本发明涉及智能交通管理及共享经济领域，具体为一种针对带有gnss定位功能的单车进行停放管理的gnss定位数据与地理围栏临界点阈值判断技术。
背景技术：
随着低碳环保的生活理念普及，单车出行越来越受到人们的青睐，随着单车数量越来越多，停放越来越乱，甚至影响机动车道的行车安全，严重的影响了市容市貌及人们的正常出行。因此如何快速判断单车停放地点是否在指定区域内或禁停区域内成为迫切需要。
目前的单车管理方法主要是：通过蓝牙感知技术建立的停车区，即利用蓝牙技术进行单车停放管理，是通过在停车区域树立固定的蓝牙感应桩，单车通过自身的蓝牙装置与固定区域的蓝牙感知桩建立链接，确保该车辆停放于指定区域附近，该方法需要在地面建立固定的蓝牙停车桩，需要进行大量的基建工作，需要对单车加装蓝牙装置。且该方案只能为单车提供停放区域内的监管，因禁停区域较为广阔，无法通过蓝牙进行全面覆盖，故无法满足为城市管理者提供禁停区域的车辆管理。单车数量的普及及骤增，已经成为了城市交通管理者头疼的一件大事情，部分城市对于单车乱停放造成的交通管理问题，已经出台了相关管理规定，甚至采用计入个人诚信档案的方法来提醒或约束单车使用者。
gnss系统--gnss是globalnavigationsatellitesystem的缩写，中文译名为：全球导航卫星系统。
早在20世纪90年代中期开始，欧盟为了打破美国在卫星定位、导航、授时市场中的垄断地位，获取巨大的市场利益，增加欧洲人的就业机会，一直在致力于一个雄心勃勃的民用全球导航卫星系统计划，称之为globalnavigationsatellitesystem。该计划分两步实施：第一步是建立一个综合利用美国的gps系统和俄罗斯的glonass系统的第一代全球导航卫星系统(当时称为gnss-1，即后来建成的egnos)；第二步是建立一个完全独立于美国的gps系统和俄罗斯的glonass系统之外的第二代全球导航卫星系统，即正在建设中的galileo卫星导航定位系统。由此可见，gnss从一问世起，就不是一个单一星座系统，而是一个包括gps、glonass等在内的综合星座系统。近年来，gps接收机制造厂商纷纷推出高性能gnss接收机。如pentax的smart78/88、smart8800，后者更是可以升级到72通道，成为真正意义上的gnss接收机。
gis地理信息系统(geographicinformationsystem或geo-informationsystem，gis)有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
上述的单车管理方法或规定，在一定程度上可以缓解当前单车乱停放现象；但是，如何提供一种能够通过科学、合理、便捷的方式引导、简单和管理单车正确取放的方法，已经是一个值得研究的问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种利用gnss系统和gis地理信息系统，对单车停放区域实现电子化地理位置标示的电子围栏，并与加装有gnss地理数据的定位装置的单车进行临界点的阈值进行匹配，最终实现单纯在规定区域内合理停放和使用的技术，无需在地面加装任何的辅助设施就能对单车的停放进行管理，确保每辆单车能够在指定的区域进行停放，以及可以识别在禁停区停放的单车，
本发明的目的是这样实现的：
一种gnss定位数据与地理围栏临界点阈值判断技术，包括以下步骤：
1)、采集地面停车区域及禁停区域的gnss地理位置坐标；
2)、将停放区及禁停区域地理坐标进行电子化处理；电子化处理的坐标数据与gis地图进行数据匹配，形成电子地理围栏；
3)、根据车辆位置与电子地理围栏进行判断，得出单车是处于电子围栏范围内或电子围栏范围外：
所述的的步骤1)：采集地面停车区域及禁停区域的gnss地理位置坐标；采用gnss系统直接测量地面点的大地纬度和大地高度；gnss测量工作的模式包括静态、快速静态、准动态和事实动态相对定位；实时动态(realtimekinematic-rtk)测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，它是测量技术发展中的一个新突破。rtk技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法；
