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TW202020473A - 電子圍欄以及電子圍欄系統 - Google Patents

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TW202020473A
TW202020473A TW107142257A TW107142257A TW202020473A TW 202020473 A TW202020473 A TW 202020473A TW 107142257 A TW107142257 A TW 107142257A TW 107142257 A TW107142257 A TW 107142257A TW 202020473 A TW202020473 A TW 202020473A
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fence
signal
electronic license
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TW107142257A
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黃榮堂
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奇異平台股份有限公司
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Priority to CN201822118625.4U priority patent/CN209496472U/zh
Priority to CN201811545642.4A priority patent/CN109637116A/zh
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Abstract

本發明公開了一種電子圍欄以及電子圍欄系統，其中，電子圍欄包括：多個信號發射器，所述多個信號發射器設置在地面上以限定出具有邊界的圍欄區域；信號接收器，所述信號接收器設置在移動工具上，所述信號接收器用於接收所述多個信號發射器中每個信號發射器的發射信號；處理器，所述處理器與所述信號接收器相連，所述處理器根據所述接收器接收到的每個信號發射器的發射信號強度判斷所述移動工具是否處於所述圍欄區域。本發明通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，這樣通過RSSI資訊就能判斷移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本。

Description

電子圍欄以及電子圍欄系統
本發明涉及共用交通工具技術領域，特別涉及一種電子圍欄以及一種電子圍欄系統。
隨著共用交通工具的快速發展，針對共用交通工具的歸還應運而生了電子圍欄。而目前電子圍欄一般採用GPS定位的方式來判斷共用交通工具是否還放到規定區域，但是這種方式由於精準度不足，只適合粗略或大範圍的應用。
另外，目前電子圍欄也有採用超聲波或紅外線的方式來識別共用交通工具是否還放到規定區域，但是此種方式需要將超聲波或紅外線集結成束，如此要形成一個限制面，則需要成排的發射器與接收器，而且要對準排列，不僅造成安裝上不易，維護也困難，成本還高。
本發明旨在至少從一定程度上解決上述技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種電子圍欄，通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，這樣通過RSSI(Received Signal Strength Indication，接收的信號強度指示)資訊就能判斷移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還 無需耗費太多成本。
本發明的第二個目的在於提出一種電子圍欄系統。
為達到上述目的，本發明第一方面實施例提出的一種電子圍欄，包括：多個信號發射器，所述多個信號發射器設置在地面上以限定出具有邊界的圍欄區域；信號接收器，所述信號接收器設置在移動工具上，所述信號接收器用於接收所述多個信號發射器中每個信號發射器的發射信號；處理器，所述處理器與所述信號接收器相連，所述處理器根據所述接收器接收到的每個信號發射器的發射信號強度判斷所述移動工具是否處於所述圍欄區域。
為達到上述目的，本發明第二方面實施例提出的一種電子圍欄報警系統，包括：上述的電子圍欄和移動工具，所述移動工具上設有電子車牌和報警元件，所述電子車牌與所述報警元件相連，其中，在所述移動工具停放在所述圍欄區域內後，所述地燈與所述電子車牌保持連線狀態，並在判斷所述移動工具被非法拖離所述圍欄區域時通過所述電子車牌控制所述報警元件發出報警提示。
根據本發明實施例的電子圍欄報警系統，通過移動工具上設有電子車牌和報警元件，這樣在移動工具停放在圍欄區域內後，電子圍欄的地燈與電子車牌保持連線狀態，並在判斷移動工具被非法拖離圍欄區域時通過電子車牌控制報警元件發出報警提示，實現對停入電子圍欄的移動工具進行有效監控，防止被竊，大大提高了安全性。
