基于模塊化設計的社區電動自行車智能管理系統研究

程智力 朱道鑫

關鍵詞：電動自行車 智能管理 系統設計 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簽。管理上存在缺乏統一的產品目錄導致登記標準不統一;防盜能力弱;露天停放區域存在安全隱患;無特定充電區域;道路非正常占用等問題。結合模塊標準化技術及現代信息技術，加強電動自行車管理的重要性不言而喻，而社區作為電動自行車的集中停放地點，成為智能管理系統應用主要對象。

二、研究現狀

常規意義上的社區電動自行車管理，采取粗放式的管理模式，僅提供停放地點，因此存在火災隱患、道路占用、充電難、防盜能力弱等問題。國內相關研究較少，且普遍認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進行研究的文獻，其共同點是應用計算機網絡技術和大數據技術，實現自動智能管理目標。其中鄢團軍[1提出利用無線射頻技術構建覆蓋城域的監控網，監管城市內日常通勤電動自行車;賈曉霞利用電動自行車數據，提取停留地點和移動軌跡，從而實現對電動自行車監控、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據采集問題，對整合管理手段和實現功能排布或系統設計，上述研究則鮮有涉及。在當今“多功能產品”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、信息反饋及數據采集已經不能再滿足社區用戶需要，因此對電動自行車智能管理系統提出了多功能、信息化、可定制等一系列要求。

三、研究理論與方法

考慮到區域、環境、年齡層次及教育水平等因素，不同社區在管理方面之間存在較大差異。擬應用模塊化設計方法，開展社區電動自行車智能管理系統研究，便于推廣應用。

（一）模塊化設計原理

模塊化設計方法由歐美國家于上世紀50年代率先提出并付諸實踐。該方法可廣泛應用于設計、生產、管理等多個方面，并快速滲透于家電、公共設施、交通工具、應急設備、加工設施等領域。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。一個部件結構成為模塊的條件是：部件的功能、空間以及其他接口特征存在于模塊化產品的特定標準接口允許的范圍內。模塊化產品設計過程中，通過不同模塊的組合和匹配可滿足更多功能，應對更多情形，這對于模塊化產品提出了其特定的功能、結構、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加工的模塊。在產品設計中是以基于功能的模塊設計為主，因此模塊化產品設計根本目的在于以少變應多變，以最為簡便的方法應對各種情況。模塊化產品設計方法是對不同功能或相同功能、不同性能、不同規格的產品進行功能分析，劃分并設計出多個功能模塊，產品自身可通過不同功能模塊的選擇和重構以滿足不同功能需求。就生產角度而言，模塊化設計應當從系統設計角度出發，運用拆分組合的方法建立模塊體系，將模塊組合成產品或系統。產品模塊被認為是不同構件或模塊共同構成的復合產品的結構單元，用以發揮整體功能的組件。因此，模塊化思維對于解決上述問題具有極強的針對性，能夠利用一件產品或一個系統作為載體，通過組合與拆分的方式解決多種情形下所面臨的復雜情況。

（二）模塊化設計方法

模塊化能夠將產品劃分為模塊，靈活且系統地使用這些通用模塊可組成多種多樣的產品。電動自行車智能管理系統的模塊化程度，則是在考慮品種、性能和成本條件下，考量如何劃分或重構產品的功能或結構，從而滿足電動自行車智能管理系統在管理過程中應對可能出現的一系列需求。將模塊化設計思想應用在社區電動自行車智能管理系統上，其主要優勢在于：一是將不同類別的充電、駐停、管理、防盜、收納設備依照各不相同的需求進行整合，形成不同的功能模塊，滿足社區電動自行車智能管理系統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大小、載具數量、車棚覆蓋范圍等條件進行靈活組合，從而增強社區住戶對于電動自行車智能管理的時效性與準確性。

產品結構反映在需求領域、技術領域和物理領域三個方面，而產品結構則被描述為以上三者及其之間的映射關系吲。依據三者之間的相互映射關系，社區電動自行車智能管理系統設計應當從用戶需求上挖掘，從而映射到技術（功能）領域，由功能直接反饋到相應模塊設計。因此，基于模塊化設計的社區電動自行車智能管理系統研究擬在通過需求映射技術與功能，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，依據社區實際狀況進行功能分配，保留剛需功能模塊，剔除冗雜模塊，表現形式以“智能車棚”的獨立建筑物形態，因地制宜，建設在住宅小區多處合適的位置，從而解決困擾用戶已久的電動自行車日常管理難題同時，減輕社區管理人員壓力。

