基于北斗导航定位技术的共享单车“电子围栏”实践应用

● 文 | 上海产业技术研究院 陈斌 赵雅晴

为了有效解决共享单车乱停放引发的城市管理问题，上海市浦东新区建设和交通委员会组织相关部门和企业在陆家嘴地区开展了基于北斗导航定位技术的共享单车“电子围栏”技术的试点应用，助力共享经济下“最后一公里”绿色出行方式的规范运行。

一、基于共享单车发展管理问题的“电子围栏”试点工作推进情况

1.共享单车发展管理存在的问题

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，据统计截至2017年底，上海市12家企业投放已超150万辆共享单车，较好地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。无桩的停放形式、随时走随时停的使用体验优势明显，但存在企业过度投放、运营管理不善、单车乱停乱放等现象，严重影响城市环境及交通秩序。上海市区可供共享单车停放点位容量在60万辆左右，而已投放的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，共同遵守城市秩序。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

“电子围栏技术”是在共享单车锁中安装卫星定位和移动通信模块，利用卫星定位上传数据，通过物联网芯片发射信号覆盖技术，在地理信息系统(GIS)地图上虚拟出给共享单车停放划定一个区域，让单车只能停放在规定范围内。当车辆停放超出系统规定的区域时，系统会发出信息提示，要求骑行者将车辆返回至指定区域，否则车辆将无法上锁，后台也将会一直计费。通过上述技术，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。“电子围栏”设置目的在于限制停车位置，共享单车通过定位技术识别用户是否将车停放在指定区域内，最终实现对用户进行奖励或惩罚，从而达到对车辆精准管理的目标。

3.开展高精度测绘“电子围栏”建设

依据浦东新区政府相关部门统一规划的市政道路上的非机动车停放点形成“公共电子围栏”，即在非机动车道上划线设置停放区域，并将坐标系最终体现在GIS图层，供政府行业管理部门和共享单车运营企业使用。为了实现电子围栏精准的位置信息，利用地基增强系统，通过北斗高精度定位测绘工具结合红外线探测取得停放点位的精准位置数据,定位精度可以达到亚米级乃至厘米级。在陆家嘴试点工作中，完成了区域内319个停放框的高精度地图测绘，其中厘米级精度223个，米级精度96个，初步建立了市政道路非机动车停放点的“正面清单”管理方式，即通过企业运营平台引导用户规范停放。

二、基于北斗高精度定位单车智能锁的“电子围栏”测试

在陆家嘴地区选取了2个厘米级、2个米级精度的非机动车停放点的“电子围栏”进行了测试。

在现场测试过程中，对共享单车企业ofo提供的北斗高精度单车和普通单车（即用户手机上传GPS位置信息）进行了对比分析。

1.北斗高精度单车测试

在北斗高精度单车测试中，35%误差小于1m，45%误差在1～2m之间，20%误差较大（3～5m），基本达到亚米级定位精度要求。经现场踏勘及观察，误差较大的点位周边明显有建筑物环境影响因素。

2.普通单车现场测试

图1 普通单车现场测试

普通单车现场测试如图1所示，结果表明，由于位置信息是用户手机刷码开关锁上传的手机GPS定位信息，误差超过5m，不满足“电子围栏”精度要求。

三、视频识别及蓝牙短程通信测试

目前大多共享单车企业尚未规模化应用具备高精度定位通信功能的智能锁，由于用户手机GPS开关锁位置信息往往漂移过大，不能满足“电子围栏”精度需求，需要在过渡阶段采取辅助技术加以解决。

1.基于视频识别的“电子围栏”方式

利用云计算、大数据分析城市监控探头视频，抓拍区域范围内的非机动车，对停放区域进行实时监控分析。通过系统在线学习，校对误差，准确了解现场情况。例如：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，识别电子围栏内车辆停放的数量以及停放秩序是否符合规定，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。该方式的特点是不受单车自身技术的影响，监控实时准确，但对监控探头精度和安装位置都有一定要求，适合交通枢纽、地铁口或需要严格管控的区域。

2.基于蓝牙短程通信的“电子围栏”方式

图2 蓝牙道钉现场效果图

单车停放点设立蓝牙基站接收车锁蓝牙设备广播信号的“电子围栏”是在停放点埋设安装蓝牙读取设备（俗称“蓝牙道钉”），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，蓝牙道钉现场效果图如图2所示。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地表贴装的蓝牙道钉，一次性充电可以使用一至二个月左右。本次测试以ofo企业的蓝牙道钉作为样本，定位精度在2m左右，识别有效率达到85%。这种方式适合目前大多数的单车运营企业的车辆，由于埋设于市政道路路面，日常运维是蓝牙道钉方式是否有效的关键。

四、基于“电子围栏技术”的共享单车管理平台综述

经测算，浦东新区共享单车的饱和承载量为10万～12万辆，而在浦东新区投放的共享单车数量却远超出这个数字。因此，总量控制和规范停放成了行业主管部门亟需解决的两大问题。基于“电子围栏技术”的共享单车管理平台可以为政府部门提供有效的监管措施，引导用户“正面清单”停放，“负面清单”禁行是城市共享单车精细化管理的必经之路。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，需要政府管理部门制定相关规则和标准，规范单车企业的市场准入条件。

随着科技不断发展，尤其是北斗卫星导航技术的进一步突破，预计几年内，随着北斗卫星导航系统组网完成建设，采取了星间传输、地基传输功能一体化设计，实现了高轨、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，才能拿出解决共享单车停车问题的有效方案。