第5章 数据自动识别与采集技术.ppt

第5章数据自动识别与采集技术,本章学习目标,认识与了解条码技术的概念与作用；掌握与理解条码的组成与标准；理解条码的分类与特点；认识与理解条码是在物流活动中的应用。,数据自动识别与采集技术是数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段。初步形成了一个包括条码技术、磁条技术、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。,主要用于快速地进行大量数据的自动识别、采集，解决了各类管理信息系统应用中存在大量数据输入时存在速度慢、出错率高等问题。自动识别与采集设备现在已经广泛地应用于物流系统的各个环节，在物流系统应用中处于极其重要的地位，是物流现代化与信息化进程中不可缺少的一部分。,目前应用较为广泛的物流数据自动识别与采集技术有：条码技术（Barcode）及射频识别技术（RFID）等。条码技术不仅在国际范围内为商品提供了一套可靠的代码标识体系，而且为产、供、销等生产及贸易、物流的各个环节提供了一套可靠的代码标识技术，为实现商业数据的自动采集和EDI奠定了基础。,条码技术实现成本低但识别精度受限于识别距离。射频识别技术的基本原理是电磁理论，其优点是不局限于视线，识别距离比光学系统远。射频识别卡具有读写能力，可携带大量数据信息，防伪和有智能等。射频识别技术可实现“非接触式”识别但费用较条码技术高而分别被应用于不同的场合。,5.1条码技术的概念与特点,条码（Barcode）是由一组规则排列，由不同宽度的条和空组成的标记。这些标记用来表达一定信息的数据。这些数据与表达的信息关系是通过人为的绑定实现的。,条码概念：,根据条和空的排列方式为线形和矩形，条码分为一维条码和二维条码。一维条码为线形条码，二维条码为矩形条码。,一维条码,二维条码,5.2一维条码,一维条码最早诞生于20世纪30年代的Westinghouse实验室。Kermode发明了最早的条码标识，设计方案非常的简单，即一个“条”表示数字“1”，二个“条”表示数字“2”，以次类推。,条码识读设备系统：一个扫描器(能够发射光并接收反射光)；一个测定反射信号条和空的方法，即边缘定位线圈；一种使用测定结果的方法，即译码器。,一维条码根据特性的不同，形成了一系列的码制标准：国际物品编码协会（EuropeanArticleNumberingAssociation,简称EAN）；美国统一代码委员会（UniformCodeCouncil，简称UCC）。2002年11月26日EAN正式接纳UCC成为系统成员，EAN与UCC合并为一个全球统一的标识系统EANUCC系统。,中国物品编码中心，88年成立，91年加入EAN国际物品编码协会，负责在中国开发、维护、推广以商品条码为基础的全球统一标识系统EANUCC系统。,5.2.1.条码的码制标准,码制表现为条码条和空的排列规则。一维码的码制有100多种编码模式，常用的包括：EAN码、UPC码、39码、交叉25码、128码、93码，及Codabar（库德巴码）等。,（1）EAN/UCC13码EAN/UCC13代码由13位代码构成，不同国家（地区）的条码组织对13位代码的结构有不同的划分。其结构为：前缀码+厂商代码+商品项目代码+校验码，共13位代码组成。,前缀码由23位数字组成，是国际物品编码协会分配给其成员的标识代码，实际上就是国家或地区代码，如我国大陆为“690695”，香港特别行政区为“489”，德国为“4044”。,厂商代码为用来在全球范围内唯一标识厂商的识别代码，在我国大陆厂商代码由46阿拉伯数字组成，我国的厂商代码是由中国物品编码中心统一分配。,商品项目代码由获得厂商代码的厂商自己负责编制，由35位阿拉伯数字构成，用以表示具体的商品项目，即相同价格和包装的同一种商品。,校验码由一位阿拉伯数字组成，在条码中一般通过设置校验码的办法来校验编码的正误，以提高条码的识读可靠性。,（2）UPC码（UniformProductionCode，统一产品代码）UPC码只能用数字表示，有A、B、C、D、E五个版本，版本A有12位数字，版本E有8位数字，其中最后一位为校验位。