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关键词：电动自行车 智能管理 系统设计 模块化
一、问题概述
2004年《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》颁布实施以来，国内电动自行车保有量急剧增加，由此带来了电动自行车一系列社会管理问题。以住宅社区为例，电动自行车乱停放、充电难、易起火、易被盗、易超速撞人等突出问题成为了电动自行车管理标签。管理上存在缺乏统一的产品目录导致登记标准不统一;防盗能力弱;露天停放区域存在安全隐患;无特定充电区域;道路非正常占用等问题。结合模块标准化技术及现代信息技术，加强电动自行车管理的重要性不言而喻，而社区作为电动自行车的集中停放地点，成为智能管理系统应用主要对象。
二、研究现状
常规意义上的社区电动自行车管理，采取粗放式的管理模式，仅提供停放地点，因此存在火灾隐患、道路占用、充电难、防盗能力弱等问题。国内相关研究较少，且普遍认为可通过信息化手段提供解决方法。针对电动自行车智能管理系统进行研究的文献，其共同点是应用计算机网络技术和大数据技术，实现自动智能管理目标。其中鄢团军[1’提出利用无线射频技术构建覆盖城域的监控网，监管城市内日常通勤电动自行车;贾晓霞利用电动自行车数据，提取停留地点和移动轨迹，从而实现对电动自行车监控、流动性分析和用户行为分析。以上研究均具有极大的參考价值，但是主要着眼于如何解决信息化和大数据采集问题，对整合管理手段和实现功能排布或系统设计，上述研究则鲜有涉及。在当今“多功能产品”泛滥的年代，信息化手段也更为普及，以至于纯粹意义上的电动自行车驻停场所、信息反馈及数据采集已经不能再满足社区用户需要，因此对电动自行车智能管理系统提出了多功能、信息化、可定制等一系列要求。
三、研究理论与方法
考虑到区域、环境、年龄层次及教育水平等因素，不同社区在管理方面之间存在较大差异。拟应用模块化设计方法，开展社区电动自行车智能管理系统研究，便于推广应用。
（一）模块化设计原理
模块化设计方法由欧美国家于上世纪50年代率先提出并付诸实践。该方法可广泛应用于设计、生产、管理等多个方面，并快速渗透于家电、公共设施、交通工具、应急设备、加工设施等领域。模块是基本元素，可被定义为多个具备不同功能的组合要素，但能够组合或拆分的零件单元。一个部件结构成为模块的条件是：部件的功能、空间以及其他接口特征存在于模块化产品的特定标准接口允许的范围内。模块化产品设计过程中，通过不同模块的组合和匹配可满足更多功能，应对更多情形，这对于模块化产品提出了其特定的功能、结构、层次及性能特点的要求。其形式总体上可分为两点：基于功能的模块和基于生产加工的模块。在产品设计中是以基于功能的模块设计为主，因此模块化产品设计根本目的在于以少变应多变，以最为简便的方法应对各种情况。模块化产品设计方法是对不同功能或相同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析，划分并设计出多个功能模块，产品自身可通过不同功能模块的选择和重构以满足不同功能需求。就生产角度而言，模块化设计应当从系统设计角度出发，运用拆分组合的方法建立模块体系，将模块组合成产品或系统。产品模块被认为是不同构件或模块共同构成的复合产品的结构单元，用以发挥整体功能的组件。因此，模块化思维对于解决上述问题具有极强的针对性，能够利用一件产品或一个系统作为载体，通过组合与拆分的方式解决多种情形下所面临的复杂情况。
（二）模块化设计方法
