淮海工学院公共自行车智能管理系统方案设计研究

刘楠 马玉倩 赵立勤

摘要：本文根据当前大学校园学生拥有及使用自行车的现状，立足于淮海工学院苍梧校区的实际，主要针对校园公共自行车智能管理系统的设计方案进行研究。通过对校外共享单车在淮海工学院苍梧校区附近的站点分布、车辆数量、学生对公共自行车需求分析以及淮海工学院公共自行车智能管理系统投入的成本费用和预期收益的分析，认为淮海工学院实施公共自行车智能管理系统具有明确的可行性。在此基础上，从淮海工学院公共自行车智能管理系统校内站点的选择、系统运行模式的设计、控制系统的开发设计等方面分析研究该系统的方案设计，构建了该系统的基本构架。

Abstract： According to the current situation of college students' possession and use of bicycles and based on the real situation in Cangwu campus of Huaihai Institute of Technology， this paper focuses on the design scheme of campus public bicycle intelligent management system. By analyzing the bicycle site distribution in the vicinity of the Cangwu campus， the number of bicycles， students need of public bicycles， the cost and expected return of public bicycle intelligent management system of Huaihai Institute of Technology， we think that， the implementation of public bicycle intelligent management system has definite feasibility. On this basis， the design of the system is analyzed from site selection， system operation mode design， development and design of control system and so on， and the basic framework of the system is constructed.

關键词：淮海工学院；公共自行车；智能管理系统

Key words： Huaihai Institute of Technology；public bicycle；Intelligent management system

中图分类号：U491.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）16-0019-04

1 公共自行车在社会上的基本现状

随着我国社会经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市人口剧增，环境污染呈日益严重的态势，持续增长的二氧化碳排放加之能源供应紧张，使得我国城市交通受到越来越大的压力。自行车作为绿色交通、低碳出行的一种方式，灵活方便，具有独特优势，近年来我国开始逐渐重视公共自行车的作用，加大了对该领域的规划和支持力度。2008年5月，杭州市公共自行车租赁项目启动，并在几年内不断扩大发展，取得了较大的成功。随后，公共自行车项目如雨后春笋般在苏州、太原等全国各城市迅速扩展开来。截至2016年底，全国已有超过400个城市开展了公共自行车系统的建设，并且此数字正在持续快速增加中；行业中的主要企业也已经形成了地域和市场的布局[1]。

我国的公共自行车业务经过过去几年的有益探索后，逐渐形成了较为主流和稳定的政府购买公共服务的行业模式，即使用政府财政预算进行投资和监管，由专业机构进行实际执行。

此外，从2015年下半年起，以OFO、摩拜单车为首的一批无桩共享单车服务提供商在北京、上海、广州、深圳、成都等一二线城市陆续推出用户付费共享单车（无桩）。

总体而言，虽然我国公共自行车行业发展时间不长，但增长速度迅猛，未来有望在目前基础上保持快速、稳定的发展态势；并且行业中体量较大、布局较广的企业有望凭借其先发规模优势和庞大用户群体，巩固竞争地位，以扩展公共自行车行业的业务模式和盈利空间。

2 淮海工学院实施校内公共自行车系统的可行性分析

高校大学生是公共自行车（或共享单车）的主要使用群体之一，一些高校已经在校内启用了共享单车系统，但是由于自行车管理系统还不够完善，导致在系统运行中出现了诸如存车混乱、车辆丢失、车辆破损严重等很多问题，没有达到系统运行的预期效果。

近年来，随着淮海工学院（以下简称淮工）的招生规模不断扩大，校园“版图”也不断扩大，由于学校的教学区与生活区间隔过远，造成了出行不便的问题。因此，借鉴其他高校共享单车系统运行的经验、教训，开发、运行更完善的校园内公共自行车系统有很大的可行性。

2.1 校外共享单车在淮工附近的站点分布分析

淮工本部西门对面为连云港市新海高级中学和连云港市图书馆，该地区为人流量较多地区，所以连云港市的共享单车在淮工本部西门公交站台附近（26辆自行车）、淮工本部正门附近（30辆自行车）、连云港市新海高级中学门口与市图书馆门口中间（40辆自行车）、市图书馆旁边（科苑路，30辆自行车）各设有一个站点。

