电动自行车定位防盗系统

电动车定位防盗系统设计方案

一、背景

近年来，电动车因小巧方便、节能环保等优点，受到了广大市民的青睐，成为很多人的代步工具。据中国自行车助力车专委会粗略统计，2004年电动车全国保有量为2000万辆;截至2014年，电动车保有量已达2亿辆。近十年时间，电动车的数量增长了10倍。

图1 电动车数量越来越多

然而随着电动车数量的增加，电动车安全为题日益凸显，电动车被盗事件频繁。2014年10月，武汉市警察局启动专项行动，全市共收缴来历不明电动车54辆。2016年3月，胶东市9天时间内有26辆自行车失窃。

电动车由于价格不高，普通市民一直对失窃电动车不够重视。造成了电动车盗贼的猖獗。目前，某些电动车制造商、保险公司等部门纷纷推出失窃险业务，更为市民增加了相应的保险开支。

基于上述问题，本方案拟构建电动车的防盗定位追踪系统，保障电动车的安全并能够对被盗自行车进行定位追踪。

二、项目需求

1、价格低廉

随着电动车销量的增加，电动车相应配件的价格逐渐下降导致电动车的价格越来越平民化，定位系统要安装在电动车上，价格不宜太高，定位精度要求不必太精确，1米以内的定位精度即可满足项目需求。

2、功耗低

定位系统的电源来自于电动车蓄电池，定位系统的能耗不能对电动车的续航造成过大的影响，否则很难得到电动车制造商以及使用者的青睐。

3、地下室停车场可用

地下停车场环境复杂、无线信号很难覆盖，克服这一问题拟采用相对定位方式，实现区域定位与绝对定位融合方法。

三、电动车定位技术分析

目前的定位导航技术主要分为绝对定位和相对定位方式两种，绝对定位方式主要有北斗和GPS定位、Wifi定位、蓝牙、超宽带定位、Zigbee基站定位法等；相对定位方法有激光、里程计、惯导模块IMU，视觉导航等方法。

1、北斗和GPS定位

全球定位系统的导航方式是一种绝对式的导航方式，但是目前单GPS定位精度误差较大，存在漂移现象严重，较高精度的差分GPS定位精度可以达到厘米级定位，精度虽高，但是价格昂贵，不适合低价的电动车采用。目前淘宝等商家已出售如电动车、摩托车定位追踪器，采用插入手机流量卡的方式与用户手机进行通信，完成定位功能及轨迹回放功能。价格相对便宜200元左右。

2、超宽带定位

超宽带定位目前在研的公司较多，定位精度也较高，主要特点是：①系统定位精度高达三维15cm，为目前无线电定位最高精度；②标签刷新率从0.002Hz-33Hz可以根据环境自动分配；③标签内置振动传感器、纽扣电池可供1年供电；④支持Linux和Windows环境，分布式结构；其优点在于定位精度高但需要借助室内标签传感器，可以支持三维定位。成本较高，不适合电动车的户外定位。

3、蓝牙定位

蓝牙4.0BLE模块室内定位是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。

图2 蓝牙定位系统

蓝牙定位方式适合指定地点的定位方法，对于灵活的电动车定位则难度较大，而且蓝牙定位涉及到蓝牙组网问题，使用及开发难度较大，且电动车没有响应的蓝牙模块，不太适宜电动车定位方案。

4、Wifi定位

无线局域网（WLAN，又称Wi-Fi）是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着你的需要移动或变化。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。目前wifi定位系统的精度为3-5米。但由于地下停车场环境的影响导致wifi信号较弱影响了系统的误报率。不适合地下环境下的电动车定位方法。

图3 Wifi定位原理图

5、激光定位

激光定位的原理是通过采集激光反射板反射的激光计算机器人的相对位置。不需要其他辅助定位设施，需要构建空间地图和定位模型。而且制造成本高，对环境要求较相对苛刻（外界光线，地面要求，能见度要求等），不适合室外（尤其是易受雨、雪、雾的影响）。不太适合电动车使用此定位方式。

图4 激光定位导航原理

6、里程计定位

里程计是一种利用从移动传感器获得的数据来估计物体位置随时间的变化而改变的方法。该方法被用在许多种机器人系统（轮式或者腿式）上面，来估计，而不是确定这些机器人相对于初始位置移动的距离。此种定位方式是相对定位方式，根据车轮编码器的脉冲来计算车辆相对于初始位置的距离，定位方式不需要任何外部电子信号，定位精度存在累积误差导致长时定位的误差较大，但里程计定位方法比较适合于如地下停车场等区域定位方式，可以采用区域里程计定位+北斗/GPS定位智能融合方式减小系统的累积误差。

至于惯性导航系统价格较高，视觉导航系统复杂度较高而且稳定性较差不适合电动车定位系统。综上项目电动车定位导航追踪系统采用全球定位系统+里程计室内导航定位模块方案。

四、电动车预警技术分析

电动车的防盗主要有2点：一个是被盗报警；一个是定位追踪。被盗的预警和定位追踪都需要电动车与车主的信息交互，由于电动车的机动性人机交互方式只能采用无线通信的方式，目前的无线通信手段有：wifi网络通信，蓝牙通信，3G/4G网络通信。Wifi通信方式。

综上所述,结合本项目对户外的全局定位及地下室定位的要求，采用3G/4G定位方式。

五、综合定位方案设计

通过上述对目前的定位方式的分析以及目前的通信方式的分析，采用北斗定位方式+里程计+3G/4G网络通信的方案。

里程计GSM/短信 GPRS 通

信模块 3G 模块

R

4G 网络AP 客户端

北斗卫星

北斗卫星

北斗卫星

图5 电动车定位信息总体框架

图6 电动车定位追踪系统程序流程图

5.1 GPS 定位系统程序伪代码

定位系统的伪代码主要包括：串口读取程序、数据提取程序、坐标转换程序、里程计数据提取，短信发送等部分代码。