根據本發明實施例的電子圍欄，通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，並通過設置在移動工具上的信號 接收器接收每個信號發射器的發射信號，這樣處理器根據接收器接收到的每個信號發射器的發射信號強度就能判斷出移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本，給用戶還放移動工具帶來了極大的便利。
可選地，所述多個信號發射器中的每個信號發射器以道釘的形式設置在所述圍欄區域的四周。
可選地，所述道釘中設有定向天線，以向所述圍欄區域內發射定位信號。
可選地，所述移動工具為共用交通工具。
可選地，所述共用交通工具為共用單車，所述共用單車包括電子車牌，其中，所述信號接收器和所述處理器均集成設置在所述電子車牌中，所述電子車牌在接收到的每個發射信號強度均超過預設閾值時判斷所述共用單車處於所述圍欄區域，並允許所述共用單車上鎖還車。
可選地，所述電子車牌還與移動終端進行無線通訊以在所述共用單車上鎖還車後發送還車成功資訊給所述移動終端。
可選地，所述移動終端還與雲端伺服器進行無線通訊以將還車成功的共用單車資訊發送給所述雲端伺服器，其中，所述還車成功的共用單車資訊包括所述共用單車的定位資訊。
可選地，所述多個信號發射器中的一個信號發射器以地燈的形式設置，所述地燈與所述電子車牌進行無線通訊以接收所述電子車牌發送的還車成功資訊，並通過與雲端伺服器進行無線通訊以將還車成功的共用單車資訊發送給所述雲端伺服器，其中，所述還車成功的共用單車資 訊包括所述共用單車的定位資訊。
可選地，所述地燈還記錄已停放在所述圍欄區域內的共用單車的數量，並在已停放在所述圍欄區域內的共用單車的數量達到預設的最大停車數量時通過所述電子車牌禁止進入所述圍欄區域的共用單車上鎖還車。
為達到上述目的，本發明第三方面實施例還提出了一種電子圍欄系統，其包括上述的電子圍欄和移動工具。
根據本發明實施例的電子圍欄系統，通過上述的電子圍欄，能夠準確判斷出移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且電子圍欄安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本，給用戶還放移動工具帶來了極大的便利。
1‧‧‧移動工具
2‧‧‧電子圍欄
3‧‧‧電子車牌
4‧‧‧報警組件
10‧‧‧信號發射器(道釘或地燈)
11‧‧‧電子圍欄
12‧‧‧電子圍欄
20‧‧‧信號接收器(電子車牌)
30‧‧‧處理器
100‧‧‧圍欄區域
101‧‧‧共用單車
103‧‧‧共用單車
105‧‧‧共用單車
201‧‧‧電池
202‧‧‧充電控制電路
203‧‧‧太陽能板
204‧‧‧主藍芽模組
205‧‧‧從藍芽模組
206‧‧‧LORA/NBIOT模組
第1圖為根據本發明實施例的電子圍欄的方框示意圖；第2圖為根據本發明一個實施例的電子圍欄的示意圖；第3圖為根據本發明一個實施例的安裝定向天線的道釘示意圖；第4圖為根據本發明另一個實施例的電子圍欄的示意圖；第5圖為根據本發明一個實施例的地燈通過LORA/NBIOT的方式與雲端進行交互以管理電子圍欄的共用單車示意圖；第6圖為根據本發明一個實施例的地燈供電示意圖；第7圖為根據本發明另一個實施例的地燈供電示意圖；第8圖為根據本發明實施例的電子圍欄報警系統的方框示意圖； 第9圖為根據本發明一個實施例的路上各種共用交通工具與電子圍欄內的地燈進行交互的示意圖。
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
本發明實施例的電子圍欄，通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，並通過設置在移動工具上的信號接收器接收每個信號發射器的發射信號，這樣處理器根據接收器接收到的每個信號發射器的發射信號強度就能判斷出移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本，給用戶還放移動工具帶來了極大的便利。
為了更好的理解上述技術方案，下面將參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本發明的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本發明，並且能夠將本發明的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。
圖1為根據本發明實施例的電子圍欄的方框示意圖。如第1圖所示，該電子圍欄包括多個信號發射器10、信號接收器20和處理器30。
其中，多個信號發射器10設置在地面上以限定出具有邊界的圍欄區域100，信號接收器20設置在移動工具上，信號接收器20用於接收多個信號發射器中每個信號發射器10的發射信號，處理器30與信號接收器20相連，處理器30根據接收器20接收到的每個信號發射器10的發射信號強度判斷移動工具是否處於圍欄區域100。
根據本發明的一個實施例，如第2圖所示，多個信號發射器中的每個信號發射器10以道釘的形式設置在圍欄區域100的四周。
作為一個示例，可以是四個道釘例如藍牙道釘，分別設置在圍欄區域100的四周。
進一步地，如第3圖所示，道釘中設有定向天線，以向圍欄區域100內發射定位信號。其中，定向天線的規格可以是至少收發10米遠、場型為180度、體積比較小的接地天線。
作為一個示例，移動工具可以為共用交通工具。共用交通工具例如電動或非電動的單車、機車、輪椅、滑板車(scooter)、等。以下僅以共用單車為例說明本發明，但不依此為限。
