無人超市識別技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展

舒渤予

無人超市識別技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展

舒渤予

（中南大學(xué) 自動化學(xué)院，湖南 長沙 410083）

隨著人工智能與檢測技術(shù)的發(fā)展，人們越來越注重社會服務(wù)的便利性與快捷性，無人超市應(yīng)運而生。自動識別技術(shù)作為無人超市的核心技術(shù)，主要包括手機(jī)掃碼識別、無人收銀機(jī)識別、無線射頻識別、計算機(jī)視覺識別四種；由于不同識別技術(shù)均有其優(yōu)點和缺點，今后發(fā)展趨勢主要是采用多種識別技術(shù)相配合、實現(xiàn)商品源頭監(jiān)控、降低成本，以及建立公民的誠信體系。

識別技術(shù)；無人超市；RFID；視覺識別

1 引言

近年來，隨著電商行業(yè)的發(fā)展壯大和勞動力成本的不斷上升，中國傳統(tǒng)零售行業(yè)銷售利潤持續(xù)下滑，部分傳統(tǒng)大型超市利潤率甚至達(dá)到負(fù)值；另外，電商購物過程中由于顧客難以準(zhǔn)確識別商品真?zhèn)魏推焚|(zhì)，從而無法獲得真實的購物體驗及相應(yīng)的銷售服務(wù)等[1-2]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新型購物模式——無人超市。所謂無人超市，是指沒有營業(yè)員的情況下讓顧客能夠自助完成選購、結(jié)賬等操作，實現(xiàn)無人值守的一種場景零售[3]。由于支付環(huán)節(jié)由顧客占主導(dǎo)、自助完成，因此其人工成本和運營成本低，顧客又能通過現(xiàn)場接觸商品獲得良好的購物體驗，同時大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用方便商家進(jìn)行用戶購物需求和滿足度分析，從而及時更新商品種類。在技術(shù)層面上，無人超市的發(fā)展依賴于人工智能技術(shù)的發(fā)展，主要包括視覺識別技術(shù)、傳感器融合技術(shù)、深度學(xué)習(xí)算法等技術(shù)，其中識別技術(shù)是最核心的技術(shù)，它決定著無人超市的效率和安全。

2 無人超市識別技術(shù)

無人超市依賴的識別技術(shù)主要包括手機(jī)掃碼識別、無人收銀機(jī)、無線射頻識別（RFID）、計算機(jī)視覺識別四種。

2.1 手機(jī)掃碼識別技術(shù)

這種識別技術(shù)最早在2013年沃爾瑪?shù)摹癝can&Go”率先使用，應(yīng)該說僅僅是無人超市的雛形。具體實現(xiàn)方法為：用戶在選購商品時用智能手機(jī)掃描商品的條形碼，將所購買的商品記錄在手機(jī)內(nèi)，用APP計算選購商品總價，隨后在收款機(jī)附近進(jìn)行付款完成購物。

這項技術(shù)由于能夠縮減大量的排隊時間，所以在沃爾瑪超市大力推廣，但因顧客使用時增加了手動掃碼這一步驟，并且該技術(shù)不能解決防盜的問題，所以在運行了一段時間之后便停止了。

2.2 無人收銀機(jī)識別技術(shù)

無人收銀機(jī)識別技術(shù)是顧客將所選購商品依次通過無人收銀機(jī)的掃描，在屏幕上顯示所購買的商品并能選擇各種方式付款。這種識別方式一般配有簡單的防盜措施，比如用重力傳感器（與電子秤的作用原理相類似）判斷所有選購的商品是否全部掃碼，商品上柜前在傳感器上設(shè)置不同貨物的重量及其對應(yīng)價格信息，通過重力傳感器檢測所購商品是否與數(shù)據(jù)庫記錄的重量相等，當(dāng)不相符時數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)會報警引起營業(yè)員的注意，無報警信息則實現(xiàn)自動扣款。

