本发明属于智能货架技术领域，特别涉及一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统及其方法。
背景技术：
由于无人值守货架能实现无人售货，大大减少了销售成本，提高了效率，方便交易，因此，得到了越来越广泛的应用。
但是现有的无人值守货架存在着很多缺点，例如：
1.通常都根据所售货物专门设计，具有专用性。一种型号的无人值守货架通常只能售卖特定的一类或几类相近的产品。对于商品的形状都有一定的要求。
2.通常带有复杂的机械结构，例如弹簧螺旋货道，履带货道，s型堆积货道，甚至机械手等等复杂的机械设计，极大的增加了无人值守货架的成本，同时也增加了故障率。有的结构甚至容易损坏所售卖的货物。同时复杂的机械结构也极大的浪费了空间成本。
3.最近随着无人零售的兴起，也出现了一些流程简洁，方便客户的无人售货方案，但是这些方案，对于交易监管力度有限，无法完全杜绝交易作弊。
4.目前采用的识别及防止交易作弊的方法多为rfid标签识别，需对特定的商品贴上标签，标签无法重复使用，存在成本的浪费。
目前采用的视觉识别的能力存在较高的错误识别率，对于形状、颜色相近的物品有比较大的识别困难。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统及其方法，解决了客户在使用无人值守零售货架是无监控、易作弊的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统，包括商品上架采样系统和智能货架，上架采样系统包括人机交互界面、采样控制电脑和采样装置，采样装置包括托盘、用于称重的采样称重变送器和用于测量商品外形的采样体积变送器，采样称重变送器设于托盘的下侧，采样体积变送器设有托盘的正上方，采样称重变送器和采样体积变送器均通过485总线与采样控制电脑通信，人机交互界面通过串口总线与采样控制电脑；
智能货架包括商品放置区、数个摄像头、声光报警器、货架控制电脑、二维码标签和数个光幕传感器，商品放置区包括数个商品承载单元，所述商品承载单元从上至下依次间隔设置，所述商品承载单元包括货架平板、货架称重变送器和数个货架体积变送器，货架平板的下侧设有货架称重变送器，货架平板的上侧采用隔断板从左至右依次隔断成数个用于放置商品的放置空间，每一个放置空间均对应设置一个货架体积变送器，上下两层货架平板的放置空间均一一对应设置，形成一列放置空间；
所有光幕传感器均均匀分布在商品放置区的上侧和左侧，每一层货架平板均对应设置一个光幕传感器，该光幕传感器射出的光幕从横向方向贯穿整个商品放置区，每一列放置空间均对应设置一个光幕传感器，该光幕传感器射出的光幕从纵向贯穿整个商品放置区；
所有摄像头均布在商品放置区的上侧；
所有货架称重变送器和所有货架体积变送器均通过485总线与货架控制电脑通信，所有摄像头均通过usb总线与货架控制电脑通信；所有光幕传感器和声光报警器均与货架控制电脑的io口连接；
所述采样控制电脑和货架控制电脑通过串口总线通信。
所述光幕传感器为对射式或反射式光幕传感器；所述采样控制电脑和所述货架控制电脑的型号均为dtb-3012-q170工控机；所述人机交互界面为触摸屏。
所述采样体积变送器和所述货架体积变送器均为超声波体积测量装置、3d摄像头体积测量或光幕体积测量装置。
一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊方法，包括如下步骤：
步骤1：建立所述一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统；
步骤2：管理员通过人机交互界面完成商品上架，其包括如下步骤：
步骤s1：在货架控制电脑内设置每一个放置空间的行坐标和列坐标，并将放置空间的行坐标和列坐标作为该放置空间的编号；
步骤s2：管理员将准备上架的商品放置到采样装置的托盘上，管理员通过人机交互界面输入商品信息；商品信息包括名称、数量、价格和放置空间的编号；
步骤s3：货架控制电脑控制采样装置对商品的外形和重量进行检测，获取商品的特征信息；商品的特征信息包括商品外形和商品重量；
步骤s4：货架控制电脑通过人机交互界面通知管理员将商品上架；货架控制电脑将商品信息和商品的特征信息均发送给货架控制电脑；
