CN107465747A - 一种车辆的电子围栏管理系统和管理方法 - Google Patents

一种车辆的电子围栏管理系统和管理方法 Download PDF

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Abstract

一种车辆的电子围栏管理系统和管理方法，基于手机摄像头测量和通信测量技术，利用三角函数定义推算车辆停放点到围栏标杆距离。通过推算距离与围栏设定距离进行比对来判断车辆停放是否在围栏内，实现车辆无桩式电子围栏管理方式。区别于GPS电子围栏技术和蓝牙电子标签技术，本技术方案具有造价低、安装维护简单方便的特点，而且达到了不供电，不破土便可监控车辆停放情况，通过奖罚规范车辆的停放问题。

Description

一种车辆的电子围栏管理系统和管理方法
技术领域
本发明属于车辆电子围栏管理领域，特别涉及基于手机摄像头测量和通信测量的一种车辆的电子围栏管理系统和管理方法。
背景技术
共享单车以绿色环保，高效共享的方式解决了人们短距离出行问题。对比原来的有桩停放，现在“随停随放”的共享单车给人们带来了极大的方便，深受广大民众喜爱。然而，自由和管理是一个对立的统一，当“随停随放”缺乏管理时，就变成了乱停乱放，不仅给管理者和他人带来极大的不方便，也给运营者带来极大的困扰。
目前全国各主要城市和运营商都在加快电子围栏技术的研究和使用。其主流技术是采用GPS电子围栏技术和蓝牙电子标签技术。
采用GPS电子围栏技术的方法就是在共享单车锁中安装有一个GPS模块，以及移动网络终端，与后台网络连接，利用一般GPS定位方法，将车辆的停放点限制在地图上规定停放点附近的一定范围内。采用这种方法除了定位不准外，还有电能消耗大，需要支付移动网络流量费用等问题。
采用蓝牙电子标签技术的方法是在地下挖两个坑，一个小坑安装蓝牙读写器用于读取在它信号覆盖范围内的车辆的蓝牙装置，通过控制调整蓝牙读写器与车载蓝牙标签之间的通信距离来控制车辆的停放范围；另一个大坑则安放用于连接小方盒蓝牙读写器和移动通信网络的网关设备，还有大的供电电瓶，或与市电连接的供电线路，大坑中的网关设备再将所读到蓝牙标签的信息，通过移动通信网络传到后台管理平台，来实现对车辆停放的规范管理。这种方法不仅投入大，安装运营维护成本高，既要挖坑还要供电，还要防盗，非常麻烦。需要政府花大钱才能实现。
互联网《今日头条》RFID世界网2017-08-07 14:18公布的《车辆电子围栏技术使用调研报告》对以上2种技术都有详细的说明。
发明内容
基于上述背景技术的一些缺陷，为了达到造价低，安装维护简单方便，达到不供电，不破土便可监控用户使用情况，通过奖罚规范车辆的停放问题。
本发明的技术方案是基于手机摄像头测量和通信测量的一种车辆的电子围栏管理系统和管理方法,其精度可达到米，能够满足单车停放场景围栏管理的要求。其具体方案如下：
其中云平台包括：围栏管理模块、位置标签管理模块、车辆管理模块、身份认证模块、位置运算模块；
所述的围栏管理模块设置或者定义车辆的围栏范围；
所述的位置标签管理模块设置位置标签的地理位置和标签身份；
所述的车辆管理模块判断停放车辆是否落入围栏范围值内；
所述的身份认证模块管理车辆停放者的注册身份；
所述的位置运算模块用于三角形已知2条边距来计算第3条边距；
其中手机客户端内嵌本系统的运算程序，手机客户端是APP、网页程序、微信公众号中的一种。
其中位置标签是安置在车辆停放点并注册在云平台可被手机客户端识别的图形编码，图形编码是条形码、一维码、二维码、三维码中的一种。每个位置标签的身份都是唯一的。
其中车辆近场通信模块安装在车辆中可与手机客户端通信，近场通信模块是蓝牙模块、wifi模块中的一种。
其中车辆，包括但不限于自行车、电动自行车、电动摩托车、电动汽车。
当用户停好车后，走近位置标签，用户使用手机客户端扫描位置标签时，手机客户端的身份与位置标签的身份关联，云平台系统记录扫描用户的身份，手机客户端拍摄位置标签，根据成像原理可推算手机客户端与位置标签的距离。手机客户端蓝牙模块与车辆蓝牙模块通信时的信号强弱可推算手机客户端与单车的距离。位置标签、手机客户端、车辆形成3个空间点，这3个点在空间可形成一个三角形，当3点在空间形成一条直线时，位置标签与车辆的距离最大。用最大值与车辆的围栏范围值进行比对，置标签与车辆的距离最大值小于或者等于围栏范围值时，认为车辆停放在电子围栏内；置标签与车辆的距离最大值大于围栏范围值时，认为车辆停放在电子围栏外。
当用户停好车后，在停车点使用手机客户端扫描位置标签时，手机客户端的身份与位置标签的身份关联，云平台系统记录扫描用户的身份，手机客户端拍摄位置标签，根据成像原理可推算手机客户端与位置标签的距离。手机客户端与车辆2点重号，位置标签、手机客户端形成2个空间点，这2个点在空间可形成一条直线。直线距离与车辆的围栏范围值进行比对，2点直线距离小于或者等于围栏范围值时，认为车辆停放在电子围栏内；2点直线距离大于围栏范围值时，认为车辆停放在电子围栏外。