共用單車包括電子車牌，其中，信號接收器20和處理器30均可集成設置在電子車牌中，電子車牌在接收到的每個發射信號強度均超過預設閾值時判斷共用單車處於所述圍欄區域100，並允許所述共用單車上鎖還車。
具體而言，如第2圖所示，四個帶有定向天線的藍牙道釘，全部都朝圍欄區域內發射定位信號給電子車牌，這時如果共用單車處於圍欄區域，則電子車牌可收到四個道釘的廣播訊號，並且RSSI都超過預設閥 值，允許還車，然後電子車牌可傳送停妥單車的封包資訊給共用單車的藍牙車鎖，還車者可以將共用單車上鎖，最後藍牙車鎖還可以將上鎖成功資訊發送給電子車牌，以便電子車牌獲知還車成功資訊。
在本發明的一個實施例中，電子車牌還可與移動終端進行無線通訊以在共用單車上鎖還車後發送還車成功資訊給移動終端。
並且，移動終端還與雲端伺服器進行無線通訊以將還車成功的共用單車資訊發送給雲端伺服器，其中，還車成功的共用單車資訊包括共用單車的定位資訊。
也就是說，電子車牌在獲知共用單車上鎖成功之後發送還車成功資訊給移動終端例如使用者的手機，告知已經上鎖，表示共用單車就停在這個電子圍欄的圍欄區域內，並且可由手機傳送共用單車資訊給雲端伺服器，完成還車與提供還車地點的定位資訊給雲端伺服器。
可以理解的是，在本發明的實施例中，如果電子車牌在圍欄區域外，可以認定該電子車牌至少無法收到其中一個道釘發出的廣播信號，或是接收到的廣播信號中至少有一個信號的RSSI很小，這樣，電子車牌不會發送停妥單車的封包資訊給藍牙車鎖，也無法將還車成功資訊發送給手機，從而無法完成雲端還車的手續。
在本發明的一個實施例中，電子車牌可以與藍芽車鎖合而為一，可共用藍芽模組，電池等，以減少成本，以及免除兩者之間的無線傳輸。
根據本發明的另一個實施例，如第4圖所示，多個信號發射器10中的一個信號發射器以地燈的形式設置，地燈與電子車牌進行無線通 訊以接收電子車牌發送的還車成功資訊，並通過與雲端伺服器進行無線通訊以將還車成功的共用單車資訊發送給雲端伺服器，其中，還車成功的共用單車資訊包括共用單車的定位資訊。
具體地，結合如第2圖和第4圖所示，可以將四個道釘例如藍牙道釘，分別設置在圍欄區域100的四周，並將其中的一個道釘設置地燈的形式，該地燈可以接收電子車牌還車的資訊，再由地燈將還車成功的共用單車資訊傳送給雲端伺服器。其中，地燈可採用雙藍牙通信的方式，以及採用物聯網的3G/4G/5G或WIFI或低功耗廣域網路(LPWAN)，例如LORA或NBIOT的方式與雲端伺服器進行通信。
進一步地，三個帶有定向天線的藍牙道釘加上帶有定向天線的藍牙地燈，全部都朝圍欄區域內發射定位信號給電子車牌，這時如果電子車牌在接收到的每個發射信號強度均超過預設閾值時判斷共用單車處於所述圍欄區域，並允許共用單車上鎖還車。
如果電子車牌在圍欄區域外，可以認定該電子車牌至少無法收到其中一個定向天線發出的廣播信號，例如在圍欄區域外右邊的電子車牌，無法取得道釘-1的定向天線的廣播信號，或是其RSSI會低於預設閥值，這樣，電子車牌不會發送停妥單車的封包資訊給藍牙車鎖，也無法將還車成功資訊發送給手機，從而無法完成雲端還車的手續。使用者必須將共用單車停入圍欄區域內，才能還車。
在本發明的一個實施例中，地燈還記錄已停放在圍欄區域內的共用單車的數量，並在已停放在圍欄區域內的共用單車的數量達到預設的最大停車數量時通過電子車牌禁止進入圍欄區域的共用單車上鎖還 車。
也就是說，即便共用單車停入圍欄區域內，也要考慮該圍欄區域內的最大停車數量，若是超過，仍然不允許共用單車停入。具體而言，共用單車在圍欄區域還車成功後，需要電子車牌告知地燈，由地燈進行記錄，從而地燈可知已停放在圍欄區域內的共用單車的數量，從而可以判斷是否超過最大停車數量。
或者，在本發明的另一個實施例中，可以由雲端伺服器告知是否超過最大停車數量，然後通過手機告知是否允許停車。或是還車前，雲端伺服器就能告知此電子圍欄的圍欄區域內不允許停入共用單車，需另尋鄰近的電子圍欄，或是等待有人借車，產生空位，以便可以停車。
若允許共用單車停入，可傳送停妥單車的封包資訊給共用單車的藍牙車鎖，還車者可以將共用單車上鎖，最後藍牙車鎖還可以將上鎖成功資訊發送給電子車牌，以便電子車牌獲知還車成功資訊。
接著，電子車牌發送還車成功資訊給地燈，並且由地燈傳送資訊給雲端伺服器，完成還車與提供還車地點的定位資訊給雲端伺服器。或者電子車牌發送還車成功資訊給手機，並且由手機傳送資訊給雲端伺服器，完成還車與提供還車地點的定位資訊給雲端伺服器。
根據本發明實施例的電子圍欄，通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，並通過設置在移動工具上的信號接收器接收每個信號發射器的發射信號，這樣處理器根據接收器接收到的每個信號發射器的發射信號強度就能判斷出移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本，給用 戶還放移動工具帶來了極大的便利。
本發明實施例還提出了一種電子圍欄系統，其包括上述的電子圍欄和移動工具。
在本發明的一個實施例中，對於車站、碼頭、學校門口、市場、公園等需求共用單車量高的地方，可以設置較多的電子圍欄，參考第5圖，如共用單車101，若停放於電子圍欄11與電子圍欄12之間，會同時收到由電子圍欄11與電子圍欄12，分別提供的一組完整的道釘的廣播消息，對於共用單車101而言，只要有完整道釘的RSSI，就可以送給對應的地燈去計算，只要其中一個地燈回應是在其所屬的圍欄區域內，即可進行還車。因此共用單車101在此情況下，是無法獲得電子圍欄11或電子圍欄12給予的還車許可。然則共用單車103可以獲得電子圍欄11給予的還車許可，但無法獲得電子圍欄12給予的還車許可，共用單車105可獲得電子圍欄12給予的還車許可，但無法獲得電子圍欄11給予的還車許可。
