城市共享单车公共治理应用技术研究

上海产业技术研究院

1 共享单车的发展背景及存在问题

随着“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念的不断深入，共享单车发展迅速，据统计截止到2017年底，沪上12家企业投放已超150万辆。共享单车较好解决了城市交通最后一公里的问题，给市民“最后一公里”的出行带来了便利。与过去多个城市推出的市政公共自行车相比，无桩的停放形式、随时走随时停的使用体验优势明显，使得共享单车非常流行。但在使用过程中，存在企业运营管理不善单车占道停放，影响城市环境及交通秩序的问题，当“随停随放”缺乏管理时，就变成了乱停乱放，不仅给管理者和市民带来极大的不方便，也给运营者带来极大的困扰[1]。目前上海市区可供共享单车停放点位在60万辆左右，而已经在上海投放的共享单车数量却远超出这个数字，需要政府行业管理部门与相关运营企业积极作为、规范管理，同时共享单车的使用者也应该遵守停放规则，维护城市秩序。目前可行的技术解决方案中，电子围栏技术成了首选，全国各主要城市和运营商都在加快电子围栏技术的研究和应用。

2 电子围栏技术介绍及主要形式

简单来说，共享单车电子围栏技术是利用信息技术，在GIS地图上虚拟出一个停车框，用户将车辆停在指定的停车框中，实现实时掌握停车区域内单车的数量、状态、位置及各区间的流量情况等信息，为车辆投放、调度和运维等提供智能指引[2]。

电子围栏形式主要有两种，一种是基于卫星定位技术的电子围栏系统，借助地面增强系统，北斗系统的定位精度可以达到亚米级。另一种是通过在地面建立信号发射装置来实现对停车区域的识别，即蓝牙短距离无线通信技术;从主导方来划分，一种是由政府统一规划的“公共电子围栏”，即在非机动车道上划线设置停放区域，通过高精度定位测绘工具结合红外线探测取得数据,并将坐标系最终体现在GIS图层，提供相关各方使用；另一种是共享单车企业自行设置的独立电子围栏，但在实际落地过程中，两种电子围栏也有重合的可能，两种电子围栏设置目的都在于限制停车位置，共享单车通过一定的定位技术识别用户是否将车停放在指定区域内，从而对用户进行奖励或惩罚[3]。

3 目前各城市开展主要有四种共享单车电子围栏技术

3.1 基于卫星定位技术(GPS/GNSS)的电子围栏方式

这种方法是在共享单车锁中安装卫星定位和移动通讯模块，利用卫星定位上传数据，将单车的停放限制在地图上规定位置附近的一定范围内。目前我国北斗导航已经可以提供亚米级精度的位置服务，但在城市建筑物比较多的环境中或是室内，仍会受到较大的影响。而且车锁使用定位通讯模块上传位置信息，会消耗较多电能，例如摩拜提供太阳能板充电的共享单车能够实现上述功能，据了解，OFO也在积极研发新产品，在即将投入运营的共享单车中集成具有定位和通讯功能的智能锁。随着我国北斗卫星导航技术的不断发展，地基增强系统提供精准的位置服务，卫星定位技术的电子围栏是将来应用的主要采用方式，适合城市大多数环境下共享单车运营监管的需要，见图1。

图1 北斗导航提供的亚米级精度芯片型号

3.2 停放点设立蓝牙基站接受车锁蓝牙设备的广播信号的电子围栏方式

这种电子围栏是在停放点竖立标识杆，在杆体上安装了蓝牙读取设备。通过读取电子围栏区域周边的单车锁的蓝牙广播信号，来控制共享单车的停放范围，实现对共享单车的停放管理。这种方法的优点可以解决设施通电，维护也简单；缺点是安装在共享单车锁中的蓝牙设备频繁发布广播信号，将消耗较多的电能，因而必须要使用大容量电池并频繁更换，或者单车采用太阳能板充电形式。由于受各地政府管理部门对城市美观整洁要求的限制，大多不赞同城市街道普遍设置标示杆，而且竖立标示杆也需要城市管理立法的过程，目前显然不适合该技术的大规模推广应用，见图2。