一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其具体步骤如下：
SO1：位置标签注册在云平台，安置在车辆停放点，平台方在电子围栏管理系统中自定义围栏范围；
S02：用户锁车后，持手机客户端靠近位置标签，扫描位置标签，建立用户与位置标签的身份关联、用户与位置标签的相对位置和用户与车辆的相对位置；
S03：手机客户端拍摄位置标签的照片，位置标签拍摄尺寸与位置标签的实际尺寸比对，得出手机相对于位置标签的距离；
S04：手机客户端将扫描后的用户与位置标签信息的相对测量数据上传至云平台；
S05：手机客户端与车辆通信模块的通讯数据被上传至云平台；
S06：云平台位置运算模块通过已知的2个相对距离推算出车辆相对标签的位置；
S07:位置运算模块推算出的距离与围栏自定义的距离进行比对，得出车辆停放是否在围栏中的结论，并将结论推送信息给手机客户端。
可选的，在步骤S03中手机客户端与位置标签通过摄像头成像原理测算距离的方式还可以是位置标签拍摄的像素与位置标签的实际像素比对，得出手机相对于位置标签的距离和角度。
具体的，在步骤S05中手机客户端与车辆通信模块的通讯数据包括但不限于通讯模块之间的通信时间、相位差、信号强弱等。
可选的，在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块确定距离的方式可以是手机客户端向车辆的近场通信模块发射数据，车辆接收数据的时间差乘以传播速度，得出手机客户端向车辆的距离。
可选的，在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块确定距离的方式还可以是手机客户端向车辆的近场通信模块发射数据，车辆接收数据的磁场强差乘以传播速度，得出手机客户端向车辆的距离。
可选的，在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块确定距离的方式还可以是直接利用载波相位测量值，得出手机客户端向车辆的距离。
可选的，手机客户端内嵌运算程序，手机客户端测得的相对距离和角度数据直接在内嵌的运算程序中运算，运算结果与云平台下发的自定义范围值进行比对，判断车辆是否停在围栏内，并将判断结果推送给云平台。
优选的，系统可将长期在围栏外的车辆定义成红包车，车辆放入围栏后给手机客户端发送红包。
在本技术方案中手机摄像头测量和通信测量都是已知的技术，本技术方案充分的利用智能手机已有的摄像头功能和强大的通信功能，不额外增加投入，高效的解决了车辆电子围栏问题，真正做到了投入少，安装运营维护成本低，动用社会资源少。
附图说明
图1一种车辆的电子围栏管理系统物理结构示意图；
图2一种车辆的电子围栏管理系统应用场景示意图；
图3电子围栏管理系统测距原理图；
图4一种车辆的电子围栏管理系统的管理方法流程图。
具体实施方式
在本技术方案中所述的车辆包括但不限于自行车、电动自行车、电动摩托车、电动汽车。下面结合附图以自行车为例对本发明进行详细的说明。附图中的图片是示意型的，仅为方便理解本技术方案，并不是对本技术方案的实施手段进行限制。
图1一种车辆的电子围栏管理系统物理结构示意图；
一种车辆的电子围栏管理系统,包括云平台、手机客户端、位置标签、车辆近场通信模块，
其中云平台包括：围栏管理模块、位置标签管理模块、车辆管理模块、身份认证模块、位置运算模块；
所述的围栏管理模块设置或者定义车辆的围栏范围；
所述的位置标签管理模块设置位置标签的地理位置和标签身份；
所述的车辆管理模块判断停放车辆是否落入围栏范围值内；
所述的身份认证模块管理车辆停放者的注册身份；
所述的位置运算模块用于三角形已知2条边距来计算第3条边距；
其中手机客户端内嵌本系统的运算程序，手机客户端是APP、网页程序、微信公众号中的一种。
其中位置标签是安置在车辆停放点并注册在云平台可被手机客户端识别的图形编码，图形编码是条形码、一维码、二维码、三维码中的一种。每个位置标签的身份都是唯一的。
其中车辆近场通信模块安装在车辆中可与手机客户端通信，近场通信模块是蓝牙模块、wifi模块中的一种，优选的是蓝牙模块。
首先安置在车辆停放点的位置标签注册在云平台的位置标签管理模块中，车辆身份信息登记在车辆管理模块中，用户手机客户端注册在云平台的身份认证模块中。用户使用车辆时，手机客户端与车辆是关联的，当用户停车使用手机客户端扫描位置标签时，手机客户端的身份与位置标签产生了关联，云平台系统记录三者的关联信息，识别出哪辆车由哪个用户停在哪个位置标签。
