共享单车智能管家系统的设计与实现

於 铉，张 洁*，张 明

（1. 南京市第十三中学，江苏 南京 210008；2. 南京理工大学 计算机科学与工程学院，江苏 南京 210094）

共享单车智能管家系统的设计与实现

於 铉1，张 洁1*，张 明2

（1. 南京市第十三中学，江苏 南京 210008；2. 南京理工大学 计算机科学与工程学院，江苏 南京 210094）

共享单车可以提供经济、快捷的自行车租赁与共享服务，方便人们的短距离出行。然而，共享单车也存在诸如安全防范措施不完善、维修与回收不便捷、随意停放影响城市管理秩序等问题。针对上述问题，本文提出采用技术、信用和管理相结合的方法，通过三者的有机融合来有效管理共享单车所引发相关问题。首先，构建了一个硬件终端作为实现共享单车智能化的基础。在此基础上，通过应用传感器技术来解决单车缺少夜间行车灯、车筐过载检测等安全隐患；通过 GPS定位和无线通信模块实现车辆的准确定位和追踪；通过有效的信用管理和流程管理，结合骑行者的定位信息、禁停区和电子围栏的设置、用户信用的管理等，引导单车有序地停放在电子围栏内。本文提出的共享单车智能管家系统，能够有效地解决当前共享单车面临的管理混乱等问题，具有一定的应用和推广价值。

共享单车；智能硬件；GPS定位；电子围栏

0 引言

近年来，机动车数量呈现井喷式增长，城市道路交通日渐拥堵，解决老百姓出行“最后一公里”的难题，已经摆上政府工作议事日程。在此背景下，方便实用的无桩共享单车的出现，为广大居民绿色出行提供了解决之道。但是无桩共享单车的急速发展所面临的阻力，如：被人偷盗、硬件维护、高峰期调配等行业性的问题，以及发展带来的遗留问题并没有得到及时解决，“乱停乱放、占用道路”等公共交通管理问题日益严重[1-2]。

当前大多数共享单车存在的不足之处包括如下几个方面[3-4]：单车乱占道现象无人监管，对交通造成了部分压力，增加了潜在的安全隐患；硬件不够完善，且存在部分安全隐患。如，单车没有夜灯会给在光照不足的夜间骑行用户造成不好的体验等；共享单车的回收系统存在漏洞，损毁的单车到处抛弃，无法及时追踪和找回等；共享单车的停车范围没有规范，缺少引导单车停入电子围栏区，杜绝停入禁停区的措施和手段等，增加了单车摆放和回收所需消耗的人力、物力和财力。

针对以上问题，迫切需要找到一种行之有效的方法来解决共享单车发展过程中所衍生出来的诸多社会问题，进一步提升人们便捷出行体验的同时，减少社会管理上的混乱，更好的节约社会资源和成本，实现共享单车企业、骑行者和社会管理上的和谐共赢新局面。

本文针对当前共享单车快速发展过程中所引发的诸多社会问题，给出一种行之有效的解决方法。经过深入的调查和研究，提出一种以智能硬件技术为核心，辅以有效的信用管理和流程管理为两翼，结合技术、信用和管理这三者的优势，设计一套“共享单车智能管家系统”来解决共享单车所引发的维修与召回缺失、管理不规范、乱停乱放等问题。

1 共享单车智能管家统总体设计

“共享单车智能管家系统”的主要功能需求是解决越来越多的共享单车使用过程所引发的质量、安全和管理上的混乱问题，如：（1）单车的智能化设备较少，易引起安全隐患；（2）单车维修和质量维护成本高、失联或者破损的单车召回困难；（3）单车停放混乱，缺少引导单车停放在电子围栏区而不是禁停区的措施和手段等。

根据“共享单车智能管家系统”的主要功能需求可知，系统的主要功能应该包括：单车智能化管理方面的夜间照明功能和超载检测功能、用户申报管理方面的单车召回和报修管理功能、电子区域设置管理方面的禁停区设置和电子围栏区设置、以及单车停放管理等。系统的总体功能结构框图1所示。

