智能售货柜的研究现状及发展趋势

俞小成 车 帅* 刘彦超 朱培鑫 陈显贺 孙世海

（1.沈阳化工大学机械与动力工程学院 沈阳 110142；2.中国科学院大连化学物理研究所 大连 116023）

引言

自动售货机是自助售卖商品的机器，凭借不断的技术赋能，自动售货机完成了向智能自动售货机的升级，具备了品质、便利、精准、效率这四大特质，构造了一个智慧消费、移动商店的新场景[1]。自动售货机主要遍布于发达国家或地区，由于这些地区的人口密度大对商品的需求量大，但是铺位租金贵，劳动力成本高降低了零售业的利润，这一系列的原因为自动售货机的产生提供了契机[2]。

随着消费者需求的不断变化，智能售货柜也提供了更加个性化和便捷的购物方式，进一步满足了消费者的需求。因此，智能售货柜被视为未来零售业发展的趋势之一，已经在各个领域得到广泛应用，包括零售、快递、餐饮等。研究智能售货柜的现状和发展趋势对于了解新型零售业态的发展方向、优化商业模式、提高经济效益等方面具有重要的意义。

1 智能售货柜的基本构成

智能售货柜的基本构成通常包括柜体结构、电子控制系统、人机交互界面、支付系统和几个部分。智能售货柜的外观通常类似于普通的储物柜，但是它会配备一些特殊的部件，例如电子锁、传感器、摄像头等，用来实现自助取货、监控和安全控制等功能。智能售货柜的电子控制系统是实现自动化管理的关键，它包括嵌入式计算机、电子锁、传感器、网络通信等组件，用来监测货物状态、控制柜门开关、处理用户指令等操作。

为了方便用户操作，智能售货柜通常会配备一个人机交互界面，例如触摸屏、语音交互、扫码等方式，用来与用户进行交互，提供取货指引、支付信息、订单查询等服务。它会与各种支付系统相集成，例如微信支付、支付宝、银联等，以方便用户在线支付货款。智能自取柜通常还会配备监控系统，例如摄像头、传感器等，用来监测货物状态、柜门状态、用户操作等情况，以保障柜内物品安全和服务质量。

2 智能售货柜的研究现状

2.1 应用现状

智能售货柜是一种新型的智能零售终端设备，可广泛应用于各种场景。在商场、超市、便利店等零售场所中，智能售货柜可作为传统货架的补充，提供更加便捷、智能的购物体验，实现无人化购物。在人流量大的地铁站、机场、车站等场所，智能售货柜可以提供快速、便捷的服务，让旅客随时购买所需商品。在学校、医院、企事业单位等场所，智能售货柜可为师生、医护人员和员工提供便捷的购物服务，节省时间和提高效率。

在社区、公园、景区等场所，智能售货柜可提供饮料、零食等小商品的销售服务，方便游客和居民消费。在电商物流配送中，智能售货柜可作为末端交付设备，为消费者提供快捷的自提服务，同时也可以作为商品存放和管理设备，提高物流效率。总之，智能售货柜可以应用于各种需要购物服务的场所，提供更加便捷、智能、高效的购物体验，是一种有广泛应用前景的智能零售终端设备。校园宿舍楼内智能售货柜整体示意图如图1 所示。

图1 阿里友宝智能柜

2.2 基于技术的发展现状

2.2.1 传统售货柜

传统售货柜，例如：弹簧机，如图2所示，这种在车站、景点等地点很常见的无人售货柜，这种技术难度较低，多半是以前的存量产品，最新产品中几乎很难见到这种型号产品。它的缺点也十分明显，购买多件商品，每件商品都要单独付费；有可能遭遇付款后商品卡住不掉落、掉落错的问题。

图2 传统弹簧智能柜

2.2.2 智能无人售货柜

智能售货柜主要有四种技术类型：RFID、重力传感器、静态视觉识别、动态视觉识别技术。它们都能识别出“顾客在货柜开门后拿取了什么商品”，从而实现“关门后自动结账”的效果。