所述的步骤2)：将停放区及禁停区域地理坐标进行电子化处理；电子化处理的坐标数据与gis地图进行数据匹配，形成电子地理围栏；将采集设备的wgs84坐标转成高德地图默认的火星坐标系，保证围栏数据与电子地图位置匹配，然后结合实际坐标进行微调；gnss以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称。gnss测量工作的模式已有多种，如静态、快速静态、准动态和动态相对定位等。实时动态(realtimekinematic-rtk)测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，它是测量技术发展中的一个新突破。rtk技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。rtk定位原理如图1所示：
实时动态测量的基本思想是：在基准站上安置一台接收机，对所有可见gnss卫星进行连续观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站。在用户站上，接受机在接受gnss卫星信号的同时，通过无线电接受设备，接受基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度，从而可实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。
rtk采集地理围栏数据时的几个关键技术，rtk涉及载波相位模糊度的求解，评定rtk采集数据质量的好坏取决于三个主要因素：精度、可靠性及求得固定解的时间。采集时有以下几个技术问题应注意：
rtk初始化在开始rtk测量时，需首先在某一起围栏始点上，静止地观测几分钟，进行初始化工作。有条件的话，应尽量复测已测过的几个点，以便检查初始化、基准站和流动站接受机的参数设置的正确性。卫星信号失锁在观测过程中，要保持对观测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，必须重新进行初始化。在卫星失锁的地方，静止地观测几分钟。完成初始化后，尽量回到附近测过的点上复测该点，以便检查接受机卫星信号的稳定性。
动态测量可靠性检查在测量结束前，应在已测过的一个地物点上进行快速静态测量。要求gps接受机在该点上静止地观测几分钟。在观测过程中，连同接受到的基准站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和测量点的三维坐标。然后与动态测量结果相比较，因为与动态测量相比，静态测量的稳定性和精度都要高，这样又进一步检查了动态测量的结果。
rtk的应用范围在目前条件下，流动站距基准站的距离一般不超过20km。但是随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，数据处理软件功能的增强，这个距离将会不断地扩大。
数据采集后的处理一天数据采集完毕后，尽量当天处理原始数据并输出各种gis格式的gis数据。
所述的步骤3)：根据车辆位置与电子地理围栏进行判断，得出单车是处于电子围栏范围内或电子围栏范围外：为共享自行车智能锁中安装gnss定位芯片，当共享自行车停车动作启动时，需要启动定位芯片启动收星模式，接收北斗卫星、gps卫星，同时接收北斗cors基站的差分数据；通过对车辆实现高精度定位后将数据传输至gis数据库中，结合在电子地图上标注的电子围栏区域进行坐标匹配和临界点阈值判断；所述的电子围栏采集坐标和共享自行车智能锁定位坐标全部是wgs84，故在电子化处理过程采用统一的坐标转换算法，保障数据偏差的一致性；
所述的判断共享自行车是否停电子围栏区域内(包括临界区域)，使用近邻集的边界识别算法，该算法首先将电子围栏进行网格空间划分，使电子围栏区域由不同的单元网格组成，根据电子围栏质点和距离电子围栏边界距离确定边界度，边界度判断每个共享自行车定位数据是否为边界单元或噪声单元；
所述的判断单车是否进入围栏判断过程步骤如下：
以共享自行车定位数据(经纬度)在地图进行打点，以该点为圆形，以1000米为半径进行虚拟围栏设置和筛选，找到虚拟围栏内的全部有效的电子围栏区域和个数；