因此，電子圍欄系統的單元可以橫向擴充，可小至一個單元就是10m×2m，然後數個單元串聯起來。
具體而言，電子圍欄的圍欄區域以長10m×寬2m為一個單元，並在圍欄區域的邊界裝設4-6個藍牙道釘，其中一個具有路由器的功能例如道釘，可以與共用單車上的電子車牌進行通信交互，並通過LORA或NBIOT或WIFI的方式，或3G/4G/5G與雲端伺服器進行通信，實現雲端繳費或預約。
根據本發明實施例的電子圍欄系統，通過上述的電子圍欄，能夠準確判斷出移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且 電子圍欄安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本，給用戶還放移動工具帶來了極大的便利。
根據本發明另一方面的實施例，還提出一種電子圍欄，包括：多個信號發射器和信號接收器，多個信號發射器設置在地面上以限定出具有邊界的圍欄區域，其中，多個信號發射器中的一個信號發射器以地燈的形式設置，地燈內存儲有判斷圍欄區域內與圍欄區域外的超平面模型；信號接收器設置在移動工具上，信號接收器用於接收多個信號發射器中每個信號發射器的發射信號，並將每個信號發射器的發射信號發送給移動工具上的電子車牌，電子車牌與地燈進行無線通訊以將每個信號發射器的發射信號發送給地燈，地燈根據接收到的每個信號發射器的發射信號和超平面模型判斷移動工具是否處於圍欄區域。
如第4圖所示，多個信號發射器中的其餘信號發射器以道釘的形式設置，且與地燈一起設置在圍欄區域的四周。
也就是說，多個信號發射器10可以是四個，四個信號發射器中三個以道釘的形式設置例如藍牙道釘，剩餘一個以地燈的形式設置。
其中，電子車牌接收到四個信號發射器的發射信號RSSI-1、RSSI-2、RSSI-3、RSSI-4，就傳給地燈，由地燈記憶體的超平面模型來判斷，共用單車是落在圍欄區域內或圍欄區域外，判斷的方法可以使用SVM(Support Vector Machine，支援向量機)演算法，或是其他分類器演算法例如線性分類器(Fisher's線性判別，Logistic回歸，Naive Bayes分類器，Perceptron)(Fisher's linear discriminant,Logistic regression,Naive Bayes classifier,Perceptron)；支持向量機(最小 二乘支持向量機)Support vector machines(Least squares support vector machines)；二次分類器Quadratic classifiers；核估計(k-最近鄰居)Kernel estimation(k-nearest neighbor)；Boosting(元算法)Boosting(meta-algorithm)；決策樹(隨機森林)Decision trees(Random forests)；；學習矢量量化Learning vector quantization；神經網絡Neural networks；深度學習(Deep learning)等等。
具體地，以SVM演算法為一實施例，其決策函數如下：
Figure 107142257-A0101-12-0012-1
其中，
Figure 107142257-A0101-12-0012-13
為訓練資料集，可包括200個訓練資料，
Figure 107142257-A0101-12-0012-17
為測試資 料集，核函數
Figure 107142257-A0101-12-0012-14
， α i 是Lagrange Multiplier，y i 是利用超平面做的一個分類，在此表示圍籬內或圍籬外，b是一個常數。
並且，SVM演算法的決策函數以矩陣表示為
Figure 107142257-A0101-12-0012-12
，上述的決策函數雖以200個訓練數據為實施例，但實際上仍依分類精準度，運算負荷，記憶體等可調整其個數。
每一個
Figure 107142257-A0101-12-0012-15
或
Figure 107142257-A0101-12-0012-16
乃一個數據向量內含四個信號發射器的發射信號RSSI-1、RSSI-2、RSSI-3、RSSI-4，在訓練超平面模型時，基於上述圍欄區域四周安裝的道釘和地燈，就可以進行實車的校正，例如將十輛共用單車，放置在圍欄區域內，另外分別在圍欄區域外也放置至少二部共用單車於圍欄區域的前後左右，例如圍欄區域外上方放置兩部共用單車、圍欄區域外下方放置兩部共用單車、圍欄區域外右方放置三部共用單車、圍 欄區域外左方放置三部共用單車，每部單車的電子車牌接收到的RSSI-1、RSSI-2、RSSI-3、RSSI-4，就傳給地燈，由地燈接收，並建立RSSI-1、RSSI-2、RSSI-3、RSSI-4的四維空間，並基於SVM演算法訓練出判斷圍欄區域外與圍欄區域內的超平面模型，將此超平面模型存儲在地燈內，即可完成電子圍欄的建置。
