NFC Эксперт Общий обзор технологий бесконтактной идентификации
20-10-2022
Бесконтактная идентификация, в ряде источников -автоматическая идентификация (АИ) – идентификация и/или прямой сбор данных в компьютер без использования клавиатуры.
Технологии бесконтактной идентификации – технические средства, организационные мероприятия, последовательность действий, обеспечивающие бесконтактную идентификацию
Идентификация – это установление характера и назначения изделия на основе получения набора упорядоченной информации, которая используется для выяснения всех существующих характеристик, определяющих уникальность, т.е. отличающих его от всех других изделий.
Бесконтактная идентификация, в ряде источников -автоматическая идентификация (АИ) – идентификация и/или прямой сбор данных в компьютер без использования клавиатуры.
Технологии бесконтактной идентификации – технические средства, организационные мероприятия, последовательность действий, обеспечивающие бесконтактную идентификацию
Технологии бесконтактной идентификации наиболее полно соответствуют всем требованиям компьютерной системы управления, где требуется распознавание и регистрация объектов и прав в режиме реального времени.
В настоящее время известен ряд технологий бесконтактной идентификации, среди них:
– технологии штрихового кодирования;
– технологии радиочастотной идентификации;
– карточные технологии;
– биометрические технологии;
– технологии машинного зрения (вычислительные методы обработки изображения);
– технологии речевого ввода данных и ряд других.
На двух первых остановимся ниже подробно, две последующие – охарактеризуем здесь кратко.
Карточные технологии (Card Technologies), делятся на три класса: технологии на основе магнитной полосы, смарт-карты, оптической карты.
Первая карточка с магнитной полосой появилась в 60-х гг. XX в. на проездных билетах, а в 70-х гг. – на банковских карточках. С того времени области применения карточек с магнитной полосой продолжает расти. Однако магнитная полоса ограничена по объему информации, которая может быть записана на нее, также остро стоит вопрос надежности считывания и безопасности данных. С появлением новых технологий обсуждается вопрос о целесообразности развития карт с магнитной полосой. В ближайшее время эта технология будет существовать, так как она глубоко внедрилась в жизнь общества и обеспечивает недорогие массовые технические решения
Смарт-карта, другие распространенные названия чип карта, интегрированная карта – это предмет размером с пластиковую кредитную карту, в котором размещена интегральная микросхема для хранения информации.
Принято различать пассивные смарт-карты, другое название – “молчаливые” и активные смарт-карта, другое название “умные”, интеллектуальные.
Смарт-карты первого типа содержат только микросхему памяти и используются только для хранения информации. Второй тип смарт-карт содержит наряду с микросхемой памяти – микропроцессор. В этом случае карта имеет возможность принимать решения о хранящейся информации и обеспечивать различные методы для защиты доступа к информации. Именно безопасность в свое время рассматривалась как основная причина замены других технологий смарт картой.
Смарт-карты, содержащие микропроцессор, также делятся на два вида – контактная и бесконтактная. Оба вида имеют встроенный микропроцессор, однако последняя не имеет контактов, покрытых золотом. Она использует технологии обмена информацией между картой и считывающим устройством без какого-либо физического контакта, ее преимуществом является больший срок службы, для нес исключена возможность уничтожение информации в процессе считывания.
Хотя в последнее время цены на смарт-карты значительно упали, но все равно они достаточно высоки по сравнению с картами с магнитной полосой. Самым большим преимуществом смарт-карт является большой объем информации, который может быть записан на ней и безопасность информации, которую также обеспечивает карта. Первое упоминание о смарт-картах появилось во Франции в 1974 г., в практику они были также внедрены во Франции в 1982 г. Эта технология очень быстро распространялась и принималась в Европе.
Карты с оптической памятью основаны на том же принципе, что и музыкальные диски и CD-ROM. На карту прикрепляется лазерная панель, покрытая золотом, она и используется для хранения информации. Материал этой панели состоит из нескольких слоев и активизируется, когда на них попадает лазерный луч. Лазер выжигает крошечное отверстие, которое потом будет различаться в процессе считывания. Наличие или отсутствие таких выжженных точек означает “единица” или “ноль”. Оптическая карта может хранить информацию объемом от 4 до 6,6 Мб.