RFID 智能柜使用射频识别技术，通过非接触式的数据通信识别商品信息，可达到高精度的识别率。简单来说就是阅读器将商品信息写入到一个标签当中，然后把标签粘贴在商品上面，用户在购买的时候售货柜就能通过哪一个标签消失了来判定用户购买了哪个商品。这种识别方式的识别率很高，连续进行1 000 次操作，准确率≥99.95 %[3]，但由于成本较高且容易受到标签脱落或人为破坏的影响，这种智能货柜在零售客单价较低的商品中使用较少。

重力感应智能柜的原理是在货柜货架底部加入重力感应传感器，通过学习商品重量和减少的重量来识别用户购买的商品。尽管重力感应货柜识别精度较高，但它也存在一些缺陷，例如无法防止用户拿出商品后放回同等重量的其他物品，导致无法准确识别用户购买的商品。

静态识别智能柜是通过后台学习商品的图片来识别商品，柜机上面会装有摄像头，如图3 所示，用户在拿商品的时候摄像头会通过拍照比对识别商品然后进行扣款。这种识别方式会有一定的误差，比如两个包装相近的产品就有可能会混淆。

图3 货架层静态识别摄像头

动态识别智能柜原理是使用摄像头拍摄一段客户购买过程的视频，并通过云端进行比对识别商品，这种方式相当于是三维识别，因此精确度更高，动态识别视像头如图4 所示。换句话说，动态识别是最准确的智能售货柜识别方式，但也是成本最高的。

图4 智能售货柜动态识别摄像头一般位置

通过以上分析可以发现，单一的识别方式并不完全可靠。因此，现在市面上更多的智能柜是采用多种识别方式相结合的方式，其中最常见的是静态识别加重力感应或者是动态识别加重力感应，这样多种识别方式相结合可以提高智能售货柜的准确性。

2.2.3 开锁方式

目前的主要开锁方式为三种类型：手机扫码开锁、IC 卡开锁和人脸识别开锁。

手机扫码开锁是指，用户需要在手机上打开扫描二维码功能，扫描柜门对应的二维码，从而能够控制智能售货柜开锁。以二维码作为信息载体，具备保密性强、信息承载量丰富等优势，广泛应用于多个行业[4]。在我们国家主要采用的是汉信码，日本则采用QR 码，美国使用的是PDF417 码。它们的间差异如下表1 所示。

表1 常见二维码比较表

IC 卡也称智能卡、智慧卡等，是镶嵌了集成电路芯片的塑料卡片，一般是由微处理器CPU、存储卡或记忆卡、保护逻辑电路等构成的芯片模块、外围射频天线以及标准的PVC 塑料卡片，从而组成一个完整的智能卡[5]。用户需要将预先绑定好的IC 卡放入柜门上的读卡器中，系统会自动识别卡片信息并开锁。这种开锁方式的智能柜大多摆放在中小学，学生们可以用卡开门购买牛奶等物品。

人脸识别开锁是一种基于生物识别技术的智能开锁方式，它通过对人脸图像的特征分析和比对，实现对用户身份的自动识别和验证，从而控制门锁的开关。国内的智能售货柜上大多采用的支付宝和微信的扫脸模块，支付宝扫脸模块如图5 所示。

图5 支付宝扫脸模块

相较于传统的开锁方式，人脸识别开锁具有更高的安全性和便捷性。它不需要用户携带手机去扫码或IC 卡等物品，只需要用户站在门前，系统就可以自动识别用户身份并控制门的开启，更加方便快捷。同时，由于人脸特征具有不可复制性和高度个性化，因此使用人脸识别开锁也可以有效避免手机或卡片的丢失和被盗用的风险，提高交易的安全性。

2.3 外观现状

智能售货柜的外观是其一大卖点，主要体现在现代感和时尚感，使得智能售货柜不仅可以作为自助售卖机使用，还可以作为广告位智能售货柜的大小各异，可以小到高 50 cm 左右，也可以大到容量460 L，地铁站火车站一般放置这种大容量智能货柜。

和传统立式售货柜一样，智能售货柜的柜体两侧和灯箱也大都贴着内部主要商品相应的宣传广告。不同的是，智能售货柜的灯箱部分有些已经升级成OLED 显示屏幕，配合相应的电子硬件，可以达到循环播放有声视频广告的效果，因而进一步加大宣传力度，但这种由于成本更高，市面上目前能见到的还不是很多。

