基于“北斗+電子圍欄”的共享單車監(jiān)管研究

李玉玲

（新蔡縣自然資源局，河南 新蔡 463500）

1 引言

共享單車作為互聯(lián)網(wǎng)與共享經(jīng)濟發(fā)展下的產(chǎn)物，以其綠色低碳、靈活快捷的優(yōu)點，快速受到城市居民的青睞。但共享單車的使用停放問題沒有得到足夠重視，共享單車停放混亂，不僅影響市容，也給城市交通帶來極大不便。

本文提出了一種基于“北斗+電子圍欄”技術(shù)的共享單車監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計方案，即在共享單車上安裝北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位裝置和移動通信模塊，利用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星定位裝置獲取的定位數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)、高精度GIS 地圖等集成于地理信息監(jiān)管平臺，在高精度地圖上劃定共享單車停放區(qū)域。當(dāng)共享單車超出停車區(qū)域，系統(tǒng)就會發(fā)出預(yù)警提示信息，要求騎行者將車輛放回指定區(qū)域，否則車輛將無法上鎖，共享單車的數(shù)據(jù)后臺也會一直計算用車費用。

通過該系統(tǒng)的設(shè)計實施，可以實時掌握市域內(nèi)共享單車狀況，包括共享單車的數(shù)量、行駛狀態(tài)以及所在位置等，為共享單車的科學(xué)投放和合理使用提供智能指引。

2 共享單車存在的問題

共享單車起初是為了解決城市交通的“最后一公里”問題，具有高效、節(jié)能、便捷等諸多優(yōu)點。但隨著競爭環(huán)境的日益激烈，為了搶占市場份額，大多數(shù)運營商選擇過量投放共享單車。由于城市功能區(qū)的集聚性和調(diào)度運營的不科學(xué)，人口流量較大地區(qū)共享單車投放過于密集，車輛停放沒有精準(zhǔn)的定位功能，沒有在規(guī)定區(qū)域限定停車，因此，共享單車存在隨意停放無規(guī)則、違規(guī)占道等問題，影響城市的規(guī)劃和管理，本文針對這些問題進行技術(shù)研究，解決共享單車定位、規(guī)范停車等問題。

3 北斗導(dǎo)航高精度定位

傳統(tǒng)的共享單車定位采用衛(wèi)星定位技術(shù)，常用的衛(wèi)星導(dǎo)航主要有北斗和GPS 兩種。北斗是采用三頻段定位的衛(wèi)星系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)二頻段定位的GPS 衛(wèi)星，定位精度更高。共享單車監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計是基于河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)開展的研究，該基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)具有自動化運行能力，可自動完成全省247座基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)入庫以及差分計算；利用GSM、GPRS、3G、4G 等方式進行差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)的能力，適應(yīng)基準(zhǔn)站到數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心到用戶間通信方式的擴充和改變，并兼容其他移動通信方式；通過Internet 進行服務(wù)管理，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)聯(lián)網(wǎng)；支持服務(wù)注冊和服務(wù)漫游功能；為河南省內(nèi)用戶提供事后精密定位數(shù)據(jù)服務(wù)。河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)可達到水平優(yōu)于3cm、垂直優(yōu)于5cm 的定位精度，大大提高了共享單車定位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，是共享單車監(jiān)管系統(tǒng)實現(xiàn)基于北斗導(dǎo)航定位的電子圍欄的重要技術(shù)支撐。

4 共享單車監(jiān)管系統(tǒng)技術(shù)方案

共享單車監(jiān)管系統(tǒng)是基于北斗導(dǎo)航定位劃定的電子圍欄系統(tǒng)，使用時共享單車的鎖、電子圍欄系統(tǒng)App 以及后臺服務(wù)器之間相互聯(lián)系，可通過北斗導(dǎo)航定位實時上傳定位信息至電子圍欄系統(tǒng)App，利用高精度地圖，虛擬一個電子圍欄，這樣便可以限定車輛的使用區(qū)域和停放區(qū)域。一旦發(fā)現(xiàn)共享單車有違規(guī)使用情況就及時上報至后臺服務(wù)器，然后服務(wù)器下達指令至共享單車用戶[1]。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)在河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用CORS 差分集成技術(shù)，實現(xiàn)小于1 米的單點定位精度、水平優(yōu)于3 cm 且垂直優(yōu)于5 cm 的HeNCORS 實時定位精度。

HeNCORS的技術(shù)指標(biāo)主要包括導(dǎo)航和定位兩部分，同時滿足精度、可用性、完好性、兼容性等指標(biāo)。HeNCORS 的性能指標(biāo)主要包括自動運行、完整性監(jiān)測、自動計算、聯(lián)網(wǎng)和擴充、數(shù)據(jù)服務(wù)、靜態(tài)及動態(tài)高精度定位、差分導(dǎo)航等能力。

