無人超市識別技術及其應用進展

舒渤予

無人超市識別技術及其應用進展

舒渤予

（中南大學 自動化學院，湖南 長沙 410083）

隨著人工智能與檢測技術的發展，人們越來越注重社會服務的便利性與快捷性，無人超市應運而生。自動識別技術作為無人超市的核心技術，主要包括手機掃碼識別、無人收銀機識別、無線射頻識別、計算機視覺識別四種；由于不同識別技術均有其優點和缺點，今后發展趨勢主要是采用多種識別技術相配合、實現商品源頭監控、降低成本，以及建立公民的誠信體系。

識別技術；無人超市；RFID；視覺識別

1 引言

近年來，隨著電商行業的發展壯大和勞動力成本的不斷上升，中國傳統零售行業銷售利潤持續下滑，部分傳統大型超市利潤率甚至達到負值；另外，電商購物過程中由于顧客難以準確識別商品真偽和品質，從而無法獲得真實的購物體驗及相應的銷售服務等[1-2]。

隨著互聯網和人工智能技術的發展，出現了新型購物模式——無人超市。所謂無人超市，是指沒有營業員的情況下讓顧客能夠自助完成選購、結賬等操作，實現無人值守的一種場景零售[3]。由于支付環節由顧客占主導、自助完成，因此其人工成本和運營成本低，顧客又能通過現場接觸商品獲得良好的購物體驗，同時大數據分析的應用方便商家進行用戶購物需求和滿足度分析，從而及時更新商品種類。在技術層面上，無人超市的發展依賴于人工智能技術的發展，主要包括視覺識別技術、傳感器融合技術、深度學習算法等技術，其中識別技術是最核心的技術，它決定著無人超市的效率和安全。

2 無人超市識別技術

無人超市依賴的識別技術主要包括手機掃碼識別、無人收銀機、無線射頻識別（RFID）、計算機視覺識別四種。

2.1 手機掃碼識別技術

這種識別技術最早在2013年沃爾瑪的“Scan&Go”率先使用，應該說僅僅是無人超市的雛形。具體實現方法為：用戶在選購商品時用智能手機掃描商品的條形碼，將所購買的商品記錄在手機內，用APP計算選購商品總價，隨后在收款機附近進行付款完成購物。

這項技術由于能夠縮減大量的排隊時間，所以在沃爾瑪超市大力推廣，但因顧客使用時增加了手動掃碼這一步驟，并且該技術不能解決防盜的問題，所以在運行了一段時間之后便停止了。

2.2 無人收銀機識別技術

無人收銀機識別技術是顧客將所選購商品依次通過無人收銀機的掃描，在屏幕上顯示所購買的商品并能選擇各種方式付款。這種識別方式一般配有簡單的防盜措施，比如用重力傳感器（與電子秤的作用原理相類似）判斷所有選購的商品是否全部掃碼，商品上柜前在傳感器上設置不同貨物的重量及其對應價格信息，通過重力傳感器檢測所購商品是否與數據庫記錄的重量相等，當不相符時數據反饋系統會報警引起營業員的注意，無報警信息則實現自動扣款。

該方案的缺點有：①方便性不足，增加了學習成本，很多人寧愿排隊也不愿意用這種付款方式；②雖然有一些防盜措施，但是不能徹底防止偷盜行為；③由于經常有誤操作導致報警發生，超市需要派人監管，并沒有較大地減少人力投入；④有的產品質量過輕，信息難以準確識別。

雖然該方案有許多的缺點與局限性，但是也不失為一種解決排隊問題的方式，所以許多超市（比如大潤發超市、永輝超市）仍然沿用無人收銀機作為一種輔助收銀方式。

2.3 無線射頻識別（RFID）技術

RFID是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號的自動識別來判斷特定目標對象并讀寫相關數據，從而獲取相關的對象資料[4-5]。RFID工作裝置一般由一對工作在同一頻率下的RFID識別器、RFID標簽構成，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的。因其識別過程中無需人工干預、能夠適應多種惡劣環境，能同時快速、有效識別多個不同物體、操作便捷，因此該技術廣泛應用于無人超市中[6-8]。

RFID技術一般分為有源RFID、無源RFID和半有源RFID：①有源RFID就是在RFID標簽中內置了電源，主動向RFID識別器發出信號，其優點是傳輸距離遠，但體積較大且制作成本較高，不適合用在無人超市等類似場合；②無源RFID是指在RFID標簽內沒有內置電源，通過電磁感應線圈感應RFID識別器所發出來的微波信號，實現短暫供能并完成數據交換，其特點是制作簡單、體積小、成本低、故障率低、壽命較長，缺點是識別范圍小；③半有源RFID結合了前兩者的優點，既有內置電源，只是在收到接收器的信號之后開始供電，以實現更高效的傳輸和定位等復雜需求。

