开题报告 - 图文

环节进行系统分析的基础上，该系统的研究以二维码技术为基础，以蔬菜质量安全监管追溯系统为核心，以蔬菜产品环境与生产质量过程监控与认证管理信息系统和涉农企业及农民专业组织为主体的市场营销管理信息系统构建和蔬菜安全生产管理技术知识咨询服务平台，最终实现农产品从源头到市场的安全可追溯。但是食品安全科追溯系统目前的研究集中在局部地区或农产品安全管理与控制的某一环节上实现了追溯与控制，但将蔬菜生产技术、物资、市场等信息服务与蔬菜产品的安全管理与控制系统有机结合的应用系统尚未开发与应用。 追溯系统在畜牧业中的应用，最常见的是一种基于RFID射频技术与二维码技术的畜产品可追溯[13]系统的解决方案，该系统不仅为消费者提供详细的畜产品来源信息．而且为实现肉品预警和追溯提供了可能。畜产品可追溯系统是针对畜产品的全过程追溯系统。系统在设计及实施过程中充分考虑到了当前国内畜产品的养殖、屠宰、运输、销售等各个环节，利用RFID、二维码等先进技术并依托网络技术及数据库技术，实现信息融合、查询、监控，为实现肉品安全预警机制提供了可能。为肉品生产企业提供了一套完整的解决方案，其应用前景将十分宽广。二维码在本系统中主要运用在畜产品屠宰后，分割包装时使用。但由于二维码的编解码是公开的算法．因此二维码的防伪和防复制就是需要解决的问题。由于二维码最大可以存储一千个左右的汉字，存储空间相对较大，因此我们采用信息加密的方式解决防伪和防复制的问题，加密后的二维码必须通过相应的解密算法才能读取到相应的信息，否则读取到的将是一堆乱码，从而无法使用。因此只有我们的畜产品追溯系统才能解读该码，其他系统无法读取该码并进行复制。 利用基于二维码的果品质量追溯系统，以信息追溯的形式将果品从种植到加工再到销售等各个环节标准化、信息化，建立合理的信息数据库管理体系，为国内和国际果品市场提供较为完善可行的质量追溯体系。实现了果品追溯范围由过去追溯产地、品种情况发展到现代对果品种植加工过程、农药残留量等更大范围的追溯。达到了果品加工企业还是消费者都知道自己得到的果品的原始种植[14]和加工相关内容的目的，保证了果品的的质量及其品质水平。果品质量追溯系统的技术相当成熟并且投入了实际应用中，获得了良好的社会收益。 食品安全溯源问题是当前迫切需要研究和解决的课题，而信息技术的发展为食品溯源体系的完善提供了可能。二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术，具有大容量、可靠性高、防伪度强等特点，已经在很多领域有着广泛的应用。用二维码技术建立食品溯源系统，对食品生产、物流、销售等各个环节的信息进行记录，加强对食品安全的监管，真正让市民在食品安全上感到安心，放心，舒心。基于二维条码编码的特点，许多研究机构对QR二维条码在我国的食品安全领域做了大胆而有益的尝试。 [15]文献提供的二维码BMP格式生成算法,具有生成速度快、图片体积小等特点,同时该算法所生成的二维码图片,不但可以在各类网络浏览器中正常显示,还支持用户在终端对生成的二维码图片下载保存与在线打印。 QR二维码之所以具有纠错能力强、译码可靠性高等优点，是由于它采用了目前世界上最先进的纠错码技术之一Reed-Solomon(以下简称RS)错误控制码。纠错编码实质是在原有信息的基础上增加了信息冗余。二维条码在实际制作、使用时用户可以根据实际情况选择不同的纠错等级，通过纠错码生成算法由数据码字生成纠错码字。当脱墨、污点等符号破损造成信息差错时，利用编码时引入[16]的纠错码字通过特定的纠错译码算法可以正确译解、还原原始数据信息。因此对RS码编码与纠错算法的研究是设计QR Code二维条码编解码系统的关键技术问题。在国际上广泛采用的Data Matrix、PDF417，和Maxi Code等二维条码码制中，均运用RS纠错算法实现纠错功能。 设计二维码的初衷并不是为了防伪，而是为了对物品进行标识并自动采集信息。条码的编码原理、编码结构、译码算法和标识生成都是公开、开源的。因此，二维码技术不具备防伪功能。为了避免QR码所包含的信息被无关机构、组织和个人随意识读，在其传输和存储前，有必要对其进行加密处理，实现二维码真正意义上的防伪目的。现代防伪技术的手段可以分为三类：一类是材料防伪，即采用纸张、油墨、金属材料、复合材料，以及配合某种材料的特别仪器进行防伪鉴别；第二类计

