智能售貨柜的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

俞小成 車 帥* 劉彥超 朱培鑫 陳顯賀 孫世海

（1.沈陽化工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院 沈陽 110142；2.中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 大連 116023）

引言

自動售貨機(jī)是自助售賣商品的機(jī)器，憑借不斷的技術(shù)賦能，自動售貨機(jī)完成了向智能自動售貨機(jī)的升級，具備了品質(zhì)、便利、精準(zhǔn)、效率這四大特質(zhì)，構(gòu)造了一個智慧消費(fèi)、移動商店的新場景[1]。自動售貨機(jī)主要遍布于發(fā)達(dá)國家或地區(qū)，由于這些地區(qū)的人口密度大對商品的需求量大，但是鋪位租金貴，勞動力成本高降低了零售業(yè)的利潤，這一系列的原因?yàn)樽詣邮圬洐C(jī)的產(chǎn)生提供了契機(jī)[2]。

隨著消費(fèi)者需求的不斷變化，智能售貨柜也提供了更加個性化和便捷的購物方式，進(jìn)一步滿足了消費(fèi)者的需求。因此，智能售貨柜被視為未來零售業(yè)發(fā)展的趨勢之一，已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括零售、快遞、餐飲等。研究智能售貨柜的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢對于了解新型零售業(yè)態(tài)的發(fā)展方向、優(yōu)化商業(yè)模式、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面具有重要的意義。

1 智能售貨柜的基本構(gòu)成

智能售貨柜的基本構(gòu)成通常包括柜體結(jié)構(gòu)、電子控制系統(tǒng)、人機(jī)交互界面、支付系統(tǒng)和幾個部分。智能售貨柜的外觀通常類似于普通的儲物柜，但是它會配備一些特殊的部件，例如電子鎖、傳感器、攝像頭等，用來實(shí)現(xiàn)自助取貨、監(jiān)控和安全控制等功能。智能售貨柜的電子控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動化管理的關(guān)鍵，它包括嵌入式計算機(jī)、電子鎖、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信等組件，用來監(jiān)測貨物狀態(tài)、控制柜門開關(guān)、處理用戶指令等操作。

為了方便用戶操作，智能售貨柜通常會配備一個人機(jī)交互界面，例如觸摸屏、語音交互、掃碼等方式，用來與用戶進(jìn)行交互，提供取貨指引、支付信息、訂單查詢等服務(wù)。它會與各種支付系統(tǒng)相集成，例如微信支付、支付寶、銀聯(lián)等，以方便用戶在線支付貨款。智能自取柜通常還會配備監(jiān)控系統(tǒng)，例如攝像頭、傳感器等，用來監(jiān)測貨物狀態(tài)、柜門狀態(tài)、用戶操作等情況，以保障柜內(nèi)物品安全和服務(wù)質(zhì)量。

2 智能售貨柜的研究現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

智能售貨柜是一種新型的智能零售終端設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于各種場景。在商場、超市、便利店等零售場所中，智能售貨柜可作為傳統(tǒng)貨架的補(bǔ)充，提供更加便捷、智能的購物體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)無人化購物。在人流量大的地鐵站、機(jī)場、車站等場所，智能售貨柜可以提供快速、便捷的服務(wù)，讓旅客隨時購買所需商品。在學(xué)校、醫(yī)院、企事業(yè)單位等場所，智能售貨柜可為師生、醫(yī)護(hù)人員和員工提供便捷的購物服務(wù)，節(jié)省時間和提高效率。

在社區(qū)、公園、景區(qū)等場所，智能售貨柜可提供飲料、零食等小商品的銷售服務(wù)，方便游客和居民消費(fèi)。在電商物流配送中，智能售貨柜可作為末端交付設(shè)備，為消費(fèi)者提供快捷的自提服務(wù)，同時也可以作為商品存放和管理設(shè)備，提高物流效率。總之，智能售貨柜可以應(yīng)用于各種需要購物服務(wù)的場所，提供更加便捷、智能、高效的購物體驗(yàn)，是一種有廣泛應(yīng)用前景的智能零售終端設(shè)備。校園宿舍樓內(nèi)智能售貨柜整體示意圖如圖1 所示。

