校园自行车共享系统设计

移动互联网+校园自行车共享系统规划

摘要

校园自行车共享系统是一种新型的交通资源共享模式，通过构建基于应用程序的自行车租赁平台，实现自行车所有者与用户之间的租赁服务，同时保留师生对自有自行车的所有权。该系统在分析租赁需求的基础上，优化自行车共享站点的规划与设置，并投入运营。在客户端采用移动互联网技术和电子动态密码锁，实现自助式租赁业务。

关键词

自行车共享；Bus快速交通；Sharing站点规划

引言

始于20世纪60年代，经过近半个世纪的发展，自行车共享系统目前在中国已日趋成熟，并将持续发展和完善[1]。近年来，随着大学校园建设规模不断扩大，校园功能区之间的距离越来越远，已远超步行可达范围。作为一种环保、易用的低速交通工具，自行车适用于校园路径出行，越来越多的师生倾向于在校园内骑行而非步行。然而，由于出行距离较长、出行时间集中以及用户数量庞大，自行车的普及带来了一些日益严重的问题。首先，停车区域不足且停放混乱，导致自行车使用率低下，超过80%的自行车处于闲置状态。其次，校园内自行车盗窃事件频发，进而导致黑市非法交易日益猖獗。许多高校尝试采用类似城市公共自行车的管理措施，但在实施过程中常遇到瓶颈。固定桩公共自行车需要大量设施，占用大面积场地，并且消耗巨大的工作量，需要长期在硬件设备和系统软件上进行高额投资，从而导致系统和设备的维护活动复杂且繁多。此外，自行车分配不均衡以及调度不便造成了借车和还车的困难。因此，亟需一种新型且适用的自行车共享解决方案。

该校园自行车共享系统鼓励师生将自有自行车投入共享周期，优化区域内共享站点的规划与设置，利用应用程序系统为自行车所有者和临时用户提供租赁平台，从而实现智能化的自助借还流程。

校园自行车共享系统的总体设计

设计概念

该校园自行车共享系统基于对南京林业大学的研究与分析，结合移动互联网技术、智能手机操作系统以及电子动态密码锁进行设计。在校园初步规划的基础上，利用现有自行车和密集资源，提供安全、快捷、方便且环保的出行交通，以促进师生参与此共享计划。

在校园背景下，将闲置自行车引入共享出行将促进交通资源的利用，降低出行成本，提供一种新型出行方式，并推动和谐校园的发展。

系统结构

该系统服务于自行车所有者、临时用户和系统管理员。系统包括面向自行车所有者的停车子系统和分配子系统，面向临时用户的借用子系统和换车子系统，以及管理中心的数据库管理系统和支付子系统。当自行车所有者确定停放与共享位置及待命时长后，可用自行车即进入共享周期，并由临时用户通过系统中的应用程序使用，该模式由López等人研究。[2]一种动态密码锁将被一致分配用于锁定待命的自行车，当通过应用程序接收到动态密码后，锁将被解锁，从而实现无需人工接管的自助共享循环。此外，管理中心将制定关于准入机制、应用区域、动态密码锁和系统车辆的有效管理措施，以确保系统的稳定运行。共享方案如图1所示。

系统组件描述

管理协议

为了优化系统用户的管理，并提供高效、安全、便捷快速的自行车共享服务，将在系统的设计与运营中采取以下管理措施。
(1) 用户将使用校园一卡通或由管理中心发放的用户卡注册并绑定自行车共享系统，以确保系统的可靠性。(2) 自行车所有者参与系统时将使用系统分配的智能密码锁，建立应用程序系统与动态密码锁控操作之间的关联，从而实现对锁具的智能控制。(3) 任何自行车在共享前都将贴上标识并进行编号，以便于识别。

共享站点规划

(1) 共享站点规划原则

• 根据区域内的本地条件 ：结合教学区、住宿办公区的布局特征以及周边公共交通状况，采用多种策略设置自行车共享站点。
• 便捷可达和易于使用 ：校园内的自行车共享站点应尽可能靠近建筑物出入口及各区域通道，以充分发挥自行车共享系统门到门的交通服务功能。
• 与建筑物的兼容性 ：共享站点应与建筑物及出入口相协调，设置在路况良好的路径或可通行的广场上，以尽量减少对行人公共交通的干扰。
• 景观与环境协调 ：共享站点的设置应与周边环境相协调，并符合校园文化，以统一的方式美化校园，体现校园美学特征[3]。

(2) 分区

应用区域将被划分为多个自行车交通区，在总体规划的控制下，最大限度地发挥自行车在短途出行中的优势，使其成为校园内外的主要出行方式。在自行车共享站点的规划与设计中，校园将按区块进行分区，并整合各类交通源，以充分了解这些交通源及其之间的交通流量。在分区过程中，应尽量减少区块的数量，同时准确、充分地容纳交通源和交通流量。这些区块应具有同质性，并尽可能以溪流[4]等自然边界进行分隔。