2 核心功能模块的设计与实现

2.1 硬件终端架构

根据“共享单车智能管家系统”的功能需求和总体设计方案，系统的硬件平台设计主要设计围绕微处理器的选型[5-6]，光敏传感器、压力传感器[7]、小夜灯、GPS定位模块[8]、蜂鸣器报警模块、电子锁、无线通信等模块的选择而展开。

首先，为了节约成本，减少开发复杂度，选取带有无线通信接口的ARM9处理器作为系统核心模块；然后，选择满足系统要求的传感器模块、电子锁、GPS定位模块等，小夜灯需要节能的LED灯。最后，进行硬件系统的集成和调试。

图1 共享单车智能管家系统功能结构框图Fig.1 Function block diagram of bicycle-sharing intelligent management system

系统的硬件结构如图2所示：

图2 系统硬件结构图Fig.2 Hardware architecture

2.2 单车智能化管理

单车智能化管理包括夜间照明功能和过载检测功能。夜间照明功能：适用在黑夜或者大雾等情况下，通过LED灯发光照明，以优化用户在恶劣气象下的出行体验；过载检测功能：单车车筐载重超过5KG时会存在严重的安全隐患，同时避免车筐携带婴儿等危险情况的发生，需要在车筐过载时给出报警信息。在具体实现时，夜间照明功能：光敏传感器检测到光线小于某个阈值时，自动打开LED灯，可以通过软件功能关闭；过载检测功能：通过压力传感器检测到车筐的载重超过阈值的时候，蜂鸣器持续报警，超载骑行3分钟后则费用开始加倍，同时减少信用值。

2.3 用户申报管理

用户申报管理包括单车报修和召回管理两个功能。

单车报修：单车用户上传单车的破损信息，可以减少单车企业对单车维修的时间和经济成本，用户可以得到积分、信用值等经济回报；单车召回：用户上传被遗弃单车和严重损坏单车的召回信息（如定位和现场图片），获得一定的积分、信用或者经济回报，车企可节约管理维护费用，同时也减少社会环境的混乱等。用户申报管理功能是一种典型的“共享”经济模式，实现了单车企业、单车用户和社会管理的共赢局面。

具体实现时，通过用户反馈上传损坏车辆信息，从而精准锁定损坏车辆，车企维修人员通过用户上传信息到现场确认车辆受损状况，确认后奖励用户信用点或者积分，并且完成单车回收维修。当用户上传废弃在垃圾堆、野外等损坏较为严重单车，或者禁停区单车信息，车企召回人员确认信息后召回车辆，同时给予分享用户的一定积分、信用或者经济回报；同时也可以采用技术手段和一定的管理流程进行主动召回，当检测到大于10天没有被使用车辆，进行主动召回或者重新投放。

2.4 电子区域设置管理

禁停区管理：管理部门根据城市管理的需要在某些重要的场所及其周边划分出一片区域禁止共享单车驶入。如：北京市的长安街、天安门广场为禁停区；南京市的北京西路、颐和路片区、金陵饭店周边等；电子围栏管理：为了有序管理和停放共享单车的需要，在人流密集或中转的地方，如：地铁口、卖场、广场、景点、学校门口等，在其周边固定的地点划分一片固定的区域引导用户将单车停入电子围栏区域。

具体实现时，根据管理部分发布的单车禁停区信息，在系统的电子地图[9]上标记出来，并实时更新，单车驶入禁停区需要给予报警提示；将单车企业或城市管理部门设定好的电子围栏区域，在电子地图标注出来，并实时更新，单车停放进电子围栏区域时，所租借的共享单车发生的费用享受优惠政策。

例如，本文依据南京市鼓楼区 2017年 8月28日发布共享单车禁停区域电子围栏做了功能测试。禁停区域为：（1）北京西路：西康路到虎踞北路段；（2）颐和路片区：北京西路—宁海路—江苏路—宁夏路—西康路合围区域；（3）金陵饭店周边：金陵饭店南门进口人行道以东—地铁6号口—金陵风尚地下通道口—邮局处禁止停放非机动车；南门出口—世贸楼广场—地铁口处—货车通道口人行道禁止停放非机动车；金陵饭店南门进出口之间禁止停放非机动车；金陵饭店东门两侧各30米区域禁止停放非机动车。