模块化能够将产品划分为模块，灵活且系统地使用这些通用模块可组成多种多样的产品。电动自行车智能管理系统的模块化程度，则是在考虑品种、性能和成本条件下，考量如何划分或重构产品的功能或结构，从而满足电动自行车智能管理系统在管理过程中应对可能出现的一系列需求。将模块化设计思想应用在社区电动自行车智能管理系统上，其主要优势在于：一是将不同类别的充电、驻停、管理、防盗、收纳设备依照各不相同的需求进行整合，形成不同的功能模块，满足社区电动自行车智能管理系统对于不同功能依照实际情况灵活搭配的要求。二是各个功能模块能够依照社区大小、载具数量、车棚覆盖范围等条件进行灵活组合，从而增强社区住户对于电动自行车智能管理的时效性与准确性。
产品结构反映在需求领域、技术领域和物理领域三个方面，而产品结构则被描述为以上三者及其之间的映射关系吲。依据三者之间的相互映射关系，社区电动自行车智能管理系统设计应当从用户需求上挖掘，从而映射到技术（功能）领域，由功能直接反馈到相应模块设计。因此，基于模块化设计的社区电动自行车智能管理系统研究拟在通过需求映射技术与功能，将电动自行车的充电、防盗、身份识别、寿命分析、定位、缴费等划分成不同的功能需求并反馈到各个不同的功能模块，通过组合与拆解，依据社区实际状况进行功能分配，保留刚需功能模块，剔除冗杂模块，表现形式以“智能车棚”的独立建筑物形态，因地制宜，建设在住宅小区多处合适的位置，从而解决困扰用户已久的电动自行车日常管理难题同时，减轻社区管理人员压力。
四、社区电动自行车智能管理系统设计
（一）调查与分析
目前，市场主流社区电动自行车管理形式主要有：无人值守车棚式、有人值守车棚式、附带闭锁设备车棚式、以及车棚充电站组合式等。这些管理形式普遍不能称为系统，自动化及智能化程度较低，无法与个人移动客户端进行联动的同时，各类管理问题仍未解决，且随着社区人口增多，物业管理人员也更难将精力用在管理电动自行车上。结合前文对于相关研究的查阅发现，国内对于社区电动自行车智能管理系统仅停留在信息化与数据采集层面，实质上解决社会问题却依然没有一个完备可实施的解决方案。
实际用户调研分为两个阶段，第一阶段由用户筛选自身关注的信息，第二阶段针对用户实际使用过程进行深度访谈。第一阶段调研中，将防盗、充电、车主身份识别、电池寿命分析、车棚定位、充电缴费、空间扩容和规范停放次序作为主要调查指标。调查对象为武汉、威宁和荆州等地区的社区居民，男女各80人且具有3年以上社区生活经历，年龄层次在20-60岁之间。调查结果如图1。 调查结果中，年龄层次在20-30周岁的用户表现活跃，各方面问题均有关注;年龄层次50-60周岁用户群体积极性较低，且实际使用电动自行车情况并不多。另外，上述受访样本中，收入水平也存在些许差别，30-40岁人群收入水平最高，其次是20-30年龄层次的，最低收入反而是40岁以上人群。但是在抛开其他变量的基础上，几乎一半的受访人员都将“防盗”作为最关注的问题，同时充电和车主身份识别的关注度也较高。
调查呈现出三个特点：一是电动自行车防盗是当前最大问题，且在各个年龄层次中都备受关注;二是20-30岁之间的用户对于调查参与度较高，并且相较于年龄较大的用户，依照其经济水平、年龄大小、生活态度等方面都表现出对于电动自行车较高的依赖度。三是电动自行车自动充电与用户身份识别的关注度较高，推测原因可能在于智能手机的广泛应用，让基于移动端的支付和管理在各个年龄段用户心目中留下深刻印象。
综上，可将当前社区电动自行车管理存在的痛点总结为防盗、充电以及车主身份识别。次级需求在于电池寿命分析、车棚定位、充电缴费、扩充空间、规范停放次序等。
（二）系统设计
1.设计定位
依据调研结果，社区电动自行车智能管理系统功能定位应当以防盗、充电和车主身份识别为主要功能;以规范停放次序、扩充车库空间、充电缴费、车棚定位和电池寿命分析为次要功能。使用环境为国内—二线城市不同类型的社区中，环境特点是人口密度较高，人员构成复杂，车辆较多，人口活动高低峰具有时间段特性，社区规划程度有高有低。适用人群为社区住户以及管理者。市场定位较宽泛，目标群体即为社区物业管理部门。因此该系统成本视模块组装程度而定。同时该系统的造型也依从模块组合而决定。
