@Rookie
2021-07-31T08:45:58.000000Z
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智能售货柜技术方案以及应用
未分类
一、智能货柜发展背景
近年来，随着各项创新技术渐趋成熟，智能售货柜逐渐取代其他零售物种，成为无人零售终端的行业选择。相比于传统自动售货机，智能售货柜具有成本低，运营方便、灵活性高等优势，为越来越多的零售运营商和品牌商所接受。本文针对当前各种不同形态的智能柜，从技术和使用方面做个大盘点。
二、智能货柜技术方案解析
当下主流的智能货柜技术方案有RFID电子标签识别、重力感应、视觉识别这几大类。在这其中，RFID识别方案因为需要给商品贴电子标签带来的成本太高，已经逐步淡出运营商的视野，本文将不再重点讲述。接下来，笔者将重点讨论重力感应、视觉识别这几种方案，从技术原理和用户体验等方面做深度分析。
2.1 重力感应解决方案
社区生鲜重力柜
重力感应解决方案在每个货道上均装有重力感应器，核心原理即通过感知货道上的重力变化来判断消费者实际拿取的商品。基于底层原理，该方案拥有以下应用特性：
（1）不涉及人工智能算法模型搭建，无需对商品进行学习，便于商品上新
（2）可自动称重售卖散装生鲜产品，非常适用于社区生鲜零售场景；
（3）支持多品类SKU售卖，商品可堆叠摆放以充分利用柜体空间。
同时，该方案中，商品重量成为唯一识别标准，这也造成了诸多弊端：
（1）无法识别重量相同的SKU；
（2）置换商品位置后会出现识别误差；
（3）长期放置后，胀气、湿度等影响因素将使商品重量发生变化，同时重力感应器长久发生形变后难以感知小幅度重力变化，识别精度无法保证；
（4）只感知单次消费重力变量，不涉及库存盘点，给实际运营管理造成困难。
2.2 动态视觉识别
动态视觉柜购物视频截图
动态视觉识别方案通常是在柜体顶端或两侧安装1-4个摄像头，对消费者开门后拿取商品的过程进行录制，视频上传至后台系统后，通过对购物视频进行识别从而确定消费者拿取的商品信息。基于此，笔者总结了动态视觉柜的应用特性：
（1）对商品陈列无任何要求，商品可堆叠摆放，能够提高空间利用率，适用于仓储运营场景；
（2）商品的学习成本比较低，支持多品类SKU售卖。
动态视觉方案仅依据消费者开门后拿取商品的视频来进行识别，非常容易受到外界干扰，如果遇到消费者故意遮挡商品信息、快速拿取商品导致画面模糊、有意遮挡摄像头无法正常拍摄等情况，便无法正确识别商品。因此目前市场上已投放运营的动态视觉智能柜均为100%人工识别，通过人工审查视频来完成消费结算，在运营中存在诸多局限性：
（1）视频上传流量费用高，带宽成本远高于其他方案；
（2）依赖于人工，使得消费结算时间非常不稳定，短则几秒钟，长则一天，严重影响购物体验；
（3）识别准确率较低。以上图为例，视频定格画面十分模糊，难以准确判断商品信息；
（4）仅针对消费过程进行变量记录，无法对柜内货品进行精确盘存，货损率比较高。
2.3 静态视觉识别
该方案同样是基于计算机视觉算法，但实现原理与动态方案有着本质的区别。静态视觉柜每层货架的顶端都安装有摄像头，在消费者开门前、后，摄像头均会对柜内物体进行拍照并上传系统，系统后台的算法模型会对所有图片进行检测识别，并生成开门前、后柜内商品的库存明细，通过计算商品库存量差值来判断消费者实际拿取的商品。
经过大量的实例验证，静态视觉方案有诸多优势：
（1）以人工智能算法完全取代人力审核，结算速度快，识别稳定；
（2）识别准确率高，同时也可通过实际运营中采集的数据持续优化算法，现识别准确率基本可达到99%-99.9%；
