RFID 盤點技術的應用與實現(xiàn)

陳瑩星 廖程鵬

（銳捷網絡股份有限公司，福建 福州350002）

1 概述

當前市場上針對無人智能零售柜的方案，主要應用的技術有RFID、機器視覺識別、重力感應三種方式。機器視覺識別是通過視覺傳感器技術，結合深度視覺圖片學習算法，識別出顧客拿走的商品。該技術對商品的大小、擺放、高度以及光照等環(huán)境條件均有較嚴格的限制，支持商品的品類也有限；而且這種視覺識別技術投入成本高、前期回報率低等缺點。重力傳感技術是利用傳感器感應貨架上的重量變化，來檢測用戶行為，一旦出現(xiàn)重量相近的商品時候，無法準確的判斷具體的商品，準確率較低。而RFID 技術是通過每一件商品上所附著的RFID 標簽作為唯一碼來識別商品，通過標簽信息的變化來判斷顧客行為?；赗FID 技術的自動盤點技術具有識別速度快、成本少、保密性高、數(shù)據量等優(yōu)點，但也會存在弱信號標簽導致標簽識別遺漏，進而發(fā)生錯單問題。本文主要通過研究輪訓頻點及功率的學習算法提高盤點的準確率，降低市場的投訴率。

2 RFID 技術

RFID，無線射頻識別技術，又稱為電子標簽（E-Tag）技術，是一種非接觸式的自動識別技術；具有非接觸式的信息采集、可實現(xiàn)自動識別和自動化管理的應用特點，并且可存儲數(shù)據、讀取距離遠、可同時對多個標簽[1]。它通過視頻信號自動識別目標對象，可快速地進行物品追蹤和數(shù)據交換[2]。

目前在RFID 盤點的協(xié)議中主要使用《射頻識別協(xié)議-第1類第2 代UHF 860 兆赫-960M 兆赫通信協(xié)議》，所使用的頻段是860M-960M 共計50 個頻點。RFID 的工作原理是標簽進入磁場后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得能量發(fā)出存儲在芯片上的信息;或者主動發(fā)出某一頻率信號,讀寫器讀取信息并解碼后，送到數(shù)據管理系統(tǒng)進行數(shù)據處理[3]。具體的原理如圖1 所示：

圖1

RFID 技術主要由標簽、閱讀器和天線組成。其中標簽(Tag)也叫射頻卡，它是由耦合元件和芯片組成。RFID 標簽又分為有源標簽和無源標簽，最為本質的區(qū)別是前者由內部電池供電，主要用于轉換電子標簽與讀寫器通信所需射頻能量；后者沒有內裝電池，在讀寫器覆蓋范圍內，依靠讀寫器發(fā)出的射頻能量提取工作所需的電源；當它離開讀寫器范圍時，處于無源狀態(tài)。RFID閱讀器(Reader)也叫讀寫器,主要由天線、射頻收發(fā)模塊、控制單元等組成，主要用來讀取標簽信息的設備。天線（Antenna）用在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號, 利用射頻收發(fā)模塊完成射頻信號的接收與發(fā)射。

3 RFID 技術在無人售貨柜應用與實現(xiàn)

RFID 技術在零售行業(yè)中的應用如圖2 所示：

圖2 基于RFID 無人零售售貨柜的系統(tǒng)模型圖

首先，客戶通過APP 掃描柜門上的二維碼，當服務器接收到該二維碼重定向請求時，會通過工控機發(fā)送開鎖指令，則柜門打開；然后，用戶挑出相應商品后，關閉柜門同時，工控機進行上鎖操作，同時通知閱讀器進行盤點操作。當盤點結束后，后臺服務器接收到到盤點數(shù)據，通過對比上一次盤點的結果，確認客戶所購商品；最后，服務器將結算商品數(shù)量和金額發(fā)送給客戶端APP，用戶進行付款的操作。至此整個的業(yè)務流程結束。而從RFID 技術角度來說，需在無人零售貨柜的每一層部署兩根天線，并且放入柜體內的所有商品貼上相應的RFID 標簽，通過閱讀器對每一層的商品進行盤點操作。這種方式的盤點技術投入成本較少，但是在使用過程中，由于商品擺放方式、拿取方式等因素均會影響到解算的準確率。在實際的使用中，錯單率時有發(fā)生，引來大量的投訴。

