劉曉青

（福州職業(yè)技術(shù)學院，福建 福州 350108）

[關(guān)鍵字] 無線射頻識別；電子標簽；無人零售系統(tǒng)；漏讀

1 引言

近年來，隨著新零售概念的推出，眾多公司和企業(yè)推出了無人零售方案，其中大部分方案中采用了RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）技術(shù)，可以帶來以下優(yōu)點：

（1）提高盤點效率。使用手持閱讀器可以做到對庫存的快速盤點，若在貨柜中直接安裝閱讀器可以做到實時盤點。

（2）提高結(jié)算效率。在結(jié)算區(qū)域可以快速識別消費物品。部分公司的APP甚至可以直接扣款。

（3）提高監(jiān)管效率。對物品丟失可以快速識別，保證供應(yīng)鏈中的數(shù)據(jù)完全準確，比如某些基于RFID管理的圖書館。

（4）節(jié)約人工成本。

經(jīng)過體驗店的實際體驗和相應(yīng)的測試，自動買單時RFID標簽有一定機率出現(xiàn)未成功識別的現(xiàn)象，這個問題影響了方案在無人零售行業(yè)的應(yīng)用。這種技術(shù)本身的缺陷導致了逃單的門檻很低，某些無意識的漏單影響了客戶的體驗，也會導致商家的損失，并可能出現(xiàn)大量惡意逃單，而惡意逃單和無意識逃單無法區(qū)分，最終甚至無法追責。比如：客戶在結(jié)算時，在購物袋中裝入金屬的易拉罐，不需要做其他操作，就可以降低RFID的識別率，達到逃單的效果，而這種逃單無法追責。

為了解決多標簽買單系統(tǒng)中的漏讀的問題，本文提供了一種方案并進行了驗證。

2 RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)[1]，由RFID標簽、讀寫器、天線和應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成

（1）RFID標簽，亦稱電子標簽或射頻卡，能完成與讀寫器之間的數(shù)據(jù)交換，其由電子耦合元件及電子芯片組成[2]，分為有源和無源兩類。在無人零售行業(yè)中，商品貼上一個RFID標簽，讀寫器就能夠通過讀取標簽中的內(nèi)容，確認商品的名稱、價格、序列號等信息。由于無人零售行業(yè)對標簽的成本特別敏感，所以一般都使用成本最低的工作在超高頻(UHF)頻段的無源標簽。

（2）讀寫器，分為只讀和能讀能寫兩類，可通過射頻天線實現(xiàn)應(yīng)用軟件系統(tǒng)與射頻標簽的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)射頻識別，是RFID硬件系統(tǒng)的重要組成部分[3]。

（3）天線，即射頻天線，RFID標簽和讀寫器都需要通過天線與對方通信，標簽中的天線體積小，集成在標簽內(nèi)部，而讀寫器可以外接高增益的天線，增加標簽的讀寫距離。無人零售行業(yè)中，讀寫器天線往往安裝在收銀臺或收銀門的位置。

（4）應(yīng)用軟件系統(tǒng)。通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)商品的入庫、盤點、支付等流程，方便工作人員和后臺實時了解商品和客戶消費的情況。

3 RFID標簽無法識別的原因分析

由于貨品的種類和數(shù)量巨大，RFID標簽成本成為其應(yīng)用的制約因素[4]。無人零售的RFID標簽受限于成本，基本都是使用被動式標簽，其接收讀寫器所發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送存儲在芯片中的相應(yīng)信息[5]，用于自動結(jié)賬。所以，RFID標簽主要由三個部分組成：天線，RFID芯片，封裝材料（無人零售領(lǐng)域主要使用低成本的紙、不干膠與塑料進行封裝）。

同樣受限于成本，RFID標簽的天線基本采用印刷天線，印刷天線采用將金屬振子印刷在非金屬的封裝上，可以提高生產(chǎn)的效率和降低產(chǎn)品成本。

當前無人零售主要采用ISO18000-6C的RFID標準，工作在UHF頻段，這個頻段的RIFD天線體積較小，并且采用印刷天線和低成本的封裝材料可以將標簽成本降低到無線零售行業(yè)可以接受的成本以下。

雖然成本的降低使得無人零售行業(yè)大批量使用RFID天線成為可能，但天線也由于低成本的封裝，變得非常脆弱。天線的指標包括頻率、輻射方向、天線效率、阻抗等，很容易被標簽接觸的物體改變，影響標簽的讀寫距離。

根據(jù)天線的技術(shù)原理，只要導電體貼上天線的金屬振子，就會惡化天線的指標，如果導電體的面積較大或與金屬振子貼得太近，就會導致天線指標惡化到無法使用。

由于人的皮膚、金屬、水等均屬于導電體，因此手或金屬覆蓋標簽達到一半以上的面積，就會導致標簽無法識別。

因RFID標簽成本是無人零售行業(yè)采用該技術(shù)的關(guān)鍵制約因素，所以本文中的方案基于低成本的RFID標簽，不考慮高成本的抗金屬標簽。

4 無人零售行業(yè)當前的自動結(jié)算方案

當前無人零售企業(yè)的自助買單的方案通常采用收銀臺式或者收銀門式，閱讀器安裝在收銀臺內(nèi)或者收銀門上，可能安裝多面天線，但這兩種方案均無法避免標簽無法識別的問題。下面對這兩種收銀方式一一進行說明。