（3）可实现实时远程库存管理，商品货损率极低；
（4）更适合大密度投放，获得规模运营效益。
同样，相比其他的技术方案，静态视觉方案也存在局限性：
（1）空间利用率低，柜内商品不能叠放，否则会在镜头前形成遮挡，影响识别准确率；
（2）需要对商品进行学习，数据采集及数据标注等流程较为繁琐，通常至少需要3-7天的时间完成。
2.4 重力+动态视觉
为进一步提高识别准确率，市场上还出现了重力感应+动态视觉的组合方案。经笔者调研了解到，该方案在实际的运营过程中，依旧以重力感应技术为主，视频监控仅在大单消费等极特殊情况下才会启用，本文将不再做详细介绍。
三、图像识别原理
目前应用比较广泛的智能柜大多以视觉识别方案为主。在上文分析过，视觉识别技术方案尤其是静态视觉方案已非常成熟，可以基于人工智能算法实现闭环式无人零售。下面笔者将继续剖析图像识别的实现原理。
3.1 图像识别原理
图像识别主要由两个步骤组成，首先是目标检测，其次是商品识别。
目标检测就是在照片中确定商品的位置，找到每个商品的像素区域。简单来讲，就是确定每个商品的边缘轮廓并进行标注，如图中所示，在每个商品的边缘画上白框即目标检测过程。
商品识别通过基于深度学习的算法来实现。深度学习就是采用卷积神经网络提取目标特征，再根据相同商品表现出来的共性总结出一定的识别经验值。将上图每个白框标注出来的待检测目标放入算法模型中，提取并比对商品特征点后，即可确定商品名称。
3.2 目标检测实现难点
理解了图像识别原理，笔者再以实例讲解技术应用难点。由于商品外形包装千变万化，消费者行为又难以控制，诸多因素都给技术落地造成了不小的障碍：
商品密集摆放
上图是静态视觉智能柜拍摄到的真实画面，鱼眼摄像头会造成图像畸变，尤其是当商品密集摆放或商品位于边缘区域时，将给目标检测、特征提取等造成障碍。
软包装商品难以精确检测商品边缘
与瓶装、盒装商品不同的是，软包装商品外形没有那么规则，很难清晰地区分单个商品的边缘轮廓，尤其是遇到上图所示的透明包装商品，在竖立摆放的情况下，很容易造成目标检测不准确，从而导致识别出错。
以上是几个较为直观的案例，可见单靠图像识别算法很难解决这类实际运营难题，此外还需要其他技术辅助，以一个更加全局观的视角分析并解决问题，方可提升智能货柜的稳定性。
什麼是 RFID？工作原理、有效距離及如何防止干擾或讀取？
RFID (射频识别：Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点（取决于RFID标签的封装材质，条码标签采用树脂碳带和PET标签纸进行热转印也能达到较好的防水、长寿命等效果），其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
RFID 起源於 1948 年
RFID 最早於 1940 年代因軍事雷達出現而開始被催生出來，直到 1948年 哈裡斯托克曼發表的「利用反射功率的通信」奠定理論基礎，但直到 1960 年左右仍然在探索階段，主要處於實驗室的實驗研究，沒有實際的應用剖份，直到 1970 年代方開始有一些應用嘗試，直到 1980 年代才有實際可以在現代社會使用的應用場景產品。
工作原理
精选文章 基础技术篇 1 —— RFID技术（一） - RFID工作原理
基础技术篇 1 —— RFID技术（一） - RFID工作原理
作者：zack36 时间: 2021-02-05 10:02:08
标签：iot
【摘要】1 简介 RFID (射频识别：Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点（取决于RFID标签的封装材质，条码...