本系统在百度电子地图上的标注北京西路禁停区和颐和路片区，如图3所示。然后，让测试单车驶入该禁停区域。系统实时给出了报警：“您的自行车处于禁停区域。仍将处于计费状态！”

2.5 单车停放管理

单车的停放功能是系统的核心功能，在用户完成骑行到达目的地附近的时候，需要将车辆停放后归还单车。此时启用系统的单车停放功能，系统根据停车的GPS定位信息做出判断：

（1） 如果停放在电子围栏区，则租借费用打8折；

（2）如果停放禁挺区，在系统提示驶离出禁停区15分钟后，仍然停止禁停区的，不仅骑乘费用翻倍，同时扣除信用值、列入骑行黑名单；

（3）单车停在其他地方的，则按正常标准计费。

表1列出了三种不同实验场景下的测试结果，在电子围栏、禁停区、其它区域的测试结果都表明本系统可以按照设计方案正常工作。

3 结论

本文针对当前快速发展共享单车产业所引发的主要问题：（1）硬件功能不够完善，没有夜间行驶灯和缺少超重检测等，存在安全隐患；（2）单车的维修和回收系统存在漏洞，损毁的单车到处抛弃，无法及时追踪和找回；（3）单车的停车范围没有规范，缺少引导单车停入电子围栏区，限制停入禁停区的措施和手段等，提出了一种采用技术、管理和信用相结合方法来解决。首先，通过为每个单车设计一个智能硬件终端，采用传感器检测技术实现夜间照明和超载检测功能；然后，通过硬件终端的GPS定位技术，结合信用管理和流程管理给予用户一部分积分回报，从而实现用户主动上传单车的维修和召回信息，达到企业、用户和社会的和谐共赢。最后，本项目采用GPS定位技术管理和划分禁停区、电子围栏区，采用不同计费策略和信用惩罚管理，引导用户将单车停入电子围栏区，限制其将单车停入禁停区等。仿真实验测试的结果表明，本文所提的方案有助于解决共享单车快速发展过程所引发的主要管理混乱问题。

图3 禁停区域电子围栏Fig.3 Electronic fence of no-parking

表1 不同地点单车停放功能测试结果表Table 1 Testing results of bicycle parking functionalities at different places

[1] 王光荣, "共享单车发展问题系统探究," 长安大学学报:社会科学版, vol. 19, pp. 30-35, 2017.

[2] 张子轩, 吴蔚, "共享单车的现状, 问题以及其发展对策建议," 现代商业, vol. 15, pp. 162-163, 2017.

[3] 钱龙明, 罗钏, "“共享单车” 骑行事故之法律解析," 法制与社会, vol. 15, pp. 84-85, 2017.

[4] 刘亚楠, "共享单车发展研究分析," 时代金融, vol. 3, pp.251-254, 2017.

[5] 贾敏智, 邓翠艳, "基于ARM的塔机安全自动监控系统的设计," 软件, vol. 33, pp. 147-149, 2012.

[6] 姜换新, "ARM嵌入式系统C语言编程," 计算机应用与软件, vol. 10, pp. 15-19, 2003.

[7] 元庆, 新型传感器原理及应用: 机械工业出版社, 2002.

[8] 施文灶, 王平, "GPS 车载导航系统的设计," 软件, pp.32-36, 2014.

[9] 梁倩, "基于电子地图的移动基站定位管理系统的设计与实现," 计算机应用与软件, 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

本文著录格式：於铉，张洁，张明. 共享单车智能管家系统的设计与实现[J]. 软件，2017，38（10）：194-197

於铉(2001.03-)，男，南京市第十三中学科技创新兴趣小组成员，南京理工大学暑期信息学集训队成员；张明(1978-)，男，南京理工大学计算机科学与工程学院博士后，研究方向：计算机应用。担任南京理工大学暑期信息学集训指导教师。

张洁(1989.10-)，女，南京市第十三中学科技创新兴趣小组指导教师，兼任南京理工大学暑期信息学集训指导教师。