共享單車智能管家系統的設計與實現

於 鉉，張 潔*，張 明

（1. 南京市第十三中學，江蘇 南京 210008；2. 南京理工大學 計算機科學與工程學院，江蘇 南京 210094）

共享單車智能管家系統的設計與實現

於 鉉1，張 潔1*，張 明2

（1. 南京市第十三中學，江蘇 南京 210008；2. 南京理工大學 計算機科學與工程學院，江蘇 南京 210094）

共享單車可以提供經濟、快捷的自行車租賃與共享服務，方便人們的短距離出行。然而，共享單車也存在諸如安全防范措施不完善、維修與回收不便捷、隨意停放影響城市管理秩序等問題。針對上述問題，本文提出采用技術、信用和管理相結合的方法，通過三者的有機融合來有效管理共享單車所引發相關問題。首先，構建了一個硬件終端作為實現共享單車智能化的基礎。在此基礎上，通過應用傳感器技術來解決單車缺少夜間行車燈、車筐過載檢測等安全隱患；通過 GPS定位和無線通信模塊實現車輛的準確定位和追蹤；通過有效的信用管理和流程管理，結合騎行者的定位信息、禁停區和電子圍欄的設置、用戶信用的管理等，引導單車有序地停放在電子圍欄內。本文提出的共享單車智能管家系統，能夠有效地解決當前共享單車面臨的管理混亂等問題，具有一定的應用和推廣價值。

共享單車；智能硬件；GPS定位；電子圍欄

0 引言

近年來，機動車數量呈現井噴式增長，城市道路交通日漸擁堵，解決老百姓出行“最后一公里”的難題，已經擺上政府工作議事日程。在此背景下，方便實用的無樁共享單車的出現，為廣大居民綠色出行提供了解決之道。但是無樁共享單車的急速發展所面臨的阻力，如：被人偷盜、硬件維護、高峰期調配等行業性的問題，以及發展帶來的遺留問題并沒有得到及時解決，“亂停亂放、占用道路”等公共交通管理問題日益嚴重[1-2]。

當前大多數共享單車存在的不足之處包括如下幾個方面[3-4]：單車亂占道現象無人監管，對交通造成了部分壓力，增加了潛在的安全隱患；硬件不夠完善，且存在部分安全隱患。如，單車沒有夜燈會給在光照不足的夜間騎行用戶造成不好的體驗等；共享單車的回收系統存在漏洞，損毀的單車到處拋棄，無法及時追蹤和找回等；共享單車的停車范圍沒有規范，缺少引導單車停入電子圍欄區，杜絕停入禁停區的措施和手段等，增加了單車擺放和回收所需消耗的人力、物力和財力。

針對以上問題，迫切需要找到一種行之有效的方法來解決共享單車發展過程中所衍生出來的諸多社會問題，進一步提升人們便捷出行體驗的同時，減少社會管理上的混亂，更好的節約社會資源和成本，實現共享單車企業、騎行者和社會管理上的和諧共贏新局面。

本文針對當前共享單車快速發展過程中所引發的諸多社會問題，給出一種行之有效的解決方法。經過深入的調查和研究，提出一種以智能硬件技術為核心，輔以有效的信用管理和流程管理為兩翼，結合技術、信用和管理這三者的優勢，設計一套“共享單車智能管家系統”來解決共享單車所引發的維修與召回缺失、管理不規范、亂停亂放等問題。

1 共享單車智能管家統總體設計

“共享單車智能管家系統”的主要功能需求是解決越來越多的共享單車使用過程所引發的質量、安全和管理上的混亂問題，如：（1）單車的智能化設備較少，易引起安全隱患；（2）單車維修和質量維護成本高、失聯或者破損的單車召回困難；（3）單車停放混亂，缺少引導單車停放在電子圍欄區而不是禁停區的措施和手段等。

根據“共享單車智能管家系統”的主要功能需求可知，系統的主要功能應該包括：單車智能化管理方面的夜間照明功能和超載檢測功能、用戶申報管理方面的單車召回和報修管理功能、電子區域設置管理方面的禁停區設置和電子圍欄區設置、以及單車停放管理等。系統的總體功能結構框圖1所示。

2 核心功能模塊的設計與實現

2.1 硬件終端架構

根據“共享單車智能管家系統”的功能需求和總體設計方案，系統的硬件平臺設計主要設計圍繞微處理器的選型[5-6]，光敏傳感器、壓力傳感器[7]、小夜燈、GPS定位模塊[8]、蜂鳴器報警模塊、電子鎖、無線通信等模塊的選擇而展開。

