基于北斗高精度電子圍欄的共享單車管理研究

冉自烜，歐陽嘉穎，陳章千

（麓山國際實驗學校，湖南 長沙 410006）

1 研究背景

摩拜、ofo、酷騎等共享單車自出現在長沙等城市以來，呈遍地開花之勢。共享單車以其方便、環保、省時、經濟的優點，切實解決了人們出行“最后一公里”問題，滿足了人們日常短途出行的需求，但新事物的沖擊往往會帶來始料未及的現實問題。海量的單車投放到市場后，由于其自由度極高的租賃模式，大眾“只顧騎，不顧停，胡亂停”的不良使用習慣帶來的停車亂象與城市的管理擦出了濃濃的“火藥味”。

2 現有共享單車管理及解決思路

伴隨著市政管理部門和市民用戶有序、規范停車意識的不斷提升，“電子圍欄”技術也受到廣泛關注。通過查閱相關資料，當前適合共享單車管理的電子圍欄主要有4種。

2.1 有樁電子圍欄

在地面建設感應樁和圍欄，在單車上加裝感應裝置，建成固定的單車停放位。但該方法存在硬件投入大、維護成本高、占用城市土地資源、找車停車不便等諸多弊端。

2.2 車載藍牙標簽的電子圍欄

這種方法一般是將藍牙讀寫設備埋在一個挖好的坑里，再將連接藍牙讀寫設備和移動通信網絡的網關設備、電瓶埋在另外一個大坑中，通過讀取信號范圍內共享單車的藍牙裝置，控制標簽信息傳送到后臺管理平臺，實現對單車的停放規范管理。該方法投入大，既要挖坑，又要供電、防盜，運營維護不便且成本高。

2.3 車鎖藍牙標簽電子圍欄

這種電子圍欄要求在停放點放置一個標示桿，在標示桿上安裝藍牙電子標簽，周期性地向外發射ID信號，也就是地圖上停放點的具體位置。在藍牙車鎖中安裝一個藍牙標簽讀寫器，通過調整車鎖中藍牙標簽讀寫器停放點與藍牙電子標簽的通信距離，來控制單車的停放范圍，實現對共享單車的停放管理。該方法的優點是不需要額外供電，維護簡單；缺點是消耗較多的電能。

2.4 基于衛星定位技術（BDS/GPS）的電子圍欄

在共享單車車鎖中安裝BDS/GPS模塊、移動網絡終端，與后臺網絡連接，利用BDS/GPS定位方法，將單車的停放點限制在地圖上規定停放點附近的一定范圍內，但該定位方法受定位精度的影響較大。

3 基于北斗高精度定位技術的無源電子圍欄

結合4種電子圍欄，可以設計由互聯網共享單車、智能車鎖、高精度手持終端、用戶APP以及運營服務GIS平臺共同組成的系統。通過藍牙設備提供與自行車停放區域相匹配的電子圍欄信號，單車智能車鎖感應電子圍欄信號，系統實時監測共享單車停放區域，并自動判斷用戶是否將單車停靠在規范停放區域，以此來規范用戶停車/還車行為，通過高精度手持終端實時監測，確保電子圍欄正常工作。

圖1 電子圍欄示意圖

3.1 高精度電子車鎖

目前，市場上的共享單車大多使用支持BDS/GPS的定位芯片，而BDS/GPS定位精度一般在10 m左右。從實際使用的角度分析，單車的停放地點通常在地鐵站下、立交橋下、樹蔭下，甚至是樓道、走廊這樣的室內環境，衛星信號被遮擋、反射，信號衰減明顯，出現上百米的定位飄移也屬于正常現象。綜合考慮目視距離和城市環境因素，當共享單車定位精度達到5 m之內時，實用性將會大大提升，同時，輔助A-GPS技術，便可“轉角遇到車”。如果定位精度能達到1 m，那么用戶與單車便可做到點對點互聯。

圖1為電子圍欄示意圖。

圖2 電子圍欄鎖拓撲圖

圖3 電子圍欄組網架構圖

3.2 APP管理服務平臺

基于GIS技術，開發單車綜合管理服務平臺，基于高精度電子地圖，城市交通管理部門劃定指定停車區域，用戶通過手機掃碼自動解鎖，通過GPRS上傳位置、電量等數據，用手機APP傳送到服務器，服務器直接發送開鎖指令到智能車鎖命令其開鎖，或者由后臺服務器通過BDS/GPS遠程授權開鎖，短信指令開鎖。還車時，科學引導用戶把車輛停放在電子圍欄區域，實現關鎖結束計費操作。

圖2和圖3分別為電子圍欄鎖拓撲圖和組網架構圖。

3.3 高精度手持終端

無源電子圍欄技術的使用將形成大量單車的集中停放，將勢必對各運營服務商帶來極大的困擾。基于亞米級高精度手持終端，運營商可以快速、精準定位到需要維護的車輛，根據車輛運行情況及時充電、保養、修理故障車輛，同時可以有效防止車輛丟失。

3.4 效益分析

北斗高精度電子圍欄可實現單車停放的規范管理，增強用戶的體驗感，產生巨大的社會效益和經濟效益。同時對于共享單車運營企業來說，電子圍欄系統的實施可大大減少線下區域運營維護的人工成本，提升共享單車利用率，間接為企業節約運營成本。

4 未來技術改進

圖4為優化北斗高精度技術電子圍欄示意圖。

圖4 優化北斗高精度技術電子圍欄示意圖

優化無樁電子圍欄的具體做法：在固定的停車標示牌上方安放北斗終端接收機＋手機移動通信模塊構成停車終端，這樣終端與車鎖形成差分RTK高精度定向定位，可使單車停車精度提高到分米級，還能識別停車方向，而且這個方案增加很少成本。