圖1 阿里友寶智能柜

2.2 基于技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 傳統(tǒng)售貨柜

傳統(tǒng)售貨柜，例如：彈簧機(jī)，如圖2所示，這種在車站、景點(diǎn)等地點(diǎn)很常見的無人售貨柜，這種技術(shù)難度較低，多半是以前的存量產(chǎn)品，最新產(chǎn)品中幾乎很難見到這種型號產(chǎn)品。它的缺點(diǎn)也十分明顯，購買多件商品，每件商品都要單獨(dú)付費(fèi)；有可能遭遇付款后商品卡住不掉落、掉落錯的問題。

圖2 傳統(tǒng)彈簧智能柜

2.2.2 智能無人售貨柜

智能售貨柜主要有四種技術(shù)類型：RFID、重力傳感器、靜態(tài)視覺識別、動態(tài)視覺識別技術(shù)。它們都能識別出“顧客在貨柜開門后拿取了什么商品”，從而實(shí)現(xiàn)“關(guān)門后自動結(jié)賬”的效果。

RFID 智能柜使用射頻識別技術(shù)，通過非接觸式的數(shù)據(jù)通信識別商品信息，可達(dá)到高精度的識別率。簡單來說就是閱讀器將商品信息寫入到一個標(biāo)簽當(dāng)中，然后把標(biāo)簽粘貼在商品上面，用戶在購買的時候售貨柜就能通過哪一個標(biāo)簽消失了來判定用戶購買了哪個商品。這種識別方式的識別率很高，連續(xù)進(jìn)行1 000 次操作，準(zhǔn)確率≥99.95 %[3]，但由于成本較高且容易受到標(biāo)簽脫落或人為破壞的影響，這種智能貨柜在零售客單價較低的商品中使用較少。

重力感應(yīng)智能柜的原理是在貨柜貨架底部加入重力感應(yīng)傳感器，通過學(xué)習(xí)商品重量和減少的重量來識別用戶購買的商品。盡管重力感應(yīng)貨柜識別精度較高，但它也存在一些缺陷，例如無法防止用戶拿出商品后放回同等重量的其他物品，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確識別用戶購買的商品。

靜態(tài)識別智能柜是通過后臺學(xué)習(xí)商品的圖片來識別商品，柜機(jī)上面會裝有攝像頭，如圖3 所示，用戶在拿商品的時候攝像頭會通過拍照比對識別商品然后進(jìn)行扣款。這種識別方式會有一定的誤差，比如兩個包裝相近的產(chǎn)品就有可能會混淆。

圖3 貨架層靜態(tài)識別攝像頭

動態(tài)識別智能柜原理是使用攝像頭拍攝一段客戶購買過程的視頻，并通過云端進(jìn)行比對識別商品，這種方式相當(dāng)于是三維識別，因此精確度更高，動態(tài)識別視像頭如圖4 所示。換句話說，動態(tài)識別是最準(zhǔn)確的智能售貨柜識別方式，但也是成本最高的。

圖4 智能售貨柜動態(tài)識別攝像頭一般位置

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，單一的識別方式并不完全可靠。因此，現(xiàn)在市面上更多的智能柜是采用多種識別方式相結(jié)合的方式，其中最常見的是靜態(tài)識別加重力感應(yīng)或者是動態(tài)識別加重力感應(yīng)，這樣多種識別方式相結(jié)合可以提高智能售貨柜的準(zhǔn)確性。

2.2.3 開鎖方式

目前的主要開鎖方式為三種類型：手機(jī)掃碼開鎖、IC 卡開鎖和人臉識別開鎖。

手機(jī)掃碼開鎖是指，用戶需要在手機(jī)上打開掃描二維碼功能，掃描柜門對應(yīng)的二維碼，從而能夠控制智能售貨柜開鎖。以二維碼作為信息載體，具備保密性強(qiáng)、信息承載量豐富等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)[4]。在我們國家主要采用的是漢信碼，日本則采用QR 碼，美國使用的是PDF417 碼。它們的間差異如下表1 所示。