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算机技术防伪，也就是数字防伪，例如数字加密方法等；第三类是生物技术防伪，例如，指纹、DNA、[17]瞳孔、气味等。 [18]文献在充分研究DES(Data Encryption Standard)对称加密算法工作原理和QR码的结构特征的基础上，将二者有机地结合起来，运用DES加密算法，对QR码进行加密，以保证其在传输和存储过程中的安全性。QR码的DES加密算法具有加密和解密速度快、加密和解密效果好、安全性高、容易实现和实用性强等特点，为QR码传输和存储的安全性提供了一种有效保证。数据加密标准DES是一种分组加密算法，以64比特位为基本单位，对数据进行加密。DES也是一种对称加密算法，加密和解密采用相同的算法，加密密钥和解密密钥完全相同，只是加密和解密所使用的子密钥的顺序相反。但是DES算法是公开的，其安全性完全依赖于密钥。因此利用DES加密信息时，应避免使用弱密钥和半弱密钥。当要加密的数据量特别大时，应采用加密速度更快的加密算法。 [19]文献将二维条码技术和数字化水印技术相结合来以提高纸币的防伪性能。首先用RSA公开密钥密码体制加密算法把纸币的号码进行加密，增加保密性；其次就是对加密后的纸币号码生成二维条码，并能成功地将生成的二维条码进行解码；最后用离散小波变换DWT（Discrete Wavelet Transform）域水印算法，把生成的二维条码图形嵌入到纸币中，以增加二维条码的鲁棒性和保密性，并能成功地提取出二维条码图形。虽然在提取水印的过程中，有一些失真，但是仿真试验还是能够辨认出信息。因此，提高二维条生成及加密算法对更多攻击的鲁棒性是今后的研究方向。 [20]文献提出了一种结合提升小波和QR码的盲水印实现。嵌入水印时，首先对需要版权保护的图像进行提升小波变换，然后对水印图像进行QR码编码处理，再对得到的QR码图像进行混沌处理以提高算法的安全性，最后将经过QR码编码、混沌处理的水印信息通过元胞自动机处理嵌入到原始图像的提升小波逼近子图中。水印提取时，对经过上述处理后的图像应用元胞自动机，混沌系统、QR码解码得到原始水印信息。仿真结果表明，该实现方法不仅具有较高的鲁棒性，能够抵抗剪切，修改、噪声等攻击；而且不需要大量计算，实现方法相对简单，广泛应用于版权保护领域，具有一定的实用价值。 因此，对于要求较高或有特殊防伪要求的领域，可以尝试将二维条码技术和数字水印技术结合，将二维条码作为水印嵌入到载体图像中，可增加水印的鲁棒性，数据的防伪性能。在一定受损范围内，条码较强的纠错能力能使丢失的信息得到最大限度恢复。综上所述，基于二维码的食品安全跟踪与追溯系统主要解决的问题是：（1）基于国家标准的二维码编码与解码；（2）运用高科技手段的加密与防卫技术的开发；（3）二维码信息的提取、识别及验证技术开发。 本课题根据国家QR二维码编码标准，设计QR二维码的生成系统，汇集所有采集的食品生产过程信息进行整合和编译，生成二维码标签，并采用加密算法及数字水印相结合的方法，实现有效的防伪认证，并将其应用到中小学营养餐食品安全跟踪与追溯系统，实现对食品加工及物流输送全过程的有效监控和管理。 6

参考文献: [1] 马娜与王璐,二维码在高端饮品行业中的应用分析. 电子商务, 2010(7). [2].叶爱东与罗洪,二维QR码及其在证书防伪中的应用. 江西测绘, 2011(2): 第34-35页. [3] 二维码技术食品溯源方案出炉.上海信息化，2012(5) [4].刘丽梅与高永超,食品安全追溯方法研究.标准科学，2012(2) [5].乔娟, 韩杨与李秉龙, 中国实施食品安全追溯制度的重要性与限制因素分析. 中国畜牧杂志, 2007. 43(6): 第10-13页. [6].林金莺与曾庆孝,可追溯体系在食品中的应用.现代食品科技, 2006. 22(4): 第189-192页. [7].周莉与刘明春,食品可追溯体系研究现状. 粮食与油脂, 2008(7): 第45-47页. [8].Xu, L. and L. Wu. The Application of E-Commerce in Food Traceability System - Based on the Analysis of Consumers' Behavior of Online Searching for Traceability Information. in Management and Service Science, 2009. MASS '09. International Conference on. 2009. [9] 杨林,基于全球统一标识系统的食品安全追溯体系实施战略研究. 质量技术监督研究, 2010(6): 第54-57页. [10].詹锦川等.,对食品安全追溯体系的思考. 安徽农业科学, 2009. 37(28): 第13907-13909页. [11].