收銀臺方案需要客戶把結(jié)賬的物品放到自動收銀臺上，然后收銀臺會自動識別結(jié)賬物品，最終通過顯示模塊輸出結(jié)賬的最終數(shù)據(jù)，客戶通過移動支付自助結(jié)賬。

圖2 收銀臺方案支付流程

圖3 自助收銀臺設(shè)計

收銀門式方案通過客戶攜帶物品通過收銀門時，收銀門會通過門上的多個讀寫器識別客戶攜帶的物品，最終通過顯示模塊輸出結(jié)賬的最終數(shù)據(jù)，客戶通過移動支付自助結(jié)賬。

圖4 收銀門方案支付流程

圖5 收銀門設(shè)計

根據(jù)標簽無法識別的技術(shù)原理，收銀臺方案的準確性受制于買單物品的材質(zhì)以及買單物品的擺放方式，如果標簽剛好貼在金屬物品的表面，收銀臺是無法識別此標簽的?？蛻羧绻嗄眯┙饘儇浧范言谝黄?，基本上都會出現(xiàn)個別標簽無法識別的問題。

收銀門方案，除了物品的堆疊導致無法識別外，還很容易出現(xiàn)客戶的皮膚接觸標簽而導致漏讀的問題，客戶只要用手大面積握住標簽，就能通過收銀門而不被識別。

所以，現(xiàn)有解決方案最大的問題是無法避免擺放而導致的標簽之間的接觸，標簽和金屬的接觸以及標簽和皮膚的接觸，導致了逃單的成本極低，而且由于客戶并無違反商家規(guī)定的行為，即使有惡意的逃單，也無法追責。目前該問題已經(jīng)影響了無人零售方案的推廣。

5 本文提出的新的解決方案

為了解決當前問題，設(shè)計了一種新的解決方案，在不增加標簽成本的前提下，通過修改讀寫器和支付方式，最終解決標簽無法識別的問題。

（1）出口人貨分離，這樣可以避免標簽接觸皮膚導致的無法識別。

（2）貨物采用通道機的方式通過門口，并且在通道機的內(nèi)部使用機械裝置改變物品的擺放方式，避免標簽與標簽、標簽與金屬商品接觸導致的無法識別問題。

圖6 人貨分離支付流程

圖7 人貨分離方案設(shè)計示意圖

根據(jù)圖7中所示，通道機包括貨品放置區(qū)與對應(yīng)顯示器、掃描器、傳輸裝置和結(jié)賬區(qū)的顯示器。將需要買單的貨品，從店鋪內(nèi)部的放置區(qū)傳輸?shù)浇Y(jié)賬區(qū)，并且在傳送過程中完成掃描，為了避免貨品的放置方式導致的標簽無法識別，傳輸裝置使用塑料滾軸設(shè)計，保證貨品傳輸過程中會有上下起伏以及轉(zhuǎn)動而使緊貼的貨物分開，避免標簽緊貼金屬物品或者其他標簽。

圖8 滾軸傳輸裝置導致物品分開

由于RFID的標簽掃描速度是毫秒級別的，所以在通道機中，只要標簽與干擾物有毫秒級別的機會分開，即可成功掃描，所以在通過滾軸傳輸裝置后，可完全打亂原有的放置方式，保證掃描到所有正常的電子標簽。

6 新方案的有益效果

（1）新的解決方案不會提高標簽成本，但可以解決由于RFID技術(shù)本身的缺陷帶來的逃漏單問題。

（2）新的支付流程保證了對惡意損壞標簽的逃漏單追責，避免了由于技術(shù)缺陷而無法追責的問題，增加了惡意逃單的成本和難度。

7 新方案驗證結(jié)果

實驗設(shè)備：RFID讀寫器，8dbi天線，滾動裝置

實驗產(chǎn)品與標簽：5瓶礦泉水，5瓶易拉罐，10個低成本RFID標簽

測試方案：將實驗產(chǎn)品按照測試模型放置好后，打開實驗設(shè)備進行讀取標簽信息的操作，讀寫時間為10秒；10秒后關(guān)閉實驗設(shè)備。

表1 讀寫距離測試結(jié)果

結(jié)論1：低成本標簽的抗金屬和抗液體的能力弱，必須要接近天線才能被識別。而高成本的抗金屬標簽不易在無人零售系統(tǒng)中大量使用。

表2 多標簽靜止測試結(jié)果

結(jié)論2：當實驗產(chǎn)品無規(guī)律堆疊在一起時，靜止情況下很容易產(chǎn)生漏讀的情況，尤其是有金屬產(chǎn)品時，即使天線距離在0.1米的情況，也無法全部讀出。

表3 多標簽移動測試結(jié)果

結(jié)論3：當實驗產(chǎn)品跟著滾軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和位移時，標簽就有機會被讀寫器讀到。10秒時間，足夠?qū)⑺袠撕炞x出。

8 結(jié)論

實驗結(jié)果表明，使用本文描述的解決方案，可較好地解決無人零售系統(tǒng)中標簽識別失敗的問題，能保證買單時不會出現(xiàn)商品漏讀，若有人惡意破壞標簽達到逃單目的，也可以通過監(jiān)控系統(tǒng)進行追責。