該方案的缺點有：①方便性不足，增加了學(xué)習(xí)成本，很多人寧愿排隊也不愿意用這種付款方式；②雖然有一些防盜措施，但是不能徹底防止偷盜行為；③由于經(jīng)常有誤操作導(dǎo)致報警發(fā)生，超市需要派人監(jiān)管，并沒有較大地減少人力投入；④有的產(chǎn)品質(zhì)量過輕，信息難以準(zhǔn)確識別。

雖然該方案有許多的缺點與局限性，但是也不失為一種解決排隊問題的方式，所以許多超市（比如大潤發(fā)超市、永輝超市）仍然沿用無人收銀機(jī)作為一種輔助收銀方式。

2.3 無線射頻識別（RFID）技術(shù)

RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號的自動識別來判斷特定目標(biāo)對象并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，從而獲取相關(guān)的對象資料[4-5]。RFID工作裝置一般由一對工作在同一頻率下的RFID識別器、RFID標(biāo)簽構(gòu)成，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。因其識別過程中無需人工干預(yù)、能夠適應(yīng)多種惡劣環(huán)境，能同時快速、有效識別多個不同物體、操作便捷，因此該技術(shù)廣泛應(yīng)用于無人超市中[6-8]。

RFID技術(shù)一般分為有源RFID、無源RFID和半有源RFID：①有源RFID就是在RFID標(biāo)簽中內(nèi)置了電源，主動向RFID識別器發(fā)出信號，其優(yōu)點是傳輸距離遠(yuǎn)，但體積較大且制作成本較高，不適合用在無人超市等類似場合；②無源RFID是指在RFID標(biāo)簽內(nèi)沒有內(nèi)置電源，通過電磁感應(yīng)線圈感應(yīng)RFID識別器所發(fā)出來的微波信號，實現(xiàn)短暫供能并完成數(shù)據(jù)交換，其特點是制作簡單、體積小、成本低、故障率低、壽命較長，缺點是識別范圍??；③半有源RFID結(jié)合了前兩者的優(yōu)點，既有內(nèi)置電源，只是在收到接收器的信號之后開始供電，以實現(xiàn)更高效的傳輸和定位等復(fù)雜需求。

一般無人超市使用的是無源RFID技術(shù)，中國大多數(shù)無人超市采用的都是這種技術(shù)，比如阿里巴巴、賓果盒子。需要預(yù)先在每一個商品上都貼上RFID標(biāo)簽，并寫入數(shù)據(jù)以便區(qū)分，顧客選購?fù)晟唐分笾恍鑼⑦x好的商品放入特定的識別區(qū)便可以一次性完成識別的工作。

RFID檢測識別技術(shù)使用方便，識別準(zhǔn)確率高，一次可以實現(xiàn)多個商品的識別；其缺點是RFID標(biāo)簽的成本較高，并且標(biāo)簽在某些特殊的材質(zhì)上會受到較大干擾；但相對于其他方案，RFID方案更適合在中國推廣。

2.4 計算機(jī)視覺識別技術(shù)

計算機(jī)視覺識別技術(shù)主要靠攝像頭識別，因此又可以稱為圖像識別技術(shù)。超市需提前將產(chǎn)品多種特征及其價格納入系統(tǒng)，貨架墻壁上安裝多個攝像頭和傳感器。其中光幕/紅外傳感器負(fù)責(zé)制造水平面，通過顧客的手是否穿過水平面判斷其動作；壓力/紅外傳感器表示商品的位置和狀態(tài)，為用戶的行為提供數(shù)據(jù)；攝像頭負(fù)責(zé)拍照，掃描產(chǎn)品信息，并反饋給識別器，識別器就會對產(chǎn)品信息進(jìn)行讀取，最終反饋給系統(tǒng)[3，9]。利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，建立商品—動作—人的判別模型，提高系統(tǒng)識別能力，顧客只需要用手機(jī)直接掃碼進(jìn)入超市選購商品，攝像頭就會系統(tǒng)發(fā)出扣款指令。這種無人超市實現(xiàn)方案最早在2016年由亞馬遜提出，并將其命名為“Amazon Go”[10]。