Биометрия – эта технология идентификации живых объектов, в частности человека, основанная на измерении уникальных физиологических характеристик. Примерами биометрии являются идентификация по голосу, лицу, глазу, отпечатку пальца, почерку, подписи, рисунку вен и др. Разные биометрические системы сканируют разные части тела.
Компьютер преобразует отсканированное изображение в математический цифровой код, который затем сравнивается с ранее сделанным кодом, хранящимся в базе данных. Если коды совпадают, то компьютер удостоверяет, что человек, который стоит перед сканирующим устройством, является тем самым человеком, чье имя соответствует этому коду. Следует отметить, что в базе данных содержатся не изображения отпечатков пальцев, глаза или руки, а только соответствующие этим изображениям коды.
Технология штрихового кодирования (Bar Code Technologies) – сегодня самая известная из всех технологий бесконтактной идентификации. В соответствии с ней для эффективного учета движения материальный ценностей каждому товару присваивают уникальный код и обеспечивают его быстрое считывание при минимальных ошибках.
Штриховое кодирование было изобретено американским инженером Давидом Коллинзом, который после окончания инженерного факультета Массачусетского технологического института, поступил работать на Пенсильванскую железную дорогу, где ему пришлось столкнуться с проблемой сортировки вагонов.
Чтобы упростить распознавание вагонов он предложил записывать их номера не только обычными цифрами, но и специальным кодом, состоящим из красных и синих полос, расположенных на стенке вагона в прямоугольнике длиной до полуметра. Испытания подтвердили, что сканирующее устройство способно правильно считывать коды даже при скорости движения вагона около 100 км/ч. В 1968 г. для этой цели впервые использовали лазерный луч.
Штриховой код – это символ, состоящий из рисунка полос (штрихов) и пространства между ними (пробелов), отображающий машинный код букв и чисел в двоичной системе.
Штрих (полоса) – темная зона изображения на однотонном светлом фоне, ограниченная прямыми параллельными линиями или концентрическими окружностями. Элементы штрихового кода наносятся на поверхность носителя, имеющего определенные светотехнические характеристики. При этом штрихи, наносимые с помощью красителей или каких-то других средств, хорошо поглощают свет на определенных длинах волн, а фоновая поверхность хорошо его отражает, что и используется при оптическом считывании.
Пробел-пространство между штрихами. В большинстве кодов в ширине пробела заключена определенная информация, лишь в некоторых кодах пробел – вспомогательная часть изображения и выполняет функцию элемента-разделителя.
Штриховое кодирование. У штриховых кодов существует множество различных кодировок. Каждая из них имеет свои собственные правила для изображения символа, т.е. написание, порядок слов, знаки препинания, требований для печати и декодирования, проверки ошибок и других характеристик.
Различные кодировки отличаются как но представлению данных, так и по типам данных, которые они могут содержать: некоторые кодируют только цифры, другие – цифры, буквы и некоторые знаки препинания.
Новейшие кодировки имеют возможность кодировать символы из различных языков одновременно, а некоторые даже позволяют с помощью преднамеренно заложенной избыточности восстанавливать закодированные данные, если вдруг код поврежден.
Наиболее широко используются так называемые линейные штриховые коды. Они состоят из темных штрихов и светлых пробелов между ними, соотношение ширины которых и определяет закодированную информацию. Эти коды могут содержать обычно от 15 до 50 символов в зависимости от типа и формы.
Двумерные штриховые коды разработаны для повышения количества кодируемой информации. В зависимости от типа максимальное количество содержащихся символов может составлять до 2000, а у некоторых – почти 4000.
Двумерные штриховые коды подразделяются на два основных вида: многорядные коды (multi-row code) и матричные коды (matrix code).
В многорядных кодах данные кодируются в виде нескольких строчек обычных одномерных штриховых кодов. Они находятся одна над другой и составляют форму прямоугольника, но при этом содержат единое информационное сообщение. Это – как единый текст, написанный в несколько строк. В отличие от традиционных линейных символик штрихового кода, которые позволяют представлять в символе штрихового кода короткую последовательность данных, являющуюся, как правило, ключом к записи во внешней базе данных, многострочные символики позволяют кодировать информацию в полном объеме.
