基于物聯網技術的校園智能超市系統研究

張云慧等

[摘 要]本文提出了基于物聯網技術的一種校園智能超市構建方案，以物聯網技術為支撐，以實現商品快速查詢和定位、快速自主結算和貨架商品智能盤點統計為目的，構建了一個更加具備專業教學意義和運營效率的校園超市解決方案。

[關鍵詞]物聯網技術；校園智能超市；射頻識別技術；系統設計

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.033

1 引 言

隨著學校規模的日益擴大，學生群體的不斷壯大，一般的校園小賣部已經難以服務日常消費需求旺盛的大學生群體。巨大的消費潛力和商機，吸引了更大型的零售商的進入，校園超市也應運而生。但在校園超市的發展過程中也存在著運作效率不高、管理不合理等問題，加上學生群體的購物消費習慣和達到超市的時間分布特點，造成校園超市在經營上出現良莠不齊的情況，成為不少學校管理層的難題。

隨著計算機技術的高速發展，物聯網技術的出現給上述問題的解決提供了相應的技術基礎。ITU對物聯網的定義為：物聯網實現物到物（Thing to Thing：T2T）、人到物（Human to Thing∶H2T）和人到人（Human to Human：H2H）的互聯。[1] 通過射頻識別、傳感器、全球定位系統、移動電話等設備，按約定的協議，將世界上的所有物體全部連接到信息網絡中，[2]以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡。物聯網的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。[3]早在2003年，麥德龍在德國開辦的第一家“未來超市”的銷售模式和應用的技術正是基于RFID的物聯網超市的概念和技術實現的。[4]2003年，沃爾瑪首次提出用RFID技術取代傳統的條形碼，成為超市商品的信息載體，其他的零售商巨頭如Tesco、麥德隆等也緊跟沃爾瑪之后。

本文以物聯網技術為支撐技術，以傳統校園超市為改造平臺，以實現校園超市的智能化運行為目標，融合了無線射頻識別技術等物聯網技術、計算機通信網絡和數據庫管理技術，實現消費者目標商品的快速查詢和定位、快速自主結算和貨架商品盤點統計等智能作業。

2 基于物聯網技術的校園智能超市總體架構

基于物聯網技術的校園智能超市主要由智能購物車系統、智能超市貨架系統、智能自提柜系統、智能結算通道系統、智能揀選系統和虛擬購物系統[4]等智能子系統組成，涵蓋了消費者進入超市—選購商品—結算—離開超市的整個購物過程。

智能超市最大的特點是使用RFID技術，超市每件商品上都貼有RFID電子標簽，標簽內存儲有商品編碼、價格、生產日期、成分、產地等詳細商品信息；[5]超市管理員不需要對每件商品進行人工掃描盤點，就可以完成對在庫、在架商品的盤點、補貨和統計作業，節省大量人力物力和時間，提高作業效率。消費者進入智能超市購物，進入超市后可通過智能購物車進行身份識別并進入服務系統，在智能超市系統上完成熱銷商品推薦、目標商品定位、購物車定位、相關商品信息等導購操作；選購商品時消費者可通過掃描貼在商品上的電子標簽或條碼，并通過智能購物車顯示屏讀取到商品信息；在選購完成后，消費者無須在收銀臺前排隊等待結算，智能購物車可以對車里貼有電子標簽的商品進行自動結算，完成支付；同時消費者也可選擇走結算通道，自主掃描商品條碼，并完成支付。同時安置在宿舍樓、食堂等人群密度高的校園區域的智能自提柜，可以避免學生教職工由于上課工作等原因無法及時領取快遞的情況，使得取件時間更加靈活、更具柔性。各子系統如下圖示：

圖1 校園智能超市系統分部

3 校園智能超市系統功能設計

校園智能超市以物聯網技術為支撐，旨在構建智能、高效、先進的校園超市購物體驗。本文主要對智能購物車系統、智能超市貨架系統、智能自提柜系統、智能結算通道系統的構建和實現進行設計和研究。