首先，為了節約成本，減少開發復雜度，選取帶有無線通信接口的ARM9處理器作為系統核心模塊；然后，選擇滿足系統要求的傳感器模塊、電子鎖、GPS定位模塊等，小夜燈需要節能的LED燈。最后，進行硬件系統的集成和調試。

圖1 共享單車智能管家系統功能結構框圖Fig.1 Function block diagram of bicycle-sharing intelligent management system

系統的硬件結構如圖2所示：

圖2 系統硬件結構圖Fig.2 Hardware architecture

2.2 單車智能化管理

單車智能化管理包括夜間照明功能和過載檢測功能。夜間照明功能：適用在黑夜或者大霧等情況下，通過LED燈發光照明，以優化用戶在惡劣氣象下的出行體驗；過載檢測功能：單車車筐載重超過5KG時會存在嚴重的安全隱患，同時避免車筐攜帶嬰兒等危險情況的發生，需要在車筐過載時給出報警信息。在具體實現時，夜間照明功能：光敏傳感器檢測到光線小于某個閾值時，自動打開LED燈，可以通過軟件功能關閉；過載檢測功能：通過壓力傳感器檢測到車筐的載重超過閾值的時候，蜂鳴器持續報警，超載騎行3分鐘后則費用開始加倍，同時減少信用值。

2.3 用戶申報管理

用戶申報管理包括單車報修和召回管理兩個功能。

單車報修：單車用戶上傳單車的破損信息，可以減少單車企業對單車維修的時間和經濟成本，用戶可以得到積分、信用值等經濟回報；單車召回：用戶上傳被遺棄單車和嚴重損壞單車的召回信息（如定位和現場圖片），獲得一定的積分、信用或者經濟回報，車企可節約管理維護費用，同時也減少社會環境的混亂等。用戶申報管理功能是一種典型的“共享”經濟模式，實現了單車企業、單車用戶和社會管理的共贏局面。

具體實現時，通過用戶反饋上傳損壞車輛信息，從而精準鎖定損壞車輛，車企維修人員通過用戶上傳信息到現場確認車輛受損狀況，確認后獎勵用戶信用點或者積分，并且完成單車回收維修。當用戶上傳廢棄在垃圾堆、野外等損壞較為嚴重單車，或者禁停區單車信息，車企召回人員確認信息后召回車輛，同時給予分享用戶的一定積分、信用或者經濟回報；同時也可以采用技術手段和一定的管理流程進行主動召回，當檢測到大于10天沒有被使用車輛，進行主動召回或者重新投放。

2.4 電子區域設置管理

禁停區管理：管理部門根據城市管理的需要在某些重要的場所及其周邊劃分出一片區域禁止共享單車駛入。如：北京市的長安街、天安門廣場為禁停區；南京市的北京西路、頤和路片區、金陵飯店周邊等；電子圍欄管理：為了有序管理和停放共享單車的需要，在人流密集或中轉的地方，如：地鐵口、賣場、廣場、景點、學校門口等，在其周邊固定的地點劃分一片固定的區域引導用戶將單車停入電子圍欄區域。

具體實現時，根據管理部分發布的單車禁停區信息，在系統的電子地圖[9]上標記出來，并實時更新，單車駛入禁停區需要給予報警提示；將單車企業或城市管理部門設定好的電子圍欄區域，在電子地圖標注出來，并實時更新，單車停放進電子圍欄區域時，所租借的共享單車發生的費用享受優惠政策。

例如，本文依據南京市鼓樓區 2017年 8月28日發布共享單車禁停區域電子圍欄做了功能測試。禁停區域為：（1）北京西路：西康路到虎踞北路段；（2）頤和路片區：北京西路—寧海路—江蘇路—寧夏路—西康路合圍區域；（3）金陵飯店周邊：金陵飯店南門進口人行道以東—地鐵6號口—金陵風尚地下通道口—郵局處禁止停放非機動車；南門出口—世貿樓廣場—地鐵口處—貨車通道口人行道禁止停放非機動車；金陵飯店南門進出口之間禁止停放非機動車；金陵飯店東門兩側各30米區域禁止停放非機動車。

本系統在百度電子地圖上的標注北京西路禁停區和頤和路片區，如圖3所示。然后，讓測試單車駛入該禁停區域。系統實時給出了報警：“您的自行車處于禁停區域。仍將處于計費狀態！”

