於 鉉，張 潔*，張 明

（1. 南京市第十三中學(xué)，江蘇 南京 210008；2. 南京理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210094）

共享單車智能管家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

於 鉉1，張 潔1*，張 明2

（1. 南京市第十三中學(xué)，江蘇 南京 210008；2. 南京理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210094）

共享單車可以提供經(jīng)濟(jì)、快捷的自行車租賃與共享服務(wù)，方便人們的短距離出行。然而，共享單車也存在諸如安全防范措施不完善、維修與回收不便捷、隨意停放影響城市管理秩序等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出采用技術(shù)、信用和管理相結(jié)合的方法，通過(guò)三者的有機(jī)融合來(lái)有效管理共享單車所引發(fā)相關(guān)問(wèn)題。首先，構(gòu)建了一個(gè)硬件終端作為實(shí)現(xiàn)共享單車智能化的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)應(yīng)用傳感器技術(shù)來(lái)解決單車缺少夜間行車燈、車筐過(guò)載檢測(cè)等安全隱患；通過(guò) GPS定位和無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)車輛的準(zhǔn)確定位和追蹤；通過(guò)有效的信用管理和流程管理，結(jié)合騎行者的定位信息、禁停區(qū)和電子圍欄的設(shè)置、用戶信用的管理等，引導(dǎo)單車有序地停放在電子圍欄內(nèi)。本文提出的共享單車智能管家系統(tǒng)，能夠有效地解決當(dāng)前共享單車面臨的管理混亂等問(wèn)題，具有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

共享單車；智能硬件；GPS定位；電子圍欄

0 引言

近年來(lái)，機(jī)動(dòng)車數(shù)量呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，城市道路交通日漸擁堵，解決老百姓出行“最后一公里”的難題，已經(jīng)擺上政府工作議事日程。在此背景下，方便實(shí)用的無(wú)樁共享單車的出現(xiàn)，為廣大居民綠色出行提供了解決之道。但是無(wú)樁共享單車的急速發(fā)展所面臨的阻力，如：被人偷盜、硬件維護(hù)、高峰期調(diào)配等行業(yè)性的問(wèn)題，以及發(fā)展帶來(lái)的遺留問(wèn)題并沒(méi)有得到及時(shí)解決，“亂停亂放、占用道路”等公共交通管理問(wèn)題日益嚴(yán)重[1-2]。

當(dāng)前大多數(shù)共享單車存在的不足之處包括如下幾個(gè)方面[3-4]：?jiǎn)诬噥y占道現(xiàn)象無(wú)人監(jiān)管，對(duì)交通造成了部分壓力，增加了潛在的安全隱患；硬件不夠完善，且存在部分安全隱患。如，單車沒(méi)有夜燈會(huì)給在光照不足的夜間騎行用戶造成不好的體驗(yàn)等；共享單車的回收系統(tǒng)存在漏洞，損毀的單車到處拋棄，無(wú)法及時(shí)追蹤和找回等；共享單車的停車范圍沒(méi)有規(guī)范，缺少引導(dǎo)單車停入電子圍欄區(qū)，杜絕停入禁停區(qū)的措施和手段等，增加了單車擺放和回收所需消耗的人力、物力和財(cái)力。

針對(duì)以上問(wèn)題，迫切需要找到一種行之有效的方法來(lái)解決共享單車發(fā)展過(guò)程中所衍生出來(lái)的諸多社會(huì)問(wèn)題，進(jìn)一步提升人們便捷出行體驗(yàn)的同時(shí)，減少社會(huì)管理上的混亂，更好的節(jié)約社會(huì)資源和成本，實(shí)現(xiàn)共享單車企業(yè)、騎行者和社會(huì)管理上的和諧共贏新局面。

本文針對(duì)當(dāng)前共享單車快速發(fā)展過(guò)程中所引發(fā)的諸多社會(huì)問(wèn)題，給出一種行之有效的解決方法。經(jīng)過(guò)深入的調(diào)查和研究，提出一種以智能硬件技術(shù)為核心，輔以有效的信用管理和流程管理為兩翼，結(jié)合技術(shù)、信用和管理這三者的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)一套“共享單車智能管家系統(tǒng)”來(lái)解決共享單車所引發(fā)的維修與召回缺失、管理不規(guī)范、亂停亂放等問(wèn)題。