3.3 用户手机蓝牙读取停放点蓝牙电子标签及车载蓝牙标签的电子围栏方式

图2 设立蓝牙基站接受车锁蓝牙设备广播信号的电子围栏效果示意图

图3 基于用户手机短距离通讯“蓝牙道钉”电子围栏解决方案示意图

通过控制蓝牙标签与蓝牙读写器的通信距离，来实现对共享单车停放位置的规范管理。根据停车区域形状以及定位精度要求，在停放点只安装一个或几个不需维护的地表贴装的蓝牙标签（即“蓝牙道钉”），与贴在道路上的道钉类似，一次性充电可以使用一年左右，便于大批量、快速地进行推广部署。共享单车的停放位置信息和开锁取车以及锁车停放的信息，通过用户的手机传到后台管理平台，用户手机APP在共享单车开锁或停放时，从智能锁的蓝牙模块获取开锁信息或关锁信息，同时读取停放点处所部署的蓝牙标签信息，然后一并传到后台管理平台，实现对共享单车的实时定位，用户信息追踪与管理，以及根据共享单车使用的实时流量信息的有效调度。这种方式适合目前大多数单车运营企业的车辆，适合政府引导型监管模式的推广，但由于受限于用户手机的定位精度，在电子围栏上显示还存着实际距离误差，见图3。

3.4 基于人工智能视频设别的电子围栏方式

依托路灯站杆或交通设备等公用设施安装高清摄像装置，设置基于视频的电子围栏，利用计算、大数据等深度学习的人工智能技术对停放区域进行实时监控分析，通过抓拍区域范围内的非机动车，可以准确了解现场情况，例如：电子围栏内车辆停放的数量以及停放秩序是否符合规定，通过本地的数据处理，传输到后台，并将数据定时与后台进行交互分析，实现对现场停放秩序的管控和超量预警的目标。及时将违规企业的单车信息推送到各运营企业进行处理。该方式的特点不受单车自身技术的影响，监控实时准确，缺点是前期投入成本较大，适合交通枢纽、地铁口或需要严格管控的区域，见图4。

4 浦东陆家嘴地区开展电子围栏技术应用实例

图4 基于人工智能视频设别的电子围栏方式示意图

为促进共享单车健康有序发展，提升城市管理运行水平，浦东交通管理部门明确小陆家嘴环路内为禁止非机动车骑行、停放道路。为了配合管理，相关部门设置正面清单，在浦东3639个点位划线设置了非机动车规范停放点。根据政府相关部门的要求，目前新区实施的是以“负面情况”禁行，重点区域倡导“正面情况”的管理方式。

4.1 实施“负面清单”、“正面清单”区域情况介绍

①“负面清单”：根据规定，陆家嘴环路为非机动车禁止进入区域，明确要求以摩拜、OFO为代表的共享单车企业应及时以短信的形式提醒用户并扣除相应的诚信积分。

②“正面清单”：为了达到实时有效的监管目标，在公交枢纽、大型商圈、景观道路等重点区域设置“电子围栏”等方式，加强共享单车管理。政府相关部门在陆家嘴街道设置了170个自行车停放点位，合计216个停放框，并委托上海产业技术研究院对上述点位进行了厘米级精度地图测绘。结合摩拜、OFO两家企业提供的智能锁（具备高精度定位通讯功能）共享单车，选择陆家嘴街道若干个点位开展卫星定位、视频识别、蓝牙短程通讯等多种方式“电子围栏”精细化智能监管方式的试点工作，实现对共享单车停放实时监控和超量预警，探索共享单车企业奖惩机制，同时对多种智能监管方式进行评估，既要考虑选择方式的有效性、准确性，也要考虑合理的投入成本，为下一步推广打好基础，见表1、图5。

4.2 电子围栏技术评估

4.2.1 基于高精度北斗定位电子围栏方式

①选取了摩拜和OFO两家企业提供的亚米级定位精度单车进行了测试，据统计，35%达到了误差小于1 m的要求，45%误差在1～3 m之间，20%误差较大（5～10 m）；对试点的周边环境进行了分析，误差较小的点位周边没有明显的高架或者高楼的遮挡，而误差较大的点位则明显有建筑物的影响因素；

②评估：由于技术限制，卫星在定位车辆时暂时无法做到百分百准确，此外定位还会受实际环境影响，需要适当借助地面增强系统才能更准确进行定位。而该技术的优势是兼容性强，目前市场上绝大多数共享单车，均可直接接入系统。但由于目前大部分企业的单车尚未安装高精度定位智能锁，因此还需要其他技术的有效补充。

