基于物联网的超市购物引导与快速结算

北京工商大学计算机与信息工程学院 黄今慧 薛子育 刘 洋

一、研究背景

2002年以来，我国超市行业的门店总数、总面积、员工人数、销售总额、利润总额等都表现出了稳步上升的态势。近几年来超市行业销售净利率为2.35%，平均销售净利率为2.6%。从中国连锁企业百强排名来看，零售行业的集中度正在提升，超市行业也表现出相同的趋势。前10强占社销总额和连锁超市零售百强的比重在2009年分别达到2.7%和52.8%。超市10强门店数与其占超市连锁百强门店总数的比重在2009年也达到了34.1%。[1]

目前传统超市也受到网络购物等带来的一系列冲击，在商品质量、数量以及货物冗杂度的管理以及人员开支增大等方面尤为突出。在现代社会生活的快节奏中，如何快速定位人们需要的物品、如何快速为货物结账，已经成为智能超市急需解决的主要问题。

现如今可供人们购买的商品越来越多，超市无疑给人们带来了极大的方便，但社会的发展导致新问题也随之而来，主要有以下4个问题：

1.超市价签更换不及时或出现错误给超市经营者和消费者带来损失。

2.超市商品不能及时更换或断货。

3.超市高峰期在收银台排队过长引起客源流失。

4.超市员工工资开销大。

基于物联网技术的电子标签为解决这些问题提供了完善的科学依据和技术手段。

本文就是利用物联网中的电子标签技术实现对商业零售业，具体针对的是大型超市进行智能化购物管理。

电子标签[2]是用来识别物品的一种新技术，它是根据无线射频识别原理(RFID)而生产的，它与读写器通过无线射频信号交换信息。由于电子标签的技术完备性和高性价比，使它成为了未来识别技术的首选产品。

二、新购物模式的提出

在上述背景下，本文提出利用射频识别技术建立超市智能购物系统(以下简称新购物模式)。

1.新购物模式的基本思想

新服务模式的基本思想和方案是：设计两个相互独立又密切关联的网络：一个是覆盖整个超市区域的定位网络，另一个是基于物联网的应用网络。

第一个是基于RFID的定位网络。它是由具有定位功能的搭载智能设备的购物车和具有互联网网关功能的定位基站组成。它能动态感知周围的RFID标签的位置信息，并根据感知到的信息计算自身的位置并上报给定位基站。顾客可以选择商品，并由商品所在位置的RFID快速找到商品。在购物车上安装带有电子天线的微电脑处理器，当贴有RFID标签的商品离开货架，放置在购物车的时候，商品就已经被购物车记录下来，价格自动累加，输出到微电脑处理器显示屏。超市也可以根据购物车位置定位顾客位置，顾客可以随时呼叫导购员。

图1 搭载显示器和微型扫描仪的导购车

第二个是基于互联网的应用网络。它实时收集各购物车处理器所采集到的信息，进行计算并存入空间数据库中，供超市采集货物信息。实时为超市工作人员提供商品数量，方便供应和更新货物。超市门口设置结算装置，将根据搭载了商品信息的电子标签进行货物结算，并根据结算信息与微电脑处理器记录价格比较。可以根据智能终端显示信息进行信用卡支付或现金支付。

2.新购物模式描述

为实现这一新型的服务模式，首先在大型超市各个货物粘贴RFID标签，组成一个位置传感网络。其次，为每个购物车安装智能设备和定位系统，并在数据库中把购物车的ID和货架编号进行统计。

购物车智能设备会根据网络，形成超市货物摆放地图，根据智能设备，可以把顾客导购到相应商品位置。

顾客可以根据需要挑选商品，在选购相应商品时，购物车会根据用户的选择，根据商品的RFID标签，进行价格统计，显示在智能终端。顾客可以呼叫导购员，导购员会根据购物车定位顾客位置，进行服务。