3.1 智能購物車

智能購物車包括購物車體和車載智能終端兩部分。其智能終端具有RFID識別、WIFI數據傳輸、語音提示、高清晰多媒體播放等多種功能。主要實現的功能有：

身份識別功能：掃描用戶卡后可以識別持卡人身份信息，消費卡信息以及購物歷史。

商品溯源功能：智能購物車終端內封裝RFID讀寫器，可以掃描讀取商品標簽，通過無線網絡從服務器數據庫獲得商品生產日期、生產廠家等信息。

商品導購功能：智能終端可以向消費者推薦熱銷商品、打折優惠商品，還可以通過歷史購物信息的數據挖掘向消費者推薦相關商品。

商品定位功能：智能終端可通過讀寫器識別商品的位置信息來確定用戶的位置信息，并通過超市地圖指引消費者找到商品。

消費查詢功能：可以查詢用戶本次購買的商品名稱，數量，價格以及核算購物車里的總價格。

結算功能：智能終端通過車載讀寫器讀取商品信息，完成價格核算后在進行結算。

壓力測控功能：智能購物車底座安置的壓力傳感裝置可測出車內的商品重量，防止個別商品的遺漏和未結算等誠信問題。

3.2 智能超市貨架

3.2.1 面向消費者

查詢功能：智能超市貨架帶有觸摸屏設備，購物者可通過觸摸屏設備可查看商品信息，并進行語音導購。

自助結賬功能：為智能購物車、非智能購物車用戶完成自助式結賬收銀操作（通過RFID讀寫器及條碼讀寫器，逐個讀取商品信息，完成結賬）。

3.2.2 面向超市后臺管理

監控功能：向后臺超市管理員提供商品放置時間、離開時間、每層貨架商品放置狀態等信息。

補貨報警功能：系統設置了在架商品數量最低控制線，當貨架上的商品數量達到臨界狀態的時候，智能貨架系統可以向后臺管理員發送補貨提醒，管理員按照指示向相應的缺貨貨架進行補貨。[5]

信息共享功能：貨架信息支持實時多終端信息共享，提供數據接口。

安全報警功能：能夠感知環境狀態，并進行異常報警。避免失竊等情況的發生。

3.3 智能自提柜

身份驗證功能：智能自提柜主控單元可以根據取件人輸入的驗證碼自動識別驗證取件人身份，核實無誤后將自動打開單元格，讓取件人取走訂單商品。

存放保管功能：智能自提柜可解決取件人因各種原因不能按時取件的問題，提高了取件時間的柔性，在待取件期間對商品進行保管，沒有正確驗證碼無法打開單元格取走商品。

3.4 智能結算通道

自主結賬功能：利用RFID技術，實現快速掃描并完成自主結算，無須排隊等候，無須收銀員操作。

4 校園智能超市關鍵技術實現

4.1 硬件設計

4.1.1 智能購物車系統

隨著消費者需求日趨個性化，商品功能細分不斷深入，滿足消費者需求的同時也帶來了選購的麻煩，如何在浩如煙海的商品市場中，便捷、快速、準確地找到真正適合于自己的商品呢？智能購物車系統能夠解決這個問題。

（1）運行流程設計。智能購物車系統是基于RFID技術與WEB平臺的個性化導購系統，它以客戶需求為基礎，當客戶進入商場時，使用購物車上方智能識別裝置識別顧客身份，后臺智能算法獲取顧客個性化的信息，包括喜好特點、生理特征、購物歷史等，并以此為依據進行商品的自動選購，并以語音播報的形式，引導用戶定位到合適的商品及所在貨位、查詢商品詳細資料、進行消費結算等，從而實現個性化的導購服務。

（2）系統架構。智能購物車車載智能終端主要由智能超市軟件系統、顯示屏和發卡器組成，通過WIFI信號進行通信連接，利用RFID技術進行商品識別和消費者身份識別。顯示屏顯示系統軟件操作界面，發卡器讀取商品上的電子標簽信息、獲取消費者身份，并完成結算通道的自主結算。

4.1.2 智能超市貨架系統

隨著消費者購物需求日趨個性化，商品功能細分不斷深入，滿足消費者需求的同時也帶來了選購的麻煩，同時消費者希望對商品信息的充分了解，如何給消費者方便地了解商品信息、超市的優惠信息，以及如何通過智能貨架的實時變化有效反饋給后臺管理人員，智能貨架系統能夠解決這個問題。

（1）運作流程設計。智能超市貨架能夠完成貨架上商品實時監控。記錄商品放置時間、離開時間、每層貨架商品放置狀態。貨架設備能夠感知環境狀態，并進行異常報警。自動將補貨信息通過網絡傳送到倉庫管理服務器；智能貨架設備能夠感知環境狀態，并進行異常報警。智能超市貨架帶有觸摸屏設備，購物者可通過觸摸屏設備可查看商品信息，并進行語音導購。

