基于物聯網的超市購物引導與快速結算

北京工商大學計算機與信息工程學院 黃今慧 薛子育 劉 洋

一、研究背景

2002年以來，我國超市行業的門店總數、總面積、員工人數、銷售總額、利潤總額等都表現出了穩步上升的態勢。近幾年來超市行業銷售凈利率為2.35%，平均銷售凈利率為2.6%。從中國連鎖企業百強排名來看，零售行業的集中度正在提升，超市行業也表現出相同的趨勢。前10強占社銷總額和連鎖超市零售百強的比重在2009年分別達到2.7%和52.8%。超市10強門店數與其占超市連鎖百強門店總數的比重在2009年也達到了34.1%。[1]

目前傳統超市也受到網絡購物等帶來的一系列沖擊，在商品質量、數量以及貨物冗雜度的管理以及人員開支增大等方面尤為突出。在現代社會生活的快節奏中，如何快速定位人們需要的物品、如何快速為貨物結賬，已經成為智能超市急需解決的主要問題。

現如今可供人們購買的商品越來越多，超市無疑給人們帶來了極大的方便，但社會的發展導致新問題也隨之而來，主要有以下4個問題：

1.超市價簽更換不及時或出現錯誤給超市經營者和消費者帶來損失。

2.超市商品不能及時更換或斷貨。

3.超市高峰期在收銀臺排隊過長引起客源流失。

4.超市員工工資開銷大。

基于物聯網技術的電子標簽為解決這些問題提供了完善的科學依據和技術手段。

本文就是利用物聯網中的電子標簽技術實現對商業零售業，具體針對的是大型超市進行智能化購物管理。

電子標簽[2]是用來識別物品的一種新技術，它是根據無線射頻識別原理(RFID)而生產的，它與讀寫器通過無線射頻信號交換信息。由于電子標簽的技術完備性和高性價比，使它成為了未來識別技術的首選產品。

二、新購物模式的提出

在上述背景下，本文提出利用射頻識別技術建立超市智能購物系統(以下簡稱新購物模式)。

1.新購物模式的基本思想

新服務模式的基本思想和方案是：設計兩個相互獨立又密切關聯的網絡：一個是覆蓋整個超市區域的定位網絡，另一個是基于物聯網的應用網絡。

第一個是基于RFID的定位網絡。它是由具有定位功能的搭載智能設備的購物車和具有互聯網網關功能的定位基站組成。它能動態感知周圍的RFID標簽的位置信息，并根據感知到的信息計算自身的位置并上報給定位基站。顧客可以選擇商品，并由商品所在位置的RFID快速找到商品。在購物車上安裝帶有電子天線的微電腦處理器，當貼有RFID標簽的商品離開貨架，放置在購物車的時候，商品就已經被購物車記錄下來，價格自動累加，輸出到微電腦處理器顯示屏。超市也可以根據購物車位置定位顧客位置，顧客可以隨時呼叫導購員。

圖1 搭載顯示器和微型掃描儀的導購車

第二個是基于互聯網的應用網絡。它實時收集各購物車處理器所采集到的信息，進行計算并存入空間數據庫中，供超市采集貨物信息。實時為超市工作人員提供商品數量，方便供應和更新貨物。超市門口設置結算裝置，將根據搭載了商品信息的電子標簽進行貨物結算，并根據結算信息與微電腦處理器記錄價格比較。可以根據智能終端顯示信息進行信用卡支付或現金支付。

2.新購物模式描述

為實現這一新型的服務模式，首先在大型超市各個貨物粘貼RFID標簽，組成一個位置傳感網絡。其次，為每個購物車安裝智能設備和定位系統，并在數據庫中把購物車的ID和貨架編號進行統計。

購物車智能設備會根據網絡，形成超市貨物擺放地圖，根據智能設備，可以把顧客導購到相應商品位置。

顧客可以根據需要挑選商品，在選購相應商品時，購物車會根據用戶的選擇，根據商品的RFID標簽，進行價格統計，顯示在智能終端。顧客可以呼叫導購員，導購員會根據購物車定位顧客位置，進行服務。

圖2 超市網絡建立示意圖

超市可以設置多服務區域，將大型超市分為食品區、日用品區、家電區等，每層設置結算裝置，方便顧客快速結賬和進出超市。結算時，可以根據智能終端顯示信息進行信用卡支付或現金支付。如圖2所示，是本文提出的服務模式和超市網絡的組成示意圖。

三、新購物模式的實現技術可行性

本文提出的這種新的服務模式是基于RFID無線技術的，為了便于探討這種新型的服務模式的可行性，下面先介紹RFID的一些基本概念。

(一)RFID無線網絡

RFID是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。[3]和其他無線通信技術相比，RFID具有如下技術優勢：

