CN108833455A - 基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区域Wi‑Fi网络感知的单车共享***。对单车进行分簇管理和分级管理,将一个地区内集中停放的单车划分成一个簇,每簇单车划分为簇头单车、一般单车和用户单车三个级别。簇头单车可与服务器通信,一般单车可与簇头单车通信,用户单车可通过客户端与服务器通信。此外,本发明采用了蓝牙电子围栏方案对共享单车进行规范管理。本发明是一个完整的共享资源管理***,包括用于实现用户管理和单车管理的软件***以及用于实现单车定位的硬件***。本发明与现行的共享单车***相比,具有定位准确、车锁安全、维护成本低廉、通信成本低、管理规范等优点,是理想的城市共享单车解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及Wi-Fi感知定位和共享单车领域,具体涉及一种基于区域Wi-Fi 网络感知的单车共享***。
背景技术
近期,共享单车风靡全国各大城市,成为街道上和校园里的一道亮丽的风景 线。目前共享单车行业内的主流解决方案各自存在的缺陷都非常明显。
部分共享单车由于单车本身没有定位模块,只依靠用户端客户端进行定位、 向服务器发送位置信息,造成定位不准甚至单车失踪无法找到的问题。其他共享 单车采用了GPS定位技术并使用GPRS通讯模块与服务器进行通讯,上传单车的 位置信息。一方面,由于GPS定位技术在建筑物密集的环境下会受到干扰,共享 单车在城市中也会出现定位不准确的情况;另一方面,支持GPS定位以及单车与 服务器通讯的硬件模块成本颇高。根据腾讯位置服务团队提供的信息,受卫星信 号遮挡、启动时间较长、耗电量较高等三个因素限制,GPS在实际使用中发挥的 作用并没有想象中大。在腾讯位置服务每天500亿次的定位请求中,GPS定位的 数目仅占百分之一左右。
除此之外,共享单车企业大量投放车辆使得共享单车过于泛滥,且流行的共 享单车都采用完全无桩停放的模式,产生了乱停乱放、占用交通道路的现象,造 成了安全隐患,成为城市治理新难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于区域Wi-Fi网络感知的单车共 享***,包括
单车车锁硬件模块,用以实现单车实时定位以及单车与服务器、客户端进行 通信;
电子桩硬件模块,用以发射蓝牙信号和构成虚拟的停车栅栏区域,即电子围 栏;
用户管理模块,用以实现对用户信息的存取和管理;
车辆Wi-Fi感知定位模块,用以实现对共享单车的实时定位;
车辆管理模块,用以实现共享单车与客户端和服务器之间的通信;
电子围栏模块,用以实现在特定地点设置共享单车停车区域。
本发明与现有技术相比,其显著优点:1)本发明对共享单车进行分簇管 理和分级管理,簇内的共享单车无需都向服务器发送自己的状态消息,只需簇头 单车和用户单车与服务器通信,极大地减少了通信设备部署费用和通信资费;
2)本发明在共享单车与服务器的通信流程中去除了服务器回复单车的过程,一方面减少了服务器的负担;另一方面减少了这部分的GPRS通信费用。3)本 发明使用电子围栏方案,划定虚拟停车区域,规范用户的停车行为,减小交通管 理的压力。
附图说明
图1是本发明***组成框架示意图。
图2是本发明分簇管理示意图。
图3是本发明分级管理示意图。
图4是本发明单车车锁硬件结构图。
图5是本发明蓝牙信号桩硬件结构图。
图6是本发明电子围栏示意图。
图7是本发明共享单车定位示意图。
图8是本发明的定位模块实际工作情况图。
图9是本发明虚拟停车区划定示意图。
图10是本发明电子围栏停车流程示意图。
图11是本发明电子围栏实现方案示意图.