（2）系統架構。智能超市貨架通過天線和RFID讀寫器識別貨架上的商品電子標簽信息，統計貨架上商品種類和數量并反饋給超市管理員，實現對超市貨架上架商品的實時動態監控。同時消費者可通過顯示屏查詢商品的詳細信息。

4.1.3 智能自提柜系統

智能自提柜在智能超市解決方案中主要起到配合虛擬購物線下存放訂單商品、等待消費者取件。消費者取件后有專門的訂單復核人員檢查核實訂單商品，并收取訂單商品價錢。

智能自提柜系統主要產品主要由柜體、單元格和主控單元三部分組成，主控單元包含內部微型計算機、液晶顯示屏、操作鍵盤、讀碼器等主要部件。內部微型計算機控制箱柜存取操作。

4.1.4 智能結算通道系統

（1）運行流程設計。RFID自主結算系統主要由RFID結算通道和智能超市前臺軟件系統組成，能夠提供快速的結賬服務，系統利用UHF RFID技術，掃描人員卡信息與購物車內的貨物信息，首先識別人員RFID卡，進入相應會員的資料中，然后RFID掃描通道掃描購物車中所有商品RFID標簽，統計購物車內的商品數量，并對應數據庫中的價格，判斷是否折扣，最終將價格進行核算。

（2）系統架構。RFID結算通道在掃描到購物車里的商品標簽后自動進行數量統計和價錢加總，并將信息反饋至中心服務器，消費者通過操作智能超市前臺系統進行結算，并由系統扣除消費者消費卡里的相應金額，完成結算支付。

4.2 軟件設計

4.2.1 智能購物車系統軟件設計

當顧客進入超市，在購物車的平板電腦上會看到刷卡界面，在智能購物車的發卡器上刷自己的會員卡，可以自動識別自己的身份從而以會員的身份登錄到超市的系統。其中，商品追溯和購物地圖界面如下：

（1）商品追溯。點擊商品追溯功能選項，如下圖位置，可以查看商品詳細信息。點擊詳細信息后，出現下圖界面：

圖2 軟件追溯界面

（2）購物地圖。購物地圖為顧客提供出超市的3D布局圖，讓顧客對于自己的位置和所需商品的位置有了更加直觀的了解，提供智能超市實時定位功能，從而為顧客規劃自己的購物路線提供了方便，節約了時間。界面如下：

圖3 軟件定位界面

4.2.2 智能超市貨架系統軟件

智能超市后臺管理軟件是面向在智能超市后臺綜合管理與采購中需要使用的客戶端軟件，該軟件可是實現用戶管理、商品管理、訂單管理、銷售管理、盤點管理與系統管理功能。使用該軟件能夠幫助用戶完成智能物流系統中使用物聯網技術的智能超市后臺所有環節，該軟件與智能超市前臺管理系統進行信息交互，共同配合，完成整體智能超市管理功能。其中，銷售管理、盤點管理界面如下：

（1）銷售管理。可以查詢銷售歷史，也可以按照商品名稱、時間查詢訂單查詢銷售統計。

圖4 軟件銷售管理界面

（2）盤點統計。點擊盤點統計按鈕，可以輸入查詢條件，也可直接在【在庫信息欄顯示】中選擇商品點擊，可以進行盤點統計也可以進行商品追溯。通過柱形圖和餅狀圖清晰地看出單品的總數量和在庫數量以及不在庫數量和在庫數量。

圖5 軟件盤點統計界面5 結 論

本文針對校園超市的實際運營情況，結合傳統超市的日常業務運行，基于物聯網技術，搭建了一種以智能購物車系統、超市智能貨架系統、智能自提柜系統和智能結算通道系統為服務平臺的，運作靈活、運營高效、功能完整的校園智能超市，實現了校園超市的智能化改造，給校園超市的高效、創新運營提供了一種切實可行的解決方案。

參考文獻：

[1]ITU.ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things[R].Tunis，2005.

[2]朱洪波，楊龍祥，朱琦.物聯網技術進展與應用[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2011，31（1）：2.

[3]孫其博，劉杰，范春曉.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：3-4.

[4]李春華.基于RFID技術的智能超市構架方案[J].軟件工程師，2010（2）：14-116.

[5]倪鳴.新信息技術背景下超市服務設計[D].無錫：江南大學，2011.

[6]劉歌.物聯網在連鎖超市中的應用——以紅旗連鎖超市為例[D].成都：西南石油大學，2011.