其次，在进行定位点与刷选出的电子围栏的质点进行距离判断，比较质点与共享自行车定位点的距离，确定唯一电子围栏；
再次，进行共享自行车定位点与电子围栏单元网格和边界度判定，如在网格内，定义为车辆停入围栏内。如在边界度上，进行边界度分析和判定，通过卷积运算定义网格梯度，运用梯度算子，近似求出网格所对应的每一个维的梯度值，然后从中选取绝对值最大的梯度值与给定位坐标进行比较和判定。
积极有益效果：本发明是采用带有卫星定位装置的单车gnss定位数据与电子围栏临界点的阈值进行匹配，判断是否停入停放区域或禁停区域，精准度能够到达95％以上，通过经济实用的方式最大限度的对带有卫星定位装置的单车进行停放区域的管理，无需在地面加装任何的辅助设施，只是利用车辆现有定位装置即可实现。可以实现对单车的停放进行规范管理，为城市共享自行车规范管理和有序运营提供了一套经济实用的解决方案。
附图说明
图1为rtk定位原理框图。
具体实施方式
一种gnss定位数据与地理围栏临界点阈值判断技术，包括以下步骤：
1)、采集地面停车区域及禁停区域的gnss地理位置坐标；
2)、将停放区及禁停区域地理坐标进行电子化处理；电子化处理的坐标数据与gis地图进行数据匹配，形成电子地理围栏；
3)、根据车辆位置与电子地理围栏进行判断，得出单车是处于电子围栏范围内或电子围栏范围外：
所述的的步骤1)：采集地面停车区域及禁停区域的gnss地理位置坐标；采用gnss系统直接测量地面点的大地纬度和大地高度；gnss测量工作的模式包括静态、快速静态、准动态和事实动态相对定位；实时动态(realtimekinematic-rtk)测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，它是测量技术发展中的一个新突破。rtk技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法；
所述的步骤2)：将停放区及禁停区域地理坐标进行电子化处理；电子化处理的坐标数据与gis地图进行数据匹配，形成电子地理围栏；将采集设备的wgs84坐标转成高德地图默认的火星坐标系，保证围栏数据与电子地图位置匹配，然后结合实际坐标进行微调；
所述的步骤3)：根据车辆位置与电子地理围栏进行判断，得出单车是处于电子围栏范围内或电子围栏范围外：为共享自行车智能锁中安装gnss定位芯片，当共享自行车停车动作启动时，需要启动定位芯片启动收星模式，接收北斗卫星、gps卫星，同时接收北斗cors基站的差分数据；通过对车辆实现高精度定位后将数据传输至gis数据库中，结合在电子地图上标注的电子围栏区域进行坐标匹配和临界点阈值判断；所述的电子围栏采集坐标和共享自行车智能锁定位坐标全部是wgs84，故在电子化处理过程采用统一的坐标转换算法，保障数据偏差的一致性；
所述的判断共享自行车是否停电子围栏区域内(包括临界区域)，使用近邻集的边界识别算法，该算法首先将电子围栏进行网格空间划分，使电子围栏区域由不同的单元网格组成，根据电子围栏质点和距离电子围栏边界距离确定边界度，边界度判断每个共享自行车定位数据是否为边界单元或噪声单元；
所述的判断单车是否进入围栏判断过程步骤如下：
以共享自行车定位数据(经纬度)在地图进行打点，以该点为圆形，以1000米为半径进行虚拟围栏设置和筛选，找到虚拟围栏内的全部有效的电子围栏区域和个数；
其次，在进行定位点与刷选出的电子围栏的质点进行距离判断，比较质点与共享自行车定位点的距离，确定唯一电子围栏；
再次，进行共享自行车定位点与电子围栏单元网格和边界度判定，如在网格内，定义为车辆停入围栏内。如在边界度上，进行边界度分析和判定，通过卷积运算定义网格梯度，运用梯度算子，近似求出网格所对应的每一个维的梯度值，然后从中选取绝对值最大的梯度值与给定位坐标进行比较和判定。
2)、将停放区及禁停区域地理坐标进行电子化处理；电子化处理的坐标数据与gis地图进行数据匹配，形成电子地理围栏；
将采集设备的wgs84坐标转成高德地图默认的火星坐标系，保证围栏数据与电子地图位置匹配，然后结合实际坐标进行微调。
wgs84坐标系：是国际上通用的地理坐标系，也就是我们常说的经度纬度。比如08年汶川大地震报的经纬度就是基于这个坐标系。而我们常见的一些设备比测绘和采集设备也是以这个坐标系为参考的。