步骤s5：管理员将商品放置在相应的放置空间内；
步骤s6：商品承载单元记录本次上架的商品的总重量，并将上架商品的总重量发送给货架控制电脑，货架控制电脑对商品的总重量进行存储处理；
步骤s8：货架控制电脑计算上架商品的数量：管理员将同一种商品的多个单体依次放置在采样装置的托盘内，采样控制电脑记录每一个单体的具体重量，并通过取平均值的方法计算该商品的单体平均重量，采样控制电脑将该商品的单体平均重量发送给货架控制电脑；
管理员将该商品全部放置到相应的放置空间内后，货架控制电脑采集该商品的总重量，并通过总重量除以单体平均重量的公式计算出该商品的上架数量；
货架控制电脑将该商品的上架数量发送给采样控制电脑，采样控制电脑通过人机交互界面显示出该商品的上架数量，管理员通过人机交互界面核对该商品的上架数量是否正确，如不正确，则管理员人工输入该商品的上架数量，货架控制电脑修正该商品的上架数量，并将修正后的该商品的上架数量发送给货架控制电脑，货架控制电脑更新该商品的上架数量；
步骤s9：货架控制电脑实时监控货架上的商品的重量，当商品的重量下降到预设值以下时，货架控制电脑通过声光报警器报警，并向采样控制电脑发送缺货通知，采样控制电脑通过人机交互界面显示缺货报警通知；
步骤3：客户自助交易，其步骤如下：
步骤a1：设立中心服务器，采样控制电脑通过网线与中心服务器通信，客户通过手机上网在中心服务器中设立自己的支付账户，该账户为微信账户或支付宝账户；支付账户包括账号、密码、身份证信息和人脸信息；
步骤a2：客户通过手机扫描所述二维码标签登陆自己的支付账户，中心服务器对客户的支付账户进行电子支付身份认证，并通知采样控制电脑客户登陆；
步骤a3：客户拿去商品放置区内的任意一个商品n，光幕传感器采集客户拿去的动作，并采集被拿去的商品n对应的放置空间的行坐标和列坐标作，确定放置空间的编号；
步骤a4：货架控制电脑获取光幕传感器采集到的放置空间的编号，根据放置空间的编号确定商品n的商品信息；并根据货架称重变送器采集到的重量的变化来确定商品n是否已经被拿离货架；
步骤a5：货架控制电脑将商品n的商品信息发送给采样控制电脑，采样控制电脑将商品n的商品信息转发给中心服务器，并同时通过人机交货界面显示商品n的商品信息；
步骤a6：中心服务器将商品n的商品信息以及支付信息发送到客户的手机上，客户通过手机确定支付信息进行支付；
步骤a7：货架控制电脑通过货架称重变送器采集到的重量的变化判断客户是将商品取走还是放回，如取走，则向采样控制电脑发送商品n的商品信息通知其进行进一步的支付流程；如放回，则向采样控制电脑发送取消支付流程的请求，采样控制电脑通知中心服务器取消支付；
步骤a8：当商品被从放置空间上随意取放但未经电子支付身份认证时，货架控制电脑控制声光报警器发出声光报警提醒，并且启动摄像头拍照取证；
步骤a9：货架控制电脑根据货架称重变送器采集到的重量的变化判断客户是否将商品放回了原位，如没有放回原位，则通过声光报警器发出声光报警提醒，并且启动摄像头拍照取证；
步骤a10：中心服务器记录并存储客户的消费记录，记录客户的信用积分，当识别出客户存在异常操作时，根据异常操作的等级，进行提醒，报警，扣除信用积分，或加入黑名单等操作。
本发明所述的一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统及其方法，解决了客户在使用无人值守零售货架是无监控、易作弊的技术问题，本发明不需要复杂的机械结构，提高了空间利用率；本发明可准确识别商品，解决了单一货架无法监管的问题；具有通用性，对所售货物的形状没有特殊要求，可以同时售卖形状各异，不同类型的货物；可以很方便的更换货物；方便快捷，客户可以直接扫码，拿货，付款，不需要复杂的操作；有监控数据，可追溯性强；收集的出售数据可以给进货提供参考；可以实现缺货提醒。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的流程图；