中國在計算機(jī)視覺識別購物方面比較杰出的公司有深蘭科技（與中南大學(xué)密切合作），深蘭科技在AI零售方面有多種產(chǎn)品，如AI販賣柜、AI結(jié)算臺、AI超市等。其中，AI販賣柜可以實現(xiàn)掌脈識別開門，拿了就走的售貨方式；AI結(jié)算臺可以放在普通的超市中實現(xiàn)傳統(tǒng)超市向無人超市的轉(zhuǎn)變，用戶只需要將商品放在特定的識別區(qū)，AI結(jié)算臺通過攝像頭識別顧客所購買的物品，免去了RFID技術(shù)必須要在商品上貼RFID標(biāo)簽的步驟，從而節(jié)約成本。

基于計算機(jī)視覺的無人超市方案比較成熟，產(chǎn)品的信息錄入便捷，不同產(chǎn)品也不需要粘貼標(biāo)簽，顧客使用方便，并且能夠真正實現(xiàn)無人的狀態(tài)。但該方法無法保證完全準(zhǔn)確，在人數(shù)過多或購買商品過多的情況下可能會出現(xiàn)誤差；另外，如果顧客拿走的產(chǎn)品過小或顧客故意或無意將產(chǎn)品遮擋，則系統(tǒng)也無法有效地識別出來。

3 結(jié)語

以上4種識別技術(shù)既有自身優(yōu)勢，又各自有缺點，但在無人超市均有一定程度的應(yīng)用。目前，無人超市購物方式均存在注冊流程煩瑣（繞不開注冊賬號）和誠信體系不健全等問題，致使其推廣存在一定難度。今后主要在以下幾方面加強(qiáng)：①結(jié)合實際情況采用多種識別技術(shù)相配合，并保證識別系統(tǒng)的后臺穩(wěn)定性；②引入物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)實現(xiàn)商品源頭監(jiān)控[11]；③改進(jìn)計算機(jī)視覺識別和RFID識別的準(zhǔn)確性，從而降低成本；④加大監(jiān)管力度，與公民的誠信體系掛鉤。

［1］楊炯君.新零售時代下無人超市的發(fā)展動向探析［J］.現(xiàn)代營銷（信息版），2019（6）：60.

［2］杜正博.一帶一路跨境電商物流模式與市場研究［J］.中外企業(yè)家，2019（2）：54.

［3］張旭，鮑琴文，徐嘉婧.無人超市的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探索——以武漢市“京東X”為例［J］.現(xiàn)代商業(yè)，2019（12）：10-11.

［4］徐祺森.“無人超市”的識別技術(shù)及支付手段探討［J］.數(shù)字通信世界，2019（1）：110.

［5］程志全.RFID標(biāo)簽在包裹類郵件流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用研究［J］.郵政研究，2019，35（5）：13-15.

［6］王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述［J］.電子測量與儀器學(xué)報，2009，23（12）：1-7.

［7］羅春彬，彭龑，易彬.RFID技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用綜述［J］.通信技術(shù)，2009，42（12）：112-114.

［8］吳永祥.射頻識別（RFID）技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望［J］.微計算機(jī)信息，2006（32）：230，234-236.

［9］朱祖揚，李肖揚，馮雨晨，等.一種微芯片示蹤器錄井方法研究［J］.錄井工程，2019，30（1）：1-6，136.

［10］顧鴻銘.從“Amazon Go”看人工智能時代無人超市實現(xiàn)方案［J］.數(shù)字通信世界，2017（3）：151-152，154.

［11］劉宇鋒.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在無人便利店中的應(yīng)用探究［J］.數(shù)字通信世界，2017（9）：32，35.

TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.062

2095－6835（2020）01－0151－02

〔編輯：張思楠〕