iParking智能共享单车停车系统的设计与应用摘要：2016 年，一股“共享单车”风席卷了中国各大城市，但伴随着共享概念的大热，这个新兴行业也暴露出许多问题，为了解决已存在的问题，如共享单车乱停乱放、毁损、私人占有以及资源配置不合理等问题，本文结合远程开锁技术、卫星定位技术与物联网技术、用户时空行为分析等多重科技，提出了iParking智能共享单车停车系统。
本项目立足共享单车行业发展前景和城市管理，以此系统解决共享单车现有问题，规范共享单车运营，助力城市慢行系统的建设和城市居民生活幸福感的提升。
关键词：iParking智能共享单车停车系统、智能砖、慢行系统1引言1.1研究背景我国自2007年从国外引入公共单车模式以来，共享单车市场逐渐发展，时至今日，共享单车已经成为人们出行的习惯性选择。
国内共享单车的发展经历了从政府主导的有桩式公共自行车一枝独秀，到企业运营的无桩式共享单车涌现的阶段。
有桩式与无桩式共享单车的主要区别在于单车是否有自由的停车点。
其中，有桩式公共自行车的运行多为政府主导，而无桩式共享单车则是由专门经营共享单车的企业投放的。
从两者的运营情况来看，无桩式的共享单车明显优于政府推广的有桩式公共自行车。
与有桩公共自行车不同，无桩式共享单车的发展则比较顺利。
结合了移动互联网技术的无桩式共享单车省去了有桩公共自行车的诸多麻烦，更符合市场需求。
截止2017年3月，ofo和摩拜单车两家企业合计融资已超过百亿元人民币，不仅融资金额高，且每轮融资间隔时间非常短，无疑是资本的宠儿。
无桩共享单车炙手可热，多家共享单车企业在涌入市场，小鸣单车、小蓝单车、优拜、Hellobike、骑呗……据不完全统计有20多家共享单车企业不同颜色的单车活跃于城市街头，原有的企业也在不断增加单车投放量，上海自行车行业协会预测，2017年上半年上海的共享单车总量可能达到50万辆。
1.2研究问题无桩共享单车与有桩公共自行车相比最大的亮点是有自由的停车地点，但也正是停车自由造成了共享单车乱停乱放的现象。
人行道中央、绿化带、甚至高速公路上，许多非停车区域都出现了共享单车的身影，可停车区域的单车停放也存在停放混乱的问题，为避免影响交通，政府部门不得不采取了扣押乱停单车的措施，无疑增加了城市管理的成本。
共享单车的损坏与私人占有行为屡见不鲜。
因使用者损坏导致的少一个踏板、车座后仰、轮胎没气等问题大大影响了用户体验，更有甚者故意损坏单车使其报废。
私人占有单车也是目前各大企业面临的问题，共享单车的车身二维码遭遮挡、车编码被涂改、给车加上私人锁、把车停到偏远地带或私人领域等现象层出不穷。
单车的损坏和私人占有会提高企业运营成本，造成资源利用不充分。
资源配置不够合理也是目前共享单车企业的不足，常出现用户想要用车时无车的现象。
单车投放地与投放量设置的不合理、单车搬运不及时、缺乏预测导致无法满足用户实时变化的需求量都会影响用户体验，降低资源利用率。
2 iParking智能共享单车停车系统设计本系统参考了当前政府公共自行车的有桩式设计以及共享单车无桩化后的管理，借鉴了台湾南台科技大学的设计团队提出的自行车“停车砖”设计。
利用智能手机、控制后台与SIM卡或窄带物联技术实现信息传输，运用远程开锁技术、卫星定位技术与物联网技术，实现对共享单车的实时管理，同时化解了当前共享单车违规停放、盗窃的难题，并有望能够解决共享单车资源实时配置的问题。
用车时，用户可以事先在手机上完成解锁，然后将车推出停车砖的槽内，此时智能砖开启倒计时模式，时间一到槽会自动还原；停车时，用户也可在手机上完成解锁，停入车后槽亦会自动上锁。
本系统虽然采用了台湾南台科技大学将停车装置放到地面的创意，但是将全部停车槽置入一个停车砖内可以更有效地利用空间，并且能够对砖内的所有槽统一控制。
添加的智能解锁装置可以与智能手机端和信息处理后台连接，实现智能解锁、车辆追踪、信息交流等功能。
2.1智能砖概况2.1.1智能砖空间位置设计在设计iParking停车系统时如何提高空间利用率是本停车砖能否普及的重要因素。
本系统的前提是政府与共享单车公司合作已经划定了公共停车位置，我们认为这一前提的可实现性较高，基于现有的新闻资料，政府已经干预共享单车停放。
在此前提下，为了最大程度提高单位面积内停车的数量，我们采取直排列的方式，并控制停车槽之间的间距为大致30cm。
如下图所示，本停车砖适合设置在较宽阔的人行道或路边白线停车位内，以及建筑物、居民区或公园出入口。
2.1.2智能砖外形设计该智能砖的外形设计简约大气，与空间设计相匹配，一块智能砖可以同时控制多个凹槽，最大程度节约了资源，而每个凹槽有它的独立编号，一槽一编号的形式也使得槽与车能够相对应。
2.2用车流程及手机客户端界面本系统除了在智能砖设计方面别出心裁，同时也十分注重系统与用户在手机界面上的交流互动，用户使用系统的便利性也是我们考虑的重点。
我们吸取了当前共享单车app与用户互动的经验，并反思了其中的不足，设计出一套完备的、有较高实用性的用车流程，客户端界面也做出了相应改动。
有助于建设“智慧城市”愿望的实现。
2.3信息收集与处理数据传输与采集系统由三个部分组成：手机APP客户端、云服务端和停车砖信息终端。
三个部分之间信息传输过程如下：用户需要用车时，在手机APP选择停车点和可用的停车砖，用户信息与停车砖信息打包发送至云服务端，并请求解锁。
云服务端接收到信息向停车砖信息终端发出解锁指令，停车砖终端触动机电锁模块进行解锁，并向云端上报停车砖已经空出的信息。