图3是本发明的货架称重变送器的电路图方框图。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图2所示的一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统，包括商品上架采样系统和智能货架，上架采样系统包括人机交互界面、采样控制电脑和采样装置，采样装置包括托盘、用于称重的采样称重变送器和用于测量商品外形的采样体积变送器，采样称重变送器设于托盘的下侧，采样体积变送器设有托盘的正上方，采样称重变送器和采样体积变送器均通过485总线与采样控制电脑通信，人机交互界面通过串口总线与采样控制电脑；
智能货架包括商品放置区、数个摄像头、声光报警器、货架控制电脑、二维码标签和数个光幕传感器，商品放置区包括数个商品承载单元，所述商品承载单元从上至下依次间隔设置，所述商品承载单元包括货架平板、货架称重变送器和数个货架体积变送器，货架平板的下侧设有货架称重变送器，货架平板的上侧采用隔断板从左至右依次隔断成数个用于放置商品的放置空间，每一个放置空间均对应设置一个货架体积变送器，上下两层货架平板的放置空间均一一对应设置，形成一列放置空间；
所有光幕传感器均均匀分布在商品放置区的上侧和左侧，每一层货架平板均对应设置一个光幕传感器，该光幕传感器射出的光幕从横向方向贯穿整个商品放置区，每一列放置空间均对应设置一个光幕传感器，该光幕传感器射出的光幕从纵向贯穿整个商品放置区；
所有摄像头均布在商品放置区的上侧；
所有货架称重变送器和所有货架体积变送器均通过485总线与货架控制电脑通信，所有摄像头均通过usb总线与货架控制电脑通信；所有光幕传感器和声光报警器均与货架控制电脑的io口连接；
所述采样控制电脑和货架控制电脑通过串口总线通信。
所述光幕传感器为对射式或反射式光幕传感器；所述采样控制电脑和所述货架控制电脑的型号均为dtb-3012-q170工控机；所述人机交互界面为触摸屏；所述人机交互界面为触摸屏。所述货架称重变送器由应变式称重传感器和称重变送器组成，应变式称重传感器包括电阻应变桥电路，称重变送器包括信号采样电路、数字滤波电路(所述数字滤波电路为现有技术，固不详细叙述)和用于将模拟信号转变成数字信号的重量转换电路，采样电路由采样电阻组成，重量转换电路为arm控制器及其外围电路，电阻应变桥电路(所述电阻应变桥电路为现有技术，故不详细叙述)采集重量信息，并输出重量模拟信号，重量模拟信号由信号采样电路采样后，再经数字滤波电路进行滤波，最后由重量转换电路转换成数字信号输出。所述采样称重变送器的电路原理以及电路元件构成与货架称重变送器相同。
所述采样体积变送器和所述货架体积变送器均为超声波体积测量装置、3d摄像头体积测量或光幕体积测量装置。
商品上架采样系统和智能货架可以组合使用，也可以单独使用。
所示dtb-3012-q170工控机总设有io扩展板(所示io扩展板为现有技术，故不详细叙述)。
实施例2：
实施例2所示的一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊方法是在实施例1所示的一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统的基础上实现的，包括如下步骤：
步骤1：建立所述一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统；
步骤2：管理员通过人机交互界面完成商品上架，其包括如下步骤：
步骤s1：在货架控制电脑内设置每一个放置空间的行坐标和列坐标，并将放置空间的行坐标和列坐标作为该放置空间的编号；
步骤s2：管理员将准备上架的商品放置到采样装置的托盘上，管理员通过人机交互界面输入商品信息；商品信息包括名称、数量、价格和放置空间的编号；
步骤s3：货架控制电脑控制采样装置对商品的外形和重量进行检测，获取商品的特征信息；商品的特征信息包括商品外形和商品重量；
步骤s4：货架控制电脑通过人机交互界面通知管理员将商品上架；货架控制电脑将商品信息和商品的特征信息均发送给货架控制电脑；
步骤s5：管理员将商品放置在相应的放置空间内；
步骤s6：商品承载单元记录本次上架的商品的总重量，并将上架商品的总重量发送给货架控制电脑，货架控制电脑对商品的总重量进行存储处理；
步骤s8：货架控制电脑计算上架商品的数量：管理员将同一种商品的多个单体依次放置在采样装置的托盘内，采样控制电脑记录每一个单体的具体重量，并通过取平均值的方法计算该商品的单体平均重量，采样控制电脑将该商品的单体平均重量发送给货架控制电脑；