Кроме того, многострочные символики включают в себя специальные механизмы по сжатию данных (защите их от повреждения, связыванию информации), представленных в нескольких символах, в один большой файл; представлению различных наборов знаков в одном сообщении. Примерами таких кодов являются PDF 417, MaxiCode.
Матричный код основан на расположении черных элементов внутри матрицы. Каждый черный элемент имеет одинаковый размер, и данные кодируются позицией элемента. Матричные коды обеспечивают максимально возможную плотность информации, которую можно считать оптическими методами. По форме они бывают квадратными, шестиугольными и круглыми.
Эти коды считываются только с помощью специализированных сканеров изображений со встроенными декодерами. Их особенность состоит в том, что эти коды могут быть изготовлены не только печатью на этикетках, но и, например, гравировкой и штамповкой на металле и других материалах. Примерами таких кодов являются Data Matrix, Aztec Code.
В настоящее время все более широко используется еще одно семейство кодов – так называемые композитные символики (Composite Symbologies). Композитная символика состоит из двух частей: линейного символа и напечатанного над ним двумерного компонента. В этом семействе два кода располагаются па фиксированном расстоянии друг от друга и содержат взаимосвязанную информацию. Они предназначены для задач, в которых в различные моменты времени нужны разные виды информации о кодируемом объекте. Отличительной особенностью композитной символики является использование линейного символа в качестве ссылки (ключевой информации) для двумерного компонента. Это позволяет существенно сократить площадь двумерного компонента.
Стандарты штриховых кодов распространяются на их печать, сканирование и верификацию. Эти стандарты обеспечивают взаимодействие производителей оборудования и этикеток и тех, кто использует коды в своей деятельности.
Изготовление штриховых кодов осуществляется двумя способами – печать на рабочем месте самим пользователем и печать производителем этикеток.
В первом случае содержащиеся в коде данные обычно переменные, вводимые самим пользователем с клавиатуры или загружаемые с компьютера из базы данных. При этом наиболее часто используются следующие технологии печати: термо-способ, термоперенос (термотрансферная печать), матричная, струйная и лазерная.
Принтеры штриховых кодов могут оснащаться рядом дополнительных устройств, таких как автоматические аппликаторы этикеток для наклеивания большого объема этикеток с изменяющейся информацией и беспроводное сетевое оборудование для мобильных приложений и работы в полевых условиях.
Выбор материала этикетки зависит от планируемого времени ее использования и условий окружающей среды. Для этикеток используются различные виды самоклеющейся бумаги и полимерных материалов, устойчивых к влаге и стиранию.
Во второй схеме печать производится типографским способом с заранее определенной постоянной информацией.
Технология сканирования штриховых кодов обеспечивает преобразование изображения кода в компьютерные данные. Среди считывающих устройств наиболее распространены ручные оптические карандаши – считывающие устройства с неподвижным лучом, основанные на светодиодах, оптические сканеры – считывающие устройства освещения с подвижным лучом и автоматическим сканированием, основанные на приборах с зарядовой связью; лазерные сканеры – считывающие устройства с подвижным лазерным лучом и автоматическим сканированием.
Считывающие устройства различаются также по своим возможностям и способу подключения к компьютеру. В настоящий момент практически все выпускаемые устройства способны считывать наиболее популярные форматы кодов, включая EAN-13 (EAN-8), UPC A, UPC Е, ITF, Code 39, ISBN. При считывании они автоматически разбирают сканируемый код, проверяют его корректность и могут различными способами модифицировать код (например, производить перекодировку из одного формата в другой). В качестве результата выдают строку символов, представляющих штрих-код в форме, понятной для человека.
По способу подключения сканеры делятся на подключаемые в СОМ-порт компьютера или в разрыв клавиатуры. В последнем случае сканер имитирует работу клавиатуры и вследствие этого к строке со считанным штрих-кодом необходимо добавлять специальные символы в случае, если необходимо отличать ввод штрих-кода от простого набора на клавиатуре.
