公共自行車租還自動控制系統＊

曹平

（天津優航科技有限公司，天津 300000；天津天優科技股份有限公司，天津 300000）

1 研究背景

現階段，我國經濟快速發展，城市居民生活水平日益提高，私家車數量增長速度加快，隨之而來的是城市擁堵問題越來越重，而解決城市交通問題的有效方法就是發展城市公共交通[1]，但公共汽車、地鐵等公共交通設施無法覆蓋到城市的所有地方，這就需要公共自行車來有效補充。

公共自行車發展主要經歷了免費自行車、投幣自行車、高新技術自行車3個階段，現階段的高新技術自行車已經在一些發達國家非常普及，甚至成為了當地重要的出行方式，其公共自行車租還自動控制系統處于世界領先地位[2-4]。

我國公共自行車租還自動控制系統起步較晚，最早于2006年出現在北京，目前在上海、北京、杭州、西安等發達城市或旅游城市發展較為迅速，但發展過程中存在較多問題。我國的公共自行車租還自動控制系統研究與歐美國家存在較大差距，研制一套適應于我國公共自行車發展的租還自動控制系統迫在眉睫[5-7]。

2 系統構成

本系統采用集中控制、分布式管理的模式，由一個后臺管理系統和若干自行車服務點組成。自行車服務點通過網絡與后臺管理系統相連接，自行車服務點將車輛信息、租還信息發送到后臺管理系統，后臺管理系統根據數據庫信息向自行車服務點回復數據。

本系統設計的一大特點是采用網絡無關性設計，也就是本系統服務點與后臺管理中心之間的網絡由運營商根據當地實際網絡環境來定，無論是有線網絡，還是無線網絡，無論是哪家電信運營商，都可以使用。

2.1 系統結構圖

系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2.2 系統主要功能

系統的業務流程如圖2所示。

圖2 業務流程圖

用戶持卡可以到本系統自行車服務點刷卡，完成車輛的租還操作。自行車服務點將緩存用戶的消費數據及租還車數據，在網絡暢通的情況下，服務點將緩存的數據通過網絡上送給通訊服務器，通訊服務器將接收到的所有數據存入管理中心的數據庫中。系統中各個子系統根據需要通過內部局域網連接到數據庫，訪問與操作相關的數據。

對于乘客在租還車輛過程中出現的異常情況，糾紛解決子系統通過查詢乘客的租還車記錄及消費數據，可以輔助操作員還原乘客租還車輛的過程，由此可以確定異常情況產生的原因，幫助乘客解決糾紛。

2.2.1 系統網絡設計

系統網絡設計如圖3所示。

圖3 系統網絡設計圖

自行車站點與通訊服務器使用4G無線網絡進行數據通信，中間經過防火墻，確保信息安全，通信服務器、市中心數據庫服務器和每個子系統通過以太網進行連接，提升了整個系統的運行效率和可擴展性。

2.2.2 控制系統創新點

綜上所述可知，該套控制系統主要有以下3個創新點：①采用CAN總線作為設備的傳輸總線，運用到公共自行車領域。CAN通訊具有通信距離遠、抗干擾能力強、通訊速度快、通訊效率高、可靠性強等優點，從而保證設備在戶外條件下能夠正常工作且使得設備使用壽命明顯延長。除此之外，采用CAN總線通信使得設備維修方便，易于查找問題，當某個終端出現問題時，不至于影響整個網絡。②在公共自行車領域采用電控鎖具，采用工業級ARM芯片作為整個鎖止器的控制核心。將ARM芯片應用于電控鎖具中，該芯片內部具有高速時鐘，從而有力保證了租還車過程的流暢進行。該芯片內部具有規格不同的存儲單元，當判斷租車卡合法時，通過引腳電平的變化來實現機械鎖的聯動開關。除此之外，該芯片具有超高的性價比，不但功能強大，而且功耗很低，從而在方便租車者的前提下保障了其人身安全。同時，租還車及計費均實現了全自動控制，減少了人力資源的浪費，提高了整個系統的工作效率。③采用IC卡作為信息媒介，自行車和用戶都以IC卡作為管理媒介。采用IC卡刷卡的方式來實現租還車操作，實現集公交卡、自行車卡于一體的“一卡通”，真正方便市民的出行。

3 控制系統特點

該控制系統由前端鎖止器、管理終端及后臺軟件、讀卡器、密鑰系統等組成。系統面臨的最大問題是通訊數據不穩定，接收亂碼、丟包等情況時有發生，從而影響租車者的正常使用，給市民出行帶來不便。系統采用CAN通信的方式來傳遞數據，由于CAN線自身擁有雙絞線的特點，其抗外界干擾的能力超強；同時，兩端屏蔽線同時接地，使得整個系統處于等電位狀態，消除了外界的干擾，提高了代碼的準確率。另外，控制系統超遠的通信距離也有效地解決了戶外施工難的問題。

4 結束語

本文設計了采用集中控制、分布式管理的模式，由一個后臺管理系統和若干自行車服務點組成的系統。該系統有較強的抗外界干擾能力，準確率較高，解決了施工難的問題。系統設計后雖然經歷了測試，目前來說，效果較好，但隨著公共自行車行業的迅速發展，公共自行車數量也在急速增加，接下來應考慮運用互聯網、大數據技術，對租還地點進行優化，確保鎖樁合理分布，方便用戶隨需租用，就近還車。

［1］馬帥.公共自行車租賃系統的模式分析及改進提案［J］.科技信息，2011（24）：102.

［2］李陽.公共自行車租賃系統站點控制軟件設計與實現［D］.重慶：重慶郵電大學，2016.

［3］Dijia G，Zhongdong Z.Implementation Mechanism of Urban Public Bicycle Systems［J］.Urban Transport of China，2008，6（6）：27-32.

［4］呂丹.“公共自行車服務系統”研究與大數據處理［J］.數學建模及其應用，2013，2（5）：20-24，41.

［5］張昱，劉學敏，張紅.中國城市公共自行車系統現狀、問題和對策［J］.中國發展，2013（5）：74-79.

［6］朱曉玲.綠色公共自行車系統運營及保障機制研究［D］.重慶：重慶交通大學，2014.

［7］莫嬌，廖斌，徐少波，等.基于移動互聯技術的公共自行車租賃系統設計［J］.科技創新與應用，2015（20）：31-32.