2.通用模块设计
社区电动自行车智能管理系统自身分为四大核心通用模块：闭路电视模块、充电模块、车主信息管理模块、车轮闭锁模块。另可选配次要功能模块：照明辅助模块、广告牌模块等，模块搭配如图2所示。
（1）闭路电视模块能够有效监控车棚内的状况，线路连接至社区保安系统，管理人员能够足不出户掌握车棚内的状况，从而对电动自行车盗窃、失火等安全事件具备防范能力。
（2）充电模块可对电动自行车进行充电，社区住户通过扫描条码进行授权并使用其为自己的车辆充电。
（3）车主信息管理模块，也就是车主识别模块，能够保存车主信息，在云端进行信息备份，用户可通过移动客户端进行注册并将自身信息备份进云端，所有的操作均是基于身份验证通过后才可获取权限，因此该模块为管理系统中最为核心的模块。
（4）车轮闭锁模块是停放车辆最基础的模块，社区住户在进行身份验证之后，将车辆停放进车棚，利用车轮闭锁模块将车辆锁死，只有通过再次身份验证方可解锁。
除去核心模块，照明辅助模块能够提供自带储电功能的照明设施，为夜间存放车辆提供更好的照明;快递专用模块可为快递员使用的专用快递电动车进行停放保管，能够提供更大停放空间，甚至能提供储物柜，让该区域变成简易快递工作站，方便快递人员在车棚附近进行快递签收，满足以年轻人为主的社区快递签收需求的同时不再将快递员拒之门外;广告牌模块可作为墙壁或分隔板置于车棚之中，能够为社区管理人员提供额外收入。
系统中各个模块之间通过拆分与重组，能够依据社区实际情况，满足停车、取车、充电、缴费、防盗、身份识别、车辆定位等实际需要。
3智能车棚设计
根据实地勘察结果，绝大部分社区的电动自行车停放是以车棚为主，因此可根据实际需要对现有车棚进行模块化改良，从而得到一款智能车棚解决方案。智能车棚是社区电动自行车智能管理系统中的重要组成部分，每个车棚可被视作单独的模块的同时，每个车棚也具备一定模块化程度，能够通过搭载不同的部件，满足符合自身小区实际情况的功能需求。目前的实际情况在于，因为地段不同、经济发展水平不同、区位职能不同等原因，不同区域的社区规模、人员构成、规划程度等均存在较大差别。
图3中，社区电动自行车智能管理系统是以“车棚”为载体，车棚本身也能够作为模块化的一部分，在各设备均已模块化的前提下，可通过车棚与车棚的拆分组合，可在“全功能”与“部分功能”之间进行选择与搭配，灵活地应对不同规模、不同档次的社区住户停放需要。将整个车棚视为模块后，管理人员能够依据当前自身社区实际情况进行灵活排布，排布方式有以下四种，分别为大型社区空地停车处、人口密集且空间有限的社区停车处、道路较宽但空间不足的社区停车处、空间狭窄且空地零星的社区停车处。排布方式如图4所示。
4.系统应用流程
图5中，本系统是基于移动客户端，以模块化硬件为支撑的管理系统，用户通过移动客户端进行身份与车辆信息绑定，进入社区即可实现电动自行车车牌扫描解除门禁。进入车棚扫码停放自行车后可完成停放操作。如需充电，则在停放时勾选充电选项，并按照指示拿取充电接口进行充电。充电期间，用户可通过手机客户端实时查看车辆状态、位置及电池寿命，在取车时将电源拔出后通过移动客户端进行结算并解鎖车辆，即可完成整个操作流程。
上图能够反映出社区电动自行车智能管理系统的运作方式及用户需涉及的操作，用户所涉及的操作不复杂，且适应青年及中年人群的理解能力。方便使用者操作的同时，也方便社区管理人员进行规范管理和实时监控，能够切实提升社区服务质量。
结论
面对社区电动自行车因停放与充电造成的各种问题，采用模块化设计方法能够提供一个较为完善的解决方案，可拆卸重组的设计思路为产品功能按照实际情况而转变提供了较好的支撑，同时优化使用流程，完善使用环节，有效提升电动自行车管理系统的用户体验。以功能体系为基础，以分解与重组为方法的模块化设计，具有广泛的适用性，为解决生活中因功能时效性与准确性局限而造成的问题提供了一条有效的解决途径。