其中，測試資料集包括以下資料：圍欄區域內的十部單車資料包括B1(R1，R2，R3，R4)、B2(R1，R2，R3，R4)、B3(R1，R2，R3，R4)、B4(R1，R2，R3，R4)、B5(R1，R2，R3，R4)、B6(R1，R2，R3，R4)、B7(R1，R2，R3，R4)、B8(R1，R2，R3，R4)、B9(R1，R2，R3，R4)、B10(R1，R2，R3，R4)；圍欄區域外上方兩部單車資料包括BU1(R1，R2，R3，R4)、BU2(R1，R2，R3，R4)；圍欄區域外下方兩部單車資料包括BD3(R1，R2，R3，R4)、BD4(R1，R2，R3，R4)；圍欄區域外右方三部單車資料包括BR5(R1，R2，R3，R4)、BR6(R1，R2，R3，R4)、BR7(R1，R2，R3，R4)；圍欄區域外左方三部單車資料包括BL8(R1，R2，R3，R4)、BL9(R1，R2，R3，R4)、BL10(R1，R2，R3，R4)。
共20部單車做為測試之用。
根據本發明的一個實施例，信號接收器可集成設置在電子車牌中，電子車牌中還設有加速度計，電子車牌通過加速度計監測到移動工具停止運動時開啟信號接收器，以掃描每個道釘和地燈的發射信號，並 將掃描到的發射信號廣播給地燈。
也就是說，共用單車在使用時，因為電子車牌有加速度計，所以一旦進入電子圍欄附近，停下來，加速度計監測到共用單車的速度為零，電子車牌開啟信號接收器例如開啟藍牙接收功能，開始掃描RSSI-1、RSSI-2、RSSI-3、RSSI-4，並廣播給地燈，地燈根據內建的圍欄區域內與圍欄區域外的超平面模型來判斷該單車是在圍欄區域內還是圍欄區域外，然後可以告知電子車牌，以便是否允許還車。
其中，地燈可工作在雙模模式，三個道釘均工作在廣播模式，而電子車牌則工作在Master模式。
在本發明的另一個實施例中，也可將剩餘的三個道釘也設計成地燈，成為掃描器，這三個地燈採用定向藍牙雙模(不是雙藍牙)即可，而與電子車牌進行交互的地燈需要採用雙藍牙和LORA/NBIOT通信方式。
在本發明的實施例中，如第6圖和第7圖所示，地燈中還設有電池201和充電控制電路202，充電控制電路202通過太陽能板203將太陽能轉換為電能，以給電池201充電。
一方面，如第6圖所示，地燈需要採用雙藍牙和LORA通信方式時，電池201分別給主藍牙模組204、從藍牙模組205和LORA模組206供電，藍牙模組204、從藍牙模組205和LORA模組206之間通過UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用非同步收發傳輸器)的方式進行通訊。
另一方面，如第7圖所示，地燈需要採用雙藍牙通信方式時，電池201分別給主藍牙模組204和從藍牙模組205供電，藍牙模組204和 從藍牙模組205之間通過UART的方式進行通訊。
根據本發明的一個實施例，如第3圖所示，道釘以掃描地燈的形式設置時，掃描地燈要安裝於地面下，可以減少二次反射的干擾，增加RSSI的穩定性。
進一步地，電子車牌可設定成使用單一廣播通道，儘量讓每個電子車牌的廣播通道錯開，如此一來掃描地燈可以快速收到每個電子車牌的廣播多次，並且因為個別電子車牌的通道頻率固定，其波長固定，因此多次收到同一電子車牌的廣播封包可以有穩定的RSSI。
若要更有選擇性避免誤判圍欄區域外的電子車牌，每個掃描地燈中可設有定向天線和全向天線，即在每個掃描地燈中加裝一定向天線，例如讓A地燈除了原有的全向天線外，加裝一定向天線朝向圍欄區域，同樣地，B地燈加裝的定向天線也朝圍欄區域內，由於地燈的外殼很大，深度足夠讓定向天線朝向圍欄區域內，而非朝上，所以凡是放在地燈A左邊的電子車牌，地燈A的全向天線會取得很強的RSSI，但是加裝的定向天線應該會取得很低的RSSI，因為該電子車牌等於是在定向天線的背面，而B地燈可以讀到該電子車牌，但是很遠的距離，如此就可精準地識別出在圍欄區域外的電子車牌，大大降低了誤判。
並且，定向天線需要進行適當設計，通過調整其場型與增益，來降低誤判。地燈中設置的全向天線可涵蓋超過十米以上的通訊連線範圍，地燈中設置的定向天線涵蓋約六米的範圍，並且零度方向的增益最高，可達六米，隨著偏離零度方向，對稱降低其增益，如此一來，只要電子車牌落在圍欄區域外上方或下方超過一米，定向天線可能會偵測不到， 然而全向天線仍可以偵測得到，但是RSSI在電子車牌距離全向天線五米處，卻仍有正負一米的誤差，此時的計算可能有50%會誤判電子車牌在圍欄區域外，這時候如果有A地燈或是B地燈的定向天線偵測到該電子車牌，即可確認該電子車牌在圍欄區域內，如果A地燈或是B地燈的定向天線都未偵測到，則可以排除該電子車牌在圍欄區域內的可能。
此時A與B地燈可安裝在電子圍欄的左右邊的中間處，藉由全向天線兩地燈可以互通他們各自偵測到的電子車牌資料，因此通過綜合運算得知電子車牌的可能位置，接著再經由定向天線來縮小範圍，排除不可能的位置，提高電子圍欄的識別精度。
其中，多一組定向天線，也可將其RSSI與全向天線的RSSI進行比對，從而綜合進行判斷，大大降低了誤判。
根據本發明實施例的電子圍欄，通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，其中，多個信號發射器中的一個信號發射器以地燈的形式設置，該地燈內存儲有判斷圍欄區域內與圍欄區域外的超平面模型，這樣通過設置在移動工具上的信號接收器接收每個信號發射器的發射信號，並將每個信號發射器的發射信號發送給移動工具上的電子車牌，以及電子車牌與地燈進行無線通訊以將每個信號發射器的發射信號發送給地燈，從而地燈根據接收到的每個信號發射器的發射信號和超平面模型判斷移動工具是否處於圍欄區域，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本，給用戶還放移動工具帶來了極大的便利。
