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[摘 要]本文提出了基于物联网技术的一种校园智能超市构建方案，以物联网技术为支撑，以实现商品快速查询和定位、快速自主结算和货架商品智能盘点统计为目的，构建了一个更加具备专业教学意义和运营效率的校园超市解决方案。
[关键词]物联网技术；校园智能超市；射频识别技术；系统设计
[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.033
1 引 言
随着学校规模的日益扩大，学生群体的不断壮大，一般的校园小卖部已经难以服务日常消费需求旺盛的大学生群体。巨大的消费潜力和商机，吸引了更大型的零售商的进入，校园超市也应运而生。但在校园超市的发展过程中也存在着运作效率不高、管理不合理等问题，加上学生群体的购物消费习惯和达到超市的时间分布特点，造成校园超市在经营上出现良莠不齐的情况，成为不少学校管理层的难题。
随着计算机技术的高速发展，物联网技术的出现给上述问题的解决提供了相应的技术基础。ITU对物联网的定义为：物联网实现物到物（Thing to Thing：T2T）、人到物（Human to Thing∶H2T）和人到人（Human to Human：H2H）的互联。[1] 通过射频识别、传感器、全球定位系统、移动电话等设备，按约定的协议，将世界上的所有物体全部连接到信息网络中，[2]以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理。[3]早在2003年，麦德龙在德国开办的第一家“未来超市”的销售模式和应用的技术正是基于RFID的物联网超市的概念和技术实现的。[4]2003年，沃尔玛首次提出用RFID技术取代传统的条形码，成为超市商品的信息载体，其他的零售商巨头如Tesco、麦德隆等也紧跟沃尔玛之后。
本文以物联网技术为支撑技术，以传统校园超市为改造平台，以实现校园超市的智能化运行为目标，融合了无线射频识别技术等物联网技术、计算机通信网络和数据库管理技术，实现消费者目标商品的快速查询和定位、快速自主结算和货架商品盘点统计等智能作业。
2 基于物联网技术的校园智能超市总体架构
基于物联网技术的校园智能超市主要由智能购物车系统、智能超市货架系统、智能自提柜系統、智能结算通道系统、智能拣选系统和虚拟购物系统[4]等智能子系统组成，涵盖了消费者进入超市—选购商品—结算—离开超市的整个购物过程。
智能超市最大的特点是使用RFID技术，超市每件商品上都贴有RFID电子标签，标签内存储有商品编码、价格、生产日期、成分、产地等详细商品信息；[5]超市管理员不需要对每件商品进行人工扫描盘点，就可以完成对在库、在架商品的盘点、补货和统计作业，节省大量人力物力和时间，提高作业效率。消费者进入智能超市购物，进入超市后可通过智能购物车进行身份识别并进入服务系统，在智能超市系统上完成热销商品推荐、目标商品定位、购物车定位、相关商品信息等导购操作；选购商品时消费者可通过扫描贴在商品上的电子标签或条码，并通过智能购物车显示屏读取到商品信息；在选购完成后，消费者无须在收银台前排队等待结算，智能购物车可以对车里贴有电子标签的商品进行自动结算，完成支付；同时消费者也可选择走结算通道，自主扫描商品条码，并完成支付。同时安置在宿舍楼、食堂等人群密度高的校园区域的智能自提柜，可以避免学生教职工由于上课工作等原因无法及时领取快递的情况，使得取件时间更加灵活、更具柔性。各子系统如下图示：
图1 校园智能超市系统分部
3 校园智能超市系统功能设计
校园智能超市以物联网技术为支撑，旨在构建智能、高效、先进的校园超市购物体验。本文主要对智能购物车系统、智能超市货架系统、智能自提柜系统、智能结算通道系统的构建和实现进行设计和研究。
3.1 智能购物车
智能购物车包括购物车体和车载智能终端两部分。其智能终端具有RFID识别、WIFI数据传输、语音提示、高清晰多媒体播放等多种功能。主要实现的功能有：