В настоящее время существует более 50 систем штрихового кодирования. В Америке в 1973 г. появился “Универсальный товарный код” (UPC – Universal Product Code) для использования в промышленности и торговле. В Западной Европе для идентификации потребительских товаров с 1977 г. стала применяться аналогичная система под названием “Европейский артикул” (European Article Numbering – EAN).
Европейская система кодирования является разновидностью UPC. Код EAN представляет собой набор цифр от 0 до 9. Все кодовое обозначение может выражаться восемью (EAN-8) или тринадцатью (EAN-13) цифрами. Сокращенный символ (EAN-8) используется для маркировки товаров малых размеров. Американский и западноевропейский коды совместимы. Единственная разница между ними заключается в том, что код UPC содержит 12 знаков, а код EAN-13.
В настоящее время штриховые коды EAN/UPC лежат в основе всемирной многоотраслевой коммуникационной системы, создание которой обеспечивается двумя крупнейшими специализированными международными организациями – EAN International и AIM International. Штриховой код символики EAN/UPC, представленный семейством символов EAN-8, EAN-13, UPC-A, UPC-E, предназначен для кодирования цифровой информации и является одним из основных машиночитаемых носителей данных в рамках международной системы EAN/UCC.
Широко известна также западногерманская система кодирования: BAN (нем. Bunaeseinheitliche Artikelnummer).
Наряду с перечисленными, широко применяются: код “2 из 5”; код 39 (Code 39); код Codabar.
Код “2 из 5” – один из самых простых. Знаки кода, обозначающие цифры от 0 до 9, содержат пять штрихов, два из которых широкие, а три – узкие. Соотношение ширины широкого и узкого штриха составляет 2:1 или 3:1. В нервом случае в знаке изображения 12, а во втором – 14 модулей. Пробелы между штрихами информации не несут, и, как правило, ширина пробела равна ширине узкого штриха.
В двоичном представлении кода “2 из 5” узкий штрих идентичен двоичному 0, а широкий штрих – двоичной 1. Помимо цифр данный код имеет знаки СТАРТ и СТОП, в изображении которых используются всего три штриха, два из них – широкие. Код “2 из 5” является дискретным (пробелы не несут информации), поэтому его печатание упрощается, и самопроверяющимся, т.е. одиночные ошибки обнаруживаются автоматически. Недостатком кода “2 из 5” является относительно низкая плотность штрихов и пробелов и отсутствие возможности кодирования алфавитной информации.
Код 39, его наименование связано со структурой изображения знаков “3 из 9”, где три элемента знака (два штриха и один пробел) из девяти являются широкими, а остальные шесть – узкими. В сущности код 39 представляет собой расширение кода “2 из 5 для обозначения букв алфавита и некоторых других символов помимо десяти цифр. Каждый знак кода 39 представлен пятью штрихами и четырьмя пробелами.
По сравнению с кодом “2 из 5” число вариантов изображения знака увеличивается в четыре раза и позволяет отобразить 40 различных знаков. Предусмотрены четыре дополнительных знака (доллара, “/”, ” “, “%”). Код 39 является дискретным, контролируемым. Достоинством этого кода является его очень высокая надежность, которая может быть увеличена добавлением в символ контрольного знака. Согласно исследованиям, ошибки считывания составляют не более одной на 3 млн считанных символов.
Код “Кодабар” – это дискретный, семиэлементный штриховой код, содержащий цифры 0-9, знаки ” “,”-“,”:”, “/”, “.”, знак доллара и четыре знака СТАРТ/СТОП. Знаки штрихового кода “Кодабар” ограничены слева и справа. Изображение знака состоит из четырех штрихов и трех пробелов. В двоичном представлении кода широкий штрих или широкий пробел между штрихами соответствует двоичной 1, а узкий штрих или узкий пробел – двоичному 0. Знаки “Кодабар” представляются семибитным двоичным кодом. В изображении первых два широких элемента (штрих и пробел). В специальных знаках три широких штриха, а в знаках СТАРТ/СТОП – два широких пробела и один широкий штрих.
В Российской Федерации используются в основном форматы EAN-13 (EAN-8) для нанесения на товары и ITF для использования на транспортных упаковках. На импортируемых товарах можно найти также штрих-коды формата UPC, распространенные в США.
