基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于区域Wi‑Fi网络感知的单车共享系统。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，本发明专利技术采用了蓝牙电子围栏方案对共享单车进行规范管理。本发明专利技术是一个完整的共享资源管理系统，包括用于实现用户管理和单车管理的软件系统以及用于实现单车定位的硬件系统。本发明专利技术与现行的共享单车系统相比，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。

【技术实现步骤摘要】
基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享系统
本专利技术涉及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系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享系统。实现本专利技术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系统，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。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：1)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术使用电子围栏方案，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是本专利技术系统组成框架示意图。图2是本专利技术分簇管理示意图。图3是本专利技术分级管理示意图。图4是本专利技术单车车锁硬件结构图。图5是本专利技术蓝牙信号桩硬件结构图。图6是本专利技术电子围栏示意图。图7是本专利技术共享单车定位示意图。图8是本专利技术的定位模块实际工作情况图。图9是本专利技术虚拟停车区划定示意图。图10是本专利技术电子围栏停车流程示意图。图11是本专利技术电子围栏实现方案示意图.图12是本专利技术Wi-Fi感知示意图。图13是本专利技术系统通信流程示意图。图14是本专利技术系统使用流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。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。系统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。本专利技术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。对于初次登录进系统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。登录进系统后，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感知定位模块是本专利技术降低成本的核心技术。本专利技术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＝d12(x-x2)2+(y-y2)2＝d22(x-x3)2+(y-y3)2＝d32本专利技术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，包括车辆和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区域Wi‑Fi网络感知的单车共享系统，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于区域Wi-Fi网络感知的单车共享系统，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系统，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系统，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系统，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系统，其特征在于：所述的簇头...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏松杰，吴倩倩，吴超，朱人杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32