谢菊芳等.基于.NET构架的安全猪肉全程可追溯系统实现. 农业工程学报, 2006. 22(6): 第218-220页. [12].晏国生与刘君,河北省蔬菜产品安全可追溯信息系统研究. 农业网络信息, 2010(3): 第23-24,36页. [13] 边吉荣与曾建华,基于RFID与二维码技术的畜产品可追溯系统设计. 电脑知识与技术, 2010. 06(19): 第5342-5345页. [14].李新刚与吴顺德,水果溯源信息系统的设计与实现.科技风.2012(2) [15].康春颖,网络二维码图片的生成算法研究. 黑龙江大学自然科学学报, 2009. 26(2): 第216-219页. [16].黄宏博,肖峻岭与佟俐鹃,基于Reed-Solomon算法的QR码纠错编码. 计算机工程, 2003. 29(1): 第93-95页. [17]. 福建中安电子技术有限公司, 二维码技术在防伪领域的应用和标准建议. 中国标准化, 2001. 1(2): 第12-13,15页. [18]. 张定会,单俊涛与江平, QR码DES加密与解密. 数据通信, 2011(3): 第40-42页. [19]. 数字水印QRCode二维条码在纸币防伪技术中应用. [20]. 李立宗, 高铁杠与顾巧论, 结合提升小波和QR码的盲水印实现. 计算机工程与应用, 2011. 47(1): 第182-184,187页. 若所填内容超出此页可另加页，页码顺延。

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二、课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题 1. 研究目标 QR二维码的生成系统是根据国家物品编码中心制定的编码标准，以QR码的公开编码原则为核心，考虑到二维码技术应用在食品安全领域的特殊性，设计不同级别的纠错等级标准，采用最常用的RS纠错编码算法。与此同时，为了进一步提高二维码的安全性和保密性，在其进行传输和存储前，对其进行加密和防伪处理，旨在形成一个具有自主知识产权的QR二维码编码系统，并将其应用于中小学营养餐食品安全跟踪与追溯，实现对食品加工及物流输送全过程的有效监控和管理。 2. 研究内容 本课题的主要研究内容： （1）QR条码应用过程是将物体相关数据经过数据编码，形成条码符号，打印并粘贴在物体上，然后通过识读器中译码和纠错程序进行识读，得到的结果输入相应数据库进行处理．可见，QR条码数据编码的正确与否直接影响到译码结果的准确性，因此首先要把重点放在QR码的编码上，在理解编码原理基础上，结合食品安全的溯源系统，设计和制造我们所需要的QR码。 QR码的计算机编码方式非常复杂。从编码模式来看，它含有多种不同的模式，每种模式的处理方法都不相同，所产生的数据码字也不同，程序需要对用户的输入数据信息进行分析并选择适当的编码模式，并能在各种编码模式之间进行灵活的切换；从编码携带的内容方面，它不仅本身是一个流动的数据文件，有大量的主信息内容，而且还包含很多附加信息，如版本的选择、纠错级别的选择、模式指示符、数据长度指示符、纠错码字、填充码字等，需要程序识别并一一对应编码，程序还需要将各种数据信息按照标准置入QR码符号矩阵中的相应模块，外程序还应该具备条码符号图形显示的功能。综合目前关于QR码生成编码的研究现状，本课题二维条码生成系统将全面考虑这些问题，既要在国标的基础上进行研究，又要在这个基础上进行创新和改进，期望创造一个理论与实践相完美结合的系统。QR码编码系统框架如图1所示。 用户输入要编码的数据，设置版本和纠错等级提取输入信息模块QR码编码模块QR图形显示模块QR码二维码图形 图1 QR码编码系统框图 在Windows平台上，采用面向对象的方法设计，分析QR码的编码原理及生成方法,实现QR码的编码、纠错、生成及绘图等功能。 （2）采用成熟、先进的差错控制编码的Reed-Solomon(里德-索罗门) 技术实现QR Code生成系统。 （3）在综合国内外研究现状的基础上，本课题研究中，在QR二维码生成系统编码阶段加入DES算法；在生成QR码条码样本后，对于QR条码进行预处理，去除空白区和位置定位探测图形，产生一个载体图，并且要统计其可嵌入的容量；针对QR码数据容量和安全性的要求，必须对拟嵌入的图像也就是水印图进行预处理；将处理好的水印图嵌入载体图形成一个新的有水印的QR码，最后写成标准的BMP图像格式。这就完成了加密算法和水印嵌入二维条码的过程。对生成的嵌入有水印的QR码进行一系列的抗攻击试验后，最后提取水印和分离出QR码，通过比较和分析实验结果得出实验结论。（如图2所示）， 8