连云港市公共自行车站点均在淮工校外，如果淮工学生要使用公共自行车，必须要走到淮工门口方可使用。另一方面，使用公共自行车必须要使用市民卡或者微信绑定借车卡，考虑到淮工学生并不是人手一张市民卡或者借车卡，所以淮工学生不一定可以成功借车使用。

综上所述，虽然连云港市公共自行车在淮工校外设立了几个站点，但是淮工学生使用公共自行车依旧存在以下几点不方便的因素：

①淮工学生学习、生活地点距离公共自行车站点较远，不方便取车。

②校外公共自行车不是主要针对学生人群，学生使用公共自行车不方便。

③公共自行车站点在校外，对淮工学生在校内用车不方便。

因此，校外的连云港市的公共自行车及其站点分布，并不能很好满足淮工学生使用自行车的需要，开发和运行淮工校内公共自行车系统，可以更好地满足淮工学生在校内使用自行车的需要。

2.2 共享单车在淮工附近车辆数量分析

在淮工本部对面有一所高中和市图书馆，属于人流量较大地区之一。根据实地调查发现，在淮工附近仅设立了4个公共自行车站点，共126辆公共自行车，这对于人流量较大的地区是远远不够的。另外，这4个公共自行车站点是供连云港市所有市民使用的，而淮工学生仅是自行车使用人群之一。

对淮工学生现有自行车数量的调查表明，仅有34.6%的学生拥有自己的自行车，这其中有18.8%的学生不会在外出时经常使用自己的自行车，这意味着淮工绝大部分学生外出时，是通过公交车或校外公共自行车。而且，淮工学生使用自行车出行多数情况下是集体出行，同时使用的自行车数量会比较多。因此，淮工附近各站点内公共自行车供给的数量上也不能满足淮工学生出行的需要（尤其是在出行高峰期）。

2.3 淮工学生对公共自行车的需求分析

根据调查，淮工只有34.6%的学生拥有自己的自行车，且有62.2%的学生更愿意使用自行车出行（包括去上课）。因此，淮工学生对自行车的需求很大，尤其是对随骑随走，统一管理的公共自行车的需求更大[2]。

调查也显示，有62%的淮工师生听说过并且愿意选择公共自行车作为代步工具，主要原因在于公共自行车具有方便、经济、环保并能锻炼身体的特点。然而，仍然有38%的师生不愿使用公共自行车，其主要原因大多集中在担心停车不方便、怕危险以及担心不会使用上。有88%的师生认为，在校园内运行公共自行车将会对减少空气噪声污染以及方便出行方面产生有利影响。

因此，淮工校园公共自行车项目的推行是有充分的需求基础的。

2.4 淮工实施公共自行车智能管理系统的经济可行性分析

根据测算，淮工公共自行车智能管理系统第一批可投入950辆自行车（全新自行车475辆、僵尸车475辆），每辆公共自行车上所需配备的设备分别为车载唯一标识二维码、车载电子标签、锁止器，第一批一共需要13套站点管理器。

2.4.1 系统投入的成本费用分析

淮工公共自行车智能管理系统第一批投入运行的主体成本费用主要有以下几方面构成。

①共享单车车辆基本成本。一辆共享单车基本成本包括车辆购置费用、维修费用（针对回收车辆）、车载电子标签购置费用、锁止器购置费用、车载唯一标识二维码印制费用。具体费用如表1。

②共享单车站点管理器基本成本。共享单车管理器中包含的设备有感应器、服务器、控制器，一套管理器的价格为20000元左右，所需13套，因此站点管理器的总价格为260000元。