身份识别功能：扫描用户卡后可以识别持卡人身份信息，消费卡信息以及购物历史。
商品溯源功能：智能购物车终端内封装RFID读写器，可以扫描读取商品标签，通过无线网络从服务器数据库获得商品生产日期、生产厂家等信息。
商品导购功能：智能终端可以向消费者推荐热销商品、打折优惠商品，还可以通过历史购物信息的数据挖掘向消费者推荐相关商品。
商品定位功能：智能终端可通过读写器识别商品的位置信息来确定用户的位置信息，并通过超市地图指引消费者找到商品。
消费查询功能：可以查询用户本次购买的商品名称，数量，价格以及核算购物车里的总价格。
结算功能：智能终端通过车载读写器读取商品信息，完成价格核算后在进行结算。
压力测控功能：智能购物车底座安置的压力传感装置可测出车内的商品重量，防止个别商品的遗漏和未结算等诚信问题。
3.2 智能超市货架
3.2.1 面向消费者
查询功能：智能超市货架带有触摸屏设备，购物者可通过触摸屏设备可查看商品信息，并进行语音导购。
自助结账功能：为智能购物车、非智能购物车用户完成自助式结账收银操作（通过RFID读写器及条码读写器，逐个读取商品信息，完成结账）。
3.2.2 面向超市后台管理
监控功能：向后台超市管理员提供商品放置时间、离开时间、每层货架商品放置状态等信息。
补货报警功能：系统设置了在架商品数量最低控制线，当货架上的商品数量达到临界状态的时候，智能货架系统可以向后台管理员发送补货提醒，管理员按照指示向相应的缺货货架进行补货。[5] 信息共享功能：货架信息支持实时多终端信息共享，提供数据接口。
安全报警功能：能够感知环境状态，并进行异常报警。避免失窃等情况的发生。
3.3 智能自提柜
身份验证功能：智能自提柜主控单元可以根据取件人输入的验证码自动识别验证取件人身份，核实无误后将自动打开单元格，让取件人取走订单商品。
存放保管功能：智能自提柜可解决取件人因各种原因不能按时取件的问题，提高了取件时间的柔性，在待取件期间对商品进行保管，没有正确验证码无法打开单元格取走商品。
3.4 智能结算通道
自主结账功能：利用RFID技术，实现快速扫描并完成自主结算，无须排队等候，无须收银员操作。
4 校园智能超市关键技术实现
4.1 硬件设计
4.1.1 智能购物车系统
随着消费者需求日趋个性化，商品功能细分不断深入，满足消费者需求的同时也带来了选购的麻烦，如何在浩如烟海的商品市场中，便捷、快速、准确地找到真正适合于自己的商品呢？智能购物车系统能够解决这个问题。
（1）运行流程设计。智能购物车系统是基于RFID技术与WEB平台的个性化导购系统，它以客户需求为基础，当客户进入商场时，使用购物车上方智能识别装置识别顾客身份，后台智能算法获取顾客个性化的信息，包括喜好特点、生理特征、购物历史等，并以此为依据进行商品的自动选购，并以语音播报的形式，引导用户定位到合适的商品及所在货位、查询商品详细资料、进行消费结算等，从而实现个性化的导购服务。
（2）系统架构。智能购物车车载智能终端主要由智能超市软件系统、显示屏和发卡器组成，通过WIFI信号进行通信连接，利用RFID技术进行商品识别和消费者身份识别。显示屏显示系统软件操作界面，发卡器读取商品上的电子标签信息、获取消费者身份，并完成结算通道的自主结算。
4.1.2 智能超市货架系统
随着消费者购物需求日趋个性化，商品功能细分不断深入，满足消费者需求的同时也带来了选购的麻烦，同时消费者希望对商品信息的充分了解，如何给消费者方便地了解商品信息、超市的优惠信息，以及如何通过智能货架的实时变化有效反馈给后台管理人员，智能货架系统能够解决这个问题。
（1）运作流程设计。智能超市货架能够完成货架上商品实时监控。记录商品放置时间、离开时间、每层货架商品放置状态。货架设备能够感知环境状态，并进行异常报警。自动将补货信息通过网络传送到仓库管理服务器；智能货架设备能够感知环境状态，并进行异常报警。智能超市货架带有触摸屏设备，购物者可通过触摸屏设备可查看商品信息，并进行语音导购。
