基于模塊化設(shè)計的社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)研究

程智力 朱道鑫

關(guān)鍵詞：電動自行車 智能管理 系統(tǒng)設(shè)計 模塊化

一、問題概述

2004年《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》頒布實施以來，國內(nèi)電動自行車保有量急劇增加，由此帶來了電動自行車一系列社會管理問題。以住宅社區(qū)為例，電動自行車亂停放、充電難、易起火、易被盜、易超速撞人等突出問題成為了電動自行車管理標(biāo)簽。管理上存在缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品目錄導(dǎo)致登記標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一;防盜能力弱;露天停放區(qū)域存在安全隱患;無特定充電區(qū)域;道路非正常占用等問題。結(jié)合模塊標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)及現(xiàn)代信息技術(shù)，加強電動自行車管理的重要性不言而喻，而社區(qū)作為電動自行車的集中停放地點，成為智能管理系統(tǒng)應(yīng)用主要對象。

二、研究現(xiàn)狀

常規(guī)意義上的社區(qū)電動自行車管理，采取粗放式的管理模式，僅提供停放地點，因此存在火災(zāi)隱患、道路占用、充電難、防盜能力弱等問題。國內(nèi)相關(guān)研究較少，且普遍認(rèn)為可通過信息化手段提供解決方法。針對電動自行車智能管理系統(tǒng)進(jìn)行研究的文獻(xiàn)，其共同點是應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)自動智能管理目標(biāo)。其中鄢團(tuán)軍[1提出利用無線射頻技術(shù)構(gòu)建覆蓋城域的監(jiān)控網(wǎng)，監(jiān)管城市內(nèi)日常通勤電動自行車;賈曉霞利用電動自行車數(shù)據(jù)，提取停留地點和移動軌跡，從而實現(xiàn)對電動自行車監(jiān)控、流動性分析和用戶行為分析。以上研究均具有極大的參考價值，但是主要著眼于如何解決信息化和大數(shù)據(jù)采集問題，對整合管理手段和實現(xiàn)功能排布或系統(tǒng)設(shè)計，上述研究則鮮有涉及。在當(dāng)今“多功能產(chǎn)品”泛濫的年代，信息化手段也更為普及，以至于純粹意義上的電動自行車駐停場所、信息反饋及數(shù)據(jù)采集已經(jīng)不能再滿足社區(qū)用戶需要，因此對電動自行車智能管理系統(tǒng)提出了多功能、信息化、可定制等一系列要求。

三、研究理論與方法

考慮到區(qū)域、環(huán)境、年齡層次及教育水平等因素，不同社區(qū)在管理方面之間存在較大差異。擬應(yīng)用模塊化設(shè)計方法，開展社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)研究，便于推廣應(yīng)用。

（一）模塊化設(shè)計原理

模塊化設(shè)計方法由歐美國家于上世紀(jì)50年代率先提出并付諸實踐。該方法可廣泛應(yīng)用于設(shè)計、生產(chǎn)、管理等多個方面，并快速滲透于家電、公共設(shè)施、交通工具、應(yīng)急設(shè)備、加工設(shè)施等領(lǐng)域。模塊是基本元素，可被定義為多個具備不同功能的組合要素，但能夠組合或拆分的零件單元。一個部件結(jié)構(gòu)成為模塊的條件是：部件的功能、空間以及其他接口特征存在于模塊化產(chǎn)品的特定標(biāo)準(zhǔn)接口允許的范圍內(nèi)。模塊化產(chǎn)品設(shè)計過程中，通過不同模塊的組合和匹配可滿足更多功能，應(yīng)對更多情形，這對于模塊化產(chǎn)品提出了其特定的功能、結(jié)構(gòu)、層次及性能特點的要求。其形式總體上可分為兩點：基于功能的模塊和基于生產(chǎn)加工的模塊。在產(chǎn)品設(shè)計中是以基于功能的模塊設(shè)計為主，因此模塊化產(chǎn)品設(shè)計根本目的在于以少變應(yīng)多變，以最為簡便的方法應(yīng)對各種情況。模塊化產(chǎn)品設(shè)計方法是對不同功能或相同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析，劃分并設(shè)計出多個功能模塊，產(chǎn)品自身可通過不同功能模塊的選擇和重構(gòu)以滿足不同功能需求。就生產(chǎn)角度而言，模塊化設(shè)計應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)設(shè)計角度出發(fā)，運用拆分組合的方法建立模塊體系，將模塊組合成產(chǎn)品或系統(tǒng)。產(chǎn)品模塊被認(rèn)為是不同構(gòu)件或模塊共同構(gòu)成的復(fù)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)單元，用以發(fā)揮整體功能的組件。因此，模塊化思維對于解決上述問題具有極強的針對性，能夠利用一件產(chǎn)品或一個系統(tǒng)作為載體，通過組合與拆分的方式解決多種情形下所面臨的復(fù)雜情況。

