降低RFlD标签漏读率的无人零售系统设计

2018-11-09刘晓青

电脑与电信 2018年8期

关键词：收银收银台读写器

刘晓青

（福州职业技术学院，福建福州 350108）

[关键字] 无线射频识别；电子标签；无人零售系统；漏读

1 引言

近年来，随着新零售概念的推出，众多公司和企业推出了无人零售方案，其中大部分方案中采用了RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）技术，可以带来以下优点：

（1）提高盘点效率。使用手持阅读器可以做到对库存的快速盘点，若在货柜中直接安装阅读器可以做到实时盘点。

（2）提高结算效率。在结算区域可以快速识别消费物品。部分公司的APP甚至可以直接扣款。

（3）提高监管效率。对物品丢失可以快速识别，保证供应链中的数据完全准确，比如某些基于RFID管理的图书馆。

（4）节约人工成本。

经过体验店的实际体验和相应的测试，自动买单时RFID标签有一定机率出现未成功识别的现象，这个问题影响了方案在无人零售行业的应用。这种技术本身的缺陷导致了逃单的门槛很低，某些无意识的漏单影响了客户的体验，也会导致商家的损失，并可能出现大量恶意逃单，而恶意逃单和无意识逃单无法区分，最终甚至无法追责。比如：客户在结算时，在购物袋中装入金属的易拉罐，不需要做其他操作，就可以降低RFID的识别率，达到逃单的效果，而这种逃单无法追责。

为了解决多标签买单系统中的漏读的问题，本文提供了一种方案并进行了验证。

2 RFID系统组成

RFID系统是一种非接触式的自动识别技术[1]，由RFID标签、读写器、天线和应用软件系统组成，如图1所示。

图1 RFID系统构成

（1）RFID标签，亦称电子标签或射频卡，能完成与读写器之间的数据交换，其由电子耦合元件及电子芯片组成[2]，分为有源和无源两类。在无人零售行业中，商品贴上一个RFID标签，读写器就能够通过读取标签中的内容，确认商品的名称、价格、序列号等信息。由于无人零售行业对标签的成本特别敏感，所以一般都使用成本最低的工作在超高频(UHF)频段的无源标签。

（2）读写器，分为只读和能读能写两类，可通过射频天线实现应用软件系统与射频标签的数据交换，实现射频识别，是RFID硬件系统的重要组成部分[3]。

（3）天线，即射频天线，RFID标签和读写器都需要通过天线与对方通信，标签中的天线体积小，集成在标签内部，而读写器可以外接高增益的天线，增加标签的读写距离。无人零售行业中，读写器天线往往安装在收银台或收银门的位置。

（4）应用软件系统。通过应用程序实现商品的入库、盘点、支付等流程，方便工作人员和后台实时了解商品和客户消费的情况。

3 RFID标签无法识别的原因分析

由于货品的种类和数量巨大，RFID标签成本成为其应用的制约因素[4]。无人零售的RFID标签受限于成本，基本都是使用被动式标签，其接收读写器所发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的相应信息[5]，用于自动结账。所以，RFID标签主要由三个部分组成：天线，RFID芯片，封装材料（无人零售领域主要使用低成本的纸、不干胶与塑料进行封装）。

同样受限于成本，RFID标签的天线基本采用印刷天线，印刷天线采用将金属振子印刷在非金属的封装上，可以提高生产的效率和降低产品成本。

当前无人零售主要采用ISO18000-6C的RFID标准，工作在UHF频段，这个频段的RIFD天线体积较小，并且采用印刷天线和低成本的封装材料可以将标签成本降低到无线零售行业可以接受的成本以下。

虽然成本的降低使得无人零售行业大批量使用RFID天线成为可能，但天线也由于低成本的封装，变得非常脆弱。天线的指标包括频率、辐射方向、天线效率、阻抗等，很容易被标签接触的物体改变，影响标签的读写距离。

根据天线的技术原理，只要导电体贴上天线的金属振子，就会恶化天线的指标，如果导电体的面积较大或与金属振子贴得太近，就会导致天线指标恶化到无法使用。

由于人的皮肤、金属、水等均属于导电体，因此手或金属覆盖标签达到一半以上的面积，就会导致标签无法识别。

因RFID标签成本是无人零售行业采用该技术的关键制约因素，所以本文中的方案基于低成本的RFID标签，不考虑高成本的抗金属标签。

4 无人零售行业当前的自动结算方案

当前无人零售企业的自助买单的方案通常采用收银台式或者收银门式，阅读器安装在收银台内或者收银门上，可能安装多面天线，但这两种方案均无法避免标签无法识别的问题。下面对这两种收银方式一一进行说明。

收银台方案需要客户把结账的物品放到自动收银台上，然后收银台会自动识别结账物品，最终通过显示模块输出结账的最终数据，客户通过移动支付自助结账。

图2 收银台方案支付流程

图3 自助收银台设计

收银门式方案通过客户携带物品通过收银门时，收银门会通过门上的多个读写器识别客户携带的物品，最终通过显示模块输出结账的最终数据，客户通过移动支付自助结账。

图4 收银门方案支付流程

图5 收银门设计

根据标签无法识别的技术原理，收银台方案的准确性受制于买单物品的材质以及买单物品的摆放方式，如果标签刚好贴在金属物品的表面，收银台是无法识别此标签的。客户如果多拿些金属货品堆在一起，基本上都会出现个别标签无法识别的问题。

收银门方案，除了物品的堆叠导致无法识别外，还很容易出现客户的皮肤接触标签而导致漏读的问题，客户只要用手大面积握住标签，就能通过收银门而不被识别。

所以，现有解决方案最大的问题是无法避免摆放而导致的标签之间的接触，标签和金属的接触以及标签和皮肤的接触，导致了逃单的成本极低，而且由于客户并无违反商家规定的行为，即使有恶意的逃单，也无法追责。目前该问题已经影响了无人零售方案的推广。

5 本文提出的新的解决方案

为了解决当前问题，设计了一种新的解决方案，在不增加标签成本的前提下，通过修改读写器和支付方式，最终解决标签无法识别的问题。

（1）出口人货分离，这样可以避免标签接触皮肤导致的无法识别。

（2）货物采用通道机的方式通过门口，并且在通道机的内部使用机械装置改变物品的摆放方式，避免标签与标签、标签与金属商品接触导致的无法识别问题。

图6 人货分离支付流程

图7 人货分离方案设计示意图

根据图7中所示，通道机包括货品放置区与对应显示器、扫描器、传输装置和结账区的显示器。将需要买单的货品，从店铺内部的放置区传输到结账区，并且在传送过程中完成扫描，为了避免货品的放置方式导致的标签无法识别，传输装置使用塑料滚轴设计，保证货品传输过程中会有上下起伏以及转动而使紧贴的货物分开，避免标签紧贴金属物品或者其他标签。