（2）系统架构。智能超市货架通过天线和RFID读写器识别货架上的商品电子标签信息，统计货架上商品种类和数量并反馈给超市管理员，实现对超市货架上架商品的实时动态监控。同时消费者可通过显示屏查询商品的详细信息。
4.1.3 智能自提柜系统
智能自提柜在智能超市解决方案中主要起到配合虚拟购物线下存放订单商品、等待消费者取件。消费者取件后有专门的订单复核人员检查核实订单商品，并收取订单商品价钱。
智能自提柜系统主要产品主要由柜体、单元格和主控单元三部分组成，主控单元包含内部微型计算机、液晶显示屏、操作键盘、读码器等主要部件。内部微型计算机控制箱柜存取操作。
4.1.4 智能结算通道系统
（1）运行流程设计。RFID自主结算系统主要由RFID结算通道和智能超市前台软件系统组成，能够提供快速的结账服务，系统利用UHF RFID技术，扫描人员卡信息与购物车内的货物信息，首先识别人员RFID卡，进入相应会员的资料中，然后RFID扫描通道扫描购物车中所有商品RFID标签，统计购物车内的商品数量，并对应数据库中的价格，判断是否折扣，最终将价格进行核算。
（2）系统架构。RFID结算通道在扫描到购物车里的商品标签后自动进行数量统计和价钱加总，并将信息反馈至中心服务器，消费者通过操作智能超市前台系统进行结算，并由系统扣除消费者消费卡里的相应金额，完成结算支付。
4.2 软件设计
4.2.1 智能购物车系统软件设计
当顾客进入超市，在购物车的平板电脑上会看到刷卡界面，在智能购物车的发卡器上刷自己的会员卡，可以自动识别自己的身份从而以会员的身份登录到超市的系统。其中，商品追溯和购物地图界面如下：
（1）商品追溯。点击商品追溯功能选项，如下图位置，可以查看商品详细信息。点击详细信息后，出现下图界面：
图2 软件追溯界面
（2）购物地图。购物地图为顾客提供出超市的3D布局图，让顾客对于自己的位置和所需商品的位置有了更加直观的了解，提供智能超市实时定位功能，从而为顾客规划自己的购物路线提供了方便，节约了时间。界面如下：
图3 软件定位界面
4.2.2 智能超市货架系统软件
智能超市后台管理软件是面向在智能超市后台综合管理与采购中需要使用的客户端软件，该软件可是实现用户管理、商品管理、订单管理、销售管理、盘点管理与系统管理功能。使用该软件能够帮助用户完成智能物流系统中使用物联网技术的智能超市后台所有环节，该软件与智能超市前台管理系统进行信息交互，共同配合，完成整体智能超市管理功能。其中，销售管理、盘点管理界面如下：
（1）销售管理。可以查询销售历史，也可以按照商品名称、时间查询订单查询销售统计。
图4 软件销售管理界面
（2）盘点统计。点击盘点统计按钮，可以输入查询条件，也可直接在【在库信息栏显示】中选择商品点击，可以进行盘点统计也可以进行商品追溯。通过柱形图和饼状图清晰地看出单品的总数量和在库数量以及不在库数量和在库数量。
图5 软件盘点统计界面5 结 论
本文针对校园超市的实际运营情况，结合传统超市的日常业务运行，基于物联网技术，搭建了一种以智能购物车系统、超市智能貨架系统、智能自提柜系统和智能结算通道系统为服务平台的，运作灵活、运营高效、功能完整的校园智能超市，实现了校园超市的智能化改造，给校园超市的高效、创新运营提供了一种切实可行的解决方案。
参考文献：
[1]ITU.ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things[R].Tunis，2005.
[2]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2011，31（1）：2.
[3]孙其博，刘杰，范春晓.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010，33（3）：3-4.
[4]李春华.基于RFID技术的智能超市构架方案[J].软件工程师，2010（2）：14-116.
[5]倪鸣.新信息技术背景下超市服务设计[D].无锡：江南大学，2011.