2.5 單車停放管理

單車的停放功能是系統的核心功能，在用戶完成騎行到達目的地附近的時候，需要將車輛停放后歸還單車。此時啟用系統的單車停放功能，系統根據停車的GPS定位信息做出判斷：

（1） 如果停放在電子圍欄區，則租借費用打8折；

（2）如果停放禁挺區，在系統提示駛離出禁停區15分鐘后，仍然停止禁停區的，不僅騎乘費用翻倍，同時扣除信用值、列入騎行黑名單；

（3）單車停在其他地方的，則按正常標準計費。

表1列出了三種不同實驗場景下的測試結果，在電子圍欄、禁停區、其它區域的測試結果都表明本系統可以按照設計方案正常工作。

3 結論

本文針對當前快速發展共享單車產業所引發的主要問題：（1）硬件功能不夠完善，沒有夜間行駛燈和缺少超重檢測等，存在安全隱患；（2）單車的維修和回收系統存在漏洞，損毀的單車到處拋棄，無法及時追蹤和找回；（3）單車的停車范圍沒有規范，缺少引導單車停入電子圍欄區，限制停入禁停區的措施和手段等，提出了一種采用技術、管理和信用相結合方法來解決。首先，通過為每個單車設計一個智能硬件終端，采用傳感器檢測技術實現夜間照明和超載檢測功能；然后，通過硬件終端的GPS定位技術，結合信用管理和流程管理給予用戶一部分積分回報，從而實現用戶主動上傳單車的維修和召回信息，達到企業、用戶和社會的和諧共贏。最后，本項目采用GPS定位技術管理和劃分禁停區、電子圍欄區，采用不同計費策略和信用懲罰管理，引導用戶將單車停入電子圍欄區，限制其將單車停入禁停區等。仿真實驗測試的結果表明，本文所提的方案有助于解決共享單車快速發展過程所引發的主要管理混亂問題。

圖3 禁停區域電子圍欄Fig.3 Electronic fence of no-parking

表1 不同地點單車停放功能測試結果表Table 1 Testing results of bicycle parking functionalities at different places

[1] 王光榮, "共享單車發展問題系統探究," 長安大學學報:社會科學版, vol. 19, pp. 30-35, 2017.

[2] 張子軒, 吳蔚, "共享單車的現狀, 問題以及其發展對策建議," 現代商業, vol. 15, pp. 162-163, 2017.

[3] 錢龍明, 羅釧, "“共享單車” 騎行事故之法律解析," 法制與社會, vol. 15, pp. 84-85, 2017.

[4] 劉亞楠, "共享單車發展研究分析," 時代金融, vol. 3, pp.251-254, 2017.

[5] 賈敏智, 鄧翠艷, "基于ARM的塔機安全自動監控系統的設計," 軟件, vol. 33, pp. 147-149, 2012.

[6] 姜換新, "ARM嵌入式系統C語言編程," 計算機應用與軟件, vol. 10, pp. 15-19, 2003.

[7] 元慶, 新型傳感器原理及應用: 機械工業出版社, 2002.

[8] 施文灶, 王平, "GPS 車載導航系統的設計," 軟件, pp.32-36, 2014.

[9] 梁倩, "基于電子地圖的移動基站定位管理系統的設計與實現," 計算機應用與軟件, vol. 29, pp. 182-184, 2012.

Design and Implementation of Intelligent Management System for Bicycle-Sharing

YU Xuan1, ZHANG Jie1*, ZHANG Ming2
(1. Nanjing No. 13 Middle School, Nanjing, Jiangsu, 210008; 2. School of Computer Science and Engineering,Nanjing University of Science and Engineering, Nanjing, Jiangsu, 210094)

Bicycle-sharing makes great convenience to people’s daily life. Nevertheless, there still exists many security and management problems including non-perfect security, inconvenient repairs and recycling, and negative impacts to urban order. To deal with these problems, in this study, we design and implemented an intelligent management system for bicycle-sharing by utilizing modern computer techniques. A hardware platform is constructed as the basis of the intelligence of bicycle-sharing; a function module is implemented to monitoring the over-load of bicycle and improving the safety of night bicycling; we also implement a function module of electronic fence to facilitate the management of bicycle parking. Simulation results demonstrated that the proposed system is useful to improve the efficiency and efficacy of management for the bicycle-sharing.

: Bicycle-sharing; Intelligent hardware; GPS localization; Electronic fence

TP311

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.10.039

本文著錄格式：於鉉，張潔，張明. 共享單車智能管家系統的設計與實現[J]. 軟件，2017，38（10）：194-197

於鉉(2001.03-)，男，南京市第十三中學科技創新興趣小組成員，南京理工大學暑期信息學集訓隊成員；張明(1978-)，男，南京理工大學計算機科學與工程學院博士后，研究方向：計算機應用。擔任南京理工大學暑期信息學集訓指導教師。

張潔(1989.10-)，女，南京市第十三中學科技創新興趣小組指導教師，兼任南京理工大學暑期信息學集訓指導教師。