火星坐标系：主要是因为国家安全的原因为了保护一些比较敏感的坐标位置，在我国所有获取地图数据的第一个关卡就是国家测绘局，在他们出产的所有地图在wgs84的基础上进行一次加密，也就是所谓的按照一定的坐标偏移算法到另外一个坐标系，这个坐标系是特有的且是变化的，大家习惯性的把他称为火星坐标系。正是因为火星坐标系的存在我们直接拿采集测量设备采集的数据在地图上显示始终都有偏差，原因就是因为两个坐标系都不一样造成的。
许多不同的大地坐标系基准，当存在不同的坐标基准或不同的导航系统时，需要注意相互间的转换关系，地形图的误差主要为旋转、平移、缩放和局部变形等。其主要的纠正方法是先利用地形图的坐标格网和扫描地图的坐标格网点，作为对应的控制点进行分块定位和定向，采用一阶或高阶多项式拟合对地图进行纠正，这种方法的特点是以地形图为基准，利用计算机技术自动确定坐标格网点，然后分块纠正，其缺点是当原始地形图中无方格网时则无法进行，这时需要采用其它方法来确定纠正控制点。本方案采用的方法是利用gnss实测坐标作为纠正控制点，步骤为纠正控制点的选取和测量、坐标的归算和多项式拟合纠正。
地图纠正控制点是用来进行地图纠正的控制点，其在地图上的坐标可以通过一定的量测方法获得，对应的实地坐标通过gnss定位或其它测量方法确定，然后采用合适的纠正模型就可以获得地图纠正的转换参数，将原来存在变形的电子围栏区域纠正为真实与空间位置统一的电子地图区域。选择纠正控制点一般要求点位分布均匀、易于识别且适合gnss测量。因此，有时还需要在电子围栏实地先选点再测量，如道路交叉点的围栏、开阔的道路电子围栏拐点等。gps测量的方法可以采用单点动态定位测量(15～100m)、差分测量(0.1～10.0m)、高精度静态测量(毫米级)或实时动态定位(rtk)测量(厘米级)等方法，地图上的纠正控制点可以应用适当的软件进行量测。
在获得了纠正控制点后，由于gnss测量的坐标是wgs84坐标，而数字地图采用的是火星坐标，因此两者之间先要归算至同一性质的坐标系下，这就需要知道数字地图的坐标基准参数，这样就可以实现两者之间的坐标转换。如果数字地图的坐标系为未知的直角坐标系，则可以先将gps坐标转换为高斯直角坐标，然后采用坐标比较或者将两者显示在图像上比较，如果两者坐标有明显的差异，则先概略计算两者的平移常数，或者将对应纠正控制点坐标作中心化，其坐标差作为平移常数，然后将平移后的gps控制点显示到地图上，粗略检查两者的匹配程度。
由于数字化地图的变形除了包括平移、旋转、缩放外还存在局部变形，因此采用一般的坐标变换模型(平移、旋转和缩放)可能难以解决局部变形及不均匀变形的问题，对于这种地图，纠正模型大多选择多项式拟合，如一次多项式、二次多项式或三次多项式。
一次多项式拟合xg＝a1+a2xp+a3ypyg＝b1+b2xp+b3yp
二次多项式拟合xg＝a1+a2xp+a3yp+a4xpyp+a5x2p+a6y2pyg＝b1+b2xp+b3yp+b4xpyp+b5x2p+b6y2p
三次多项式拟合xg＝a1+a2xp+a3yp+a4xpyp+a5x2p+a6y2p+a7x2pyp+a8xpy2p+a9x3p+a10y3pyg＝b1+b2xp+b3yp+b4xpyp+b5x2p+b6y2p+b7x2pyp+b8xpy2p+b9x3p+b10y3p
式中：(xg，yg)表示gps测量获得的高斯平面直角坐标；(xp，yp)为对应的地图坐标，即为待纠正点的图上坐标；a1，a2，a3，…和b1，b2，b3，…分别为多项式x和y的待求系数.由于两组系数是不相关的，因此所需对应控制点的个数应不少于其中一组系数的个数。当两者相等时直接按线性方程组求解，当控制点的个数多于系数的个数时，则按最小二乘法求解。选择何种模型纠正地图，需要根据地图变形的性质、地图的比例尺及面积范围等来决定，一般而言，对于小面积范围的均匀变形可以采用一次多项式，否则应采用高次多项式。
3)、根据车辆位置与电子地理围栏进行判断，得出单车是处于电子围栏范围内还是电子围栏范围外。
为共享自行车智能锁中安装gnss定位芯片，当共享自行车停车动作启动时，需要启动定位芯片启动收星模式，接收北斗卫星、gps卫星，同时接收北斗cors基站的差分数据，目前的cors技术比较成熟，与传统rtk系统相比，cors的有效作业范围增大，定位精度以及可靠性得以提高，利用cors可以开展全天候、多功能、多用途、应用广的服务，大大提高了空间基础数据的利用率。