图2 超市网络建立示意图

超市可以设置多服务区域，将大型超市分为食品区、日用品区、家电区等，每层设置结算装置，方便顾客快速结账和进出超市。结算时，可以根据智能终端显示信息进行信用卡支付或现金支付。如图2所示，是本文提出的服务模式和超市网络的组成示意图。

三、新购物模式的实现技术可行性

本文提出的这种新的服务模式是基于RFID无线技术的，为了便于探讨这种新型的服务模式的可行性，下面先介绍RFID的一些基本概念。

(一)RFID无线网络

RFID是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。[3]和其他无线通信技术相比，RFID具有如下技术优势：

1.快速扫描。RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。可以快速识别并进行扫描，方便顾客快速购物。

2.体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，可以方便简单地粘贴于各类物品上。

3.价格低廉。RFID制作简单，同类商品中价格低廉，应用于商品的粘贴成本极低。

4.抗污染能力和耐久性。RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性，而且RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。避免物品运输和存储不当造成的不能正确读码。[4]

5.可采用不用电池的无缘RFID电子标签。不用电池，方便使用。

6.可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新，可以实现标签的复用等。

7.穿透性强。顾客选购物品结算时，可以穿透其他物品，对底部物品进行结算，防止漏帐的出现。

8.安全性。由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造[5]。

(二)优势分析

RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于超市购物的前端技术。可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染、覆盖遮挡等恶劣的环境，射频识别系统主要有以下几个方面系统优势：

1.读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。标签一进入磁场，购物车上的探头就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别。

2.使用寿命长，无需充电设别：可以采用无源RFID标签，不需要电池。其无线电通信方式，可以承受超市一切恶劣环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码。

3.低廉价格之下的安全性：每块RFID电子便签仅需0.2元，也可以直接替换传统条形码，RFID电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而也具有更高的安全性。

图3 无源RFID电子标签与传统条形码对比图

四、新服务模式之研究成果

本文对新购物模式的关键技术做了较深入地研究，并开发了新购物模式的关键设备的原理性样机。

1.搜索导航

在现有的超市购物车上配置智能设备，通过显示器可以浏览商品的信息，并且选购商品。并用探头将信息传入RFID读卡器，可以实现1至2米的读取距离。

当选择好商品后，购物车智能设备将购置信息传给读卡器节点，读卡器节点读取其监测环境中的标签信息，并进行记录。同时将物品的位置信息返回微电脑处理器，进行累加。

微电脑处理器还可以获取当前位置信息和物品信息，自动选择一条最优路径引导顾客购物。大型超市购物流程如图4所示。

图4 购物流程图

图5 超市结算通道

2.智能清算

建立RFID收货通道，顾客推着购物车通道一道安装RFID阅读器的结账出口，系统便会即刻对购物车内所有贴有RFID标签的货品进行一次性扫描并和随时扫描金额进行对比，若相同便从顾客绑定银行卡上扣除金额。这个过程进一步核对了金额，并进行了收费，提高了系统安全性。如图5所示，超市结算通道。

3.超市工作人员的优化管理

大型超市工作人员在可减少近7成，其中以收银员、导购员、服务员减少最为明显，有效提高了大型超市的净收入。

五、结论

本文提出了一套基于物联网的职能超市服务模式和创意方案。从顾客进入超市，可在购物车上获取货物位置，并进行自主购物或寻求帮助。购物车有定位系统，并且可以实时更新顾客购买商品价格。顾客在购物完毕后，结算系统会自动再信用卡上进行扣费并且根据终端价格进行比对，以此提高安全性。此方案可行、有一定发展方向，在大型超市工作人员利用和超市合理化管理方面都有一定意义和作用。对物联网进入日常生活方面起到了一定的推动作用。

[1]摘自《2013-2017年 中国超市行业商业模式与投资战略规划分析报告》.

[2]秦毅.计算机研究与发展(增刊).2010.

[3]RFID.中国新通信,2010(6).

[4]吴昊.从传统条形码到RFID技术纵览[J].电脑知识与技术,2013(5).

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