基于“北斗+电子围栏”的共享单车监管研究

李玉玲

（新蔡县自然资源局，河南 新蔡 463500）

1 引言

共享单车作为互联网与共享经济发展下的产物，以其绿色低碳、灵活快捷的优点，快速受到城市居民的青睐。但共享单车的使用停放问题没有得到足够重视，共享单车停放混乱，不仅影响市容，也给城市交通带来极大不便。

本文提出了一种基于“北斗+电子围栏”技术的共享单车监管系统设计方案，即在共享单车上安装北斗导航卫星定位装置和移动通信模块，利用北斗导航卫星定位装置获取的定位数据以及物联网、高精度GIS 地图等集成于地理信息监管平台，在高精度地图上划定共享单车停放区域。当共享单车超出停车区域，系统就会发出预警提示信息，要求骑行者将车辆放回指定区域，否则车辆将无法上锁，共享单车的数据后台也会一直计算用车费用。

通过该系统的设计实施，可以实时掌握市域内共享单车状况，包括共享单车的数量、行驶状态以及所在位置等，为共享单车的科学投放和合理使用提供智能指引。

2 共享单车存在的问题

共享单车起初是为了解决城市交通的“最后一公里”问题，具有高效、节能、便捷等诸多优点。但随着竞争环境的日益激烈，为了抢占市场份额，大多数运营商选择过量投放共享单车。由于城市功能区的集聚性和调度运营的不科学，人口流量较大地区共享单车投放过于密集，车辆停放没有精准的定位功能，没有在规定区域限定停车，因此，共享单车存在随意停放无规则、违规占道等问题，影响城市的规划和管理，本文针对这些问题进行技术研究，解决共享单车定位、规范停车等问题。

3 北斗导航高精度定位

传统的共享单车定位采用卫星定位技术，常用的卫星导航主要有北斗和GPS 两种。北斗是采用三频段定位的卫星系统，相比传统二频段定位的GPS 卫星，定位精度更高。共享单车监管系统的设计是基于河南省卫星导航定位基准服务系统开展的研究，该基准服务系统具有自动化运行能力，可自动完成全省247座基准站的数据接入、数据入库以及差分计算；利用GSM、GPRS、3G、4G 等方式进行差分数据服务的能力，适应基准站到数据中心、数据中心到用户间通信方式的扩充和改变，并兼容其他移动通信方式；通过Internet 进行服务管理，实现系统数据联网和服务联网；支持服务注册和服务漫游功能；为河南省内用户提供事后精密定位数据服务。河南省卫星导航定位基准服务系统可达到水平优于3cm、垂直优于5cm 的定位精度，大大提高了共享单车定位的准确性和稳定性，是共享单车监管系统实现基于北斗导航定位的电子围栏的重要技术支撑。

4 共享单车监管系统技术方案

共享单车监管系统是基于北斗导航定位划定的电子围栏系统，使用时共享单车的锁、电子围栏系统App 以及后台服务器之间相互联系，可通过北斗导航定位实时上传定位信息至电子围栏系统App，利用高精度地图，虚拟一个电子围栏，这样便可以限定车辆的使用区域和停放区域。一旦发现共享单车有违规使用情况就及时上报至后台服务器，然后服务器下达指令至共享单车用户[1]。系统总体架构如图1 所示。

图1 系统总体架构

4.1 系统硬件设计

本系统在河南省卫星导航定位基准服务系统基础上，采用CORS 差分集成技术，实现小于1 米的单点定位精度、水平优于3 cm 且垂直优于5 cm 的HeNCORS 实时定位精度。

HeNCORS的技术指标主要包括导航和定位两部分，同时满足精度、可用性、完好性、兼容性等指标。HeNCORS 的性能指标主要包括自动运行、完整性监测、自动计算、联网和扩充、数据服务、静态及动态高精度定位、差分导航等能力。