（二）模塊化設(shè)計方法

模塊化能夠?qū)a(chǎn)品劃分為模塊，靈活且系統(tǒng)地使用這些通用模塊可組成多種多樣的產(chǎn)品。電動自行車智能管理系統(tǒng)的模塊化程度，則是在考慮品種、性能和成本條件下，考量如何劃分或重構(gòu)產(chǎn)品的功能或結(jié)構(gòu)，從而滿足電動自行車智能管理系統(tǒng)在管理過程中應(yīng)對可能出現(xiàn)的一系列需求。將模塊化設(shè)計思想應(yīng)用在社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)上，其主要優(yōu)勢在于：一是將不同類別的充電、駐停、管理、防盜、收納設(shè)備依照各不相同的需求進(jìn)行整合，形成不同的功能模塊，滿足社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)對于不同功能依照實際情況靈活搭配的要求。二是各個功能模塊能夠依照社區(qū)大小、載具數(shù)量、車棚覆蓋范圍等條件進(jìn)行靈活組合，從而增強社區(qū)住戶對于電動自行車智能管理的時效性與準(zhǔn)確性。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)反映在需求領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和物理領(lǐng)域三個方面，而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)則被描述為以上三者及其之間的映射關(guān)系吲。依據(jù)三者之間的相互映射關(guān)系，社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)從用戶需求上挖掘，從而映射到技術(shù)（功能）領(lǐng)域，由功能直接反饋到相應(yīng)模塊設(shè)計。因此，基于模塊化設(shè)計的社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)研究擬在通過需求映射技術(shù)與功能，將電動自行車的充電、防盜、身份識別、壽命分析、定位、繳費等劃分成不同的功能需求并反饋到各個不同的功能模塊，通過組合與拆解，依據(jù)社區(qū)實際狀況進(jìn)行功能分配，保留剛需功能模塊，剔除冗雜模塊，表現(xiàn)形式以“智能車棚”的獨立建筑物形態(tài)，因地制宜，建設(shè)在住宅小區(qū)多處合適的位置，從而解決困擾用戶已久的電動自行車日常管理難題同時，減輕社區(qū)管理人員壓力。

四、社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)設(shè)計

（一）調(diào)查與分析

目前，市場主流社區(qū)電動自行車管理形式主要有：無人值守車棚式、有人值守車棚式、附帶閉鎖設(shè)備車棚式、以及車棚充電站組合式等。這些管理形式普遍不能稱為系統(tǒng)，自動化及智能化程度較低，無法與個人移動客戶端進(jìn)行聯(lián)動的同時，各類管理問題仍未解決，且隨著社區(qū)人口增多，物業(yè)管理人員也更難將精力用在管理電動自行車上。結(jié)合前文對于相關(guān)研究的查閱發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對于社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)僅停留在信息化與數(shù)據(jù)采集層面，實質(zhì)上解決社會問題卻依然沒有一個完備可實施的解決方案。

實際用戶調(diào)研分為兩個階段，第一階段由用戶篩選自身關(guān)注的信息，第二階段針對用戶實際使用過程進(jìn)行深度訪談。第一階段調(diào)研中，將防盜、充電、車主身份識別、電池壽命分析、車棚定位、充電繳費、空間擴容和規(guī)范停放次序作為主要調(diào)查指標(biāo)。調(diào)查對象為武漢、威寧和荊州等地區(qū)的社區(qū)居民，男女各80人且具有3年以上社區(qū)生活經(jīng)歷，年齡層次在20-60歲之間。調(diào)查結(jié)果如圖1。