4.2.2 基于蓝牙基站的电子围栏方式

表1 陆家嘴地区部分非机动车停放点厘米级精度定位数据表

图5 基于厘米级地图测绘共享单车管理系统平台效果展示

①该方式蓝牙设备频繁发布广播信号，消耗单车锁较多的电能，目前只有辅助充电形式单车可以使用这种方式；而且试点需要在机动车停放点竖立标识牌，须经过政府相关部门同意，陆家嘴属于城市景观地区，不宜过多增加户外设施；鉴于上述原因，尚未进行这种方式的测试。

②评估：由于需要户外竖立标识牌，对于城市街道普遍布设这种设施显然不合适，建议在校园、社区、公园相对封闭的环境可以采取这种形式。

4.2.3 基于蓝牙标签的电子围栏方式

①本质是蓝牙和卫星定位协同运作的形式，经过测试定位相对准确，70%可达到亚米级，即控制在1 m内，但需要配备地面发射器，“有时铺设发射器需要施工排线加装道钉，还要定期更换电池”，建设成本和维护费用较大。一般情况下，按照电子围栏的长短，道钉至少要安装四个，一个非机动车点位需要投入一定费用，并且还需进行定期维护。

②评估：作为一个大中型城市，非机动车停放点基本维持在千个以上，投入的建设和运维成本明显过高，不适于大规模推广。建议作为高精度定位电子围栏的一种有效的补充形式。

4.2.4 基于视频识别的电子围栏

①识别准确，信息上传及时，而且对单车本身的技术没有要求；但前期投入较大，单个点位的投入成本较高，日常还有通讯费产生。

②评估：该种方式前期建设投入较大，目前不宜普遍推广。适合于政府管理部门需要严格管控的区域，例如地铁口、公交枢纽等交通流量密集又有非机动停放必要的区域。

4.3 小结

通过陆家嘴的案例分析，城市共享单车管理，应该实施“负面清单”为主（即进入禁行区域，企业必须履行提醒用户的义务，并实施信用积分制度），重点地区实施“正面清单”电子围栏的管理方式；就技术应用角度而言，要以高精度卫星定位为主的方式，其他技术方式作为辅助，因地制宜的开展共享单车的管理，见表2。

共享单车是利用卫星定位、大数据、物联网、移动支付等技术，推出的一种无桩分时租赁的公共自行车。属性就是实现精准定位、相对自由的停放和取用，实行的也是一种精准化的管理。因此，“电子围栏”技术应当设在一些特定的、有需要的地方，而不是全面推行。在推行电子围栏建设过程中，除了共享单车相关企业在积极推动之外，地方政府也参与了进来。一线城市的共享单车已经由于过渡的铺设带来了明显的城市管理隐患，需政府介入携手企业共同规范。通过“电子围栏”来规范化停车，是目前较为可行的约束手段，但是是否会成为另一种形式的“定点桩”，降低用户共享经济的体验感？毕竟，在“便捷”和“规范化”这个矛盾中寻求平衡，也正是共享单车这个领域下一步需要解决的问题[4]。

表2 试点技术方案特点及评估分析表

5 结束语

电子围栏是目前控制共享单车的有效方法之一，但会涉及到多方面因素，包括用户能否适应，政府如何规划，企业间是否车位互通，政企间如何交换数据等，每个环节均需要时间来适应和协调。目前不少共享单车企业还没有实现卫星定位，或者线下运维人员力量不足，单方面实现车辆有效管理有一定难度。随着科技不断的发展，尤其是北斗卫星导航技术的进一步突破，预计在可预见的几年内，随着北斗卫星网络完成建设，采取星间传输、地基传输功能一体化设计，实现高轨、低轨卫星及地面站的链路互通，北斗地基增强系统可提供亚米级、分米级，甚至厘米、毫米级的精准位置服务，将满足共享单车电子围栏的需求。总之，技术监管是必要的手段，只有企业、行业、政府、用户多方共同努力，才能制定出共享单车停车问题的有效方案。

[1] 余国磊.浅析“共享单车”运营和管理中存在的问题和对策[J].云南民族大学学报,2017(9)

[2] 汪琴丽.打技术牌，共享单车竞争从智能锁转移到电子围栏[J].安全&自动化,2017(9)

[3] 廖应成.共享单车电子围栏技术使用调研报告.RFID世界网,2017(7)

[4] 李琨浩.基于共享经济视角下城市共享单车发展对策研究[J].城市交通,2017(5)