目前，共享單車使用STM32 單片機作為硬件核心，搭載北斗定位裝置，以此來實現(xiàn)智能鎖車的指令傳輸、定時定位和開關(guān)功能。使用TCP 傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，通信過程更安全，并通過北斗導(dǎo)航定位裝置給后臺監(jiān)管系統(tǒng)發(fā)送指令，優(yōu)化開鎖流程；通信方式使用Socket 通信，可以完成SIM 卡與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器地址之間的數(shù)據(jù)傳輸。利用Socket 服務(wù)器，實現(xiàn)監(jiān)聽客戶端的連接，可以查詢數(shù)據(jù)庫，通過IP 匹配確定共享單車的使用情況。

4.2 電子圍欄設(shè)計

本文研究的電子圍欄是基于北斗導(dǎo)航定位技術(shù)，通過接收北斗衛(wèi)星信號進行定位，并在高精度地圖上規(guī)劃出共享單車的電子圍欄區(qū)域，若用戶沒有停放在電子圍欄區(qū)域，將會收到警告或者提醒短信，同時該共享單車不能上鎖，或者上鎖之后將持續(xù)收費[2]。

共享單車電子圍欄劃定也就是共享單車停放的選址問題，選址點是否合理決定用戶的便捷性。本文借助地理信息系統(tǒng)建立共享單車停放點選址模型，確定共享單車停放點的最優(yōu)布設(shè)位置。利用河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的地基增強系統(tǒng)，通過北斗高精度測繪工具，結(jié)合紅外線探測技術(shù)獲取共享單車停放點的精確位置數(shù)據(jù)，定位精度可以達到亞米級乃至厘米級。

共享單車監(jiān)管系統(tǒng)的電子圍欄是虛擬的，不需要硬件支撐，有利于后續(xù)動態(tài)調(diào)整和維護。該系統(tǒng)在高精度電子地圖上劃定矢量范圍來確定電子圍欄的大小和位置，這個范圍可以根據(jù)市場管理需要或用戶使用共享單車的密度進行動態(tài)調(diào)整。電子圍欄所設(shè)定區(qū)域為多邊形圍欄，由后臺監(jiān)管系統(tǒng)將設(shè)定區(qū)域的拐點坐標(biāo)信息通過4G/5G 通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器端。當(dāng)共享單車被使用時，后臺監(jiān)管系統(tǒng)將實時接收的北斗高精度組合定位坐標(biāo)信息與劃定的電子圍欄警戒區(qū)域信息進行比對，如果共享單車沒有停放在劃定的電子圍欄區(qū)域，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒用戶停放至劃定區(qū)域，極大地改善了共享單車的停放秩序。

4.3 后臺監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)管系統(tǒng)基于Visual Studio 集成環(huán)境研發(fā)，使用C#語言編程，快捷可視化搭建監(jiān)控平臺，建立C/S程序框架，監(jiān)控終端設(shè)備的各項數(shù)據(jù)信息。使用C#提供的Socket 接口，通過北斗導(dǎo)航定位裝置與系統(tǒng)客戶端進行實時通信[3]。

監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計是以問題為導(dǎo)向，匯總監(jiān)測信息，總覽共享單車的使用情況以及運行軌跡，因此，應(yīng)部署防病毒設(shè)備或軟件，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)病毒的管理、隔離、實時掃描和監(jiān)控等，保護共享單車用戶的個人隱私。

后臺監(jiān)管系統(tǒng)主要是監(jiān)管用戶用手機掃描App 之后共享單車的運行軌跡。系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2 所示，用戶通過掃描共享單車車體上的二維碼之后，信息上傳至后臺監(jiān)管系統(tǒng)，用戶在使用共享單車過程中，App會實時提示用戶附近的電子圍欄，用戶使用App 請求鎖車時，后臺監(jiān)管系統(tǒng)會獲取北斗導(dǎo)航定位裝置的位置信息，并判斷該共享單車的位置坐標(biāo)是否在最近的電子圍欄內(nèi)，若不在電子圍欄內(nèi)，則關(guān)鎖失敗，繼續(xù)收費，并提示用戶找最近的電子圍欄[4]。

圖2 監(jiān)管系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

5 結(jié)語

本文介紹了基于北斗導(dǎo)航定位的電子圍欄共享單車監(jiān)管系統(tǒng)的總體架構(gòu)，闡述了河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的定位原理以及電子圍欄劃定方法，共享單車監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計具有以下優(yōu)點：（1）使用北斗導(dǎo)航定位，可以將共享單車使用車輛精確定位到厘米級，定位準(zhǔn)確；（2）利用虛擬電子圍欄，避免使用物理電子圍欄，可以減少維護費用；（3）通過后臺監(jiān)管提醒播報服務(wù)，可以規(guī)范市場停車秩序；（4）利用北斗導(dǎo)航定位裝置與其他商家開展商業(yè)合作，有利于拓寬共享單車商家的營銷市場。隨著科技的發(fā)展，期待未來共享單車定位更加精準(zhǔn)，功耗更低，同時結(jié)合測繪新技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的融合使用，推動共享單車及共享經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，更好地服務(wù)人民生活。