1 共享單車智能管家統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

“共享單車智能管家系統(tǒng)”的主要功能需求是解決越來(lái)越多的共享單車使用過(guò)程所引發(fā)的質(zhì)量、安全和管理上的混亂問(wèn)題，如：（1）單車的智能化設(shè)備較少，易引起安全隱患；（2）單車維修和質(zhì)量維護(hù)成本高、失聯(lián)或者破損的單車召回困難；（3）單車停放混亂，缺少引導(dǎo)單車停放在電子圍欄區(qū)而不是禁停區(qū)的措施和手段等。

根據(jù)“共享單車智能管家系統(tǒng)”的主要功能需求可知，系統(tǒng)的主要功能應(yīng)該包括：?jiǎn)诬囍悄芑芾矸矫娴囊归g照明功能和超載檢測(cè)功能、用戶申報(bào)管理方面的單車召回和報(bào)修管理功能、電子區(qū)域設(shè)置管理方面的禁停區(qū)設(shè)置和電子圍欄區(qū)設(shè)置、以及單車停放管理等。系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)框圖1所示。

2 核心功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件終端架構(gòu)

根據(jù)“共享單車智能管家系統(tǒng)”的功能需求和總體設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)圍繞微處理器的選型[5-6]，光敏傳感器、壓力傳感器[7]、小夜燈、GPS定位模塊[8]、蜂鳴器報(bào)警模塊、電子鎖、無(wú)線通信等模塊的選擇而展開。

首先，為了節(jié)約成本，減少開發(fā)復(fù)雜度，選取帶有無(wú)線通信接口的ARM9處理器作為系統(tǒng)核心模塊；然后，選擇滿足系統(tǒng)要求的傳感器模塊、電子鎖、GPS定位模塊等，小夜燈需要節(jié)能的LED燈。最后，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的集成和調(diào)試。

圖1 共享單車智能管家系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Function block diagram of bicycle-sharing intelligent management system

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Hardware architecture

2.2 單車智能化管理

單車智能化管理包括夜間照明功能和過(guò)載檢測(cè)功能。夜間照明功能：適用在黑夜或者大霧等情況下，通過(guò)LED燈發(fā)光照明，以優(yōu)化用戶在惡劣氣象下的出行體驗(yàn)；過(guò)載檢測(cè)功能：?jiǎn)诬囓嚳疠d重超過(guò)5KG時(shí)會(huì)存在嚴(yán)重的安全隱患，同時(shí)避免車筐攜帶嬰兒等危險(xiǎn)情況的發(fā)生，需要在車筐過(guò)載時(shí)給出報(bào)警信息。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，夜間照明功能：光敏傳感器檢測(cè)到光線小于某個(gè)閾值時(shí)，自動(dòng)打開LED燈，可以通過(guò)軟件功能關(guān)閉；過(guò)載檢測(cè)功能：通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)到車筐的載重超過(guò)閾值的時(shí)候，蜂鳴器持續(xù)報(bào)警，超載騎行3分鐘后則費(fèi)用開始加倍，同時(shí)減少信用值。

2.3 用戶申報(bào)管理

用戶申報(bào)管理包括單車報(bào)修和召回管理兩個(gè)功能。

單車報(bào)修：?jiǎn)诬囉脩羯蟼鲉诬嚨钠茡p信息，可以減少單車企業(yè)對(duì)單車維修的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，用戶可以得到積分、信用值等經(jīng)濟(jì)回報(bào)；單車召回：用戶上傳被遺棄單車和嚴(yán)重?fù)p壞單車的召回信息（如定位和現(xiàn)場(chǎng)圖片），獲得一定的積分、信用或者經(jīng)濟(jì)回報(bào)，車企可節(jié)約管理維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也減少社會(huì)環(huán)境的混亂等。用戶申報(bào)管理功能是一種典型的“共享”經(jīng)濟(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了單車企業(yè)、單車用戶和社會(huì)管理的共贏局面。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過(guò)用戶反饋上傳損壞車輛信息，從而精準(zhǔn)鎖定損壞車輛，車企維修人員通過(guò)用戶上傳信息到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)車輛受損狀況，確認(rèn)后獎(jiǎng)勵(lì)用戶信用點(diǎn)或者積分，并且完成單車回收維修。當(dāng)用戶上傳廢棄在垃圾堆、野外等損壞較為嚴(yán)重單車，或者禁停區(qū)單車信息，車企召回人員確認(rèn)信息后召回車輛，同時(shí)給予分享用戶的一定積分、信用或者經(jīng)濟(jì)回報(bào)；同時(shí)也可以采用技術(shù)手段和一定的管理流程進(jìn)行主動(dòng)召回，當(dāng)檢測(cè)到大于10天沒(méi)有被使用車輛，進(jìn)行主動(dòng)召回或者重新投放。