在本技术方案中所述的位置标签是安置在车辆停放点并注册在云平台可被手机客户端识别的图形编码，图形编码包括但不限于条形码、一维码、二维码、三维码。车辆近场通信模块安装在车辆中可与手机客户端通信，近场通信模块是蓝牙模块、wifi模块中的一种，优选的是蓝牙模块。下面结合附图以位置标签是二维码，车辆近场通信模是蓝牙模块为例对本发明进行详细的说明。附图中的图片是示意型的，仅为方便理解本技术方案，并不是对本技术方案的实施手段进行限制
图2一种车辆的电子围栏管理系统应用场景示意图；
在固定点安装投放二维码标杆。用户锁好车后，靠近二维码标杆，使用手机客户端扫描二维码，扫描结果通过手机客户端上传至云平台。
用户手机客户端向车辆蓝牙模块发送信号，车辆接收蓝牙信号，蓝牙通信数据上传至云平台。
云平台计算出车辆与二维码的最大距离，判断车辆是否在围栏内。
用户也可以是站在锁车点扫描二维码，此时手机客户端扫描二维码，扫描结果通过手机客户端上传至云平台。云平台计算出手机客户端与二维码的2点距离，判断车辆是否在围栏内。
图3电子围栏管理系统测距原理图；
在电子围栏场景中，二维码标杆A1A2的高度为h1，用户B1B2的高度为h2，车辆C1C2的高度为h3。三个高度是已知的，电子围栏设定比对值为Li是已知的。
用户手机客户端扫描二维码标杆上的二维码，通过相机成像原理可计算出用户与二维码的空间距离L1,即A1B1的距离。
用户手机客户端向车辆蓝牙模通信，利用发送与接收的时间差和蓝牙传播速度的原理可计算出车辆与用户的空间距离L2，即B1C1的距离。
L1和L2已知，需要求车辆到二维码标杆的距离L3，即A1C1的距离。当A1、B1、C1投影到一个平面时，投影线A2B2与B2C2的角度为180°时，A1C1的距离是最大的。假设车辆相对二维码的理论距离为最大值，最大值L3＝L1+L2。理论值L3再与电子围栏设定的范围值Li进行比对。L3＞Li，则车辆停放在电子围栏内；L3≤Li，则车辆停放在电子围栏外。
当用户就在车辆停放点扫描二维码标杆时，用户手机客户端与车辆投影点重合。手机客户端扫描二维码通过相机成像原理计算出用户与二维码的空间距离L1,此时L1＝L3。测算值L3再与电子围栏设定的范围值Li进行比对。L3＞Li，则车辆停放在电子围栏内；L3≤Li，则车辆停放在电子围栏外。
图4一种车辆的电子围栏管理系统的管理方法流程图,其控制流程如下：
SO1：位置标签注册在云平台，安置在车辆停放点，平台方在电子围栏管理系统中自定义围栏范围；
S02：用户锁车后，持手机客户端靠近位置标签，扫描位置标签，建立用户与位置标签的身份关联、用户与位置标签的相对位置和用户与车辆的相对位置；
S03：手机客户端拍摄位置标签的照片，位置标签拍摄尺寸与位置标签的实际尺寸比对，得出手机相对于位置标签的距离；
S04：手机客户端将扫描后的用户与位置标签信息的相对测量数据上传至云平台；
S05：手机客户端与车辆通信模块的通讯数据被上传至云平台；
S06：云平台位置运算模块通过已知的2个相对距离推算出车辆相对标签的位置；
S07:位置运算模块推算出的距离与围栏自定义的距离进行比对，得出车辆停放是否在围栏中的结论，并将结论推送信息给手机客户端。
可选的，在步骤S03中手机客户端与位置标签通过摄像头成像原理测算距离的方式还可以是位置标签拍摄的像素与位置标签的实际像素比对，得出手机相对于位置标签的距离和角度。
具体的，在步骤S05中手机客户端与车辆通信模块的通讯数据包括但不限于通讯模块之间的通信时间、相位差、信号强弱等。
可选的，在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块确定距离的方式可以是手机客户端向车辆的近场通信模块发射数据，车辆接收数据的时间差乘以传播速度，得出手机客户端向车辆的距离。
可选的，在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块确定距离的方式还可以是手机客户端向车辆的近场通信模块发射数据，车辆接收数据的磁场强差乘以传播速度，得出手机客户端向车辆的距离。
可选的，在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块确定距离的方式还可以是直接利用载波相位测量值，得出手机客户端向车辆的距离。
可选的，手机客户端内嵌运算程序，手机客户端测得的相对距离和角度数据直接在内嵌的运算程序中运算，运算结果与云平台下发的自定义范围值进行比对，判断车辆是否停在围栏内，并将判断结果推送给云平台。
优选的，系统可将长期在围栏外的车辆定义成红包车，车辆放入围栏后给手机客户端发送红包。
在本技术方案中用户也可以站在车辆停放点扫描二维码，2点确定车辆与二维码的空间距离，判断车辆是否停在围栏内
在本技术方案中，运算模块也可以内嵌在手机客户端，由手机客户端完成运算。即手机客户端测得的相对距离和角度数据直接在内嵌的运算程序中运算，运算结果与云平台下发的自定义范围值进行比对，判断车辆是否停在围栏内，并将判断结果推送给云平台。