,当UPC作为12位进行解码时，定义如下：第1位为数字标识由UCC（UniformCodeCouncil,统一代码委员会）所确定，第2-6位是生产厂家的标识号，第7-11位是惟一的厂家产品代码，第12位为校验位。,（3）39码能用字母、数字和其它一些符号共43个字符表示：AZ，09，./，space。条码的长度是可变化的，通常用“*”号作为起始、终止符，不用校验码，代码密度介于39.4个字符/每英寸，空白区是窄条的10倍。,（4）128码表示高密度数据，字符串可变长，符号内含校验码，有三种不同版本:A，B，C，可用128个字符分别在A，B，C三个字符串集合中。,（5）交叉25码只能用数字09表示，长度可变，连续性条码，所有条与空都表示代码，第一个数字由条开始，第二个数字由空组成，空白区比窄条宽10倍。,（6）库德巴码（Codabar）可用数字09，字符、表示，还有只能用作起始/终止符的a，b，c，d四个字符，长度可变，没有校验位，空白区比窄条宽10倍，非连续性条码，每个字符表示为4条3空。,不同的码制有其各自的应用领域：,EAN码：是国际通用的符号体系，是一种长度固定、无含意的条码，所表达的信息全部为数字，主要应用于商品标识。39码和128码：ASCII字符集编码，国内目前为企业内部自定义码制，主要应用于工业生产线领域、图书管理等。93码：是一种类似于39码的条码，它的密度较高，能够替代39码。25码：主要应用于包装、运输以及国际航空系统的机票顺序编号等。Codabar码：应用于血库、图书馆、包裹等的跟踪管理,条码的两个常用参数：,密度（Density）：条码的密度指单位长度的条码所表示的字符个数。密度由模块的尺寸决定，模块是“条”或“空”中的最小单位。宽窄比：对于只有两种宽度单元的码制，宽单元与窄单元的比值称为宽窄比，一般为2-3左右（常用的有2：1，3：1）。,5.2.2条码符号的组成,一个完整的条码的组成次序依次为：静区（前）、起始符、数据符、（中间分割符，主要用于EAN码）、(校验符)、终止符、静区（后）。,5.2.3条码的编码方法,条码的编码方法就是要通过设计条码中条与空的排列组合来表示不同的二进制数据。通常条码的编码方法有两种：模块组合法和宽度调节法。,模块组合法是指条码符号中，条与空是由标准宽度的模块组合而成。如EAN码，以一个标准宽度的条表示二进制的“1”，与一个标准宽度的空模块表示二进制的“0”。,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,宽度调节法是指条码中，条与空的宽窄设置不同，用宽单元表示二进制的“1”，用窄单元表示二进制的“0”。,5.2.6一维条码的应用,货物分拣系统，是从事仓储业、运输业、后勤管理业等公司的关键系统。在传统的货物分拣系统中，一般是使用纸制书面文件来记录货物数据，包括货物名称、批号、存储位置等信息。在货物提取时再根据书面的提货通知单，通过人工来搜索、查找记录的货物数据，搬运货物及完成货物的提取。,建立一个先进的货物分拣系统1.完全屏弃了使用书面文件完成货物分拣的传统方法，采用高效、准确的电子数据的形式，提高效率，节省劳动力；,2.可以快速完成简单订货的存储提取，可以方便地根据货物的尺寸、提货的速度要求、装卸要求等实现复杂货物的存储与提取；,3.分拣工人只需简单的操作就可以实现货物的自动进库，出库，包装，装卸等作业，降低了工人的劳动强度，提高了效率。,案例5.1,顶峰（Zenith）电子公司位于亨茨维尔市，拥有一个16,000平方米的仓库，通过采用自动识别技术改进原有的货物分拣系统后，实现了从出货到装船的全部自动化操作，显著改善了该公司的物流管理。,这套系统在基于Unix的HP9000上运行ORACLE数据库。服务器与4个位于基本区域，工作频率为900MHz的RF工作站相连，每个区域支持20个带有扫描器的手持式无线射频终端。,订单从配送中心的商务系统下载到WMS（仓储管理系统），WMS的服务器根据订单的大小、装船日期等信息对订单进行分类，确定分拣策略。采用订单分拣与零星分拣两种分拣策略并且指导分拣者选择最佳分拣路线。,订单分拣：如果订单订货数量比较大，按订单集中分拣。货物分拣者从他的无线射频终端进入服务器，选择订单执行，信息系统通过射频终端直接向货物分拣者发送作业指令，显示订单上物品位置信息，指导分拣者选择最优路径。,货物分拣者在分拣前扫描货柜箱上的条形码标签，如果与订单相符，则直接分拣。