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”技術的共享單車監(jiān)管系統(tǒng)設計方案，即在共享單車上安裝北斗導航衛(wèi)星定位裝置和移動通信模塊，利用北斗導航衛(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。當共享單車超出停車區(qū)域，系統(tǒng)就會發(fā)出預警提示信息，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，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研究，解決共享單車定位、規(guī)范停車等問題。

3 北斗導航高精度定位

傳統(tǒng)的共享單車定位采用衛(wèi)星定位技術，常用的衛(wèi)星導航主要有北斗和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)的設計是基于河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)開展的研究，該基準服務系統(tǒng)具有自動化運行能力，可自動完成全省247座基準站的數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)入庫以及差分計算；利用GSM、GPRS、3G、4G 等方式進行差分數(shù)據(jù)服務的能力，適應基準站到數(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 進行服務管理，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和服務聯(lián)網(wǎng)；支持服務注冊和服務漫游功能；為河南省內(nèi)用戶提供事后精密定位數(shù)據(jù)服務。河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(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)基于北斗導航定位的電子圍欄的重要技術支撐。

4 共享單車監(jiān)管系統(tǒng)技術方案

共享單車監(jiān)管系統(tǒng)是基于北斗導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 以及后臺服務器之間相互聯(lián)系，可通過北斗導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器，然后服務器下達指令至共享單車用戶[1]。系統(tǒng)總體架構如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構

4.1 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)在河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)基礎上，采用CORS 差分集成技術，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的技術指標主要包括導航和定位兩部分，同時滿足精度、可用性、完好性、兼容性等指標。HeNCORS 的性能指標主要包括自動運行、完整性監(jiān)測、自動計算、聯(lián)網(wǎng)和擴充、數(shù)據(jù)服務、靜態(tài)及動態(tài)高精度定位、差分導航等能力。

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)絡服務器地址之間的數(shù)據(jù)傳輸。利用Socket 服務器，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 電子圍欄設計

本文研究的電子圍欄是基于北斗導航定位技術，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)布設位置。利用河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)的地基增強系統(tǒng)，通過北斗高精度測繪工具，結合紅外線探測技術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。電子圍欄所設定區(qū)域為多邊形圍欄，由后臺監(jiān)管系統(tǒng)將設定區(qū)域的拐點坐標信息通過4G/5G 通信網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌鞫恕．敼蚕韱诬嚤皇褂脮r，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)控終端設備的各項數(shù)據(jù)信息。使用C#提供的Socket 接口，通過北斗導航定位裝置與系統(tǒng)客戶端進行實時通信[3]。

監(jiān)管系統(tǒng)設計是以問題為導向，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，應部署防病毒設備或軟件，實現(xiàn)對網(wǎng)絡病毒的管理、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)會獲取北斗導航定位裝置的位置信息，并判斷該共享單車的位置坐標是否在最近的電子圍欄內(nèi)，若不在電子圍欄內(nèi)，則關鎖失敗，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)務流程

5 結語

本文介紹了基于北斗導航定位的電子圍欄共享單車監(jiān)管系統(tǒng)的總體架構，闡述了河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(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)設計具有以下優(yōu)點：（1）使用北斗導航定位，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，可以規(guī)范市場停車秩序；（4）利用北斗導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，功耗更低，同時結合測繪新技術、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術的融合使用，推動共享單車及共享經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展，更好地服務人民生活。