一、问题概述
2004年《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》颁布实施以来，国内电动自行车保有量急剧增加，由此带来了电动自行车一系列社会管理问题。以住宅社区为例，电动自行车乱停放、充电难、易起火、易被盗、易超速撞人等突出问题成为了电动自行车管理标签。管理上存在缺乏统一的产品目录导致登记标准不统一;防盗能力弱;露天停放区域存在安全隐患;无特定充电区域;道路非正常占用等问题。结合模块标准化技术及现代信息技术，加强电动自行车管理的重要性不言而喻，而社区作为电动自行车的集中停放地点，成为智能管理系统应用主要对象。
二、研究现状
常规意义上的社区电动自行车管理，采取粗放式的管理模式，仅提供停放地点，因此存在火灾隐患、道路占用、充电难、防盗能力弱等问题。国内相关研究较少，且普遍认为可通过信息化手段提供解决方法。针对电动自行车智能管理系统进行研究的文献，其共同点是应用计算机网络技术和大数据技术，实现自动智能管理目标。其中鄢团军[1’提出利用无线射频技术构建覆盖城域的监控网，监管城市内日常通勤电动自行车;贾晓霞利用电动自行车数据，提取停留地点和移动轨迹，从而实现对电动自行车监控、流动性分析和用户行为分析。以上研究均具有极大的參考价值，但是主要着眼于如何解决信息化和大数据采集问题，对整合管理手段和实现功能排布或系统设计，上述研究则鲜有涉及。在当今“多功能产品”泛滥的年代，信息化手段也更为普及，以至于纯粹意义上的电动自行车驻停场所、信息反馈及数据采集已经不能再满足社区用户需要，因此对电动自行车智能管理系统提出了多功能、信息化、可定制等一系列要求。
三、研究理论与方法
考虑到区域、环境、年龄层次及教育水平等因素，不同社区在管理方面之间存在较大差异。拟应用模块化设计方法，开展社区电动自行车智能管理系统研究，便于推广应用。
（一）模块化设计原理
模块化设计方法由欧美国家于上世纪50年代率先提出并付诸实践。该方法可广泛应用于设计、生产、管理等多个方面，并快速渗透于家电、公共设施、交通工具、应急设备、加工设施等领域。模块是基本元素，可被定义为多个具备不同功能的组合要素，但能够组合或拆分的零件单元。一个部件结构成为模块的条件是：部件的功能、空间以及其他接口特征存在于模块化产品的特定标准接口允许的范围内。模块化产品设计过程中，通过不同模块的组合和匹配可满足更多功能，应对更多情形，这对于模块化产品提出了其特定的功能、结构、层次及性能特点的要求。其形式总体上可分为两点：基于功能的模块和基于生产加工的模块。在产品设计中是以基于功能的模块设计为主，因此模块化产品设计根本目的在于以少变应多变，以最为简便的方法应对各种情况。模块化产品设计方法是对不同功能或相同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析，划分并设计出多个功能模块，产品自身可通过不同功能模块的选择和重构以满足不同功能需求。就生产角度而言，模块化设计应当从系统设计角度出发，运用拆分组合的方法建立模块体系，将模块组合成产品或系统。产品模块被认为是不同构件或模块共同构成的复合产品的结构单元，用以发挥整体功能的组件。因此，模块化思维对于解决上述问题具有极强的针对性，能够利用一件产品或一个系统作为载体，通过组合与拆分的方式解决多种情形下所面临的复杂情况。
（二）模块化设计方法