Claims (8)

1.一种车辆的电子围栏管理系统,包括云平台、手机客户端、位置标签、车辆近场通信模块，
其中云平台包括：围栏管理模块、位置标签管理模块、车辆管理模块、身份认证模块、位置运算模块；
所述的围栏管理模块设置或者定义车辆的围栏范围；
所述的位置标签管理模块设置位置标签的地理位置和标签身份；
所述的车辆管理模块判断停放车辆是否落入围栏范围值内；
所述的身份认证模块管理车辆停放者的注册身份；
所述的位置运算模块用于三角形已知2条边距和角度来计算第3条边距；
其中手机客户端内嵌本系统的运算程序，手机客户端是APP、网页程序、微信公众号中的一种；
其中位置标签是安置在车辆停放点并注册在云平台可被手机客户端识别的图形编码，图形编码是条形码、一维码、二维码、三维码中的一种；
其中车辆近场通信模块安装在车辆中可与手机客户端通信，近场通信模块是蓝牙模块、wifi模块中的一种。
2.一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其具体步骤如下：
SO1：位置标签注册在云平台，安置在车辆停放点，平台方在电子围栏管理系统中自定义围栏范围；
S02：用户锁车后，持手机客户端靠近位置标签，扫描位置标签，建立用户与位置标签的身份关联、用户与位置标签的相对位置和用户与车辆的相对位置；
S03：手机客户端拍摄位置标签的照片，位置标签拍摄尺寸与位置标签的实际尺寸比对，得出手机相对于位置标签的距离；
S04：手机客户端将扫描后的用户与位置标签信息的相对测量数据上传至云平台；
S05：手机客户端与车辆通信模块的通讯数据被上传至云平台；
S06：云平台位置运算模块通过已知的2个相对距离推算出车辆相对标签的位置；
S07:位置运算模块推算出的距离与围栏自定义的距离进行比对，得出车辆停放是否在围栏中的结论，并将结论推送信息给手机客户端。
3.根据权利要求2所述的一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其特征在于：
在步骤S03中手机客户端与位置标签通过摄像头成像原理测算距离的方式还可以是位置标签拍摄的像素与位置标签的实际像素比对，得出手机相对于位置标签的距离和角度。
4.根据权利要求2所述的一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其特征在于：
在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块测算距离的方式可以是手机客户端向车辆的近场通信模块发射数据，车辆接收数据的时间差乘以传播速度，得出手机客户端相对车辆的距离。
5.根据权利要求2所述的一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其特征在于：
在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块测算距离的方式还可以是手机客户端向车辆的近场通信模块发射数据，车辆接收数据的信号强弱，得出手机客户端相对车辆的距离。
6.根据权利要求2所述的一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其特征在于：
在步骤S05中手机客户端与车辆通过通信模块测算距离的方式还可以是直接利用载波相位测量值，得出手机客户端相对车辆的距离。
7.根据权利要求2所述的一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，其步骤还可以是：
运算程序内嵌于手机客户端，手机客户端测得的相对距离和角度数据直接在内嵌的运算程序中运算，运算结果与云平台下发的自定义范围值进行比对，判断车辆是否停在围栏内，并将判断结果推送给云平台。
8.根据权利要求2所述的一种车辆的电子围栏管理系统管理方法，还可以包括以下步骤：
系统可将长期在围栏外的车辆定义成红包车，车辆放入围栏后给手机客户端发送红包。
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