2.4 電子區(qū)域設(shè)置管理

禁停區(qū)管理：管理部門根據(jù)城市管理的需要在某些重要的場(chǎng)所及其周邊劃分出一片區(qū)域禁止共享單車駛?cè)搿Ｈ纾罕本┦械拈L(zhǎng)安街、天安門廣場(chǎng)為禁停區(qū)；南京市的北京西路、頤和路片區(qū)、金陵飯店周邊等；電子圍欄管理：為了有序管理和停放共享單車的需要，在人流密集或中轉(zhuǎn)的地方，如：地鐵口、賣場(chǎng)、廣場(chǎng)、景點(diǎn)、學(xué)校門口等，在其周邊固定的地點(diǎn)劃分一片固定的區(qū)域引導(dǎo)用戶將單車停入電子圍欄區(qū)域。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，根據(jù)管理部分發(fā)布的單車禁停區(qū)信息，在系統(tǒng)的電子地圖[9]上標(biāo)記出來(lái)，并實(shí)時(shí)更新，單車駛?cè)虢^(qū)需要給予報(bào)警提示；將單車企業(yè)或城市管理部門設(shè)定好的電子圍欄區(qū)域，在電子地圖標(biāo)注出來(lái)，并實(shí)時(shí)更新，單車停放進(jìn)電子圍欄區(qū)域時(shí)，所租借的共享單車發(fā)生的費(fèi)用享受優(yōu)惠政策。

例如，本文依據(jù)南京市鼓樓區(qū) 2017年 8月28日發(fā)布共享單車禁停區(qū)域電子圍欄做了功能測(cè)試。禁停區(qū)域?yàn)椋海?）北京西路：西康路到虎踞北路段；（2）頤和路片區(qū)：北京西路—寧海路—江蘇路—寧夏路—西康路合圍區(qū)域；（3）金陵飯店周邊：金陵飯店南門進(jìn)口人行道以東—地鐵6號(hào)口—金陵風(fēng)尚地下通道口—郵局處禁止停放非機(jī)動(dòng)車；南門出口—世貿(mào)樓廣場(chǎng)—地鐵口處—貨車通道口人行道禁止停放非機(jī)動(dòng)車；金陵飯店南門進(jìn)出口之間禁止停放非機(jī)動(dòng)車；金陵飯店?yáng)|門兩側(cè)各30米區(qū)域禁止停放非機(jī)動(dòng)車。

本系統(tǒng)在百度電子地圖上的標(biāo)注北京西路禁停區(qū)和頤和路片區(qū)，如圖3所示。然后，讓測(cè)試單車駛?cè)朐摻^(qū)域。系統(tǒng)實(shí)時(shí)給出了報(bào)警：“您的自行車處于禁停區(qū)域。仍將處于計(jì)費(fèi)狀態(tài)！”

2.5 單車停放管理

單車的停放功能是系統(tǒng)的核心功能，在用戶完成騎行到達(dá)目的地附近的時(shí)候，需要將車輛停放后歸還單車。此時(shí)啟用系統(tǒng)的單車停放功能，系統(tǒng)根據(jù)停車的GPS定位信息做出判斷：

（1） 如果停放在電子圍欄區(qū)，則租借費(fèi)用打8折；

（2）如果停放禁挺區(qū)，在系統(tǒng)提示駛離出禁停區(qū)15分鐘后，仍然停止禁停區(qū)的，不僅騎乘費(fèi)用翻倍，同時(shí)扣除信用值、列入騎行黑名單；

（3）單車停在其他地方的，則按正常標(biāo)準(zhǔn)計(jì)費(fèi)。

表1列出了三種不同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下的測(cè)試結(jié)果，在電子圍欄、禁停區(qū)、其它區(qū)域的測(cè)試結(jié)果都表明本系統(tǒng)可以按照設(shè)計(jì)方案正常工作。

