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簽。管理上存在缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品目錄導致登記標準不統(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)合模塊標準化技術(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)進行研究的文獻，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。其中鄢團軍[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)品的特定標準接口允許的范圍內(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)品模塊被認為是不同構(gòu)件或模塊共同構(gòu)成的復合產(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。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行充電，社區(qū)住戶通過掃描條碼進行授權(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(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(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)當前自身社區(qū)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(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行身份與車輛信息綁定，進入社區(qū)即可實現(xiàn)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(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確性局限而造成的問題提供了一條有效的解決途徑。