[6]刘歌.物联网在连锁超市中的应用——以红旗连锁超市为例[D].成都：西南石油大学，2011.
[关键词]物联网技术；校园智能超市；射频识别技术；系统设计
[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.033
1 引 言
随着学校规模的日益扩大，学生群体的不断壮大，一般的校园小卖部已经难以服务日常消费需求旺盛的大学生群体。巨大的消费潜力和商机，吸引了更大型的零售商的进入，校园超市也应运而生。但在校园超市的发展过程中也存在着运作效率不高、管理不合理等问题，加上学生群体的购物消费习惯和达到超市的时间分布特点，造成校园超市在经营上出现良莠不齐的情况，成为不少学校管理层的难题。
随着计算机技术的高速发展，物联网技术的出现给上述问题的解决提供了相应的技术基础。ITU对物联网的定义为：物联网实现物到物（Thing to Thing：T2T）、人到物（Human to Thing∶H2T）和人到人（Human to Human：H2H）的互联。[1] 通过射频识别、传感器、全球定位系统、移动电话等设备，按约定的协议，将世界上的所有物体全部连接到信息网络中，[2]以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理。[3]早在2003年，麦德龙在德国开办的第一家“未来超市”的销售模式和应用的技术正是基于RFID的物联网超市的概念和技术实现的。[4]2003年，沃尔玛首次提出用RFID技术取代传统的条形码，成为超市商品的信息载体，其他的零售商巨头如Tesco、麦德隆等也紧跟沃尔玛之后。
本文以物联网技术为支撑技术，以传统校园超市为改造平台，以实现校园超市的智能化运行为目标，融合了无线射频识别技术等物联网技术、计算机通信网络和数据库管理技术，实现消费者目标商品的快速查询和定位、快速自主结算和货架商品盘点统计等智能作业。
2 基于物联网技术的校园智能超市总体架构
基于物联网技术的校园智能超市主要由智能购物车系统、智能超市货架系统、智能自提柜系統、智能结算通道系统、智能拣选系统和虚拟购物系统[4]等智能子系统组成，涵盖了消费者进入超市—选购商品—结算—离开超市的整个购物过程。
智能超市最大的特点是使用RFID技术，超市每件商品上都贴有RFID电子标签，标签内存储有商品编码、价格、生产日期、成分、产地等详细商品信息；[5]超市管理员不需要对每件商品进行人工扫描盘点，就可以完成对在库、在架商品的盘点、补货和统计作业，节省大量人力物力和时间，提高作业效率。消费者进入智能超市购物，进入超市后可通过智能购物车进行身份识别并进入服务系统，在智能超市系统上完成热销商品推荐、目标商品定位、购物车定位、相关商品信息等导购操作；选购商品时消费者可通过扫描贴在商品上的电子标签或条码，并通过智能购物车显示屏读取到商品信息；在选购完成后，消费者无须在收银台前排队等待结算，智能购物车可以对车里贴有电子标签的商品进行自动结算，完成支付；同时消费者也可选择走结算通道，自主扫描商品条码，并完成支付。同时安置在宿舍楼、食堂等人群密度高的校园区域的智能自提柜，可以避免学生教职工由于上课工作等原因无法及时领取快递的情况，使得取件时间更加灵活、更具柔性。各子系统如下图示：
图1 校园智能超市系统分部
3 校园智能超市系统功能设计
校园智能超市以物联网技术为支撑，旨在构建智能、高效、先进的校园超市购物体验。本文主要对智能购物车系统、智能超市货架系统、智能自提柜系统、智能结算通道系统的构建和实现进行设计和研究。
3.1 智能购物车
智能购物车包括购物车体和车载智能终端两部分。其智能终端具有RFID识别、WIFI数据传输、语音提示、高清晰多媒体播放等多种功能。主要实现的功能有：
身份识别功能：扫描用户卡后可以识别持卡人身份信息，消费卡信息以及购物历史。
商品溯源功能：智能购物车终端内封装RFID读写器，可以扫描读取商品标签，通过无线网络从服务器数据库获得商品生产日期、生产厂家等信息。