表1 常見二維碼比較表

IC 卡也稱智能卡、智慧卡等，是鑲嵌了集成電路芯片的塑料卡片，一般是由微處理器CPU、存儲卡或記憶卡、保護(hù)邏輯電路等構(gòu)成的芯片模塊、外圍射頻天線以及標(biāo)準(zhǔn)的PVC 塑料卡片，從而組成一個完整的智能卡[5]。用戶需要將預(yù)先綁定好的IC 卡放入柜門上的讀卡器中，系統(tǒng)會自動識別卡片信息并開鎖。這種開鎖方式的智能柜大多擺放在中小學(xué)，學(xué)生們可以用卡開門購買牛奶等物品。

人臉識別開鎖是一種基于生物識別技術(shù)的智能開鎖方式，它通過對人臉圖像的特征分析和比對，實(shí)現(xiàn)對用戶身份的自動識別和驗(yàn)證，從而控制門鎖的開關(guān)。國內(nèi)的智能售貨柜上大多采用的支付寶和微信的掃臉模塊，支付寶掃臉模塊如圖5 所示。

圖5 支付寶掃臉模塊

相較于傳統(tǒng)的開鎖方式，人臉識別開鎖具有更高的安全性和便捷性。它不需要用戶攜帶手機(jī)去掃碼或IC 卡等物品，只需要用戶站在門前，系統(tǒng)就可以自動識別用戶身份并控制門的開啟，更加方便快捷。同時，由于人臉特征具有不可復(fù)制性和高度個性化，因此使用人臉識別開鎖也可以有效避免手機(jī)或卡片的丟失和被盜用的風(fēng)險，提高交易的安全性。

2.3 外觀現(xiàn)狀

智能售貨柜的外觀是其一大賣點(diǎn)，主要體現(xiàn)在現(xiàn)代感和時尚感，使得智能售貨柜不僅可以作為自助售賣機(jī)使用，還可以作為廣告位智能售貨柜的大小各異，可以小到高 50 cm 左右，也可以大到容量460 L，地鐵站火車站一般放置這種大容量智能貨柜。

和傳統(tǒng)立式售貨柜一樣，智能售貨柜的柜體兩側(cè)和燈箱也大都貼著內(nèi)部主要商品相應(yīng)的宣傳廣告。不同的是，智能售貨柜的燈箱部分有些已經(jīng)升級成OLED 顯示屏幕，配合相應(yīng)的電子硬件，可以達(dá)到循環(huán)播放有聲視頻廣告的效果，因而進(jìn)一步加大宣傳力度，但這種由于成本更高，市面上目前能見到的還不是很多。

目前市場智能售貨柜在外觀上，對門體部分進(jìn)行了進(jìn)一步升級。傳統(tǒng)售貨柜的門體主要采用玻璃材質(zhì)，而現(xiàn)在市場上，亞克力門體異軍突起。亞克力板配合絲印加上門體上的燈光照射，使智能柜更加具有美觀性。絲印相應(yīng)柜內(nèi)商品的品牌商標(biāo)，則進(jìn)一步加大了宣傳效果，如表2 所示亞克力和玻璃門體對比。