③共享单车维护材料费用。为防止车辆损耗，需要购入一批备用易损耗零部件，具体零部件费用如表2。

由于学校公共自行车的维护是交给学校后勤处管理，所以公共自行车的日常维护人工费用由学校后勤处另行预算。

2.4.2 系统运行的收益分析

根据上述测算，淮工公共自行车智能管理系统第一批投入运行的主体成本费用总共约为94万。由于投入的设备至少是使用四年，每一年都会给学校带来不同的效益，预计在第二年，效益将会跟投入总成本持平。从第三年开始将逐步盈利，预计第三年总收益将达到137万左右，净利润将达到43万左右；第四年的总效益将达到154万左右，净利润将达到60万左右。

3 淮工公共自行车智能管理系统方案设计要点

前述分析表明，实施淮工公共自行车智能管理系统具有明确的可行性。在系统方案的开发设计方面，根据淮工的具体情况，笔者认为着重要做好以下几方面工作。

3.1 校内站点的选择

在选择淮工公共自行车校内站点时，一方面要考虑站点附近人流量的大小，另一方面要考虑取车的便捷度。

从淮工校园内人流量大小的分布情况来看，淮工本部学生在正常作息时间，大多数是以宿舍为出发点，并且是以宿舍为单位出行，学生公寓附近是人流量最大的区域；文通楼（包括A楼、B楼）和教学主楼是属于主要教学区，该区域的人流量较大，特别是周一至周五；圖书馆在教学主楼附近，人流量也大。

从淮工师生取车便捷度来看，在休息日有大部分学生愿意骑车到校门口，然后打车出行或者坐公交出行，这样一来自行车无处停放，会对学生造成不必要的困扰。淮工师生在正常工作日主要活动区域包括教学楼（主楼、文通楼包括A楼、B楼、讲堂楼、文渊楼）、教师公寓楼（四食堂前面宿舍公寓）、宿舍楼（A区、B区、C区、D区）、食堂（一食堂、三食堂、清真食堂、四食堂），淮工师生上课和就餐的出行都需要使用到自行车，在这些区域设置密度较大的站点，会提高师生取车的便捷度。

根据以上影响因素，淮工公共自行车站点分布点应该分别为学生公寓A区、B区、D区、文通楼（包括A楼、B楼）、主楼及主楼附近。学生公寓A区有10栋楼，每两栋楼之间设立一个站点。在学生公寓B5楼下和大学生活动中心楼下设立站点。文通楼与A楼、B楼相通，所以在文通楼左右两边分别设立一个站点。在主楼正门口广场设立一个站点，图书馆在主楼附近，所以在图书馆正门设立一个站点。为方便学生出行，在学校正门口和西门口设立站点。以上是第一批设立的自行车站点，站点数量和新增站点区域将会根据系统运行的反馈情况进行逐步增加。淮工公共自行车第一批设立的校内站点设计如图1所示。

3.2 淮工公共自行车智能管理系统运行模式设计

淮工公共自行车智能管理系统运行模式设计得是否健全完善、先进合理，决定了系统运行的效率和效益，因此这是整个系统开发设计的重点，其关键内容主要涉及到以下几个方面。

3.2.1 系统基本运行模式

目前公共自行车智能管理系统主要有有桩式公共自行车系统、无桩式公共自行车系统（共享单车）两种。①有桩式公共自行车系统，是由数据中心、管理信息系统（MIS）、运营中心（发卡、充值、调度、维修等）、站点智能控制器、电子防盗锁、自行车及随车锁具、用户借车卡等基本部分构成。用户在办理借车卡后，在柱立式锁车器的IC卡感应区刷卡，进行借还车和付款。这套设备的生产成本昂贵，由于需要安装柱立式锁车器，需要对地面进行破坏性的施工，安装成本也随之增大。②无桩式公共自行车系统（共享单车），共享单车是通过手机APP、云端平台、车载智能控制系统实现租还车的。用户需要注册APP账号，缴纳押金后扫描车身二维码即可使用自行车，还车时按下车载锁止器，在APP上进行付款就能实现还车。该系统相较于有桩式公共自行车系统更为便捷，方便用户借还，但是同样带来乱停乱放的问题，给本来就拥挤的城市带来麻烦[3]。

