基于物聯(lián)網(wǎng)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(yè)的門店總數(shù)、總面積、員工人數(shù)、銷售總額、利潤總額等都表現(xiàn)出了穩(wěn)步上升的態(tài)勢。近幾年來超市行業(yè)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(yè)百強排名來看，零售行業(yè)的集中度正在提升，超市行業(yè)也表現(xiàn)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(shù)與其占超市連鎖百強門店總數(shù)的比重在2009年也達到了34.1%。[1]

目前傳統(tǒng)超市也受到網(wǎng)絡購物等帶來的一系列沖擊，在商品質量、數(shù)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(xiàn)代社會生活的快節(jié)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(jīng)成為智能超市急需解決的主要問題。

現(xiàn)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(fā)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(xiàn)錯誤給超市經(jīng)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(lián)網(wǎng)技術的電子標簽為解決這些問題提供了完善的科學依據(jù)和技術手段。

本文就是利用物聯(lián)網(wǎng)中的電子標簽技術實現(xiàn)對商業(yè)零售業(yè)，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(jù)無線射頻識別原理(RFID)而生產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)(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(lián)的網(wǎng)絡：一個是覆蓋整個超市區(qū)域的定位網(wǎng)絡，另一個是基于物聯(lián)網(wǎng)的應用網(wǎng)絡。

第一個是基于RFID的定位網(wǎng)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(lián)網(wǎng)網(wǎng)關功能的定位基站組成。它能動態(tài)感知周圍的RFID標簽的位置信息，并根據(jù)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(jīng)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(jù)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(lián)網(wǎng)的應用網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)量，方便供應和更新貨物。超市門口設置結算裝置，將根據(jù)搭載了商品信息的電子標簽進行貨物結算，并根據(jù)結算信息與微電腦處理器記錄價格比較?？梢愿鶕?jù)智能終端顯示信息進行信用卡支付或現(xiàn)金支付。

2.新購物模式描述

為實現(xiàn)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(wǎng)絡。其次，為每個購物車安裝智能設備和定位系統(tǒng)，并在數(shù)據(jù)庫中把購物車的ID和貨架編號進行統(tǒng)計。

購物車智能設備會根據(jù)網(wǎng)絡，形成超市貨物擺放地圖，根據(jù)智能設備，可以把顧客導購到相應商品位置。

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

圖2 超市網(wǎng)絡建立示意圖

超市可以設置多服務區(qū)域，將大型超市分為食品區(qū)、日用品區(qū)、家電區(qū)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(jù)智能終端顯示信息進行信用卡支付或現(xiàn)金支付。如圖2所示，是本文提出的服務模式和超市網(wǎng)絡的組成示意圖。

三、新購物模式的實現(xiàn)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(wǎng)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(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)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(yōu)勢：

1.快速掃描。RFID辨識器可同時辨識讀取數(shù)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(shù)據(jù)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?，F(xiàn)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(nèi)儲存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新，可以實現(xiàn)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(xiàn)。

8.安全性。由于RFID承載的是電子式信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護，使其內(nèi)容不易被偽造及變造[5]。

(二)優(yōu)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?？勺杂晒ぷ髟诟鞣N惡劣環(huán)境下：短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染、覆蓋遮擋等惡劣的環(huán)境，射頻識別系統(tǒng)主要有以下幾個方面系統(tǒng)優(yōu)勢：

1.讀取方便快捷：數(shù)據(jù)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(xiàn)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(huán)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(tǒng)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(chǎn)品上，而且可以為標簽數(shù)據(jù)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(tǒng)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(fā)了新購物模式的關鍵設備的原理性樣機。

1.搜索導航

在現(xiàn)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(xiàn)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(jié)點，讀卡器節(jié)點讀取其監(jiān)測環(huán)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(yōu)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(tǒng)便會即刻對購物車內(nèi)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(tǒng)安全性。如圖5所示，超市結算通道。

3.超市工作人員的優(yōu)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(lián)網(wǎng)的職能超市服務模式和創(chuàng)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(tǒng)，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(tǒng)會自動再信用卡上進行扣費并且根據(jù)終端價格進行比對，以此提高安全性。此方案可行、有一定發(fā)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(lián)網(wǎng)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(yè)商業(yè)模式與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》.

[2]秦毅.計算機研究與發(fā)展(增刊).2010.

[3]RFID.中國新通信,2010(6).

[4]吳昊.從傳統(tǒng)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)》.