3.1 典型的RFID 盤點方案

設備首次上電后，啟動閱讀器，閱讀器采用微帶天線在固定的功率28dBm，固定的頻點上采用動態(tài)Q 算法循環(huán)讀取3 次商品的EPC 信息，然后將盤點到的結果數(shù)據如標簽EPC、信道、RSSI 等信息保存在數(shù)據庫中，作為初始的數(shù)據；當用戶關閉柜門時，重啟啟動盤點，將盤點到的結果與上一次的盤點結果做對比，發(fā)現(xiàn)缺失的標簽EPC 信息就被判斷為該商品缺失，默認為客戶拿走的商品。依此類推進行RFID 的盤點，基于這種方式的盤點，在內部測試過程中，我們采用單層擺放41 件商品如礦泉水進行模擬盤點100 次，發(fā)現(xiàn)有6-8 次，會存在2-3 個標簽難以被識別到，錯單率高達8%左右。通過分析發(fā)現(xiàn)在柜內環(huán)境下部分覆蓋方向存在某些極化方向上的弱覆蓋問題。為了改善這類問題，我們提出了基于輪訓頻點和功率的學習算法提高盤點的準確率。

3.2 基于輪訓頻點和功率技術的RFID 盤點方案

該技術的主要設計思路是通過增加頻率校準過程，尋找到天線最佳的盤點頻率，改變了原盤點方案中所有天線采用固定頻率盤點，從根本上解決適應了不同環(huán)境的變化；然后閱讀器根據缺少的標簽重新下發(fā)盤點指令的過程進行select 盤點，盤點時間為2s；select 盤點啟動時，從緩存區(qū)中取的目標標簽的best 和last 信息，先執(zhí)行根據best 的盤點條件再執(zhí)行l(wèi)ast 的盤點條件[4]。通過這種方式，解決部分標簽由于環(huán)境引起的弱覆蓋問題，如圖3 所示：

圖3 基于輪訓頻點和功率技術的RFID 盤點流程

具體的實現(xiàn)過程如下：

a.我們根據大量的測試實驗后，得出閱讀器良好的盤點功率為23dbm，26dbm，28dmb 和33dmb；

b.當設備上電后，在固定的時間點如每天凌晨0 點，開始進行天線的校準，即每一根天線輪訓50 個頻點，找出每根天線盤點到的數(shù)量最多的EPC 信息的前5 個頻點作為校準頻點，如0號天線的A0,B0,C0,D0,E0 5 個頻點作為校準頻點；然后在后續(xù)的盤點過程中，均采用校準頻點進行盤點；

c.當找到校準頻點后，每隔N 分鐘（該值可設置）進行一次普通盤點，選擇0#天線A0 頻點分別在四個不同的盤點功率下進行商品盤點，然后在0#天線A1 頻點分別四個不同盤點功率下進行盤點，依此類推，直到所有的天線均完成盤點過程，在每次的盤點過程中，閱讀器會將盤點的天線號，對應的頻點、功率，盤點時上報的RSSI 信息記錄在緩存中；

d.當客戶關上柜門時，下發(fā)盤點指令，閱讀器將收到的所有標簽的EPC 與數(shù)據庫中的標簽信息進行比較。如果發(fā)現(xiàn)缺少的標簽EPC 信息，重新對該標簽下發(fā)盤點指令，這個盤點過程稱之為select 盤點；

e. select 盤點啟動時，閱讀器會保存每次盤點到的RSSI,功率等信息保存在緩存中，然后從緩存區(qū)中取的目標標簽的best和last 信息，先執(zhí)行根據best 的盤點條件再執(zhí)行l(wèi)ast 的盤點條件。直到所設定的盤點時間結束。

f.如果沒有盤點到對應的標簽EPC 信息，則認為客戶購買了此商品，并生成相應的訂單信息發(fā)給客戶。

基于輪訓和功率方式的RFID 盤點的應用，通過頻率的校準，提供了每個天線的最佳頻率，改變了原來所有天線固有的頻點，提高盤點的次數(shù)；同時對缺失的商品信息進行select 盤點，從緩存區(qū)域中取出歷史盤點的最佳RSSI 的盤點條件和最近一次的盤點條件進行再次盤點，進一步彌補了因為盤點不充分導致漏盤現(xiàn)象，進而提高了盤點的準確率。

結束語

通過上述算法的研究實現(xiàn)，在實際的應用場景中，針對弱標簽的覆蓋問題引起的錯單現(xiàn)象明顯降低。而且在實驗環(huán)境下，通過同樣的方式進行模擬測試，41 件商品，盤點100 次，僅出現(xiàn)一次漏盤一件商品的現(xiàn)象，比原算法盤點的準確度有顯著提升。