完成货物选择后，所有选择的货物经由传送设备运到打包地点。,扫描货物目的地条码，对分拣出来的货物进行包装前检查，然后打印包装清单。完成包装以后，在包装箱外面打印订单号条码。,包装箱在UPS航运站称重，扫描条形码订单号，并且把它加入到UPS的跟踪号和重量信息条码中，这些数据，加上目的地数据，构成跟踪记录的一部分上报到UPS。,零星分拣货物：对于零星订单的分拣，采用按货集中分拣，分拣出来后再按单二次集货。,WMS直接将订单分组分派给货物分拣者，每个分拣人负责3-4个通道之间的区域。货物分拣者在他负责的区域内，携带取货小车进行货物分拣，取货小车上放置多个货箱，一个货箱盛放一个订单的物品。,如果货架上的货物与订单相符，就把货物放进小车上的货箱，并且扫描货箱上条形码序列号。在货物包装站，打印的包装清单既包括货物条码也包括包装箱序列号。,应用这一系统，顶峰公司具有了强大的作业能力，装船作业在接到订单24至48小时内完成，每日处理订单达到2000份。,5.3二维条码,随着应用领域的不断扩展，传统的一维条码渐渐表现出了它的局限：首先，使用一维条码，必须通过连接数据库的方式提取信息才能明确条码所表达的信息含意，因此在没有数据库或者不便联网的地方，一维条码的使用就受到了限制；,其次，一维条码表达的只能为字母和数字，而不能表达汉字和图像，在一些需要应用汉字的场合，一维条码便不能很好的满足要求；,其三，一维条码本身携带的信息量较小，不能满足物流过程中需随身携带大量信息的应用要求；另外，在某些场合下，大信息容量的一维条码通常受到标签尺寸的限制，也给产品的包装和印刷带来了不便。,二维条码的诞生解决了一维条码不能解决的一些问题，它能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，能在很小的面积内表达大量的信息。,借助于大信息量表达的能力，二维条码能够将任何语言（包括汉字）和二进制信息（如签字、照片）进行编码，并具有可由用户选择不同程度的纠错级别以及在部分符号污残破损的情况下恢复所有信息的能力。,5.3.1.二维条码的分类,二维条码目前可以分为堆叠式二维条码和矩阵式二维条码两大类。堆叠式二维条码在形态上是由多行短截的一维条码堆叠而成的，矩阵式二维条码则以矩阵的形式组成，通过在矩阵相应元素位置上用“点”（黑）的出现表示二进制“1”，“空”（白）的出现表示二进制“0”的方法来表示信息。,堆叠式二维条码中包含附加的格式信息，信息容量可以达到1K，例如：PDF417码可用来为运输/收货标签的信息编码，具有代表性的堆叠式二维条码包括PDF417、Code49、Code16K等。,PDF417是一个多行、连续性、可变长、包含大量数据的符号标识。每个条码有390行，每一行有一个起始部分、数据部分、终止部分。它的字符集包括所有128个字符，最大数据含量是1850个字符。,PDF417码,矩阵式二维条码带有更高的信息密度（如：DataMatrix、Maxicode、Aztec、QR码），可以作为包装箱的信息表达符号，在电子半导体工业中，将DataMatrix用于标识小型的零部件。,DateMatrix条码,MaxiCode码,Aztec码,在二维条码中，自Symbol公司1991年将PDF417作为公开的系统标准技术后，PDF417条码为越来越多的标准化机构所选中。至今已有许多协会和标准化委员会选择它作为行业标准。,5.3.2.PDF417二维条码,PDF417码中PDF是取英文PortableDataFile三个单词的首字母的缩写，意为“便携数据文件”。因为组成条码的每一符号字符都是由4个条和4个空构成，且4个条和4个空的总模块数一定为17，所以称417码或PDF417码。,5.3.2.1PDF417码的特点,信息容量大、编码范围广。根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳250到1100个字符。译码可靠性高。普通一维条码的译码错误率约为百万分之二左右，而根据麻省理工学院和明尼苏达大学的测试，PDF417条码的误码率不超过千万分之一，译码可靠性极高。,错误纠正能力强。一维条码通常具有校验功能以防止错读，但一旦条码发生污损则将被拒读。