目前，共享单车使用STM32 单片机作为硬件核心，搭载北斗定位装置，以此来实现智能锁车的指令传输、定时定位和开关功能。使用TCP 传输协议进行数据传输，通信过程更安全，并通过北斗导航定位装置给后台监管系统发送指令，优化开锁流程；通信方式使用Socket 通信，可以完成SIM 卡与网络服务器地址之间的数据传输。利用Socket 服务器，实现监听客户端的连接，可以查询数据库，通过IP 匹配确定共享单车的使用情况。

4.2 电子围栏设计

本文研究的电子围栏是基于北斗导航定位技术，通过接收北斗卫星信号进行定位，并在高精度地图上规划出共享单车的电子围栏区域，若用户没有停放在电子围栏区域，将会收到警告或者提醒短信，同时该共享单车不能上锁，或者上锁之后将持续收费[2]。

共享单车电子围栏划定也就是共享单车停放的选址问题，选址点是否合理决定用户的便捷性。本文借助地理信息系统建立共享单车停放点选址模型，确定共享单车停放点的最优布设位置。利用河南省卫星导航定位基准服务系统的地基增强系统，通过北斗高精度测绘工具，结合红外线探测技术获取共享单车停放点的精确位置数据，定位精度可以达到亚米级乃至厘米级。

共享单车监管系统的电子围栏是虚拟的，不需要硬件支撑，有利于后续动态调整和维护。该系统在高精度电子地图上划定矢量范围来确定电子围栏的大小和位置，这个范围可以根据市场管理需要或用户使用共享单车的密度进行动态调整。电子围栏所设定区域为多边形围栏，由后台监管系统将设定区域的拐点坐标信息通过4G/5G 通信网络传输到服务器端。当共享单车被使用时，后台监管系统将实时接收的北斗高精度组合定位坐标信息与划定的电子围栏警戒区域信息进行比对，如果共享单车没有停放在划定的电子围栏区域，系统会自动发出警报，提醒用户停放至划定区域，极大地改善了共享单车的停放秩序。

4.3 后台监管系统设计

监管系统基于Visual Studio 集成环境研发，使用C#语言编程，快捷可视化搭建监控平台，建立C/S程序框架，监控终端设备的各项数据信息。使用C#提供的Socket 接口，通过北斗导航定位装置与系统客户端进行实时通信[3]。

监管系统设计是以问题为导向，汇总监测信息，总览共享单车的使用情况以及运行轨迹，因此，应部署防病毒设备或软件，实现对网络病毒的管理、隔离、实时扫描和监控等，保护共享单车用户的个人隐私。

后台监管系统主要是监管用户用手机扫描App 之后共享单车的运行轨迹。系统业务流程如图2 所示，用户通过扫描共享单车车体上的二维码之后，信息上传至后台监管系统，用户在使用共享单车过程中，App会实时提示用户附近的电子围栏，用户使用App 请求锁车时，后台监管系统会获取北斗导航定位装置的位置信息，并判断该共享单车的位置坐标是否在最近的电子围栏内，若不在电子围栏内，则关锁失败，继续收费，并提示用户找最近的电子围栏[4]。

图2 监管系统业务流程

5 结语

本文介绍了基于北斗导航定位的电子围栏共享单车监管系统的总体架构，阐述了河南省卫星导航定位基准服务系统的定位原理以及电子围栏划定方法，共享单车监管系统设计具有以下优点：（1）使用北斗导航定位，可以将共享单车使用车辆精确定位到厘米级，定位准确；（2）利用虚拟电子围栏，避免使用物理电子围栏，可以减少维护费用；（3）通过后台监管提醒播报服务，可以规范市场停车秩序；（4）利用北斗导航定位装置与其他商家开展商业合作，有利于拓宽共享单车商家的营销市场。随着科技的发展，期待未来共享单车定位更加精准，功耗更低，同时结合测绘新技术、人工智能、大数据分析等技术的融合使用，推动共享单车及共享经济产业向前发展，更好地服务人民生活。