根据校园的物理空间、自行车行驶路线和停车条件，并结合校园内各功能区的位置及交通状况，现将校园划分为十个区域，如图2所示。

(3) 共享站点设置

如图3所示，从学生住宿区到教学区，以及从1、7和9区到2和4区的交通流量最高，这些路线的出行需求将在共享站点规划中得到充分满足。在共享站点的设计中，根据校园分区，按区域依次布置和设置共享站点。建筑物、道路和公共设施的当前状态和布局以及预期路线图中所示的交通流量，以确保校园内共享站点的协调发展，满足校园交通需求。综合考虑上述因素，初期设置了25个共享站点，如图4所示。

(4) 共享站点设置分析

为用户提供便捷的自行车借还服务是共享系统的关键功能之一，因此用户位置到共享站点以及共享站点到用户目的地的距离应尽可能短。在校园自行车共享系统的设计中引入了公交站/站点服务覆盖范围的概念。共享站点覆盖率是指围绕共享站点绘制的圆的面积占校园总面积的百分比。

根据调查，希望在1、2、3、4或5分钟内到达共享站点的出行者分别占受访者总数的15%、40%、24%、12%和9%。假设成年人步行速度约为1.2米/秒，则1/2/3分钟’步行距离分别为72、144和216米，如图5所示，覆盖范围约为42%、95%和99%，表明该设置方案具有良好的可达性和便利性。

智能动态密码锁设计

自行车将配备一种与应用程序关联且无需钥匙的电子动态密码锁，当通过锁上的键盘输入有效的动态密码时，自行车将被解锁。

本应用程序旨在研究基于单片机（SCM）和GSM模块的电子动态密码锁的设计。图6展示了电子动态密码锁的模型。自行车所有者将自行车停放在指定的共享站点，登录系统确认站点信息，并锁定自行车以使其进入共享周期。当临时用户在系统中确认租赁某辆自行车时，单片机（SCM）通过随机数生成动态密码，并通过GSM模块将该密码发送到指定手机[5, 6]。用户通过键盘输入获取并输入该密码锁上自行车以解锁并获得使用权限。根据自行车共享系统的特殊要求，临时用户在使用过程中停车时，可以在不登录系统的情况下锁定自行车，然后通过最初获取使用权限时获得的原始密码，以一种简单且安全的方式重新解锁。

客户端应用设计

应用客户端（应用程序）是运行在手机终端上的软件，通常基于 Windows Mobile、iPhone、BlackBerry或安卓操作系统。本文以安卓操作系统为例，设计校园自行车共享系统的应用客户端。

系统软件应用程序主要包含以下业务逻辑，如图7所示。
(1) 用户注册和登录。(2) 自行车所有者选择共享站点、可用时间段，然后停放自行车并将其加入共享周期，该自行车将通过系统被临时用户借用。(3) 临时用户通过输入使用时间、目的地或相关信息，搜索其周围的共享站点，系统将查找可用的自行车并推荐那些停放在目的地的自行车，以实现途中骑行自行车。用户选择一辆自行车借取，并获取动态密码来解锁和使用。任何已借取自行车但未归还的用户将不被允许再次借取另一辆自行车。
(4) 用户使用完所借自行车后，可在系统中选择任意共享站点停车并上锁，完成归还，动态密码将被重置。支付可通过支付宝、电子银行或第三方支付平台完成。若用户需中途停车，可直接上锁而无需登录系统，之后使用原密码解锁即可。
(5) 自行车所有者在取车时可定位其自行车，获取解锁密码后成功取车。若指定的可用期限已过但自行车尚未归还，系统将通过发送短信提醒借车人。

应用前景

该自行车共享系统不仅可以引入大学校园，还可以推广至社区、工业园区和商业区，在合理规划甚至扩展至整个城市的情况下，为用户提供便捷快速的门到门出行服务。建议在可持续城市交通框架中将自行车共享与公共交通相整合。

在应用技术方面，可以在自行车共享过程中集成即时用户消息模块，以实现用户在整个共享过程中的实时通信。目前广泛使用的XMPP是一种跨平台即时通讯协议，可应用于客户端开发，支持添加好友以及文本、图像或语音的传输，使系统更加用户友好。

此外，该系统可接入云计算或大数据的技术服务系统，为自行车流通数据提供附加值。通过云计算进行数据存储与分析，可以构建与自行车共享系统紧密结合的大规模基础平台。系统中的自行车流通数据可为共享系统的发展与改进提供全面且客观的依据，并为自行车交通乃至整个交通系统的发展提供数据平台。

结论

新型自行车共享系统将用户自有自行车纳入系统，而非集中制造并投放公共自行车，从而实现校园内现有自行车的循环利用，解决停车问题，并有效整合校园内闲置的自行车的价值。根据应用区域的初步规划和交通状况设置固定停车点，便于共享系统的集中停放和管理，从而提升安全性。在解决校园内自行车交通问题时，通过使用应用程序平台和动态密码锁，减少了土建工程。移动互联网+与智能手机的结合，摒弃了传统的配备液晶显示屏、交互式按键和可锁定车桩的服务终端。