商品导购功能：智能终端可以向消费者推荐热销商品、打折优惠商品，还可以通过历史购物信息的数据挖掘向消费者推荐相关商品。
商品定位功能：智能终端可通过读写器识别商品的位置信息来确定用户的位置信息，并通过超市地图指引消费者找到商品。
消费查询功能：可以查询用户本次购买的商品名称，数量，价格以及核算购物车里的总价格。
结算功能：智能终端通过车载读写器读取商品信息，完成价格核算后在进行结算。
压力测控功能：智能购物车底座安置的压力传感装置可测出车内的商品重量，防止个别商品的遗漏和未结算等诚信问题。
3.2 智能超市货架
3.2.1 面向消费者
查询功能：智能超市货架带有触摸屏设备，购物者可通过触摸屏设备可查看商品信息，并进行语音导购。
自助结账功能：为智能购物车、非智能购物车用户完成自助式结账收银操作（通过RFID读写器及条码读写器，逐个读取商品信息，完成结账）。
3.2.2 面向超市后台管理
监控功能：向后台超市管理员提供商品放置时间、离开时间、每层货架商品放置状态等信息。
补货报警功能：系统设置了在架商品数量最低控制线，当货架上的商品数量达到临界状态的时候，智能货架系统可以向后台管理员发送补货提醒，管理员按照指示向相应的缺货货架进行补货。[5] 信息共享功能：货架信息支持实时多终端信息共享，提供数据接口。
安全报警功能：能够感知环境状态，并进行异常报警。避免失窃等情况的发生。
3.3 智能自提柜
身份验证功能：智能自提柜主控单元可以根据取件人输入的验证码自动识别验证取件人身份，核实无误后将自动打开单元格，让取件人取走订单商品。
存放保管功能：智能自提柜可解决取件人因各种原因不能按时取件的问题，提高了取件时间的柔性，在待取件期间对商品进行保管，没有正确验证码无法打开单元格取走商品。
3.4 智能结算通道
自主结账功能：利用RFID技术，实现快速扫描并完成自主结算，无须排队等候，无须收银员操作。
4 校园智能超市关键技术实现
4.1 硬件设计
4.1.1 智能购物车系统
随着消费者需求日趋个性化，商品功能细分不断深入，满足消费者需求的同时也带来了选购的麻烦，如何在浩如烟海的商品市场中，便捷、快速、准确地找到真正适合于自己的商品呢？智能购物车系统能够解决这个问题。
（1）运行流程设计。智能购物车系统是基于RFID技术与WEB平台的个性化导购系统，它以客户需求为基础，当客户进入商场时，使用购物车上方智能识别装置识别顾客身份，后台智能算法获取顾客个性化的信息，包括喜好特点、生理特征、购物历史等，并以此为依据进行商品的自动选购，并以语音播报的形式，引导用户定位到合适的商品及所在货位、查询商品详细资料、进行消费结算等，从而实现个性化的导购服务。
（2）系统架构。智能购物车车载智能终端主要由智能超市软件系统、显示屏和发卡器组成，通过WIFI信号进行通信连接，利用RFID技术进行商品识别和消费者身份识别。显示屏显示系统软件操作界面，发卡器读取商品上的电子标签信息、获取消费者身份，并完成结算通道的自主结算。
4.1.2 智能超市货架系统
随着消费者购物需求日趋个性化，商品功能细分不断深入，满足消费者需求的同时也带来了选购的麻烦，同时消费者希望对商品信息的充分了解，如何给消费者方便地了解商品信息、超市的优惠信息，以及如何通过智能货架的实时变化有效反馈给后台管理人员，智能货架系统能够解决这个问题。
（1）运作流程设计。智能超市货架能够完成货架上商品实时监控。记录商品放置时间、离开时间、每层货架商品放置状态。货架设备能够感知环境状态，并进行异常报警。自动将补货信息通过网络传送到仓库管理服务器；智能货架设备能够感知环境状态，并进行异常报警。智能超市货架带有触摸屏设备，购物者可通过触摸屏设备可查看商品信息，并进行语音导购。
（2）系统架构。智能超市货架通过天线和RFID读写器识别货架上的商品电子标签信息，统计货架上商品种类和数量并反馈给超市管理员，实现对超市货架上架商品的实时动态监控。同时消费者可通过显示屏查询商品的详细信息。