云端的用户信息数据库与停车砖信息数据库同时更新数据，并根据APP客户端和停车砖信息端的GPS定位功能保留用户使用车时的轨迹和取还车地点，为用户用车的行为分析提供依据，以此来实现单车资源有效的实时配置。
2.3.1 iParking停车砖信息终端无线通信模块2.3.1.1基于物联网SIM卡的信息传输物联网卡是由移动、电信、联通运营商提供的2/3/4G卡，外观与普通SIM卡基本一样，采用专用号段，满足智能硬件和物联网行业对设备联网的需求。
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络，使用物联网SIM卡使普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化，是目前应用最为广泛的方法。
使用嵌入式SIM卡可以实现以下几个功能：（1）提供停车砖的身份认证。
每一道停车位都装有独立的SIM卡，作为其身份认证和鉴权模块，提供停车砖接入无线网络的身份标识，完成网络接入的安全认证，并向停车砖信息数据库提供身份标签。
（2）提供应用支撑。
SIM卡接收云端传来的开解锁指令后，可以触动机电锁电路，实现自动开解锁，并及时向云端返回信息，在停车砖数据库中更新停车砖使用状况，实现全城停车位使用情况的实时监控，满足数据分析的需求。
2.3.1.2基于窄带物联网（NB-IoT）的信息传输基于蜂窝的窄带物联网（NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。
NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)。
NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。
其工作原理如下：2.3.2停车砖信息数据及用户信息数据库的建立2.3.2.1停车砖信息数据库的建立出于有效管理和合理配置单车资源的需要，停车砖信息数据库需要包括停车砖ID、位置、使用状况这三部分信息，以此提供数据分析的基础。
停车砖ID的编号以停车点为一级编号，停车砖序列为二级编号编制而成。
如停车点A的一级编号为1，停车点A序号为1的停车砖编号为1-1，序号为2的停车砖编号为1-2，以此类推。
2.3.2.2用户信息数据库的建立用户信息数据库的建立主要是为了实现监督用户取还车、计费扣费、记录用车路线的目的，也是为了向用户的时空行为分析提供依据。
数据库的建立以用户注册账户的手机号为基础。
2.4时空行为解释与资源调配时间地理学是20世纪60年代后期由瑞典地理学家Hagerstrand及其领导的隆德学派提出并发展起来的表现并思考在时空间过程中人类行为与客观环境之间关系的一种方法论。
自时间地理学和活动分析法引入中国的近20年间，时空间行为研究已成为中国城市地理学的重要领域。
时空行为理论立足于个体行为而非群体行为，以期从个体行为分析中探究人们出行的时、空间规律，对城市规划，旅游分析等领域有重要意义。
iParking智能共享单车停车系统的一个重要功能是对现有共享单车的资源调配，当前共享单车存在随意停放及供求不平衡的问题，我们考虑用时间地理学理论来解决这一棘手问题。
首先我们根据城市地图所示，按照热点地区（以就业岗位、居住人口、商业规模、设施类型为判断标准）分成300*300的大区，按照10个停车点/平方米的间距在和主干道相交得多次干道和广场边缘，即主干道垂直方向上设置停车点。
2.4.1用户时空行为分析将取车信息和停车信息分成两个部分来研究。
数据基础为用户信息数据库，提取数据库中用户一年中用车的具体信息（用车地点，用车时间，停车地点，停车时间）。
由于本智能停车系统为动态调整的系统，随着该系统投入使用，系统中包含的数据增多，也是系统适应实际作出改变的过程，因此本系统选取一个月的时间跨度将取车信息作纵向分解；将一天分成3h一个的小时间段，共8个时间段，作横向分解并进行时间特征分析。
2.4.2模型分析（1）运用KERNEL核密度分析办法，设置搜索半径参数（与每个停车点的服务范围300*300相合），通过自然断裂法JENKS进行分类，通过颜色深浅代表核密度及活动频率来判断活动密集区，分析用户用车活动空间的动态变化（结合时间轴），停车相类似。
由此得出用户用车密集区和停车密集区核密度图示，从空间维度考察用户用车的总体特征及其随时间的变化，为预测做准备。
（2）将一个大区分成300*300的小区块来研究，将三个系统的信息集合（停车预测、取车预测、当下小区域中停车数量及空余车位），分两种情况，一种是下个时间段用车人多于停车人，这时就需要工作车运输足够车辆去到需求旺盛地区；第二种是下个时间段停车人多于用车人，这时就需要工作车将原有停放车辆移走，空出足够车位来停放即将到来的共享单车。
（3）将预测信息整合以后得出一个小区块具体需要调入或调出的共享单车数量，对共享单车资源调度系统下达调度命令，即将整理后信息导入ARC-GIS软件中，软件结合整个城市的地图，形成可视化图例，结合每个区域的工作车位置规划具体线路。
将调度的单车信息和规划的路线信息发送给调度工作车，工作车按照指令实施调度，调整共享单车停放位置，立足区块现有的单车数及预测所得未来出行数据信息，形成一个循环系统，3结语本系统是针对当前因共享单车大热引发的无序停车、恶意损坏、盗窃占用、资源配置不均等现象设计的，响应了国家低碳环保、绿色出行的号召，也顺应了各地建立慢行系统的趋势，缓解了城市出行“最后一公里”衔接不畅的现状，实现了共享单车资源的有序化、最大化利用。