图12是本发明Wi-Fi感知示意图。
图13是本发明***通信流程示意图。
图14是本发明***使用流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
1、单车车锁硬件模块
考虑到在城市内大部分市民的行为活动具有群体性,如早上公司楼下聚集大 量的单车,晚上小区楼下又聚集大量单车,单车呈现聚集停放的特征。针对这一 特征采用分簇管理的方案,如图2所示。簇的划分方法可根据实际使用情况进行 调整,例如将停放相距不超过300米、数量大于10辆的单车划分为一簇。
***使用簇内的一辆单车来管理其范围内的所有单车,位置信息由该单车发 送给服务器,这样会大大降低重复的定位和通信交互,即对簇内单车进行分级管 理,如图3所示。
本发明将单车划分为三大类,分别是簇头单车、一般单车和用户单车。簇头 单车可以和服务器进行通信,同时可以管理自己Wi-Fi感知范围内的一般单车, 将他们的信息实时汇报给服务器;一般单车可以和其附近的簇头单车和用户单车 进行交互;当用户通过客户端借车成功时,该被借单车即为用户单车,用户单车 可借助用户的手机客户端进行定位并将单车信息上传给服务器。
簇头单车的车锁由GPS模块、GPRS模块、蓝牙模块、AP模块和电池模块 组成,一般单车的车锁由蓝牙模块、AP模块和电池模块组成。GPS模块用于定 位簇头单车的位置,同时辅助定位一般单车位置,GPRS模块用于簇头单车和服 务器通信,蓝牙模块用于车锁和客户端通信,AP模块通过Wi-Fi网络感知簇内 的其他单车。簇头单车可与服务器通信,一般单车可与簇头单车通信,用户单车 可通过客户端与服务器通信。簇头单车和一般单车的车锁硬件结构如图4所示。
簇头单车与一般单车的投放比例由所在地区的共享单车覆盖率决定,比如在 共享单车覆盖率较高的地区,可投放10%的簇头单车和90%的一般单车,而在 一些共享单车覆盖率较低的地区可以相应地提高簇头单车的比例。
2、电子桩硬件模块
针对现有的无桩共享单车随放随骑影响交通安全的问题,采用了电子围栏方 案进行规范管理。使用蓝牙信号桩划定一个虚拟的停车栅栏区域,当车辆检测到 蓝牙信号时,即已驶入停车区域,此时用户可以上锁完成停车,以此防止街边的 乱停乱放。蓝牙信号桩的硬件结构图如图5所示,由定向天线、蓝牙模块和电源 模块组成。如图6所示,使用四个蓝牙信号桩划定虚拟停车区域,蓝牙覆盖范围 即为合法停车区域。
3、用户管理模块
用户管理模块主要实现对用户信息的存取和管理。对于初次登录进***的用 户提供注册功能,对于注册完毕的老用户提供登陆验证功能。登录进***后,首 先获取用户的当前位置,随后显示用户当前位置的周围车辆信息。当用户进行扫 码借车时,检查用户当前余额情况,若余额大于0则解锁,若余额小于等于0, 则提示用户充值。
4、车辆Wi-Fi感知定位模块
车辆Wi-Fi感知定位模块是本发明降低成本的核心技术。本发明使用三边定 位算法进行Wi-Fi定位。所谓的三边定位算法,就是指以三个AP为圆心,以 AP到待测终端的距离为半径做圆,得到三个圆的焦点,建立方程求解出距离。 该算法在实现的时候可以分为两个阶段:测距和定位。
测距阶段。假设有三个已知位置AP的坐标分别为A(x1,y1),B(x2,y2), C(x3,y3),由于无线信号在传输的过程中会产生一定的损耗,根据信号传输损耗 模型,求解出待测点D到每个AP的距离,记为d1,d2,d3。接收信号功率随距 离的变化关系可由信号传输损耗模型给出。
在城市、郊区等环境,传输损耗模型通常采用如下简化模型:
Pr(d)=K-10εlg(d)
其中d代表AP和未知位置之间的距离;ε代表非自由空间的损耗系数;K是 常数,公式表示为:
定位阶段。假设待测点坐标为D(x,y),在测距阶段计算出待测点到每个AP 的距离,分别以三个AP为圆心,以待测点到3个AP的距离为半径做圆,D的 位置可能存在图7所示三种情况。
若三圆相交存在唯一交点,则通过以下公式,即可求解出D的坐标。
(x-x1)2+(y-y1)2=d1 2