管理员将该商品全部放置到相应的放置空间内后，货架控制电脑采集该商品的总重量，并通过总重量除以单体平均重量的公式计算出该商品的上架数量；
货架控制电脑将该商品的上架数量发送给采样控制电脑，采样控制电脑通过人机交互界面显示出该商品的上架数量，管理员通过人机交互界面核对该商品的上架数量是否正确，如不正确，则管理员人工输入该商品的上架数量，货架控制电脑修正该商品的上架数量，并将修正后的该商品的上架数量发送给货架控制电脑，货架控制电脑更新该商品的上架数量；
步骤s9：货架控制电脑实时监控货架上的商品的重量，当商品的重量下降到预设值以下时，货架控制电脑通过声光报警器报警，并向采样控制电脑发送缺货通知，采样控制电脑通过人机交互界面显示缺货报警通知；
步骤3：客户自助交易，其步骤如下：
步骤a1：设立中心服务器，采样控制电脑通过网线与中心服务器通信，客户通过手机上网在中心服务器中设立自己的支付账户，该账户为微信账户或支付宝账户；支付账户包括账号、密码、身份证信息和人脸信息；
步骤a2：客户通过手机扫描所述二维码标签登陆自己的支付账户，中心服务器对客户的支付账户进行电子支付身份认证，并通知采样控制电脑客户登陆；
中心服务器通过电子支付身份认证后，任何在货架上的取放货品均会与客户的支付账户绑定在一起，客户手工确认支付或由系统自动进行支付。
步骤a3：客户拿去商品放置区内的任意一个商品n，光幕传感器采集客户拿去的动作，并采集被拿去的商品n对应的放置空间的行坐标和列坐标作，确定放置空间的编号；
步骤a4：货架控制电脑获取光幕传感器采集到的放置空间的编号，根据放置空间的编号确定商品n的商品信息；并根据货架称重变送器采集到的重量的变化来确定商品n是否已经被拿离货架；超声波传感器用于获取商品的体积信息，通过体积信息可以识别商品的种类和数量；重量信息和体积信息用来判断哪个商品品被取走，并且通过摄像头监控被取走商品的数量；
步骤a5：货架控制电脑将商品n的商品信息发送给采样控制电脑，采样控制电脑将商品n的商品信息转发给中心服务器，并同时通过人机交货界面显示商品n的商品信息；
步骤a6：中心服务器将商品n的商品信息以及支付信息发送到客户的手机上，客户通过手机确定支付信息进行支付；
步骤a7：货架控制电脑通过货架称重变送器采集到的重量的变化判断客户是将商品取走还是放回，如取走，则向采样控制电脑发送商品n的商品信息通知其进行进一步的支付流程；如放回，则向采样控制电脑发送取消支付流程的请求，采样控制电脑通知中心服务器取消支付；
步骤a8：当商品被从放置空间上随意取放但未经电子支付身份认证时，货架控制电脑控制声光报警器发出声光报警提醒，并且启动摄像头拍照取证；
步骤a9：货架控制电脑根据货架称重变送器采集到的重量的变化判断客户是否将商品放回了原位，如没有放回原位，则通过声光报警器发出声光报警提醒，并且启动摄像头拍照取证；
步骤a10：中心服务器记录并存储客户的消费记录，记录客户的信用积分，当识别出客户存在异常操作时，根据异常操作的等级，进行提醒，报警，扣除信用积分，或加入黑名单等操作。
本发明在身份认证后的操作，将与个人信息关联。未准确完成电子支付的将报警、取证；错误取下并摆放商品，将被测量系统识别，并报警、取证；无身份认证的任何商品取放将被测量系统识别，并报警、取证。
智能货架上的各个传感器通过数据测量可以很好的实现交易监管，识别交易作弊，极大的加强了作弊监管力度。
智能货架实时监控商品的重量以及被拿去的频率，并将商品的重量以及被拿去的频率发送给中心服务器，中心服务器可以根据一段时间内商品的售卖情况，判断出商品的热销程度，甚至可以根据所有者的提供的进价和售价以及卖出数量综合情况，得出商品综合盈利速度，给所有者提供一些进货参考。
本发明所述的一种基于综合测量方式的无人值守零售的商品识别和防作弊系统及其方法，解决了客户在使用无人值守零售货架是无监控、易作弊的技术问题，本发明不需要复杂的机械结构，提高了空间利用率；本发明可准确识别商品，解决了单一货架无法监管的问题；具有通用性，对所售货物的形状没有特殊要求，可以同时售卖形状各异，不同类型的货物；可以很方便的更换货物；方便快捷，客户可以直接扫码，拿货，付款，不需要复杂的操作；有监控数据，可追溯性强；收集的出售数据可以给进货提供参考；可以实现缺货提醒。