(1)卫星定位原理：
卫星不断广播导航消息，在消息中包含卫星的位置和发送时间。若用户终端的位置和时间用x，y，z和t表示；假设有n颗卫星，第i颗卫星的位置和时间用xi，yi，zi和ti表示，则第i颗卫星与用户的距离d为：
(c为光速，ti为消息发出时间，t在接收时间)
上述公式有个问题：用户时间t相对于导航系统的原子钟是不精确的，若钟差用b表示，接收端表象时间表示为t’，则上述公式为：
有x，y，z，b四个未知数，因此只要有4颗以上卫星，就可以联立求解。
(2)差分定位
有很多干扰因素影响上述公式中常量的准确性，因此现实世界中的导航系统(如美国的gps、俄罗斯glonass和中国的北斗)都有几米的误差。比如目前北斗系统在亚太地区的平均定位精度为：水平10m、高程10m，测速精度0.2m，受时精度优于20ns。为了提高定位精度，除了天上的卫星外，本方法辅以北斗地基基准站(cors)。基准站的位置是精确测量的，在接受卫星导航信号后，通过数据处理系统形成相应信息，经由卫星、广播、移动通信等手段实时播发给共享自行车智能锁终端，实现厘米级定位服务。
通过对车辆实现高精度定位后将数据传输至gis数据库中，结合在电子地图上标注的电子围栏区域进行坐标匹配和临界点阈值判断，由于电子围栏采集坐标和共享自行车智能锁定位坐标全部是wgs84，故在电子化处理过程采用统一的坐标转换算法，保障数据偏差的一致性。为了高效识别电子围栏边界，判断共享自行车是否停电子围栏区域内(包括临界区域)，使用了一种近邻集的边界识别算法。该算法首先将电子围栏进行网格空间划分，使电子围栏区域由不同的单元网格组成，根据电子围栏质点和距离电子围栏边界距离确定边界度，边界度判断每个共享自行车定位数据是否为边界单元或噪声单元。
是否进入围栏判断过程如下：
以共享自行车定位数据(经纬度)在地图进行打点，以该点为圆形，以1000米为半径进行虚拟围栏设置和筛选，找到虚拟围栏内的全部有效的电子围栏区域和个数。
其次，在进行定位点与刷选出的电子围栏的质点进行距离判断，比较质点与共享自行车定位点的距离，确定唯一电子围栏。
再次，进行共享自行车定位点与电子围栏单元网格和边界度判定，如在网格内，定义为车辆停入围栏内。如在边界度上，进行边界度分析和判定，通过卷积运算定义网格梯度，运用梯度算子，近似求出网格所对应的每一个维的梯度值，然后从中选取绝对值最大的梯度值与给定位坐标进行比较和判定。
整个管理应用场景如下：通过标准数据接口与各投放企业进行数据共享，将地面画好的地理围栏区域进行高精度采集和电子化处理后推送至共享企业app，如骑行用户可以按照app提示将车辆停入就近电子围栏内，在停车落锁瞬间上传gnss定位数据，平台判断定位数据在围栏内则结束计费，若不在平台将进行报警提示。
下面我结合一个共享自行车在电子围栏内停车的过程分别从电子围栏形成、电子围栏推送、共享自行车停车定位、车辆定位与电子围栏匹配判断是否在区域内、判断结果进行处理五个流程进行说明。
电子围栏形成：由于判定是否停在停车区域(电子围栏)，先要开始划定电子围栏，在各个城市规划的路口划定真实的停车区域，大多为长方形区域，划定完成后，采用北斗高精度采集设备完成长方形区域的四个拐点坐标的经纬度采集，要求采集精度误差在10mm+1ppm范围内，将采集到的拐点坐标按照围栏名称进行绑定并导入到坐标转换软件中，完成wgs84转变转换成火星坐标。
电子围栏推送：将完成转换坐标的数据编制成点表，表头以id编号代表不同围栏的唯一编码，每个id附带4组经纬度坐标点，首个坐标点为电子围栏的左上角点位，然后按照顺时针依次排列。将点表推送至企业管理平台，企业监管平台推送至app端进行显示。
共享自行车停车定位：共享自行车安装智能定位锁，锁具有开和关动作状态，当关锁状态启动时，唤醒定位芯片接收卫星数据和cors查分数据进行高精度定位。
车辆定位与电子围栏匹配判断是否在区域内：比对共享自行车定位数据和电子围栏的区域范围以及边界区域，当定位数据在电子围栏内，定义为在围栏；挡定位数据在电子围栏外，定义为没有停入围栏。
判断结果进行处理：用户骑行停放到围栏内，在app端提示正常结束计费，完成骑行。骑行停放在围栏外，在app端提示并引导最近围栏位置进行停放。