曹平

（天津優(yōu)航科技有限公司，天津 300000；天津天優(yōu)科技股份有限公司，天津 300000）

1 研究背景

現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市居民生活水平日益提高，私家車數(shù)量增長速度加快，隨之而來的是城市擁堵問題越來越重，而解決城市交通問題的有效方法就是發(fā)展城市公共交通[1]，但公共汽車、地鐵等公共交通設(shè)施無法覆蓋到城市的所有地方，這就需要公共自行車來有效補(bǔ)充。

公共自行車發(fā)展主要經(jīng)歷了免費(fèi)自行車、投幣自行車、高新技術(shù)自行車3個階段，現(xiàn)階段的高新技術(shù)自行車已經(jīng)在一些發(fā)達(dá)國家非常普及，甚至成為了當(dāng)?shù)刂匾某鲂蟹绞剑涔沧孕熊囎膺€自動控制系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先地位[2-4]。

我國公共自行車租還自動控制系統(tǒng)起步較晚，最早于2006年出現(xiàn)在北京，目前在上海、北京、杭州、西安等發(fā)達(dá)城市或旅游城市發(fā)展較為迅速，但發(fā)展過程中存在較多問題。我國的公共自行車租還自動控制系統(tǒng)研究與歐美國家存在較大差距，研制一套適應(yīng)于我國公共自行車發(fā)展的租還自動控制系統(tǒng)迫在眉睫[5-7]。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)采用集中控制、分布式管理的模式，由一個后臺管理系統(tǒng)和若干自行車服務(wù)點(diǎn)組成。自行車服務(wù)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)與后臺管理系統(tǒng)相連接，自行車服務(wù)點(diǎn)將車輛信息、租還信息發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)，后臺管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫信息向自行車服務(wù)點(diǎn)回復(fù)數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)是采用網(wǎng)絡(luò)無關(guān)性設(shè)計(jì)，也就是本系統(tǒng)服務(wù)點(diǎn)與后臺管理中心之間的網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)營商根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來定，無論是有線網(wǎng)絡(luò)，還是無線網(wǎng)絡(luò)，無論是哪家電信運(yùn)營商，都可以使用。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 業(yè)務(wù)流程圖

用戶持卡可以到本系統(tǒng)自行車服務(wù)點(diǎn)刷卡，完成車輛的租還操作。自行車服務(wù)點(diǎn)將緩存用戶的消費(fèi)數(shù)據(jù)及租還車數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，服務(wù)點(diǎn)將緩存的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上送給通訊服務(wù)器，通訊服務(wù)器將接收到的所有數(shù)據(jù)存入管理中心的數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)根據(jù)需要通過內(nèi)部局域網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)庫，訪問與操作相關(guān)的數(shù)據(jù)。

對于乘客在租還車輛過程中出現(xiàn)的異常情況，糾紛解決子系統(tǒng)通過查詢乘客的租還車記錄及消費(fèi)數(shù)據(jù)，可以輔助操作員還原乘客租還車輛的過程，由此可以確定異常情況產(chǎn)生的原因，幫助乘客解決糾紛。

2.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖

自行車站點(diǎn)與通訊服務(wù)器使用4G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，中間經(jīng)過防火墻，確保信息安全，通信服務(wù)器、市中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和每個子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，提升了整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可擴(kuò)展性。

2.2.2 控制系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

綜上所述可知，該套控制系統(tǒng)主要有以下3個創(chuàng)新點(diǎn)：①采用CAN總線作為設(shè)備的傳輸總線，運(yùn)用到公共自行車領(lǐng)域。CAN通訊具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速度快、通訊效率高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，從而保證設(shè)備在戶外條件下能夠正常工作且使得設(shè)備使用壽命明顯延長。除此之外，采用CAN總線通信使得設(shè)備維修方便，易于查找問題，當(dāng)某個終端出現(xiàn)問題時，不至于影響整個網(wǎng)絡(luò)。②在公共自行車領(lǐng)域采用電控鎖具，采用工業(yè)級ARM芯片作為整個鎖止器的控制核心。將ARM芯片應(yīng)用于電控鎖具中，該芯片內(nèi)部具有高速時鐘，從而有力保證了租還車過程的流暢進(jìn)行。該芯片內(nèi)部具有規(guī)格不同的存儲單元，當(dāng)判斷租車卡合法時，通過引腳電平的變化來實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖的聯(lián)動開關(guān)。除此之外，該芯片具有超高的性價比，不但功能強(qiáng)大，而且功耗很低，從而在方便租車者的前提下保障了其人身安全。同時，租還車及計(jì)費(fèi)均實(shí)現(xiàn)了全自動控制，減少了人力資源的浪費(fèi)，提高了整個系統(tǒng)的工作效率。③采用IC卡作為信息媒介，自行車和用戶都以IC卡作為管理媒介。采用IC卡刷卡的方式來實(shí)現(xiàn)租還車操作，實(shí)現(xiàn)集公交卡、自行車卡于一體的“一卡通”，真正方便市民的出行。

3 控制系統(tǒng)特點(diǎn)

該控制系統(tǒng)由前端鎖止器、管理終端及后臺軟件、讀卡器、密鑰系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)面臨的最大問題是通訊數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，接收亂碼、丟包等情況時有發(fā)生，從而影響租車者的正常使用，給市民出行帶來不便。系統(tǒng)采用CAN通信的方式來傳遞數(shù)據(jù)，由于CAN線自身擁有雙絞線的特點(diǎn)，其抗外界干擾的能力超強(qiáng)；同時，兩端屏蔽線同時接地，使得整個系統(tǒng)處于等電位狀態(tài)，消除了外界的干擾，提高了代碼的準(zhǔn)確率。另外，控制系統(tǒng)超遠(yuǎn)的通信距離也有效地解決了戶外施工難的問題。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了采用集中控制、分布式管理的模式，由一個后臺管理系統(tǒng)和若干自行車服務(wù)點(diǎn)組成的系統(tǒng)。該系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗外界干擾能力，準(zhǔn)確率較高，解決了施工難的問題。系統(tǒng)設(shè)計(jì)后雖然經(jīng)歷了測試，目前來說，效果較好，但隨著公共自行車行業(yè)的迅速發(fā)展，公共自行車數(shù)量也在急速增加，接下來應(yīng)考慮運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，對租還地點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，確保鎖樁合理分布，方便用戶隨需租用，就近還車。

［1］馬帥.公共自行車租賃系統(tǒng)的模式分析及改進(jìn)提案［J］.科技信息，2011（24）：102.

［2］李陽.公共自行車租賃系統(tǒng)站點(diǎn)控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.重慶：重慶郵電大學(xué)，2016.

［3］Dijia G，Zhongdong Z.Implementation Mechanism of Urban Public Bicycle Systems［J］.Urban Transport of China，2008，6（6）：27-32.

［4］呂丹.“公共自行車服務(wù)系統(tǒng)”研究與大數(shù)據(jù)處理［J］.數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用，2013，2（5）：20-24，41.

［5］張昱，劉學(xué)敏，張紅.中國城市公共自行車系統(tǒng)現(xiàn)狀、問題和對策［J］.中國發(fā)展，2013（5）：74-79.

［6］朱曉玲.綠色公共自行車系統(tǒng)運(yùn)營及保障機(jī)制研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

［7］莫嬌，廖斌，徐少波，等.基于移動互聯(lián)技術(shù)的公共自行車租賃系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（20）：31-32.