4.1.3 智能自提柜系统
智能自提柜在智能超市解决方案中主要起到配合虚拟购物线下存放订单商品、等待消费者取件。消费者取件后有专门的订单复核人员检查核实订单商品，并收取订单商品价钱。
智能自提柜系统主要产品主要由柜体、单元格和主控单元三部分组成，主控单元包含内部微型计算机、液晶显示屏、操作键盘、读码器等主要部件。内部微型计算机控制箱柜存取操作。
4.1.4 智能结算通道系统
（1）运行流程设计。RFID自主结算系统主要由RFID结算通道和智能超市前台软件系统组成，能够提供快速的结账服务，系统利用UHF RFID技术，扫描人员卡信息与购物车内的货物信息，首先识别人员RFID卡，进入相应会员的资料中，然后RFID扫描通道扫描购物车中所有商品RFID标签，统计购物车内的商品数量，并对应数据库中的价格，判断是否折扣，最终将价格进行核算。
（2）系统架构。RFID结算通道在扫描到购物车里的商品标签后自动进行数量统计和价钱加总，并将信息反馈至中心服务器，消费者通过操作智能超市前台系统进行结算，并由系统扣除消费者消费卡里的相应金额，完成结算支付。
4.2 软件设计
4.2.1 智能购物车系统软件设计
当顾客进入超市，在购物车的平板电脑上会看到刷卡界面，在智能购物车的发卡器上刷自己的会员卡，可以自动识别自己的身份从而以会员的身份登录到超市的系统。其中，商品追溯和购物地图界面如下：
（1）商品追溯。点击商品追溯功能选项，如下图位置，可以查看商品详细信息。点击详细信息后，出现下图界面：
图2 软件追溯界面
（2）购物地图。购物地图为顾客提供出超市的3D布局图，让顾客对于自己的位置和所需商品的位置有了更加直观的了解，提供智能超市实时定位功能，从而为顾客规划自己的购物路线提供了方便，节约了时间。界面如下：
图3 软件定位界面
4.2.2 智能超市货架系统软件
智能超市后台管理软件是面向在智能超市后台综合管理与采购中需要使用的客户端软件，该软件可是实现用户管理、商品管理、订单管理、销售管理、盘点管理与系统管理功能。使用该软件能够帮助用户完成智能物流系统中使用物联网技术的智能超市后台所有环节，该软件与智能超市前台管理系统进行信息交互，共同配合，完成整体智能超市管理功能。其中，销售管理、盘点管理界面如下：
（1）销售管理。可以查询销售历史，也可以按照商品名称、时间查询订单查询销售统计。
图4 软件销售管理界面
（2）盘点统计。点击盘点统计按钮，可以输入查询条件，也可直接在【在库信息栏显示】中选择商品点击，可以进行盘点统计也可以进行商品追溯。通过柱形图和饼状图清晰地看出单品的总数量和在库数量以及不在库数量和在库数量。
图5 软件盘点统计界面5 结 论
本文针对校园超市的实际运营情况，结合传统超市的日常业务运行，基于物联网技术，搭建了一种以智能购物车系统、超市智能貨架系统、智能自提柜系统和智能结算通道系统为服务平台的，运作灵活、运营高效、功能完整的校园智能超市，实现了校园超市的智能化改造，给校园超市的高效、创新运营提供了一种切实可行的解决方案。
参考文献：
[1]ITU.ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things[R].Tunis，2005.
[2]朱洪波，杨龙祥，朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2011，31（1）：2.
[3]孙其博，刘杰，范春晓.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010，33（3）：3-4.
[4]李春华.基于RFID技术的智能超市构架方案[J].软件工程师，2010（2）：14-116.
[5]倪鸣.新信息技术背景下超市服务设计[D].无锡：江南大学，2011.
[6]刘歌.物联网在连锁超市中的应用——以红旗连锁超市为例[D].成都：西南石油大学，2011.