調(diào)查結(jié)果中，年齡層次在20-30周歲的用戶表現(xiàn)活躍，各方面問題均有關(guān)注;年齡層次50-60周歲用戶群體積極性較低，且實際使用電動自行車情況并不多。另外，上述受訪樣本中，收入水平也存在些許差別，30-40歲人群收入水平最高，其次是20-30年齡層次的，最低收入反而是40歲以上人群。但是在拋開其他變量的基礎(chǔ)上，幾乎一半的受訪人員都將“防盜”作為最關(guān)注的問題，同時充電和車主身份識別的關(guān)注度也較高。

調(diào)查呈現(xiàn)出三個特點：一是電動自行車防盜是當(dāng)前最大問題，且在各個年齡層次中都備受關(guān)注;二是20-30歲之間的用戶對于調(diào)查參與度較高，并且相較于年齡較大的用戶，依照其經(jīng)濟(jì)水平、年齡大小、生活態(tài)度等方面都表現(xiàn)出對于電動自行車較高的依賴度。三是電動自行車自動充電與用戶身份識別的關(guān)注度較高，推測原因可能在于智能手機的廣泛應(yīng)用，讓基于移動端的支付和管理在各個年齡段用戶心目中留下深刻印象。

綜上，可將當(dāng)前社區(qū)電動自行車管理存在的痛點總結(jié)為防盜、充電以及車主身份識別。次級需求在于電池壽命分析、車棚定位、充電繳費、擴充空間、規(guī)范停放次序等。

（二）系統(tǒng)設(shè)計

1.設(shè)計定位

依據(jù)調(diào)研結(jié)果，社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)功能定位應(yīng)當(dāng)以防盜、充電和車主身份識別為主要功能;以規(guī)范停放次序、擴充車庫空間、充電繳費、車棚定位和電池壽命分析為次要功能。使用環(huán)境為國內(nèi)—二線城市不同類型的社區(qū)中，環(huán)境特點是人口密度較高，人員構(gòu)成復(fù)雜，車輛較多，人口活動高低峰具有時間段特性，社區(qū)規(guī)劃程度有高有低。適用人群為社區(qū)住戶以及管理者。市場定位較寬泛，目標(biāo)群體即為社區(qū)物業(yè)管理部門。因此該系統(tǒng)成本視模塊組裝程度而定。同時該系統(tǒng)的造型也依從模塊組合而決定。

2.通用模塊設(shè)計

社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)自身分為四大核心通用模塊：閉路電視模塊、充電模塊、車主信息管理模塊、車輪閉鎖模塊。另可選配次要功能模塊：照明輔助模塊、廣告牌模塊等，模塊搭配如圖2所示。

（1）閉路電視模塊能夠有效監(jiān)控車棚內(nèi)的狀況，線路連接至社區(qū)保安系統(tǒng)，管理人員能夠足不出戶掌握車棚內(nèi)的狀況，從而對電動自行車盜竊、失火等安全事件具備防范能力。

（2）充電模塊可對電動自行車進(jìn)行充電，社區(qū)住戶通過掃描條碼進(jìn)行授權(quán)并使用其為自己的車輛充電。

（3）車主信息管理模塊，也就是車主識別模塊，能夠保存車主信息，在云端進(jìn)行信息備份，用戶可通過移動客戶端進(jìn)行注冊并將自身信息備份進(jìn)云端，所有的操作均是基于身份驗證通過后才可獲取權(quán)限，因此該模塊為管理系統(tǒng)中最為核心的模塊。

（4）車輪閉鎖模塊是停放車輛最基礎(chǔ)的模塊，社區(qū)住戶在進(jìn)行身份驗證之后，將車輛停放進(jìn)車棚，利用車輪閉鎖模塊將車輛鎖死，只有通過再次身份驗證方可解鎖。