考虑上述两种类型的优缺点，建议淮工公共自行车智能管理系统采用无桩式固定区域公共自行车智能系统。此种模式是一种基于物联网的公共自行车租赁系统，使用车载公共自行车智能控制器，车载唯一标识二维码，手机APP、车载电子标签、停车区域RFID感应器以及后台管理系统，使用RFID技术取代有桩锁车器的同时固定自行车的停放点。该系统的相对优点主要有：①同时使用APP和站点刷卡终端可以大大提高使用率，让用户选择借还方式[4]；②该系统无需使用有桩锁，大大节省生产成本，无需对地面进行破坏性施工，也大大节省了安装成本；③淮工在校学生只需在APP上上传手持学生证的照片即可进行无押金租车；④该系统解决了普通共享单车乱停乱放的问题，约束了车辆的停放地点，方便调度人员进行调度工作[5]。无桩式智能系统实现固定区域借还车流程如图2所示。

3.2.2 设立淮工公共自行车智能管理系统专业化管理机构

公共自行车智能管理系统的日常运行管理和维护，是整个系统有序运行的最基本保障，其他高校类似的公共自行车系统运营经验和教训一再说明，系统的日常运行管理和维护的水平，是直接导致系统能否平稳运行以及系统运行能否达到预期效果的最主要因素。因此，公共自行车智能管理系统的日常运行管理和维护，必须由专业化的管理机构来牵头负责。

淮工也应该设立公共自行车智能管理系统的日常运行管理和维护的专业机构。根据淮工的具体情况，此机构可由淮工后勤处直接进行领导，或者说，可以在淮工后勤处专门成立一个科室，专门负责公共自行车智能管理系统的日常运行管理和维护。

考虑到淮工本部校区较大，后勤处工作人员人手不足，公共自行车智能管理系统日常运行管理和维护的一些简单的工作，可以招聘学有余力的在校学生，经过系统培训后作为管理人员来负责，使校园公共自行车项目成为学生社会实践的一个平台，不仅可以提升学生的管理能力以及社会责任感，更可以降低运营成本，节约资金。学校可对每学期表现优秀的学生管理员进行奖励，以激励学生积极参加社会实践活动。对于自行车的硬件维护，可由学校后勤保障部门负责，由专门的工作人员对破损的自行车进行维护和更新，以保证自行车的良好运行。对于该智能系统的技术升级以及修复该系统出现的故障方面的工作，应设立一个专门的技术小组来主要负责。

3.2.3 淮海工学院公共自行车收费模式设计

淮工公共自行车智能管理系统的运行，还需要考虑自行车的租赁媒介问题。经过校内调查显示，有92%的师生愿意将“校园一卡通”作为公共自行车的租赁媒介，其余师生则主张重新办理自行车租赁卡，或用现金租车。为了防止丢失及打击偷盗，学生需在PU上进行实名验证后才能使用公共自行车，一旦发生自行车丢失或被偷盗现象，所涉及到的学生将会影响PU上的诚信值，诚信值低于85%将会影响PU的正常使用。在租赁资费方面，师生们一致认为，校园公共自行车属于公共交通设施，因此租赁资费应在师生可接受范围之内。据调查统计，有70%的师生认为两公里以内（包括两公里整）5元，超过两公里，超过的公里数按0.5/km计费（不满一公里按一公里计费）可以接受。除此之外，有13%的师生认为0.4元/20min（不满20分钟按20分钟收费）的价格他们也可以接受，主要原因在于他们需要使用次数频繁，但时间较短[6]。

由于针对的主要是学校师生，所以只要验证本校师生身份成功，就可进行免押金使用，收费标准分为两种：一种是距离制收费，一种是时间制收费，两种收费模式学生均可按照自己的需要进行选择使用。距离制收费标准为两公里以内（包括两公里整）5元，超过两公里，超过的公里数按0.5/km计费（不满一公里按一公里计费）；时间制收费标准为0.4元/20min（不满20分鐘按20分钟收费）。如果学生没有按时还车，学校可以通过“一卡通”对学生进行罚款，如罚金没有按时支付，学生将不能使用校园公共自行车[7]。

