i1 4 0l1 7 2 k2 0 4 卜 2 3 6 1 3c r4 57 7m1 0 9m1 4 1l 1 7 3 l 2 0 52 3 70 1 4s o4 67 8 n1 1 01 4 2茂1 7 4 “2 0 6 + 2 3 8 1 5s i4 7 ， 7 9o1 l lo1 4 3a1 7 5 2 0 7 上 2 3 9 】6d l e4 808 0 p1 1 2 p 】4 4e1 7 62 0 8 上 2 4 0 1 7d c l4 9lb 1q1 1 3 q 1 4 5露1 7 7 囊 2 0 9 2 4 1+ 1 8d c 25 02b 2 r1 1 4r1 4 6i e1 7 8 叠 2 1 0t2 4 2 1 9d c 35 l38 3 s1 1 5s1 4 761 7 9 1 2 1 1 l 2 4 3 2 0d c 45 248 4 丁1 1 6e1 4 8凸1 8 0 _ 2 1 2 l _ 2 4 4 山东大学硕士学位论文 2 ln a k5 3 58 5u1 1 7u1 4 9b1 8 l _ 2 1 3 r _2 4 5 2 2s y n5 4 68 6v1 1 8v1 5 0u1 8 2 1 2 1 4 r 2 4 6 2 3e t b5 5 78 7w1 1 9l v1 5 1h1 8 3 2 1 5 +2 4 7 2 4c a n5 688 8x1 2 01 5 2 p 1 8 4 - 2 1 6+ 2 4 8 2 5e m5 798 9v1 2 1 y 1 5 3凸1 8 5 2 1 7 j 2 4 9 2 6s u b5 89 0z1 2 2z1 5 401 8 6 i 2 1 8 厂 2 5 0 2 7e s c5 99 1 】2 3 1 5 5d1 8 7 1 2 1 9 2 5 1 2 8f s6 09 2 1 2 41 5 61 8 8 j 2 2 0-2 5 2 2 9g s6 19 3 】 1 2 5 1 5 7￥1 8 9 j 2 2 l _ 2 5 3 3 0r s6 29 41 2 61 5 8p i1 9 0 j 2 2 2 l 2 5 4 3 lu s6 3 9 51 2 7d e l1 5 91 9 1 2 2 3 2 5 5 注意：字符集的前半部分( 值在o 一1 2 7 之间) 与i s o i e c6 4 6 ： 1 9 9 1i r v 对应， 后半部分( 值在1 2 8 - - 2 5 5 之间) 与c o d ep a g ep c 4 3 7 对应。 上述是一个缺省的图形和控制字符解释器。当引入扩展信道解释器( e c i ) 时， 这个解释器就被定义为e c l0 0 0 0 0 0 或e c l 0 0 0 0 0 2 。 2 ) 向字节压缩模式转化 因为p d f 4 1 7 的缺省压缩模式是文本压缩模式，要转化成字节压缩模式，就要用 到以下几个编码词。 当需要编码的字节压缩字符的数量是6 的整数倍时，我们使用编码词9 2 4 。 当需要编码的字节压缩字符的数量不是6 的整数倍时，我们使用编码词9 0 1 。 当要对一个字节压缩字符编码时，我们使用编码词9 1 3 。 若需对仅有的一个二进制a s c i i + 数字( 8 比特) 编码时，我们使用编码词9 1 3 。 当使用编码词9 1 3 时，下一个编码词被看作一个单独的8 比特值。 3 ) 对长字节的字符传串编码时的压缩规则( 使用9 0 1 或9 2 4 的功能) 以下是对字节压缩字符数据编码的几个步骤： 1 确定字节压缩字符的数量。 2 若总数是6 的整数倍，我们用编码词9 2 4 ；不然，我们用编码词9 0 1 。 3 把字节压缩字符分成若干序列，每个序列有6 个字符，字符从左至右。 4 对每个序列6 个字符分别编码成字节压缩模式下的b 5 到b 0 ( 第一个字符用 b 5 表示) 。 5 实现b a s e2 5 6 到b a s e 9 0 0 的转化来生成5 个编码词的序列。 4 ) 下面介绍实现转化的数学方法。 山东大学硕士学位论文 使用编码词9 0 1 9 2 4 对二迸制数据编码需要将数据从b a s e2 5 6 转化成b a s e9 0 0 。 编码过程就是每次将6 个b a s e2 5 6 的数值转化成5 个b a s e9 0 0 的编码词。此过程一直 进行，直到不再有数或值需要编码。 如果需要编码的值的个数不是6 的倍数，就使用编码词9 0 1 。在这种情况下，开 始也用上述相同的方法，每次对6 个数值编码。对于最后剩余的一组个数小于6 的数 值，每个数值对应一个编码词放在末尾。 3 、数字压缩模式 数字压缩模式实现的是从b a s e1 0 到b a s e9 0 0 的转化，它用于对连续的数字的长 字符串编码。 在此模式下，平均每2 9 3 个数字编成一个编码词。 对连续的数字的长字符串编码的压缩规则 向数字压缩模式转化 数字压缩模式下编码数据 从数字压缩模式向其他模式转化 1 ) 向数字压缩模式转化 当文本压缩模式或字节压缩模式使用编码词9 0 2 时，压缩模式将转化成数字压缩 模式。 2 1 数字压缩模式下编码数据 对连续的数字的长字符串编码的压缩规则： 1 将数字字符串分成若干组，每组包含4 4 个数字，最后一组可能少于4 4 个。 2 、每组字符串前面加一个1 ，以防止丢失首位0 例如：原始字符串：0 0 2 4 6 8 1 2 3 4 5 6 7 8 经过第二步：1 0 0 2 4 6 8 1 2 3 4 5 6 7 8 注意：解码时，首位l 将要去掉。 执行一个从b a s e1 0 到b a s e9 0 0 的转化，从c 0 开始，形式如下： f o re a c hc o d e w o r dc i = c o c n 1 b e g i n c i = x m o d9 0 0 x = x d i v9 0 0 山东大学硕士学位论文 i fx = 0 ，t h e n s t o pe n c o d i n g e n d 这里，x 等于位首加了1 的得数字字符串。 重复第二步，直至结束。 以下的规则能精确地计算出数字压缩模式下生成的编码词个数： 每组有4 4 个数字，4 4 个数字压缩成