模块化能够将产品划分为模块，灵活且系统地使用这些通用模块可组成多种多样的产品。电动自行车智能管理系统的模块化程度，则是在考虑品种、性能和成本条件下，考量如何划分或重构产品的功能或结构，从而满足电动自行车智能管理系统在管理过程中应对可能出现的一系列需求。将模块化设计思想应用在社区电动自行车智能管理系统上，其主要优势在于：一是将不同类别的充电、驻停、管理、防盗、收纳设备依照各不相同的需求进行整合，形成不同的功能模块，满足社区电动自行车智能管理系统对于不同功能依照实际情况灵活搭配的要求。二是各个功能模块能够依照社区大小、载具数量、车棚覆盖范围等条件进行灵活组合，从而增强社区住户对于电动自行车智能管理的时效性与准确性。
产品结构反映在需求领域、技术领域和物理领域三个方面，而产品结构则被描述为以上三者及其之间的映射关系吲。依据三者之间的相互映射关系，社区电动自行车智能管理系统设计应当从用户需求上挖掘，从而映射到技术（功能）领域，由功能直接反馈到相应模块设计。因此，基于模块化设计的社区电动自行车智能管理系统研究拟在通过需求映射技术与功能，将电动自行车的充电、防盗、身份识别、寿命分析、定位、缴费等划分成不同的功能需求并反馈到各个不同的功能模块，通过组合与拆解，依据社区实际状况进行功能分配，保留刚需功能模块，剔除冗杂模块，表现形式以“智能车棚”的独立建筑物形态，因地制宜，建设在住宅小区多处合适的位置，从而解决困扰用户已久的电动自行车日常管理难题同时，减轻社区管理人员压力。
四、社区电动自行车智能管理系统设计
（一）调查与分析
目前，市场主流社区电动自行车管理形式主要有：无人值守车棚式、有人值守车棚式、附带闭锁设备车棚式、以及车棚充电站组合式等。这些管理形式普遍不能称为系统，自动化及智能化程度较低，无法与个人移动客户端进行联动的同时，各类管理问题仍未解决，且随着社区人口增多，物业管理人员也更难将精力用在管理电动自行车上。结合前文对于相关研究的查阅发现，国内对于社区电动自行车智能管理系统仅停留在信息化与数据采集层面，实质上解决社会问题却依然没有一个完备可实施的解决方案。
实际用户调研分为两个阶段，第一阶段由用户筛选自身关注的信息，第二阶段针对用户实际使用过程进行深度访谈。第一阶段调研中，将防盗、充电、车主身份识别、电池寿命分析、车棚定位、充电缴费、空间扩容和规范停放次序作为主要调查指标。调查对象为武汉、威宁和荆州等地区的社区居民，男女各80人且具有3年以上社区生活经历，年龄层次在20-60岁之间。调查结果如图1。 调查结果中，年龄层次在20-30周岁的用户表现活跃，各方面问题均有关注;年龄层次50-60周岁用户群体积极性较低，且实际使用电动自行车情况并不多。另外，上述受访样本中，收入水平也存在些许差别，30-40岁人群收入水平最高，其次是20-30年龄层次的，最低收入反而是40岁以上人群。但是在抛开其他变量的基础上，几乎一半的受访人员都将“防盗”作为最关注的问题，同时充电和车主身份识别的关注度也较高。
调查呈现出三个特点：一是电动自行车防盗是当前最大问题，且在各个年龄层次中都备受关注;二是20-30岁之间的用户对于调查参与度较高，并且相较于年龄较大的用户，依照其经济水平、年龄大小、生活态度等方面都表现出对于电动自行车较高的依赖度。三是电动自行车自动充电与用户身份识别的关注度较高，推测原因可能在于智能手机的广泛应用，让基于移动端的支付和管理在各个年龄段用户心目中留下深刻印象。
综上，可将当前社区电动自行车管理存在的痛点总结为防盗、充电以及车主身份识别。次级需求在于电池寿命分析、车棚定位、充电缴费、扩充空间、规范停放次序等。
（二）系统设计
1.设计定位
依据调研结果，社区电动自行车智能管理系统功能定位应当以防盗、充电和车主身份识别为主要功能;以规范停放次序、扩充车库空间、充电缴费、车棚定位和电池寿命分析为次要功能。使用环境为国内—二线城市不同类型的社区中，环境特点是人口密度较高，人员构成复杂，车辆较多，人口活动高低峰具有时间段特性，社区规划程度有高有低。适用人群为社区住户以及管理者。市场定位较宽泛，目标群体即为社区物业管理部门。因此该系统成本视模块组装程度而定。同时该系统的造型也依从模块组合而决定。
2.通用模块设计