本發明另一方面實施例還提出了一種電子圍欄報警系統， 如第8圖所示，該電子圍欄報警系統包括：上述的電子圍欄2和移動工具1。移動工具1上設有電子車牌3和報警元件4，電子車牌3與報警元件4相連，其中，在移動工具1停放在圍欄區域內後，地燈與電子車牌3保持連線狀態，並在判斷移動工具1被非法拖離圍欄區域時通過電子車牌3控制報警元件4發出報警提示。
進一步地，電子車牌3中設有加速度計，電子車牌3在移動工具未解鎖時通過加速度計監測到移動工具1被移動，並通過與地燈進行無線通訊以告知地燈移動工具1被非法移動，以便地燈判斷移動工具1是否被非法拖離圍欄區域。
其中，電子車牌可以每0.5秒讀一次加速度計的值，判斷是否有變化超過一個範圍，或是其值超過設定值，例如計算方式可採用三軸絕對值的和，或是平方和開根號，若有超過設定值，則啟動藍牙廣播來建立與地燈的通信，主要目的是為了省電。因此，電子車牌利用加速度計來偵測移動工具例如共用單車是否被移動。
作為一個示例，停妥於圍欄區域內的共用單車的電子車牌持續與地燈進行連線，一旦單車被非法拖離圍欄區域，只要離開連線範圍，出現掉線，地燈就通過電子車牌來控制單車上的報警元件例如蜂鳴器自動發出警鳴聲。
作為一個示例，共用單車上的加速度計用來測知單車停妥後是否被移動，一旦偵測到單車被移動，同時車鎖未解，則通知電子車牌嘗試觸發車牌藍牙與地燈連線，並告知地燈，此電子車牌的單車被非法移動。一旦單車被非法拖離圍欄區域，只要離開連線範圍，單車上蜂鳴器自 動發出警鳴聲。
根據本發明的一個實施例，在移動工具停放在圍欄區域內後，電子車牌每隔第一預設時間將掃描到的發射信號廣播給地燈；在移動工具借出圍欄區域內且處於運行狀態時，電子車牌每隔第二預設時間將掃描到的發射信號廣播給設置在路邊的掃描地燈。
其中，第二預設時間可大於第一預設時間，例如第二預設時間可以是10秒。
掃描地燈可根據接收到的發射信號記錄借出的移動工具的位置資訊，並通過與雲端伺服器進行無線通訊以將借出的移動工具的位置資訊發送給雲端伺服器，以便雲端伺服器獲取借出的移動工具的行蹤。
作為一個示例，如第9圖所示，當移動工具例如共用單車、共用機車、共用電動車等借出電子圍欄時，在騎乘當中，電子車牌可每隔一定時間將掃描到的發射信號廣播給路邊的掃描地燈讀取，從而該地燈可將該出借交通工具的位置上傳到雲端，雲端可記錄借出的交通工具的行蹤，如果有必要，當交通工具減慢(加速度計可偵測)，而且靠近電子圍欄時進行位置追蹤。
當應用于共用汽車時，還可用於停車管理與收費，如果採用此方案，可以在高速公路等收費道路實現按旅程收費，並能夠實現交通流量監控。並且，共用汽車還可與紅綠燈裝置互動，在車聯網尚未普遍之前，可以用來達成V2I或V2P，大幅改善交通與順暢度，以及提高行人安全性。
根據本發明的一個實施例，電子車牌還監控自身電量，並 在自身電量小於預設電量時延長第一預設時間或第二預設時間以降低廣播頻率。
具體地，根據電量的監控，可以每隔一小時測量一次電量，如果電量低於第一預設電量，則將第一預設時間或第二預設時間等固定週期延長一倍；如果電量低於第二預設電量，則將第一預設時間或第二預設時間等固定週期延長四倍，其中，第二預設電量小於第一預設電量。電子車牌還可同時發出廣播信號告知手機或地燈，電量的狀態，請求進行處理。
根據本發明實施例的電子圍欄報警系統，通過移動工具上設有電子車牌和報警元件，這樣在移動工具停放在圍欄區域內後，電子圍欄的地燈與電子車牌保持連線狀態，並在判斷移動工具被非法拖離圍欄區域時通過電子車牌控制報警元件發出報警提示，實現對停入電子圍欄的移動工具進行有效監控，防止被竊，大大提高了安全性。
在本發明的實施例中，藍牙道釘可以每1秒廣播5次或2次，可根據實際時間段來確定，例如繁忙的上下班時間(每秒5次)，非上下班時間(每秒2次)，其中，道釘的通訊協定如下表1所示。
Figure 107142257-A0101-12-0019-18
Figure 107142257-A0101-12-0020-19
並且，以地燈形式設置的道釘的廣播資料封包如下表2所示。
Figure 107142257-A0101-12-0020-20
Figure 107142257-A0101-12-0021-21
共用單車在騎乘期間，加速度高於設定值時，每隔固定時間進行掃描(每5秒掃描1秒)或是不進行掃描。又或者進行廣播車號，讓路邊掃描地燈接收，可以確認單車租出去，追蹤該單車的行蹤。
當加速度由大變小，小於設定值且持續超過1秒時，推測有停車意圖，觸發藍牙進行快速掃描，連續掃描2秒，預計對於每個電子圍欄的每個道釘至少要收集到5個，然後加以平均，四捨五入後，並將其送至地燈的主藍牙模組。電子車牌由上表2，可得知地燈的主藍牙模組的MAC address。其中，其聯線的通訊協定如下表3所示。
Figure 107142257-A0101-12-0021-22
電子車牌收到地燈確認圍欄區域內可還車後，連線藍牙車 鎖的資料封包如下表4所示。
Figure 107142257-A0101-12-0022-23
共用單車還車後，還通過電子車牌與地燈進行連線來判斷共用單車是否被偷竊，電子車牌與地燈之間的通訊協定如下表5所示。
Figure 107142257-A0101-12-0022-24
Figure 107142257-A0101-12-0023-25
在本發明的一個實施例中，電子車牌送出收集到的四個道釘的RSSI後，送給地燈後，切換成從模式，等待地燈的連線通知是否可以還車；地燈經過SVM演算法，判斷出電子車牌處於圍欄區域內或是圍欄區域外，利用連線將此資訊告知電子車牌，其通訊協定如下表6所示。