Поскольку технология штрихового кодирования подразумевает уникальность штрих-кода для каждого товара, то необходимо централизованное распределение штрих-кодов. Для решения этой задачи в 1977 г. была создана международная некоммерческая и неправительственная организация EAN International, представителем которой в России является “Ассоциация автоматической идентификации ЮНИСКАН/EAN Россия”. Предварительно зарегистрировавшись в этой ассоциации, производитель может получить штрих-коды на вес выпускаемые им товары. Выдаваемые в России коды ЕАЫ-13 имеют префиксы (первые несколько цифр) 460-469.
Префиксы 20-29 выделены для так называемых внутренних кодов – предприятие может не регистрировать коды с такими префиксами и свободно использовать их для внутреннего контроля (например, нанести на оборудование для последующей инвентаризации).
По мнению специалистов, системы штрихового кодирования имеют значительную перспективу, поскольку являются естественным материалом для ЭВМ и дают возможность решить одну из самых сложных компьютерных проблем – ввод данных. Это связано с тем, что ЭВМ легче считывает широкие и узкие штрихи и промежутки между ними, чем буквы и цифры. Такая система почти полностью исключает ошибки. Самый простой способ ввода информации в ЭВМ осуществляется с помощью клавиатуры. Однако этот способ несовременен, так как при самой высокой квалификации оператор не может достаточно быстро ввести информацию.
Кроме того, очень много времени требуется на поиск и исправление ошибок (оператор допускает в среднем одну ошибку на каждые 300 печатных знаков).
Устройства считывания. Сегодня на отечественном рынке торгового оборудования предлагается более 100 моделей и модификаций разнообразных устройств считывания штрих-кодов (ШК) разных производителей. Среди них присутствуют:
– простейшие сканеры контактного действия, которыми надо дотронуться или провести по ШК;
– мобильные ручные терминалы сбора данных, которые, как правило, имеют встроенный лазерный сканер, способный считывать ШК на расстоянии;
– настольные устройства (или встраиваемые в стол).
У каждой модели есть набор функций и возможностей, определяющих сферу ее использования и, разумеется, цену.
Для того чтобы выбрать устройство, нужное именно для магазина или предприятия, необходимо ориентироваться в первую очередь не на цену, а на задачи, которые надо выполнить. Иными словами, при выборе устройства считывания штрих-кодов надо решать не тактическую проблему – купить прибор за такую-то сумму, а стратегическую – достичь с его помощью определенных целей, например, ускорить процессы расчетов, приемки товара, исключить злоупотребления и проч. Именно этим следует руководствоваться, выбирая оборудование.
Ряд моделей сканеров выпускается с различной шириной считывания (от 60 до 90 мм). Обычно в розничной торговле длина ШК не превышает 60 мм, поэтому в большинстве случаев для оборудования кассового узла достаточна модель с минимальной шириной считывания, например ОЬС6065. Выбирая модель, надо учитывать, необходима ли работа с упаковочными ШК, которые имеют большую длину.
Следует также учитывать плотность ШК, гак- как сканеры не всех марок читают коды высокой плотности, которые, например, используются для маркировки лекарств, ювелирных изделий и др. Если товар имеет хороший, четко напечатанный ШК, проблем будет существенно меньше и требования к сканеру ниже, чем в случае кодов с низкой контрастностью и плохой печатью. В последнем случае, если невозможно добиться от поставщика достойного качества ШК, надо позаботиться о том, чтобы сканер обладал способностью читать и такие некачественные ШК, т.е., например, был бы оснащен программой реконструкции кода.
Для большого супермаркета с большим числом покупателей и многочисленным ассортиментом, а соответственно и объемом покупок не менее пяти-семи предметов в среднем нужна большая скорость обслуживания, чтобы не скапливалась очередь. Для этого лучше подойдут сканеры, встроенные в стол,- горизонтальные или настольные вертикальные многоплоскостные (Ь85800), которые обеспечивают большую скорость считывания и способны читать ШК под любым углом. Следовательно, не придется устанавливать код перпендикулярно лучу сканера – достаточно просто провести кодом над поверхностью.