1.快速掃描。RFID辨識器可同時辨識讀取數個RFID標簽。可以快速識別并進行掃描，方便顧客快速購物。

2.體積小型化、形狀多樣化。RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，可以方便簡單地粘貼于各類物品上。

3.價格低廉。RFID制作簡單，同類商品中價格低廉，應用于商品的粘貼成本極低。

4.抗污染能力和耐久性。RFID對水、油和化學藥品等物質具有很強抵抗性，而且RFID卷標是將數據存在芯片中，因此可以免受污損。避免物品運輸和存儲不當造成的不能正確讀碼。[4]

5.可采用不用電池的無緣RFID電子標簽。不用電池，方便使用。

6.可重復使用。現今的條形碼印刷上去之后就無法更改，RFID標簽則可以重復地新增、修改、刪除RFID卷標內儲存的數據，方便信息的更新，可以實現標簽的復用等。

7.穿透性強。顧客選購物品結算時，可以穿透其他物品，對底部物品進行結算，防止漏帳的出現。

8.安全性。由于RFID承載的是電子式信息，其數據內容可經由密碼保護，使其內容不易被偽造及變造[5]。

(二)優勢分析

RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于超市購物的前端技術。可自由工作在各種惡劣環境下：短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染、覆蓋遮擋等惡劣的環境，射頻識別系統主要有以下幾個方面系統優勢：

1.讀取方便快捷：數據的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進行。標簽一進入磁場，購物車上的探頭就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個標簽，實現批量識別。

2.使用壽命長，無需充電設別：可以采用無源RFID標簽，不需要電池。其無線電通信方式，可以承受超市一切惡劣環境，而且其封閉式包裝使得其壽命大大超過印刷的條形碼。

3.低廉價格之下的安全性：每塊RFID電子便簽僅需0.2元，也可以直接替換傳統條形碼，RFID電子標簽不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產品上，而且可以為標簽數據的讀寫設置密碼保護，從而也具有更高的安全性。

圖3 無源RFID電子標簽與傳統條形碼對比圖

四、新服務模式之研究成果

本文對新購物模式的關鍵技術做了較深入地研究，并開發了新購物模式的關鍵設備的原理性樣機。

1.搜索導航

在現有的超市購物車上配置智能設備，通過顯示器可以瀏覽商品的信息，并且選購商品。并用探頭將信息傳入RFID讀卡器，可以實現1至2米的讀取距離。

當選擇好商品后，購物車智能設備將購置信息傳給讀卡器節點，讀卡器節點讀取其監測環境中的標簽信息，并進行記錄。同時將物品的位置信息返回微電腦處理器，進行累加。

微電腦處理器還可以獲取當前位置信息和物品信息，自動選擇一條最優路徑引導顧客購物。大型超市購物流程如圖4所示。

圖4 購物流程圖

圖5 超市結算通道

2.智能清算

建立RFID收貨通道，顧客推著購物車通道一道安裝RFID閱讀器的結賬出口，系統便會即刻對購物車內所有貼有RFID標簽的貨品進行一次性掃描并和隨時掃描金額進行對比，若相同便從顧客綁定銀行卡上扣除金額。這個過程進一步核對了金額，并進行了收費，提高了系統安全性。如圖5所示，超市結算通道。

3.超市工作人員的優化管理

大型超市工作人員在可減少近7成，其中以收銀員、導購員、服務員減少最為明顯，有效提高了大型超市的凈收入。

五、結論

本文提出了一套基于物聯網的職能超市服務模式和創意方案。從顧客進入超市，可在購物車上獲取貨物位置，并進行自主購物或尋求幫助。購物車有定位系統，并且可以實時更新顧客購買商品價格。顧客在購物完畢后，結算系統會自動再信用卡上進行扣費并且根據終端價格進行比對，以此提高安全性。此方案可行、有一定發展方向，在大型超市工作人員利用和超市合理化管理方面都有一定意義和作用。對物聯網進入日常生活方面起到了一定的推動作用。

[1]摘自《2013-2017年 中國超市行業商業模式與投資戰略規劃分析報告》.

[2]秦毅.計算機研究與發展(增刊).2010.

[3]RFID.中國新通信,2010(6).

[4]吳昊.從傳統條形碼到RFID技術縱覽[J].電腦知識與技術,2013(5).

[5]Ari Juels RSA Laboratories,Bedford,MA,《RFID:security and privacy for fi ve-cent wireless devices(abstract only)》.