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(xiàn)在長沙等城市以來，呈遍地開花之勢。共享單車以其方便、環(huán)保、省時、經(jīng)濟的優(yōu)點，切實解決了人們出行“最后一公里”問題，滿足了人們?nèi)粘６掏境鲂械男枨?，但新事物的沖擊往往會帶來始料未及的現(xiàn)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(xiàn)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(guī)范停車意識的不斷提升，“電子圍欄”技術(shù)也受到廣泛關(guān)注。通過查閱相關(guān)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(shè)感應(yīng)樁和圍欄，在單車上加裝感應(yīng)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(shè)備埋在一個挖好的坑里，再將連接藍牙讀寫設(shè)備和移動通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備、電瓶埋在另外一個大坑中，通過讀取信號范圍內(nèi)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(xiàn)對單車的停放規(guī)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(fā)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(diào)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(xiàn)對共享單車的停放管理。該方法的優(yōu)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(wèi)星定位技術(shù)（BDS/GPS）的電子圍欄

在共享單車車鎖中安裝BDS/GPS模塊、移動網(wǎng)絡(luò)終端，與后臺網(wǎng)絡(luò)連接，利用BDS/GPS定位方法，將單車的停放點限制在地圖上規(guī)定停放點附近的一定范圍內(nèi)，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(shù)的無源電子圍欄

結(jié)合4種電子圍欄，可以設(shè)計由互聯(lián)網(wǎng)共享單車、智能車鎖、高精度手持終端、用戶APP以及運營服務(wù)GIS平臺共同組成的系統(tǒng)。通過藍牙設(shè)備提供與自行車停放區(qū)域相匹配的電子圍欄信號，單車智能車鎖感應(yīng)電子圍欄信號，系統(tǒng)實時監(jiān)測共享單車停放區(qū)域，并自動判斷用戶是否將單車?？吭谝?guī)范停放區(qū)域，以此來規(guī)范用戶停車/還車行為，通過高精度手持終端實時監(jiān)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(nèi)環(huán)境，衛(wèi)星信號被遮擋、反射，信號衰減明顯，出現(xiàn)上百米的定位飄移也屬于正常現(xiàn)象。綜合考慮目視距離和城市環(huán)境因素，當共享單車定位精度達到5 m之內(nèi)時，實用性將會大大提升，同時，輔助A-GPS技術(shù)，便可“轉(zhuǎn)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(lián)。

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(wǎng)架構(gòu)圖

3.2 APP管理服務(wù)平臺

基于GIS技術(shù)，開發(fā)單車綜合管理服務(wù)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(qū)域，用戶通過手機掃碼自動解鎖，通過GPRS上傳位置、電量等數(shù)據(jù)，用手機APP傳送到服務(wù)器，服務(wù)器直接發(fā)送開鎖指令到智能車鎖命令其開鎖，或者由后臺服務(wù)器通過BDS/GPS遠程授權(quán)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(qū)域，實現(xiàn)關(guān)鎖結(jié)束計費操作。

圖2和圖3分別為電子圍欄鎖拓撲圖和組網(wǎng)架構(gòu)圖。

3.3 高精度手持終端

無源電子圍欄技術(shù)的使用將形成大量單車的集中停放，將勢必對各運營服務(wù)商帶來極大的困擾?；趤喢准壐呔仁殖纸K端，運營商可以快速、精準定位到需要維護的車輛，根據(jù)車輛運行情況及時充電、保養(yǎng)、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(xiàn)單車停放的規(guī)范管理，增強用戶的體驗感，產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。同時對于共享單車運營企業(yè)來說，電子圍欄系統(tǒng)的實施可大大減少線下區(qū)域運營維護的人工成本，提升共享單車利用率，間接為企業(yè)節(jié)約運營成本。

4 未來技術(shù)改進

圖4為優(yōu)化北斗高精度技術(shù)電子圍欄示意圖。

圖4 優(yōu)化北斗高精度技術(shù)電子圍欄示意圖

優(yōu)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(gòu)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。