社区电动自行车智能管理系统自身分为四大核心通用模块：闭路电视模块、充电模块、车主信息管理模块、车轮闭锁模块。另可选配次要功能模块：照明辅助模块、广告牌模块等，模块搭配如图2所示。
（1）闭路电视模块能够有效监控车棚内的状况，线路连接至社区保安系统，管理人员能够足不出户掌握车棚内的状况，从而对电动自行车盗窃、失火等安全事件具备防范能力。
（2）充电模块可对电动自行车进行充电，社区住户通过扫描条码进行授权并使用其为自己的车辆充电。
（3）车主信息管理模块，也就是车主识别模块，能够保存车主信息，在云端进行信息备份，用户可通过移动客户端进行注册并将自身信息备份进云端，所有的操作均是基于身份验证通过后才可获取权限，因此该模块为管理系统中最为核心的模块。
（4）车轮闭锁模块是停放车辆最基础的模块，社区住户在进行身份验证之后，将车辆停放进车棚，利用车轮闭锁模块将车辆锁死，只有通过再次身份验证方可解锁。
除去核心模块，照明辅助模块能够提供自带储电功能的照明设施，为夜间存放车辆提供更好的照明;快递专用模块可为快递员使用的专用快递电动车进行停放保管，能够提供更大停放空间，甚至能提供储物柜，让该区域变成简易快递工作站，方便快递人员在车棚附近进行快递签收，满足以年轻人为主的社区快递签收需求的同时不再将快递员拒之门外;广告牌模块可作为墙壁或分隔板置于车棚之中，能够为社区管理人员提供额外收入。
系统中各个模块之间通过拆分与重组，能够依据社区实际情况，满足停车、取车、充电、缴费、防盗、身份识别、车辆定位等实际需要。
3智能车棚设计
根据实地勘察结果，绝大部分社区的电动自行车停放是以车棚为主，因此可根据实际需要对现有车棚进行模块化改良，从而得到一款智能车棚解决方案。智能车棚是社区电动自行车智能管理系统中的重要组成部分，每个车棚可被视作单独的模块的同时，每个车棚也具备一定模块化程度，能够通过搭载不同的部件，满足符合自身小区实际情况的功能需求。目前的实际情况在于，因为地段不同、经济发展水平不同、区位职能不同等原因，不同区域的社区规模、人员构成、规划程度等均存在较大差别。
图3中，社区电动自行车智能管理系统是以“车棚”为载体，车棚本身也能够作为模块化的一部分，在各设备均已模块化的前提下，可通过车棚与车棚的拆分组合，可在“全功能”与“部分功能”之间进行选择与搭配，灵活地应对不同规模、不同档次的社区住户停放需要。将整个车棚视为模块后，管理人员能够依据当前自身社区实际情况进行灵活排布，排布方式有以下四种，分别为大型社区空地停车处、人口密集且空间有限的社区停车处、道路较宽但空间不足的社区停车处、空间狭窄且空地零星的社区停车处。排布方式如图4所示。
4.系统应用流程
图5中，本系统是基于移动客户端，以模块化硬件为支撑的管理系统，用户通过移动客户端进行身份与车辆信息绑定，进入社区即可实现电动自行车车牌扫描解除门禁。进入车棚扫码停放自行车后可完成停放操作。如需充电，则在停放时勾选充电选项，并按照指示拿取充电接口进行充电。充电期间，用户可通过手机客户端实时查看车辆状态、位置及电池寿命，在取车时将电源拔出后通过移动客户端进行结算并解鎖车辆，即可完成整个操作流程。
上图能够反映出社区电动自行车智能管理系统的运作方式及用户需涉及的操作，用户所涉及的操作不复杂，且适应青年及中年人群的理解能力。方便使用者操作的同时，也方便社区管理人员进行规范管理和实时监控，能够切实提升社区服务质量。
结论
面对社区电动自行车因停放与充电造成的各种问题，采用模块化设计方法能够提供一个较为完善的解决方案，可拆卸重组的设计思路为产品功能按照实际情况而转变提供了较好的支撑，同时优化使用流程，完善使用环节，有效提升电动自行车管理系统的用户体验。以功能体系为基础，以分解与重组为方法的模块化设计，具有广泛的适用性，为解决生活中因功能时效性与准确性局限而造成的问题提供了一条有效的解决途径。