表2 兩種門體優(yōu)缺點(diǎn)對比

2.4 智能售貨柜的市場現(xiàn)狀

我國在 2000年前后出現(xiàn)第一批自助售貨機(jī)，并隨著人們消費(fèi)習(xí)慣的改變，特別是消費(fèi)支付方式的多元化，以及自助售貨機(jī)智能化的發(fā)展普及，中國自助售貨機(jī)開始進(jìn)入爆發(fā)期，出現(xiàn)了各種各樣的無人自助售貨機(jī)，包括自助飲料機(jī)、自助零食機(jī)、自助咖啡機(jī)、自助橙汁機(jī)、自助便當(dāng)機(jī)等[6]。中國智能售貨柜市場在近幾年迅速發(fā)展，成為全球最大的智能售貨柜市場之一。截至2017年，自動售貨機(jī)的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了20 多萬臺，在近五年內(nèi)數(shù)增長達(dá)到了 15 萬倍，機(jī)器主要分布在北京、上海、廣州等東部發(fā)達(dá)地區(qū)[7]。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，中國智能售貨柜市場在2020年的規(guī)模達(dá)到了200 億元人民幣，預(yù)計未來幾年市場規(guī)模還將不斷擴(kuò)大。換句話說，中國智能售貨柜市場發(fā)展?jié)摿薮螅磥韺且粋€高速增長的市場。

3 發(fā)展趨勢分析

智能售貨柜技術(shù)在過去幾年已經(jīng)得到了迅猛的發(fā)展，未來的趨勢也將繼續(xù)朝著更加智能、便捷、高效的方向發(fā)展。隨著近期人工智能的火熱，相信未來智能售貨柜將更多地利用人工智能技術(shù)，包括計算機(jī)視覺、語音識別、自然語言處理等，為消費(fèi)者提供更加智能化的購物體驗(yàn)。智能售貨柜可以利用人工智能技術(shù)進(jìn)行智能化的管理和運(yùn)營。例如，可以利用圖像識別技術(shù)來識別顧客的面部特征，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)推薦商品，提高用戶的購物體驗(yàn)；利用語音識別技術(shù)和自然語言處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)語音交互，讓顧客可以通過語音進(jìn)行購物和咨詢。

智能售貨柜將逐漸與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同作業(yè)，提高運(yùn)營效率和服務(wù)質(zhì)量。通過收集顧客購買行為數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，并利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的商品推薦和庫存管理。還可以與其他智能設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，如與智能家居、智能音箱等進(jìn)行聯(lián)動，從而實(shí)現(xiàn)更加智能化和便捷的購物體驗(yàn)。

智能售貨柜與其他新零售形態(tài)的融合和發(fā)展。智能售貨柜是無人零售的一種形式，可以和其他無人零售形態(tài)如自動售貨機(jī)、無人便利店等相結(jié)合，形成更加完整的無人零售生態(tài)。智能售貨柜可以結(jié)合移動售貨形態(tài)，如移動售貨車、無人駕駛售貨車等，實(shí)現(xiàn)更加靈活的銷售模式。總之，智能售貨柜作為新零售行業(yè)的一種重要形態(tài)，可以通過與其他新零售形態(tài)的融合和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更加全面、多元化的銷售模式和服務(wù)體驗(yàn)，為消費(fèi)者提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的購物體驗(yàn)。

4 結(jié)語

智能售貨柜是一種結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的新型零售終端，具有自動化、智能化、便捷性等特點(diǎn)，其未來發(fā)展前景非常廣闊。智能售貨柜具有很高的商業(yè)價值，可以為商家提供更多的銷售渠道和銷售機(jī)會，同時也可以為消費(fèi)者提供更加便捷的購物體驗(yàn)。它可以應(yīng)用于各種不同的場景，比如辦公場所、商場、車站等，未來應(yīng)用場景非常廣泛。智能售貨柜可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對商品的實(shí)時監(jiān)控和管理，提高了管理效率，降低了成本。它還能利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行消費(fèi)者行為分析和預(yù)測，從而更好地為消費(fèi)者提供個性化的服務(wù)。

智能售貨柜在新零售模式中具有廣闊的應(yīng)用前景和促進(jìn)作用，未來還將通過不斷創(chuàng)新和升級提升其智能化水平和商業(yè)價值。智能售貨柜可以為新零售提供更加便捷的銷售渠道，擴(kuò)大銷售范圍。還可以通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)測，為新零售提供更加精準(zhǔn)的營銷策略和服務(wù)，降低運(yùn)營成本，提高運(yùn)營效率和管理水平。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)進(jìn)行新型商品的展示和銷售，進(jìn)而推動商業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展。