高密度停靠和相互兼容的公共自行车和共享单车存取系统研究

李由 ，金辉 ，李瑞鸽 ，何春木 ，金嘉娴

（1.台州学院建筑工程学院，浙江台州 318000；2.台州市规划局，浙江台州318000）

1 引言

2008年5月1日，杭州市公共自行车系统开始试运行。经过试运行探索之后，为了提出具有杭州特色的、先进的公共自行车规划，并为后续建设提供指导，2008年6月开始编制杭州市公共自行车规划[1～3]。2009年，上海市、苏州市、台州市等一批大中型城市也陆续建设并运行了首批由政府主导的公共自行车系统。收到首批应用城市的良好反馈和国家政策积极鼓励后，随后几年公共自行车系统开始在全国多个城市迅速推广，截至2017年，全国已有超过百个城市投入运行了由不同公司建设和维护的公共自行车存取系统。

2014年，第一批共享单车在北京大学校园投入使用，由于它适应了校园出行的需要，取得了预期的效果。在大学校园取得成功之后，共享单车开始向城市扩展。2016年，共享单车先后进入广州、北京、上海、深圳、杭州等30多个城市。不同于政府主导的具有公益性质的公共自行车系统，共享单车是由运营企业有偿出租给大众使用的一种具有互联网控制功能的自行车，公众通过手机向企业支付费用，就近取车和交还[4]。

随着公共自行车和共享单车系统的推广，不同学者针对以下方面进行了理论研究：

1）公共自行车和共享单车系统在不同城市的项目实施策略及应用经验总结；

2）公共自行车和共享单车出行需求，租赁站远期发展规模分析和站点布设优化；

3）公共自行车和共享单车系统的软硬件优化改进和先进技术的应用[5]。

本文针对各个城市的各种公共自行车和共享单车系统之间各自独立运行，特别是存取方式、锁车位置和方式各不相同，无法实现系统之间的相互兼容和无缝转换的缺陷，以及城市交通空间有限、道路用地紧张的现状，首先从多种锁车位置和锁车方式的技术特点入手，研究满足高密度停放和锁具兼容等技术需求的新型公共自行车和共享单车存取系统。并运用SWOT分析法研究新型系统推广的可行性、发展定位和发展战略，对实现国内公共自行车和共享单车系统的之间的互联互通和标准化、规范化提供一定的参考。

2 现状问题和原因分析

国内公共自行车和共享单车系统存在的主要问题是由于缺乏相应国家规范和国家标准的指导，各个城市采用各种不同的公共自行车和共享单车存取系统，各自独立运行无法实现互联互通和通存通取，主要原因如下：

1）锁车位置和锁车方式的多样化是造成这一问题的主要因素。以车体锁为例，其锁舌安装位置有在车头、车叉、车架上等多种形式，而且锁舌的形状和长度也是不相同的。这不仅造成车身外形的怪异，也直接导致了不同系统的自行车只能在相对应系统的停车桩上进行存取，无法实现不同系统之间的相互兼容[6～8]。

2）各个城市的公共自行车和共享单车管理控制系统独立运行。市民在另外一个城市无法使用原有城市的租车媒介（公共自行车卡），或者在城市交界处无法跨区域实现租还车。

3）公共自行车和共享单车系统各自独立运行。公共自行车系统一般由政府相关部门或者委托系统建设公司运营管理，具有稳定可靠、停放有序、调度和维护保障及时的优点，但是站点的布置密度有限无法覆盖城市的每一个角落，并且必须在站点存取，使用灵活性不足。共享单车由运营企业有偿运营，可以依托移动通信网络和定位系统实现随停随取，但无法利用公共自行车的固定存取站点实现有序停靠，随意停放的共享单车成为城市管理的新问题。

3 公共自行车和共享单车的锁车位置和锁车方式

锁车位置和锁车方式的统一和兼容是实现多种公共自行车和共享单车系统之间的相互兼容的硬件基础，以下针对多种锁车位置和锁车方式的技术特点进行分析。

3.1 锁车位置和锁车方式的基本类型

国内公共自行车和共享单车系统的锁车位置和锁车方式主要分为以下4种基本类型：

1）车体锁：在自行车车体的特定位置，如：车头、前后车叉、车架上附加特定形状的锁舌，利用锁舌和停车桩上的锁孔、锁具相互配合，实现锁车存取作业；

2）车轴锁：延长车轮车轴作为锁舌或将车轴固定螺母替换为特定形状的锁舌螺母，利用锁舌和停车桩上的锁孔、锁具相互配合，实现锁车存取作业（见图1、图2）[9]；

3）车轮锁：通过特定锁具穿插和抱合前后车轮，实现锁车存取作业（见图 3、图 4）[10，11]；

4）车钥匙锁：通过控制箱存取和分发车钥匙，实现锁车存取作业。

图1 车轴锁的案例

图2 车轴锁的停靠点案例

图3 车轮锁的案例

图4 车轮锁的停靠点案例

3.2 锁车位置和锁车方式技术特点的分析比较

采用车钥匙锁的公共自行车系统，由于在存取过程中需要刷卡、取车钥匙、开锁取车等多个操作步骤，且车钥匙不便保管容易丢失，采用该系统的城市案例数量较少，例如，武汉市曾经使用过该原理的公共自行车系统并且很快被淘汰。因此，本文仅针对应用案例较多的其余3种主要锁车方式：车体锁、车轴锁、车轮锁，分别从以下7个因素分析比较其技术特点（见表1）。