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1 简介
RFID (射频识别：Radio Frequency Identification)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点（取决于RFID标签的封装材质，条码标签采用树脂碳带和PET标签纸进行热转印也能达到较好的防水、长寿命等效果），其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。
工作方式
一种是当RFID标签进入解读器有效识别范围内时，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得能量发出存储在芯片中的信息；
另一种是由RFID标签主动发送某一频率的信号，解读器接收信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
工作原理
RFID技术的基本工作原理并不复杂：RFID读写器接受指令后发出射频信号，RFID标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；读写器读取信息并解码后，送至信息系统进行有关数据处理。
一套完整的RFID系统, 是由读写器(Reader/Writer，射频模块都同时具备读和写的功能，根据使用场景分为阅读器和发卡器)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出，此时 Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。
以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(BackscatterCoupling)两种, 一般低频的RFID大都采用第一种式, 而较高频大多采用第二种方式。
读写器（含配套天线）根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。读写器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。读写器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时读写器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。
NFC 乃 RFID 的延伸
如同 RFID 乃雷達技術的延伸，NFC 也是 RFID 技術的延伸，只是它同時把融合了「標籤」和「閱讀器」功能，讓我們的手機可以進行配對確認，而很多手機上的 NFC 功能，實際上只是用 NFC 進行配對確認，具體的數據傳送仍然依靠 Bluetooth 或 WiFi Direct 技術進行。
RFID 的危險
由於日常使用的 RFID 卡均是被動式，沒有內置電池，所以在被「閱讀器」掃瞄後均不會發出響聲，所以像八達通、信用卡、身份證等都可能被掃瞄而不自知。
特別是 RFID 按頻率有低頻、高頻、特高頻及微波等不同分級。雖然大多使用的都是低頻，距離僅 0.1米，但高達的閱讀距離達 1 米，特高頻更可以達到 100 米，加上 RFID 閱讀器本身可以流動使用，並不限制地點，所以 RFID 縱使方便也有一定的危險
RFID 应用
RFID现已广泛应用于各行各业，在仓库物流，防伪溯源，防窜，资产管理，门禁，火车/汽车识别/行李安检，医疗信息追踪等领域都有大量的应用。
京东将RFID技术应用于物流，阿里巴巴将这项技术应用于服装，养殖企业也会将RFID技术应用于肉禽的溯源管理......兆信股份也将RFID技术应用于产品数字身份管理，为广大企业提供防伪溯源防窜等供应链管理服务。
【RFID应用于物流】渗透京东物流细分环节
众所周知，京东物流一直以配送快捷被外界称道。有时上午才下的订单，当天下午快递小哥便将货物送上了门。那么在京东物流系统高效运作的背后，RFID技术是如何发挥作用的呢?京东物流得以实现高效运作，原因之一便是在日常运作中融入了RFID技术。并且，京东物流将RFID的应用不断深化，逐步渗透到物流的各大细分环节中，进一步挖掘出RFID应用的潜在价值。
应用视频
在仓库的日常管理中，货物管理员可以使用RFID技术实现对货物的实时追踪，包括货物的来源、去向、库存数量等信息都能即时收集，大大提升了库存的供应效率和货物的周转效率。
早在2012年，京东在全国同时兴建了6个大型仓储中心，这些项目的总投资超过36亿。据了解，这些仓储中心均使用以RFID技术为中心的自动化、信息化仓储管理模式。可以说正是这些仓储中心的建成，为京东后来的高效物流打下了坚实基础。
