一种无桩公共自行车定点还车的实现方法及装置与流程

本发明属于移动互联网应用和机电一体化领域，特别是针对公共自行车租赁应用领域。

背景技术：

公共自行车作为城市公共交通的重要组成部分，尤其针对城市公共交通拥堵和机动车尾气污染等问题，作为一个健康、低碳、绿色的公共交通和出行方式，越来越受到国内外政府的重视，世界范围内公共自行车的建设进入蓬勃发展阶段。以前的公共自行车的实现机制基本是基于固定停车站点的锁止器和网络系统来实现公共自行车的租赁管理。这种传统的公共自行车租赁系统在推广应用中存在如下问题：一、由于借车和换车都是基于固定站点的锁止器来控制的，一个锁止器同一时刻只能停放一辆自行车，必然存在站点的锁止器个数和停放自行车数量的矛盾，实际使用过程中经常遇到自行车没地方可还的情况；二、自行车的使用用户必须开户办卡，限制了公共自行车的普及，公共自行车的使用率普遍比较低；三、自行车借出以后，自行车的去向和丢失问题也是无法解决的问题，靠用户卡上的押金赔偿远够不上自行车的购置成本。四、固定站点的锁止器必须在有点和网络的情况下才能使用，能源消耗也比较大，加上前面提到的利用率低的问题，能源利用率也是很大的问题。五、跨地区的用户卡不能共享，一个城市的不同区之间往往都不能做到跨区使用，外来人口没办法享受免费公共自行车的服务。

随着物联网技术的发展和智能手机的普及，现在市场上出现了通过在自行车上加装智能锁，通过智能手机来进行操控的网络共享单车，这种共享单车采用的智能锁有两种（机械密码锁不属于智能锁，在此不做说明），一种是带有gps定位，并通过gprs跟后台管理平台交互，然后通过后台管理平台和手机之间进行交互来完成借还车等相关业务；另外一种是不带gps，也没有gprs通信机制，而是通过蓝牙技术来实现智能锁和手机直接进行开关锁等借还车操作，通过手机和后台平台进行认证、计费等管理功能。目前这两种无桩的公共自行车租赁系统在推广应用中普遍存在的问题是由于随地停放而导致乱停乱放、影响市容，并且给运营公司的运营管理带来很大难度。从技术的角度来看，民用卫星定位系统（gps/北斗）都存在定位精度不准、卫星定位设备功耗大、不同环境下定位数据误差比较大等问题，同时，公共自行车的电能供应是可持续运营面临的一个重要因素，正是由于这些技术因素的制约，现在的无桩公共自行车都没有很好的解决乱停乱放的问题。

本发明针对无桩公共自行车系统存在的乱停乱放的问题以及技术上所面临的困难，提出了一种基于卫星定位系统的无桩公共自行车定点还车的实现方法，研发和设计了一整套的定位设备开关、定位数据获取、站点区域设置等控制机制和计算方法，通过软硬件之间的配合，实现了公共自行车高精度的定点还车管理功能，既避免了无桩公共自行车运营中出现乱停乱放、影响市容的问题，又降低了运营公司的运营管理成本，同时，提高了用户体验，方便群众使用。

技术实现要素：

本发明针对无桩公共自行车普遍存在的乱停乱放、管理困难等应用问题，以及民用卫星定位不准确、卫星定位设备功耗大、公共自行车电能供应成本高等技术问题，自主研发和设计了带有卫星定位模块的车载控制器、基于云计算技术的后台运营管理平台、运行在智能手机上的站点设置软件模块和用户手机客户端（app），通过低功耗设计的卫星定位设备开关机制、卫星定位数据采集机制、站点区域设置数据模型和计算方法等控制机制和计算方法，通过软硬件的一体化设计和高度整合，结合公共自行车运营过程中用户使用和运营管理的需求特点，实现了无桩公共自行车定点还车的管理功能，并且降低了功耗，提高了用户使用体验。从技术上保证了无桩公共自行车可管理、好维护、易使用的应用效果，避免了乱停乱放、影响市容、妨碍交通等各种负面影响。

附图说明：

附图1：系统模块构成示意图

附图2：站点区域设定模型图

具体实施方案：

为了实现本发明目标，本发明设计了带有卫星定位模块的的车载控制器、后台运营管理平台、站点设置软件模块、用户手机客户端（app）等软硬件装置，其中车载控制器高度集成了卫星定位模块、gprs通信模块等，通过gprs与后台运营管理平台进行指令接收处理和数据上报，对车辆的运动状态和使用状态进行控制和管理，运营人员可以通过智能手机上的站点设置软件模块对站点的允许停车区域进行设置和管理，普通用户可以通过智能手机上的用户客户端（app）进行自行车的借车和还车等处理，其中还车时，必须把车停放到指定的站点区域内，系统才允许用户正常还车，否则会提示用户还车失败，用户需要继续承担租车的租金和各种相关责任。下面对本发明的几个关键实施例进行详细说明。