3.3 淮工公共自行车智能管理系统控制系统的开发设计

淮工公共自行车智能管理系统的开发设计，最为核心的部分，是其控制系统的开发设计。淮工公共自行车智能管理系统的控制系统的开发，重点内容包括以下几方面。

3.3.1 开发淮工公共自行车智能管理系统平台

通过云端平台与所有单车进行数据通讯，收集信息与下达命令，为管理人员、手机APP、站点终端机提供服务，响应用户与管理员的操作来向车控终端或者站点终端机发送命令进行控制。用户可以通过APP扫描车身二维码或者在站点终端机刷卡进行自行车的租还。

3.3.2 设计车载自行车智能控制器

控制器可采用ST17H30型蓝牙智能芯片实现车辆定位和驱动自行车锁止器的开关，当接收到后台控制系统发来的开锁指令时，控制器触发电子控制模块，开启机械锁的控制插销，用户就可以手动开锁，开锁成功后，触发电子控制模块的开锁成功开关，通过中央控制器通知后台管理系统开锁成功；当用户锁车成功时，触发电子控制模块的锁车成功开关，通过中央控制器通知后台管理系统锁车成功。

3.3.3 研发REID停车区域感应器

用RFID感应器取代固定在地面上的有桩锁车器规范自行车的停放地点。当自行车停放在感应区内才能还车成功，避免自行车的乱停乱放。RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频发出的信号识别目标对象并获取相关数据，在规定的停车区域安装RFID解读器，在自行车上安装应答器也就是所谓的电子车标，当标签进入磁场后接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送储存在标签中的车辆信息，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行确认还车[8]。

3.3.4 研发公共自行车站点自助服务器

自助服务机也称中控机，是前端自助租还系统的“大脑”，实现数据处理、数据存储、数据传输等功能。自助服务机应该带有LCD显示屏，可以提供卡片信息查询、周边站点信息查询等各种服务。该系统还应该可以配合校园一卡通系统使用，师生可以通过一卡通来租还车。

4 结论

公共自行车的发展已呈现出一种不可逆转的趋势。连云港市的公共自行车无论是在站点分布还是的车辆供给数量上，都不能很好满足淮工学生用车的需要。淮工顺应发展趋势，开发和实施校内公共自行车智能管理系统在经济性方面和满足学生出行的需要方面都具有可行性。借鉴其他公共自行车系统运营的经验和教训，淮工校内公共自行车智能管理系统方案的开发设计，首先要在校内站点布局以及运行模式（包括基本运行模式、管理模式及计费模式）方面进行规划设计，以保证系统在框架层面具有合理性、先进性，其次应重点运用先进技术，开发整个系统的中枢部分——控制系统部分，切实保证系统运行的智能化、人性化以及安全稳定性。

淮工公共自行车智能管理系统主要是以淮工在校学生为主要使用对象开发的，如果该系统在淮工运行成功，则对其他高校也具有借鉴推广的价值。

参考文献：

[1]王雪琳，萬毅.公共自行车在校园内运行前景及运行模式分析[J].边疆经济与文化，2013（03）：114-115.

[2]史京华.高校校园代步工具现状分析研究[D].河北科技大学，2016.

[3]施文，费建国.高校无桩式公共自行车规划与调度——以西南林业大学为例[J].交通科技与经济，2017，19（06）：29-32.

[4]沙强，曹婷婷.基于手机APP的江苏大学公共自行车租赁系统研究[J].设计，2016（01）：29-31.

[5]曹婷婷.江苏大学公共自行车停车模式改良设计研究[J].设计，2016（03）：30-31.

[6]王文驰，曹桂彬，陈雪莹.高校校园公共自行车租赁系统探究[J].企业改革与管理，2014（16）：152.

[7]刘林娜，黄睿，林媛，赵婳.河南高校校园新型智能化公共自行车租赁系统的研究[J].中外企业家，2014（20）：114-115.

[8]姜宇航.基于RFID的自行车防盗系统的设计与实现[D].吉林大学，2015.