一般無人超市使用的是無源RFID技術，中國大多數無人超市采用的都是這種技術，比如阿里巴巴、賓果盒子。需要預先在每一個商品上都貼上RFID標簽，并寫入數據以便區分，顧客選購完商品之后只需將選好的商品放入特定的識別區便可以一次性完成識別的工作。

RFID檢測識別技術使用方便，識別準確率高，一次可以實現多個商品的識別；其缺點是RFID標簽的成本較高，并且標簽在某些特殊的材質上會受到較大干擾；但相對于其他方案，RFID方案更適合在中國推廣。

2.4 計算機視覺識別技術

計算機視覺識別技術主要靠攝像頭識別，因此又可以稱為圖像識別技術。超市需提前將產品多種特征及其價格納入系統，貨架墻壁上安裝多個攝像頭和傳感器。其中光幕/紅外傳感器負責制造水平面，通過顧客的手是否穿過水平面判斷其動作；壓力/紅外傳感器表示商品的位置和狀態，為用戶的行為提供數據；攝像頭負責拍照，掃描產品信息，并反饋給識別器，識別器就會對產品信息進行讀取，最終反饋給系統[3，9]。利用這些數據進行深度學習，建立商品—動作—人的判別模型，提高系統識別能力，顧客只需要用手機直接掃碼進入超市選購商品，攝像頭就會系統發出扣款指令。這種無人超市實現方案最早在2016年由亞馬遜提出，并將其命名為“Amazon Go”[10]。

中國在計算機視覺識別購物方面比較杰出的公司有深蘭科技（與中南大學密切合作），深蘭科技在AI零售方面有多種產品，如AI販賣柜、AI結算臺、AI超市等。其中，AI販賣柜可以實現掌脈識別開門，拿了就走的售貨方式；AI結算臺可以放在普通的超市中實現傳統超市向無人超市的轉變，用戶只需要將商品放在特定的識別區，AI結算臺通過攝像頭識別顧客所購買的物品，免去了RFID技術必須要在商品上貼RFID標簽的步驟，從而節約成本。

基于計算機視覺的無人超市方案比較成熟，產品的信息錄入便捷，不同產品也不需要粘貼標簽，顧客使用方便，并且能夠真正實現無人的狀態。但該方法無法保證完全準確，在人數過多或購買商品過多的情況下可能會出現誤差；另外，如果顧客拿走的產品過小或顧客故意或無意將產品遮擋，則系統也無法有效地識別出來。

3 結語

以上4種識別技術既有自身優勢，又各自有缺點，但在無人超市均有一定程度的應用。目前，無人超市購物方式均存在注冊流程煩瑣（繞不開注冊賬號）和誠信體系不健全等問題，致使其推廣存在一定難度。今后主要在以下幾方面加強：①結合實際情況采用多種識別技術相配合，并保證識別系統的后臺穩定性；②引入物聯網、云計算等技術實現商品源頭監控[11]；③改進計算機視覺識別和RFID識別的準確性，從而降低成本；④加大監管力度，與公民的誠信體系掛鉤。

［1］楊炯君.新零售時代下無人超市的發展動向探析［J］.現代營銷（信息版），2019（6）：60.

［2］杜正博.一帶一路跨境電商物流模式與市場研究［J］.中外企業家，2019（2）：54.

［3］張旭，鮑琴文，徐嘉婧.無人超市的現狀與發展趨勢探索——以武漢市“京東X”為例［J］.現代商業，2019（12）：10-11.

［4］徐祺森.“無人超市”的識別技術及支付手段探討［J］.數字通信世界，2019（1）：110.

［5］程志全.RFID標簽在包裹類郵件流轉環節應用研究［J］.郵政研究，2019，35（5）：13-15.

［6］王保云.物聯網技術研究綜述［J］.電子測量與儀器學報，2009，23（12）：1-7.

［7］羅春彬，彭龑，易彬.RFID技術發展與應用綜述［J］.通信技術，2009，42（12）：112-114.

［8］吳永祥.射頻識別（RFID）技術研究現狀及發展展望［J］.微計算機信息，2006（32）：230，234-236.

［9］朱祖揚，李肖揚，馮雨晨，等.一種微芯片示蹤器錄井方法研究［J］.錄井工程，2019，30（1）：1-6，136.

［10］顧鴻銘.從“Amazon Go”看人工智能時代無人超市實現方案［J］.數字通信世界，2017（3）：151-152，154.

［11］劉宇鋒.物聯網技術在無人便利店中的應用探究［J］.數字通信世界，2017（9）：32，35.

TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.062

2095－6835（2020）01－0151－02

〔編輯：張思楠〕