除去核心模塊，照明輔助模塊能夠提供自帶儲電功能的照明設(shè)施，為夜間存放車輛提供更好的照明;快遞專用模塊可為快遞員使用的專用快遞電動車進(jìn)行停放保管，能夠提供更大停放空間，甚至能提供儲物柜，讓該區(qū)域變成簡易快遞工作站，方便快遞人員在車棚附近進(jìn)行快遞簽收，滿足以年輕人為主的社區(qū)快遞簽收需求的同時不再將快遞員拒之門外;廣告牌模塊可作為墻壁或分隔板置于車棚之中，能夠為社區(qū)管理人員提供額外收入。

系統(tǒng)中各個模塊之間通過拆分與重組，能夠依據(jù)社區(qū)實際情況，滿足停車、取車、充電、繳費、防盜、身份識別、車輛定位等實際需要。

3智能車棚設(shè)計

根據(jù)實地勘察結(jié)果，絕大部分社區(qū)的電動自行車停放是以車棚為主，因此可根據(jù)實際需要對現(xiàn)有車棚進(jìn)行模塊化改良，從而得到一款智能車棚解決方案。智能車棚是社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)中的重要組成部分，每個車棚可被視作單獨的模塊的同時，每個車棚也具備一定模塊化程度，能夠通過搭載不同的部件，滿足符合自身小區(qū)實際情況的功能需求。目前的實際情況在于，因為地段不同、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同、區(qū)位職能不同等原因，不同區(qū)域的社區(qū)規(guī)模、人員構(gòu)成、規(guī)劃程度等均存在較大差別。

圖3中，社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)是以“車棚”為載體，車棚本身也能夠作為模塊化的一部分，在各設(shè)備均已模塊化的前提下，可通過車棚與車棚的拆分組合，可在“全功能”與“部分功能”之間進(jìn)行選擇與搭配，靈活地應(yīng)對不同規(guī)模、不同檔次的社區(qū)住戶停放需要。將整個車棚視為模塊后，管理人員能夠依據(jù)當(dāng)前自身社區(qū)實際情況進(jìn)行靈活排布，排布方式有以下四種，分別為大型社區(qū)空地停車處、人口密集且空間有限的社區(qū)停車處、道路較寬但空間不足的社區(qū)停車處、空間狹窄且空地零星的社區(qū)停車處。排布方式如圖4所示。

4.系統(tǒng)應(yīng)用流程

圖5中，本系統(tǒng)是基于移動客戶端，以模塊化硬件為支撐的管理系統(tǒng)，用戶通過移動客戶端進(jìn)行身份與車輛信息綁定，進(jìn)入社區(qū)即可實現(xiàn)電動自行車車牌掃描解除門禁。進(jìn)入車棚掃碼停放自行車后可完成停放操作。如需充電，則在停放時勾選充電選項，并按照指示拿取充電接口進(jìn)行充電。充電期間，用戶可通過手機客戶端實時查看車輛狀態(tài)、位置及電池壽命，在取車時將電源拔出后通過移動客戶端進(jìn)行結(jié)算并解鎖車輛，即可完成整個操作流程。

上圖能夠反映出社區(qū)電動自行車智能管理系統(tǒng)的運作方式及用戶需涉及的操作，用戶所涉及的操作不復(fù)雜，且適應(yīng)青年及中年人群的理解能力。方便使用者操作的同時，也方便社區(qū)管理人員進(jìn)行規(guī)范管理和實時監(jiān)控，能夠切實提升社區(qū)服務(wù)質(zhì)量。

結(jié)論

面對社區(qū)電動自行車因停放與充電造成的各種問題，采用模塊化設(shè)計方法能夠提供一個較為完善的解決方案，可拆卸重組的設(shè)計思路為產(chǎn)品功能按照實際情況而轉(zhuǎn)變提供了較好的支撐，同時優(yōu)化使用流程，完善使用環(huán)節(jié)，有效提升電動自行車管理系統(tǒng)的用戶體驗。以功能體系為基礎(chǔ)，以分解與重組為方法的模塊化設(shè)計，具有廣泛的適用性，為解決生活中因功能時效性與準(zhǔn)確性局限而造成的問題提供了一條有效的解決途徑。