Если размеры некоторых товаров значительны, например большие упаковки макарон в супермаркете или деревянные конструкции в магазине стройматериалов, встроенные сканеры не очень удобны. В этом случае можно использовать устройства, сочетающие возможности ручного и встроенного сканеров: например, сканер двойного действия М2000, который можно использовать в двух режимах – настольном (на подставке) и ручном.
В качестве ручного М2000 используют для чтения кодов товаров, которые не сканируются “па проносе” (например, крупногабаритных или тех, у которых ШК нанесен на сильно смятой упаковке), а также для работы со штриховым меню (для товаров мелких или не имеющих ШК). Подобные сканеры часто имеют специальное программное обеспечение, которое производит реконструкцию поврежденных ШК и считывает ШК с разорванных этикеток.
Наибольшую производительность, соответствующую условиям работы супермаркетов, обеспечивает сканер 7870/7875. В отличие от других плоскостных сканеров, он может одновременно считывать код снизу и со всех четырех сторон товара (полные 360°). При его использовании нет необходимости поворачивать товар кодом к сканеру, что значительно ускоряет процесс расчетов.
Если речь идет о магазине одежды, где покупателей сравнительно немного, а на поиск этикетки с ШК все равно уходит несколько секунд, нет смысла использовать высокопроизводительные сканеры – вполне достаточно обычного контактного, который стоит недорого.
Таким образом, для предприятий торговли, которые работают “на большом обороте”, более целесообразны дорогие, но высокопроизводительные устройства. Для тех, кто работает “на высокой цене”, вполне достаточно более простых и дешевых приборов, хотя не следует забывать и о других требованиях – например, сканер для ювелирного или часового магазина должен уметь читать коды высокой плотности.
Для некоторых видов торговли, где крупногабаритный товар нельзя поднести близко к кассовому узлу (например, стройматериалы, лежащие во дворе магазина, или мебель), можно использовать бескабельный радиосканер, который обеспечивает передачу информации на расстояние до 40 м от принимающего устройства.
Особое значение имеет выбор сканера для склада. Известно, что ТШК очень эффективны для ускорения процесса приемки и учета товаров на складе. Однако здесь требования к барсканерам будут не такими, как в торговом зале, ведь и условия работы, и решаемые проблемы здесь иные.
Прежде всего, следует учитывать температурный режим. На складе в зимнее время температура часто ниже или гораздо ниже, чем в торговых помещениях. Обычно электронные приборы достаточно чувствительны к колебаниям температуры, поэтому каждую модель выпускают с расчетом на определенный рабочий температурный интервал. Если вы предполагаете использовать сканирующее оборудование в плохо отапливаемых помещениях, необходимо приобретать и соответствующую модель.
Так, ряд сканеров и терминалов рассчитан специально па использование при температуре до О °С (DLC6065, DLC7070, LS1000 и др.) или даже до минус 10 X и ниже (DLL6010, F725, Р300). Зачастую такие сканеры заключены в пылевлагонепроницаемый и противоударный корпус, который выдерживает неоднократные падения на бетонный пол с высоты 1,5 м (DLL6010, PDT7500), могут работать автономно, без кабеля (Gryphon М100, F734RF, PDT6100 и др.).
Не стоит сбрасывать со счетов и “человеческий фактор”: квалификация работников склада часто недостаточна для свободной работы с компьютером. Разумным решением в таком случае может стать использование более простого оборудования, такого как мобильные терминалы сбора данных. Они представляют собой портативные устройства, способные не только считывать ШК, но и вводить с клавиатуры определенную цифровую информацию и даже обрабатывать ее определенным образом – своего рода простой мини-компьютер, который подключается с помощью специальных устройств (кабелем или по сети) к обыкновенному персональному компьютеру.
ПК может располагаться у менеджера или товароведа, который и оперирует информацией, поступившей со склада. Так, с помощью мобильных терминалов можно очень быстро осуществить приемку товара, считав ШК и введя с клавиатуры количество (штук, упаковок, ящиков и проч.), а также такую трудоемкую и распространенную операцию, как инвентаризация, когда все сводится к идентификации и подсчету товара.
https://studme.org/1435012022328/logistika/obschiy_obzor_tehnologiy_beskontaktnoy_identifikatsii
———————————————————–