四、社區電動自行車智能管理系統設計

（一）調查與分析

目前，市場主流社區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，自動化及智能化程度較低，無法與個人移動客戶端進行聯動的同時，各類管理問題仍未解決，且隨著社區人口增多，物業管理人員也更難將精力用在管理電動自行車上。結合前文對于相關研究的查閱發現，國內對于社區電動自行車智能管理系統僅停留在信息化與數據采集層面，實質上解決社會問題卻依然沒有一個完備可實施的解決方案。

實際用戶調研分為兩個階段，第一階段由用戶篩選自身關注的信息，第二階段針對用戶實際使用過程進行深度訪談。第一階段調研中，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、空間擴容和規范停放次序作為主要調查指標。調查對象為武漢、威寧和荊州等地區的社區居民，男女各80人且具有3年以上社區生活經歷，年齡層次在20-60歲之間。調查結果如圖1。

調查結果中，年齡層次在20-30周歲的用戶表現活躍，各方面問題均有關注;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上，幾乎一半的受訪人員都將“防盜”作為最關注的問題，同時充電和車主身份識別的關注度也較高。

調查呈現出三個特點：一是電動自行車防盜是當前最大問題，且在各個年齡層次中都備受關注;二是20-30歲之間的用戶對于調查參與度較高，并且相較于年齡較大的用戶，依照其經濟水平、年齡大小、生活態度等方面都表現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注度較高，推測原因可能在于智能手機的廣泛應用，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，可將當前社區電動自行車管理存在的痛點總結為防盜、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、規范停放次序等。

（二）系統設計

1.設計定位

依據調研結果，社區電動自行車智能管理系統功能定位應當以防盜、充電和車主身份識別為主要功能;以規范停放次序、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。使用環境為國內—二線城市不同類型的社區中，環境特點是人口密度較高，人員構成復雜，車輛較多，人口活動高低峰具有時間段特性，社區規劃程度有高有低。適用人群為社區住戶以及管理者。市場定位較寬泛，目標群體即為社區物業管理部門。因此該系統成本視模塊組裝程度而定。同時該系統的造型也依從模塊組合而決定。

2.通用模塊設計

社區電動自行車智能管理系統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控車棚內的狀況，線路連接至社區保安系統，管理人員能夠足不出戶掌握車棚內的狀況，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行充電，社區住戶通過掃描條碼進行授權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，在云端進行信息備份，用戶可通過移動客戶端進行注冊并將自身信息備份進云端，所有的操作均是基于身份驗證通過后才可獲取權限，因此該模塊為管理系統中最為核心的模塊。

（4）車輪閉鎖模塊是停放車輛最基礎的模塊，社區住戶在進行身份驗證之后，將車輛停放進車棚，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，讓該區域變成簡易快遞工作站，方便快遞人員在車棚附近進行快遞簽收，滿足以年輕人為主的社區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，能夠為社區管理人員提供額外收入。

系統中各個模塊之間通過拆分與重組，能夠依據社區實際情況，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智能車棚設計

根據實地勘察結果，絕大部分社區的電動自行車停放是以車棚為主，因此可根據實際需要對現有車棚進行模塊化改良，從而得到一款智能車棚解決方案。智能車棚是社區電動自行車智能管理系統中的重要組成部分，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、經濟發展水平不同、區位職能不同等原因，不同區域的社區規模、人員構成、規劃程度等均存在較大差別。

圖3中，社區電動自行車智能管理系統是以“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”之間進行選擇與搭配，靈活地應對不同規模、不同檔次的社區住戶停放需要。將整個車棚視為模塊后，管理人員能夠依據當前自身社區實際情況進行靈活排布，排布方式有以下四種，分別為大型社區空地停車處、人口密集且空間有限的社區停車處、道路較寬但空間不足的社區停車處、空間狹窄且空地零星的社區停車處。排布方式如圖4所示。

4.系統應用流程

圖5中，本系統是基于移動客戶端，以模塊化硬件為支撐的管理系統，用戶通過移動客戶端進行身份與車輛信息綁定，進入社區即可實現電動自行車車牌掃描解除門禁。進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、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行結算并解鎖車輛，即可完成整個操作流程。

上圖能夠反映出社區電動自行車智能管理系統的運作方式及用戶需涉及的操作，用戶所涉及的操作不復雜，且適應青年及中年人群的理解能力。方便使用者操作的同時，也方便社區管理人員進行規范管理和實時監控，能夠切實提升社區服務質量。

結論

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