Figure 107142257-A0101-12-0023-26
地燈將資料上傳雲端時，主要是採用NBIOT的方式上傳雲端，應該要包括報平安與單車通過(10秒累積一次發送)，報告車停入(一秒內送出)，車借出(一秒內送出)，車被竊(一秒內送出)，其通訊協定如下表7-表10所示。
Figure 107142257-A0101-12-0024-27
Figure 107142257-A0101-12-0024-28
Figure 107142257-A0101-12-0025-29
Figure 107142257-A0101-12-0025-30
Figure 107142257-A0101-12-0025-31
Figure 107142257-A0101-12-0026-32
此外，在本發明的一個具體實施例中，藍牙道釘可採用下表11的規格。
Figure 107142257-A0101-12-0026-33
地燈可採用下表12的規格。
表12地燈規格表
Figure 107142257-A0101-12-0027-34
電子車牌可採用下表13的規格。
Figure 107142257-A0101-12-0027-35
Figure 107142257-A0101-12-0028-36
綜上所述，本發明實施例的電子圍欄及系統，通過在地面上設置多個信號發射器以限定出具有邊界的圍欄區域，這樣通過RSSI資訊就能判斷移動工具例如共用單車是否處於圍欄區域內，不僅識別精度高，而且安裝簡單、容易維護，還無需耗費太多成本。
本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有電腦可用程式碼的電腦可用存儲介質(包括但不限於磁碟記憶體、CD-ROM、光學記憶體等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方 框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用電腦、專用電腦、嵌入式處理機或其他可程式設計資料處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過電腦或其他可程式設計資料處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導電腦或其他可程式設計資料處理設備以特定方式工作的電腦可讀記憶體中，使得存儲在該電腦可讀記憶體中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到電腦或其他可程式設計資料處理設備上，使得在電腦或其他可程式設計設備上執行一系列操作步驟以產生電腦實現的處理，從而在電腦或其他可程式設計設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
應當注意的是，在權利要求中，不應將位於括弧之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的部件或步驟。位於部件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的部件。本發明可以借助於包括有若干不同部件的硬體以及借助於適當程式設計的電腦來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬體項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人 員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵“上”或“下”可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵“之上”、“上方”和“上面”可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅 表示第一特徵水準高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水準高度小於第二特徵。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不應理解為必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
10‧‧‧信號發射器
20‧‧‧信號接收器
30‧‧‧處理器
100‧‧‧電子圍欄

Claims (17)

  1. 一種電子圍欄，其特徵在於，包括：多個信號發射器，所述多個信號發射器設置在地面上以限定出具有邊界的圍欄區域；信號接收器，所述信號接收器設置在移動工具上，所述信號接收器用於接收所述多個信號發射器中每個信號發射器的發射信號；處理器，所述處理器與所述信號接收器相連，所述處理器根據所述接收器接收到的每個信號發射器的發射信號強度判斷所述移動工具是否處於所述圍欄區域。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述多個信號發射器中的每個信號發射器以道釘的形式設置在所述圍欄區域的四周。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述道釘中設有定向天線，以向所述圍欄區域內發射定位信號。