一、站点有效停车区域设置方法和操作流程：

为了方便运营管理人员快速准确设置停车站点允许用户停车区域，本发明提出了一个根据环境影响gps信号的误差距离的有效还车区域模型（参见附图2的模型图），运营人员通过智能手机上的站点设置软件模块提供的功能，可以快速完成站点位置的设置。其实现步骤如下：

1、每个站点选择两个点（a点和b点）作为站点的轴心点；并指定站点的宽度；

2、根据站点的环境和通信信号及卫星定位信号的强弱设置站点类型，不同的站点类型对应的误差距离不同；

3、在选定的两个点的其中一个点（a点）的位置放置好带有卫星定位模块的车载控制器，启动gps。在站点设置软件模块中操作设置a点坐标，通过后台运营管理平台，向指定的带有卫星定位模块的车载控制器发送获取位置指令，每隔一段时间（比如：2秒）采集一次定位数据，先去掉前面一部分（比如：30个）不太稳定的定位数据，然后再收集一批（比如：100个）同一位置的定位数据，通过后台运营管理平台进行去除奇异点和差分计算后，得到这个点的经纬度坐标；

4、在选定的两个点的另外一个点（b点），重复步骤3；

5、根据这两个点的坐标，以及站点的宽度和站点类型，计算出站点的画线区域和允许还车的有效区域的矩形的各个点坐标；并将数据保存到后台运营管理平台数据库中；

6、为了确认站点位置数据的准确性，运营人员还可以选择站点内和站点外的几个点做验证测试，保证站点位置设置数据的准确性。

二、借车的方法和处理流程：

用户借车的操作和处理流程简单方便，实现步骤如下：

1、当用户需要借车时，可以按下面的流程进行借车通过用户手机客户端（app）扫描自行车上的二维码，系统发送借车请求到后台运营管理平台；

2、后台运营管理平台检查自行车的运营状态，如果车辆属于正常可运营状态，则在客户端（app）上提示用户当前车辆的收费标准和允许停放的站点（用户可以详细查看）；

3、用户确认借车后，app向后台服务器发送开锁请求，通知车载控制器开锁，车载控制器打开车锁成功后，把结果反馈给后台运营管理平台，并打开卫星定位模块；

4、车载控制器每隔一段时间（比如：30秒）采集一次自行车的状态数据和卫星定位数据，上报给后台管理服务器，实现用户骑行过程的轨迹追踪。

三、定点还车的方法和处理流程：

当用户骑车到底目的地后，用户需要把公共自行车停放在附近的站点的允许还车的区域内。定点还车的实现步骤如下：

1、把车停放在停车站点的允许还车区域后，锁好自行车；车载控制器在传感器的触发下，自动每隔一段时间（比如：2秒）通知卫星定位模块采集一次卫星定位数据，并将数据上报给后台运营管理平台。自动采集卫星定位数据多次（比如：5次）以后后，不再采集和发送（节约电能）；

2、用户打开手机，在用户手机客户端（app）中执行还车操作，在用户拿出手机并操作还车功能的同时，后台系统已经自动采集了不超过约定的尝试次数卫星定位数据，通过分析这几次的定位数据是否在允许还车的区域内，来判定用户是否按要求把自行车停放在站点内。如果是在站点内，用户可以快速完成还车操作，给用户的使用体验会非常好；

3、如果用户没有把车停放在站点的有效停车区域内，系统判断多次定位数据都不在停车区域后，提示用户需要把自行车停放在规定的区域才能还车；

4、用户还车成功后，车载控制器把gps关闭，并通知后台管理平台还车成功，后台管理服务平台把当前自行车的停车点信息、运营状态等进行更新，并根据用户借车的时间和运营计费规则进行计费等处理；

5、由于用户借车后，gps才打开，而gps从启动采集到比较准确的位置数据有时需要比较长的时间（不同环境下，可能从几十秒到几分钟都有可能），如果因为gps还在启动过程中，或gps刚启动，采集的数据不准确，而导致用户还车失败，会严重影响用户的使用体验，甚至会质疑系统的稳定性和可靠性。实际应用场景中，用户借车后发现车辆不合适、有故障，或其他各种原因要马上还车的需求是比较常见的，为了提高用户体验，并且自行车短时间内也不会骑多远，对运营管理影响不大，本发明中特地针对这种需求设计了用户借车2分钟之内还车时，不做卫星定位数据的判断，直接按借车站点的数据判定用户可以还车，提高用户还车的响应速度，提高用户使用体验。