(x-x2)2+(y-y2)2=d2 2
(x-x3)2+(y-y3)2=d3 2
本发明的定位模块实际工作情况如图8所示。簇头单车可感知到周围三个一 般单车发射的Wi-Fi信号,用户A、B分别从附近骑车经过,用户单车感知到的 范围动态变化,在这个过程中一般单车的位置范围不断被缩小,当满足图7(a) 所示的条件时则可精准地定位出一般单车的位置。
5、车辆管理模块
车辆管理模块是用户和车辆之间的通信过程,包括车辆和用户之间的蓝牙通 信和车辆通过用户和服务器通信的过程。首先用户通过扫码获取单车的唯一识别 编号,通过用户的数据网络向服务器发送开锁请求,服务器检查该编号的单车当 前是否借出,当前的单车是否损坏,若未借出且未损坏,则同意借出该车辆,用 户收到同意回复后通过蓝牙传输给单车,单车收到信号后打开车锁。若当前单车 已借出或已损坏,则用户无法借车。当用户成功借车后,***开始进行计时。为 了解决当前共享单车锁上车锁后客户端有时不能及时完成还车的问题,本发明在 还车环节引入了双端验证环节。在用户完成骑行,需要还车时,需要进行双端验 证操作,首先需要锁上车锁,然后在客户端点击“还车”按钮,完成还车。本发 明还提供报修维护功能,当用户发现某辆单车无法借出或出现物理故障时,可以通过扫码获取单车编号,进行报修,若报修内容属实,将获得金额奖励。同时为 了防止恶意报修,本发明设置了报修状态位阀值,当报修次数超过该单车的阀值, 会将该单车的状态置为“已损坏”,同时***会通知管理方,及时派遣维修人员进 行维护。
6、电子围栏模块
电子围栏模块是指通过物联网的技术,来划定虚拟的一个停车栅栏区域,当 车辆定位检测到驶入停车区域后,才可以上锁扣款,以此防止街边的乱停乱放。
首先考察某一地区的人口出行特征、道路安全、人口流动程度等因素,以决 定是否设置电子围栏(即合法停车区域)以及停车区域的大小。如图9所示,将 地铁站附近、居民区、步行街、医院等地点作为考察的重点区域,重点考量划定 区域的大小、停车数量和区域位置,以方便用户安全的停车和取车,同时减小对 交通管理的压力。
当用户进行还车操作时,***首先计算用户和距离最近的合法停车区域之间 距离,若小于规定距离则需要将共享单车停入指定区域,关锁停车,***停止计 费,生成订单。若大于规定距离则可按照无桩单车的管理方法,随放随骑。若用 户未按照规定要求停放单车,则提醒用户“非法停车”,用户只可临时停车,且 ***继续计费。该流程如图10所示。
电子围栏模块的实现主要依靠蓝牙信号桩构成一个虚拟停车区域,停车点覆 盖蓝牙,共享单车的车锁装有蓝牙唯一电子标识。信号桩通过GPRS与服务器对 接,监控共享单车停车情况,使用蓝牙给予车辆可停放信号。当单车锁和蓝牙连 接时,共享单车即可获得锁车停止计费的许可。该流程如图11所示。
图12为一个簇头单车感知到的周围Wi-Fi列表,其中包括6个WiFind单车 发射的WiFi,例如热点“-bikeid=000001bat=92”。“bikeid”表示当前热点所属单车 的编号为000001,“bat”表示AP模块剩余电量为92%。红色字体“60”则表示该 热点的强度信息。
与目前通用的共享单车***通信不同,本发明去除了簇头单车获取服务器回 复的过程,簇头单车仅仅向服务器发送自己的位置信息,开锁、解锁过程全部通 过客户端向服务器发送请求。当需要开锁时,用户在客户端扫码后,向服务器发 送开锁请求,服务器确认该单车状态完好后发送“可以借出”回复给客户端,客 户端通过蓝牙解锁用户车辆。当需要还车时,要进行双端验证,即用户需要首先 手动关上物理锁,关锁消息通过蓝牙传输给客户端,客户端点击“还车”按钮,将 还车请求发送给服务器,完成整个还车过程。若用户未锁上物理锁就点击“还车” 按钮进行还车,将提醒用户先锁上物理锁再点击“还车”按钮,若用户距离最近 的合法停车区域小于一定距离(如500米),则要求用户将单车在合法区域停车, 然后再点击“还车”按钮,进行还车。***通信流程如图13所示