  4. 根據申請專利範圍第1-3項中任一項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述移動工具為共用交通工具。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述共用交通工具為共用單車，所述共用單車包括電子車牌，其中，所述信號接收器和所述處理器均集成設置在所述電子車牌中，所述電子車牌在接收到的每個發射信號強度均超過預設閾值時判斷所述共用單車處於所述圍欄區域，並允許所述共用單車上鎖還車。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述電子車牌在接收到的每個發射信號強度代入分類器判斷所述共用單車處於所述圍欄區域，並允許所述共用單車上鎖還車，該分類器選自線性分類器(Fisher's線性判別，Logistic回歸，Naive Bayes分類器，Perceptron)Linear classifiers(Fisher's linear discriminant,Logistic regression,Naive Bayes classifier,Perceptron)；支持向量機(最小二乘支持向量機)Support vector machines(Least squares support vector machines)；二次分類器(Quadratic classifiers)；核估計(k-最近鄰居)Kernel estimation(k-nearest neighbor)；Boosting(元算法)Boosting(meta-algorithm)；決策樹(隨機森林)Decision trees(Random forests)；；學習矢量量化(Learning vector quantization)；神經網絡(Neural networks)；深度學習(Deep learning)。
  7. 根據申請專利範圍第5-6項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述電子車牌還與移動終端進行無線通訊以在所述共用單車上鎖還車後發送還車成功資訊給所述移動終端。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述移動終端還與雲端伺服器進行無線通訊以將還車成功的共用單車資訊發送給所述雲端伺服器，其中，所述還車成功的共用單車資訊包括所述共用單車的定位資訊。
  9. 根據申請專利範圍第5-6項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述多個信號發射器中的一個信號發射器以地燈的形式設置，所述地燈與所述電子車牌進行無線通訊以接收所述電子車牌發送的還車成功資訊，並通 過與雲端伺服器進行無線通訊以將還車成功的共用單車資訊發送給所述雲端伺服器，其中，所述還車成功的共用單車資訊包括所述共用單車的定位資訊。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述的電子圍欄，其特徵在於，所述地燈還記錄已停放在所述圍欄區域內的共用單車的數量，並在已停放在所述圍欄區域內的共用單車的數量達到預設的最大停車數量時通過所述電子車牌禁止進入所述圍欄區域的共用單車上鎖還車。
  11. 根據申請專利範圍第4項所述的電子圍欄，其中的共用交通工具選自電動或非電動的單車、機車、輪椅、滑板車(scooter)。
  12. 根據申請專利範圍第4項所述的電子圍欄，其中的電子車牌可與共用單車的藍芽車鎖整合為一，共用藍芽模組或電池。
  13. 一種電子圍欄系統，其特徵在於，包括根據申請專利範圍第1-12項中任一項所述的電子圍欄和移動工具。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述的電子圍欄系統，進一步於所述移動工具上增設報警元件，所述電子車牌與所述報警元件相連，其中，在所述移動工具停放在所述圍欄區域內後，所述地燈與所述電子車牌保持連線狀態，並在判斷所述移動工具被非法拖離所述圍欄區域時通過所述電子車牌控制所述報警元件發出報警提示。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述的電子圍欄系統，其特徵在於，所述電子車牌中設有加速度計，所述電子車牌在所述移動工具未解鎖時通過所述加速度計監測到所述移動工具被移動，並通過與所述地燈進行無線通訊以告知所述地燈所述移動工具被非法移動，以便所述地燈判斷所 述移動工具是否被非法拖離所述圍欄區域。
  16. 根據申請專利範圍第14或15項所述的電子圍欄系統，其特徵在於，在所述移動工具停放在所述圍欄區域內後，所述電子車牌每隔第一預設時間將掃描到的發射信號廣播給所述地燈；在所述移動工具借出所述圍欄區域內且處於運行狀態時，所述電子車牌每隔第二預設時間將掃描到的發射信號廣播給設置在路邊的掃描地燈。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述的電子圍欄系統，其特徵在於，所述掃描地燈根據接收到的發射信號記錄借出的移動工具的位置資訊，並通過與雲端伺服器進行無線通訊以將借出的移動工具的位置資訊發送給所述雲端伺服器，以便所述雲端伺服器獲取借出的移動工具的行蹤。
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