3 結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前快速發(fā)展共享單車產(chǎn)業(yè)所引發(fā)的主要問(wèn)題：（1）硬件功能不夠完善，沒(méi)有夜間行駛燈和缺少超重檢測(cè)等，存在安全隱患；（2）單車的維修和回收系統(tǒng)存在漏洞，損毀的單車到處拋棄，無(wú)法及時(shí)追蹤和找回；（3）單車的停車范圍沒(méi)有規(guī)范，缺少引導(dǎo)單車停入電子圍欄區(qū)，限制停入禁停區(qū)的措施和手段等，提出了一種采用技術(shù)、管理和信用相結(jié)合方法來(lái)解決。首先，通過(guò)為每個(gè)單車設(shè)計(jì)一個(gè)智能硬件終端，采用傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)夜間照明和超載檢測(cè)功能；然后，通過(guò)硬件終端的GPS定位技術(shù)，結(jié)合信用管理和流程管理給予用戶一部分積分回報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)用戶主動(dòng)上傳單車的維修和召回信息，達(dá)到企業(yè)、用戶和社會(huì)的和諧共贏。最后，本項(xiàng)目采用GPS定位技術(shù)管理和劃分禁停區(qū)、電子圍欄區(qū)，采用不同計(jì)費(fèi)策略和信用懲罰管理，引導(dǎo)用戶將單車停入電子圍欄區(qū)，限制其將單車停入禁停區(qū)等。仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果表明，本文所提的方案有助于解決共享單車快速發(fā)展過(guò)程所引發(fā)的主要管理混亂問(wèn)題。

圖3 禁停區(qū)域電子圍欄Fig.3 Electronic fence of no-parking

表1 不同地點(diǎn)單車停放功能測(cè)試結(jié)果表Table 1 Testing results of bicycle parking functionalities at different places

[1] 王光榮, "共享單車發(fā)展問(wèn)題系統(tǒng)探究," 長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版, vol. 19, pp. 30-35, 2017.

[2] 張子軒, 吳蔚, "共享單車的現(xiàn)狀, 問(wèn)題以及其發(fā)展對(duì)策建議," 現(xiàn)代商業(yè), vol. 15, pp. 162-163, 2017.

[3] 錢龍明, 羅釧, "“共享單車” 騎行事故之法律解析," 法制與社會(huì), vol. 15, pp. 84-85, 2017.

[4] 劉亞楠, "共享單車發(fā)展研究分析," 時(shí)代金融, vol. 3, pp.251-254, 2017.

[5] 賈敏智, 鄧翠艷, "基于ARM的塔機(jī)安全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)," 軟件, vol. 33, pp. 147-149, 2012.

[6] 姜換新, "ARM嵌入式系統(tǒng)C語(yǔ)言編程," 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, vol. 10, pp. 15-19, 2003.

[7] 元慶, 新型傳感器原理及應(yīng)用: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

[8] 施文灶, 王平, "GPS 車載導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)," 軟件, pp.32-36, 2014.

[9] 梁倩, "基于電子地圖的移動(dòng)基站定位管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)," 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, vol. 29, pp. 182-184, 2012.

Design and Implementation of Intelligent Management System for Bicycle-Sharing

YU Xuan1, ZHANG Jie1*, ZHANG Ming2
(1. Nanjing No. 13 Middle School, Nanjing, Jiangsu, 210008; 2. School of Computer Science and Engineering,Nanjing University of Science and Engineering, Nanjing, Jiangsu, 210094)

Bicycle-sharing makes great convenience to people’s daily life. Nevertheless, there still exists many security and management problems including non-perfect security, inconvenient repairs and recycling, and negative impacts to urban order. To deal with these problems, in this study, we design and implemented an intelligent management system for bicycle-sharing by utilizing modern computer techniques. A hardware platform is constructed as the basis of the intelligence of bicycle-sharing; a function module is implemented to monitoring the over-load of bicycle and improving the safety of night bicycling; we also implement a function module of electronic fence to facilitate the management of bicycle parking. Simulation results demonstrated that the proposed system is useful to improve the efficiency and efficacy of management for the bicycle-sharing.

: Bicycle-sharing; Intelligent hardware; GPS localization; Electronic fence

TP311

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.10.039

本文著錄格式：於鉉，張潔，張明. 共享單車智能管家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件，2017，38（10）：194-197

於鉉(2001.03-)，男，南京市第十三中學(xué)科技創(chuàng)新興趣小組成員，南京理工大學(xué)暑期信息學(xué)集訓(xùn)隊(duì)成員；張明(1978-)，男，南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院博士后，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。擔(dān)任南京理工大學(xué)暑期信息學(xué)集訓(xùn)指導(dǎo)教師。

張潔(1989.10-)，女，南京市第十三中學(xué)科技創(chuàng)新興趣小組指導(dǎo)教師，兼任南京理工大學(xué)暑期信息學(xué)集訓(xùn)指導(dǎo)教師。