整个***的流程如下所示:当用户登录进***时,首先判断用户是否是首次 使用本发明,若是首次使用本发明,需要首先注册账户。若是老用户,或者注册 完毕的用户,则可以输入账号密码进行验证后登陆至主界面。随后***获取用户 当前位置信息,显示用户附近的车辆,同时要检查用户的当前余额,若余额大于 0,则可以借车,否则需要进行充值。当用户余额足够时,就可以进行扫码借车, 打开车锁后,按时计费,最后骑行完毕后锁车、查看是否停入合法停车区域、还 车完成整个流程,整个过程如图14所示。
Claims (8)
1.一种基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:包括
单车车锁硬件模块,用以实现单车实时定位以及单车与服务器、客户端进行通信;
电子桩硬件模块,用以发射蓝牙信号和构成虚拟的停车栅栏区域,即电子围栏;
用户管理模块,用以实现对用户信息的存取和管理;
车辆Wi-Fi感知定位模块,用以实现对共享单车的实时定位;
车辆管理模块,用以实现共享单车与客户端和服务器之间的通信;
电子围栏模块,用以实现在特定地点设置共享单车停车区域。
2.根据权利1所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述单车车锁硬件模块对单车进行分簇管理,将单车划分成不同的簇。
3.根据权利2所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述单车车锁硬件模块对簇内的共享单车进行分级管理,将单车划分为簇头单车、用户单车、一般单车三个级别。
4.根据权利3所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述簇头单车与服务器进行通信,同时管理自身Wi-Fi感知范围内的一般单车,将它们的位置信息实时汇报给服务器;当用户通过客户端借车成功时,该被借单车即为用户单车,用户单车通过用户的手机客户端进行定位并将单车信息上传给服务器;一般单车可与其附近的簇头单车以及用户单车进行交互。
5.根据权利3所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述的簇头单车的车锁硬件结构由GPS模块、GPRS模块、蓝牙模块、AP模块和电池模块组成;一般单车的车锁硬件结构由蓝牙模块、AP模块和电池模块组成;其中,GPS模块用于定位簇头单车的位置,GPRS模块用于簇头单车和服务器通信,蓝牙模块用于车锁和客户端通信,AP模块用于Wi-Fi网络感知。
6.根据权利1所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述电子桩硬件模块使用若干个蓝牙信号桩划定一个虚拟的停车栅栏区域,当共享单车检测到合法的蓝牙信号时,即已驶入停车区域;其中,蓝牙信号桩定向天线、蓝牙模块和电源模块组成。
7.根据权利1所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述车辆Wi-Fi感知定位模块使用三边定位算法进行Wi-Fi定位;簇头单车感知其周围一般单车发射的Wi-Fi信号,用户单车从附近经过时,其Wi-Fi感知范围动态变化,在这个过程中一般单车的位置范围不断被缩小,当符合三边定位的条件时则可定位出一般单车的位置。
8.根据权利1所述的基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享***,其特征在于:所述的电子围栏模块使用蓝牙信号桩构成一个虚拟停车区域,共享单车的车锁装有蓝牙唯一电子标识;蓝牙信号桩通过车锁的GPRS模块与服务器对接,服务器监控共享单车停车情况并给予车辆可停放信号;当单车锁和蓝牙配对时,共享单车即可获得锁车停止计费的许可。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181116 |
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