PDF417条码采用了世界上最先进的数学纠错理论，如果破损面积不超过50，条码由于沾污、破损等所丢失的信息，可以照常破译出丢失的信息。,保密、防伪性能好。PDF417条码具有多重防伪特性，它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪，因此具有极强的保密防伪性能。,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、PVC、甚至金属表面上印出PDF417二维条码。,可用多种阅读设备阅读。PDF417码可用带光栅的激光阅读器来扫描阅读，也可用线性及面扫描的图像式阅读器来阅读。,尺寸可调以适应不同的打印空间。通过调节模块的大小，可打印出不同大小尺寸的PDF417码，并且PDF417条码的形状可以根据载体面积及美工设计等进行自我调整。,码制公开并已形成国际标准。目前，PDF417码在国际上已有20余种国际标准，我国也已制定了PDF417码的国标。,5.3.2.2PDF417码的组织结构,PDF417码由多层一维条码组成。每层由以下几部分组成：起始符、左层指示符码词、数据符号码词、右层指示符码词、终止符。,码词（codeword）：每一个码词由一组条空组成，用来表示一个或多个数字、字母或符号。每一个码词由四个条和空组成。每个条和空的宽度是16个模块宽，每个词码总是由17个模块构成。,簇：簇是三个独立的条空组合形式的词码子集，条码的每层用0，3，6簇符号中的一个簇符编码。每个簇由929（0928）个词码构成，每簇词码有不同的条空组合形式。在3000个以内的独立词码，分成个“簇”（Cluster）起限制由于图案相似可能引起的识别错误的作用。,由于PDF417码如此的信息结构，译码器可以通过识别一个码词相应的条空组合形式或每层的簇符，来区分同一条扫描线扫过的不同层的词码，这样不仅使译码器识别出层的交叉，也能确定每个词码所属的层。,起始和终止符：起始和终止符的条空形式在PDF417码中是唯一且始终不变的。用于表示一个PDF417码的起始和终止，并使双向阅读条码成为可能。,左右层指示符：层指示符包含用于同步扫描的结构信息。它们是：一个指定词码的层号；符号中的层数；符号中的数据列数；纠错级别。,数据列：一个PDF417码允许：至少包含一个数据列。最多包含三十个数据列。,码词数：PDF417码中的第一个数据码词称之为“码词数“。它标明了这个PDF417码中，包含它自己在内的数据码词个数。,5.3.2.PDF417的纠错功能,二维条码的纠错功能是通过将部分信息重复表示（冗余）来实现的，PDF417码也不例外。在PDF417码中，某一行除了包含本行的信息外，还有一些反映其它位置上的字符（错误纠正码）的信息。这样，即使当条码的某部分遭到损坏，也可以通过存在于其它位置的错误纠正码将其信息还原出来。,PDF417的纠错能力依错误纠正码字数的不同分为08共9级，级别越高，纠正码字数越多，纠正能力越强，条码也越大。当纠正等级为8时，即使条码污损50%也能被正确读出。,5.3.3.二维条码在电子商务中的应用,在电子商务中，商品的买卖和电子货币的支付都在网上进行。消费者在网上提交的是对商品的需求和本人的电子货币支付证明，由于没有我们通常意义上的“发票”的存在，就产生了如何保护消费者合法权益的问题；如何为商家提供在经营过程中的收款保证的问题。,需要找到一种可靠性高，保密性强，成本低的解决方法来实现对供需双方的约束和支持。PDF417二维条码技术为这一方案提供了条件。PDF417具有数据量大，纠错能力强，信息保密性高等特性。,大数据量的特性使之能够储存包括商品的描述，单价，数量，消费者信息，交货期，交货方式，付款方式，票据编号等大量内容，同时，PDF417又具有图象和数据的混合存储能力，能将对消费者付款的确认，即签名，以图象方式保存在同一个条码上。,上海市电子商务安全证书管理中心有限公司率先将二维条码技术应用于电子商务中。消费者如需订购一张电影票，可以在网站上找到他所希望订购的场次、座位号，并附上本人的详细资料，信用卡号码和签名（图象方式），并将上述信息提交给供应商，系统便会对消费者提供的资料进行安全性检查，然后生成二维条码文件，通过电子邮件信箱发送给消费者。,消费者在收到邮件后，到指定地点取票时，将提供这份二维条码文件，作为取票凭证。系统中，二维条码作