到了2013年，京东物流又上线了代号为“青龙”的物流配送系统，以用户大数据作为支撑，数据的采集则来自RFID技术。在配送过程中，运用RFID技术对物流、信息流、资金流进行及时采集，既降低了货物配送的出错率，也大幅提高了配送效率。
2017年8月，全球首个正式落成并运营成功的全程无人分拣中心——京东物流昆山无人分拣中心正式亮相。据了解，该分拣中心最大的特点是从供包到装车全流程无人操作。AGV智能货运小车装
【RFID应用于服装】传统服装管理模式焕发新生命力
阿里巴巴淘工厂在产能共享的基础上，通过使用RFID等技术将生产线转化为数据联网，实现了销售端到生产端的数据互通。
其实，阿里对生产厂的改造并非首创，快时尚品牌ZARA更早使用RFID技术实现从工厂到销售终端的实时追踪，从而为自己赢得了快速反应的名声。在服装的生产制造过程中，运用RFID电子标签载入器将散件服装的一些关键特性如：名字、级别、运单号、型号规格、布料、里料、刷洗方式 、实行标准、产品编号、检查员序号等载入相匹配的RFID电子标签，并将该电子标签附着在服装上。
电子标签的附着方式可以是嵌入服装内、制成出厂铭牌或衣服吊牌方式 ，或可以取回的防盜硬标识方式等。那样，就给每一件服装授予了无法伪造的仅有的电子标签标志，可以合理地避免假冒服装的个人行为，很切实解决了品牌服装的防伪标识难题。此外在加工厂的进出库申请办理，及其物流运输管理中心的进出库申请办理和零售店肆的进库申请办理中，由于RFID能非精确性浏览和多标识识别特点，数十件包含了电子标签的服装的成箱商品，可以根据RFID阅览器一次性精准地载入其所有货运物流数据信息，极大地提升了货运物流输出功率。
假如将市场销售也采用RFID技能来进行：例如顾客每试穿一次服装就能记录一次数据，生成服装客户喜好图，则可以进行“备货要求---物流配送中心---生产商”全部供应链管理过程的最优控制协调管理。
【RFID应用于养殖】畜禽溯源更彻底
在现代化畜牧场管理兴起的今天，RFID标签出现在各大养殖场。
畜禽从出生起就带上RFID耳标或者脚环，通过RFID耳标或脚环阅读器，读取信息反馈到RFID系统，通过使用RFID技术，大大提高了该系统对动物的识别与跟踪能力，并适用于各种饲养场的动物。
无论是集中饲养还是分散饲养的，或者是其它饲养场合，都有了一些尝试，为畜禽场管理提供了科学化、自动化管理。
在畜禽管理中，结合RFID技术，以RFID标签为载体，以现在的计算机网络技术为手段，通过标识编码，标识佩戴，身份识别，信息录入与传输，数据分析和查询，实现牲畜从出生，屠宰到消费个环节的一体化全程监控，是动物养殖，防疫，检疫，监督有机结合。
这样不仅可以达到对动物疫情的快速，准确溯源，而且强化了畜禽产品“从农场到餐桌”的全程管理，从而实现畜牧业的科学化，制度化并提高了畜牧管理水平。
RFID仓库管理系统方案
基于RFID的仓库管理是在现有仓库管理中引入RFID 技术，对仓库入库、出库、移库、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动化的数据采集，保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保企业及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。
项目实现过程
1、成品在打包区贴上对应的标签，并将对应的标签号录入到后台数据库内。
2、叉车接收入库信息，通过叉车通道读取地埋式标签按要求存放在对应的货位
3、当成品需要出库或者移库的时候，先在后台数据库将需要的成品对应标签，进行出库或移库授权。
4、成品通过叉车形式，通过出入口读写器进行检测，读取到的标签数据会上传到后台数据库进行对比，若全为已授权出去标签，则默认通过。相反若有未授权标签，则发出警报。
出入库管理
入库管理：货物在打包区打包后，将已经初始化的电子标签特殊工艺(层压等)或手工粘贴到货物上，形成一一对应关系。然后通过计算机仓储管理信息系统运算出货位，并通过网络系统将存货指令发到叉车车载系统，按照要求存放到相应货位。
出库管理：叉车接到出货指令，到指定货位叉取托货物。叉取前叉车读写器再次确认货物准确性，然后将货物送至出货口，出货口读写器读取托盘标签信息是否准确，校验无误出货。
盘点管理: 仓库管理员使用rfid手持机读取在库货物标签信息，核对实时盘点数据与数据库中统计的仓储信息是否一致。
系统管理: 系统参数设置，初始基本业务信息和操作规则，包括设置系统参数、标签信息、编码规则、打印及单据类型等，帮助用户把握业务操作规范和运作控制。
*仓位管理: *该功能在仓库中增加仓位属性，同时进行仓位管理，以丰富仓库信息，提高库存管理质量，主要包括基础资料设置、仓库仓位设置、初始数据录入、日常业务处理和即时库存查询等。