目前市场智能售货柜在外观上，对门体部分进行了进一步升级。传统售货柜的门体主要采用玻璃材质，而现在市场上，亚克力门体异军突起。亚克力板配合丝印加上门体上的灯光照射，使智能柜更加具有美观性。丝印相应柜内商品的品牌商标，则进一步加大了宣传效果，如表2 所示亚克力和玻璃门体对比。

表2 两种门体优缺点对比

2.4 智能售货柜的市场现状

我国在 2000年前后出现第一批自助售货机，并随着人们消费习惯的改变，特别是消费支付方式的多元化，以及自助售货机智能化的发展普及，中国自助售货机开始进入爆发期，出现了各种各样的无人自助售货机，包括自助饮料机、自助零食机、自助咖啡机、自助橙汁机、自助便当机等[6]。中国智能售货柜市场在近几年迅速发展，成为全球最大的智能售货柜市场之一。截至2017年，自动售货机的数量已经达到了20 多万台，在近五年内数增长达到了 15 万倍，机器主要分布在北京、上海、广州等东部发达地区[7]。根据市场研究机构的数据，中国智能售货柜市场在2020年的规模达到了200 亿元人民币，预计未来几年市场规模还将不断扩大。换句话说，中国智能售货柜市场发展潜力巨大，未来将会是一个高速增长的市场。

3 发展趋势分析

智能售货柜技术在过去几年已经得到了迅猛的发展，未来的趋势也将继续朝着更加智能、便捷、高效的方向发展。随着近期人工智能的火热，相信未来智能售货柜将更多地利用人工智能技术，包括计算机视觉、语音识别、自然语言处理等，为消费者提供更加智能化的购物体验。智能售货柜可以利用人工智能技术进行智能化的管理和运营。例如，可以利用图像识别技术来识别顾客的面部特征，从而实现精准推荐商品，提高用户的购物体验；利用语音识别技术和自然语言处理技术来实现语音交互，让顾客可以通过语音进行购物和咨询。

智能售货柜将逐渐与其他设备和系统进行联网，实现数据共享和协同作业，提高运营效率和服务质量。通过收集顾客购买行为数据和环境数据等信息，并利用大数据分析技术来进行数据挖掘和分析，从而实现更加精准的商品推荐和库存管理。还可以与其他智能设备进行联动，如与智能家居、智能音箱等进行联动，从而实现更加智能化和便捷的购物体验。

智能售货柜与其他新零售形态的融合和发展。智能售货柜是无人零售的一种形式，可以和其他无人零售形态如自动售货机、无人便利店等相结合，形成更加完整的无人零售生态。智能售货柜可以结合移动售货形态，如移动售货车、无人驾驶售货车等，实现更加灵活的销售模式。总之，智能售货柜作为新零售行业的一种重要形态，可以通过与其他新零售形态的融合和发展，实现更加全面、多元化的销售模式和服务体验，为消费者提供更加优质、便捷的购物体验。

4 结语

智能售货柜是一种结合了物联网、人工智能、大数据等技术的新型零售终端，具有自动化、智能化、便捷性等特点，其未来发展前景非常广阔。智能售货柜具有很高的商业价值，可以为商家提供更多的销售渠道和销售机会，同时也可以为消费者提供更加便捷的购物体验。它可以应用于各种不同的场景，比如办公场所、商场、车站等，未来应用场景非常广泛。智能售货柜可以利用物联网技术实现对商品的实时监控和管理，提高了管理效率，降低了成本。它还能利用人工智能和大数据技术进行消费者行为分析和预测，从而更好地为消费者提供个性化的服务。

智能售货柜在新零售模式中具有广阔的应用前景和促进作用，未来还将通过不断创新和升级提升其智能化水平和商业价值。智能售货柜可以为新零售提供更加便捷的销售渠道，扩大销售范围。还可以通过数据分析和预测，为新零售提供更加精准的营销策略和服务，降低运营成本，提高运营效率和管理水平。结合虚拟现实、增强现实等技术进行新型商品的展示和销售，进而推动商业创新和发展。