1）改装性：是否需要安装附加锁舌以及锁舌的安装是否便捷；

表1 3种主要锁车方式的多因素分析比较

2）牢固性：锁车固定位置的数量和方式，车身是否容易发生晃动和位移；

3）可靠性：锁舌和锁具的机械强度和可维修性能；

4）防盗性：能否防止车身和车轮被拆卸和盗取；

5）便捷性：锁舌和锁具的配合是否容易操作，锁孔是否容易对正；

6）兼容性：是否可以保留原有锁车方式和停靠桩并与新型存取系统相互兼容；

7）停靠密度：是否可以通过正反向交错停放方式实现高密度停车[12～14]。

图5 锁舌损坏案例

图6 车轮丢失案例

图7 正反向高密度停靠控制方法案例

3.3 锁车位置和锁车方式的优化选择

通过上述分析可以得出3种主要锁车位置和锁车方式的技术特点比较结果：

1）车轴锁和车轮锁相对于车体锁，对于公共自行车和共享单车的改装条件要求较低，改装迅速便捷，市民存取操作使用方便。两者均能实现不同公共自行车和共享单车系统之间的兼容使用和正反向交错高密度停车。因此，车轴锁和车轮锁相对于车体锁具有较大的技术优势，是优先选择的新型公共自行车和共享单车系统的技术方案。

2）车轴锁相对于车轮锁，在锁车牢固度、锁具可靠性和防盗性能上具有技术优势。

3）车轮锁相对于车轴锁，在可改装性、停车灵活性和存取便捷性上具有技术优势。

4 正反向高密度停靠公共自行车存取控制系统及控制方法

由于高密度停靠公共自行车存取系统采取正向停车和后向停车相结合的方式提高单位面积的停车数量，在具体使用过程中会由于正向和后向车位存取顺序问题产生干涉现象，导致一些存取车位的公共自行车无法取车或一些空余车位无法还车。上述因素制约了高密度停靠公共自行车存取系统的无顾虑使用，影响其操作的简易性和使用的便捷性。

4.1 正反向高密度停靠公共自行存取控制系统

正反向高密度停靠公共自行存取控制系统通过在每个前向、后向停车桩内安装监测器，监测器监测公共自行车停入状况并输送信号给控制器，控制器通过逻辑判断该停车位是否可以借还车，并控制该停车桩锁定机构执行开锁或锁止动作（见图8）。

图8 正反向高密度停靠公共自行车存取控制系统图

4.2 正反向高密度停靠公共自行存取控制方法

正反向高密度停靠公共自行车存取控制方法，包括以下步骤：

4.2.1 公共自行车借车

用户对后向停车桩刷卡时，控制器控制后向停车桩的公共自行车锁定机构解锁，用户可顺利取出后向停放的自行车；用户对前向停车桩刷卡时，由监测器监测该前向停车桩的两侧的后向停车桩的公共自行车停放情况后，向控制器输送信号，由控制器控制公共自行车锁定机构解锁或控制警报器发出提示，分为如下情况：

1）该前向停车桩两侧的后向停车桩均无公共自行车停入的情况时，控制器控制公共自行车锁定机构解锁，该前向停车桩停放的自行车可顺利取出；

2）该前向停车桩两侧的后向停车桩其中之一有公共自行车停入的情况时，控制器控制公共自行车锁定机构解锁，该前向停车桩停放的自行车可顺利取出；

3）该前向停车桩两侧的后向停车桩均有公共自行车停入的情况时，控制器不控制前向停车桩的公共自行车锁定机构解锁，控制两侧的后向停车桩其中之一的公共自行车锁定机构解锁并控制警报器发出提示，两侧的后向停车桩其中之一中停放的公共自行车可顺利取出。

4.2.2 公共自行车还车

用户对前向停车桩刷卡还车时，控制器控制公共自行车锁定机构解锁，使用户顺利归还公共自行车至前向停车桩，然后控制器控制公共自行车锁定机构锁止。

用户对后向停车桩刷卡还车时，由监测器监测该后向停车桩的两侧的前向、后向停车桩的公共自行车停放情况后，向控制器输送信号，由控制器控制公共自行车锁定机构解锁/锁止并控制警报器发出提示，分为如下情况：

1）该后向停车桩两侧的前向停车桩均有自行车停入的情况时，控制器控制公共自行车锁定机构解锁，用户顺利归还自行车至后向停车桩，然后控制器控制公共自行车锁定机构锁止；

2）该后向停车桩两侧的前向停车桩均无自行车停入情况时，由监测器监测该后向停车桩两侧间隔的后向停车桩自行车停入情况，若两侧间隔的后向停车桩有/无自行车停入，则控制器控制公共自行车锁定机构解锁/锁止并控制警报器发出提示。

3）该后向停车桩的一侧前向停车桩无自行车停入情况时，由监测器监测该后向停车桩一侧间隔的后向停车桩自行车停入情况，若一侧间隔的后向停车桩有/无自行车停入，控制器控制公共自行车锁定机构解锁/锁止并控制警报器发出提示。

具体的实施过程如图7：将排列的自行车依次编号为（1、2、3、4、5、6、7、8、9）。借车过程：如用户需借（2、4、6、8）号车，刷卡即可顺利取出，如用户需借（1、3、5、7、9）号车，以 3 号车为例，则需2号、4号车均无停放，3号车可顺利取出；2号或4号无停放，3号车可顺利取出，若2号和4号均有停放，3号车不允许取出。

还车过程：如用户需还（1、3、5、7、9）号车，可顺利还车。若用户需还（（2、4、6、8）号车，以 4 号车为例，当 3 号与 5 号车均有停放，4号车可顺利还车；

当3号无停放，5号有停放，则需判断2号的停放情况：2号无停放，则允许4号还车，2号有停放，则不允许4号还车。

当5号无停放，3号有停放，则需判断6号的停放情况：6号无停放，则允许4号还车，6号有停放，则不允许4号还车。）

当3号和5号车均无停放，则需判断2号和6号的停放情况：2号和6号均无停放，则允许4号还车，2号和6号均有停放或2号、6号有一车停放，则不允许4号还车。

5 新型公共自行车和共享单车存取系统的SW O T模型分析

SWOT分析（SWOT Analysis）也称SWOT分析法、道斯矩阵，及态势分析法。来自麦肯锡咨询公司的SWOT分析法，就是用于分析、比较和确认各种技术方案和实施策略所面临的优势（Strength）与劣势（Weakness）、机会（Opportunity）与威胁（Threat），并据此选择和确定选用何种各种技术方案和实施策略，最大限度地利用内部优势和机会，使得劣势和威胁降低到最低。模型的分析步骤如下所示：

1）明确SWOT模型分析对象。

2）内部条件分析，提出对象现在所涉及领域中自身所具备的优势和劣势。

3）外部环境分析，提出对象外部环境中所存在的发展机会和发展威胁。

4）编制SWOT分析矩阵。以外部环境机会和威胁为一方，另一方为内部条件中的优势和劣势，将4种因素相互匹配加以组合，形成一个二维矩阵，组成4种SWOT情景组合：S-O组合、W-O组合、S-T组合和W-T组合，得到未来发展可选择的所有对策。

5）发挥优势，克服弱点，利用机会，化解威胁，制定行动战略。

以下对优化选择的新型系统方案进行SWOT模型分析，并得出新型系统推广实施的策略。

5.1 新型公共自行车存取系统的SW O T模型分析矩阵

新型公共自行车存取系统的SWOT模型分析矩阵如表2所示。

表2 SW O T分析矩阵

5.2 新型公共自行车存取系统的SW O T模型策略矩阵

新型公共自行车存取系统的SWOT模型策略矩阵如表3所示。

5.3 新型公共自行车和共享单车存取系统基于SW O T模型分析的指导策略

通过SWOT模型分析，针对不同城市、不同地区、不同公共自行车和共享单车系统之间对于互联互通，无缝兼容的实际需求和城市用地紧张对于公共自行车系统高密度、紧凑布置的实际要求，以SO和ST策略为重点指导策略，充分发挥新型系统技术先进，远期效益高的比较优势，推动国内公共自行车和共享单车系统的更新换代和技术升级。同时，根据WO和WT策略，加强新技术和新型系统的推广和宣传，不断推进技术改良和改进，提高产品成熟度和技术可靠性。

表3 SW O T策略矩阵

6 结论

通过多项因素的比较分析，发现车轴锁和车轮锁相对于车体锁在多项分析因素下均具有较大的技术优势，应该成为新型公共自行车和共享单车系统的技术方案。车轴锁更适合于常规和固定停靠站布置，车轮锁更适合于临时停靠和移动布置，两者均能有效实现不同公共自行车和共享单车系统之间的相互兼容使用和正反向交错高密度停靠。新型公共自行车和共享单车存取系统可以采用车轴锁和车轮锁结合的技术方案，同时发挥两者的技术优点。

对于新建城市公共自行车和共享单车系统：在交通出行的起点、终点和交通枢纽换乘点，布设充足的车轴锁高密度停靠站点，满足有序停靠的需求，减少对公共空间的占用。在商业街区或旅游风景区，使用自行车安装的车轮锁，满足临时和短时停靠的需求。

对于已有城市公共自行车和共享单车系统：可以采用保留原有系统的停靠站，对原有自行车加装前后车轴固定锁舌螺母和智能车轮锁进行改装，同时在新建城区新布设车轴锁停靠站，由于该系统的兼容性，原有自行车和停靠站可以和新设停靠站相互兼容使用。

通过SWOT模型分析方法，提出应以SO和ST策略为新型公共自行车和共享单车系统推广的重点指导策略，把握城市公共自行车系统和共享单车系统升级换代时机，发挥新型系统技术优势。