数据挖掘技术在共享单车云平台体系中的应用

第１１期　２０１８年４月　江苏科技信息　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＮＯ．１１　Ａｐｒｉｌ，２０１８　数据挖掘技术在共享单车云平台体系中的应用　包莹莹，徐燕华，耿淼　（无锡太湖学院物联网工程学院，江苏无锡２１４０６４）　摘要：伴随着共享经济模式兴起和信息化技术的迅猛发展，作为“绿色、智慧”城市亮点的共享单车　模式已经成为人们生活中不可或缺的一部分，它不仅为人们提供健康的生活模式，而且为政府和企业　提供广阔的发展平台和商机。文章在研究共享单车体系的物联网、大数据以及云平台等技术基础上，　引入数据挖掘和人工智能技术对共享单车云平台获取的数据进行预处理以及建模分析，有效建立高　效安全的共享单车体系，从而解决其存在的问题。　关键词：共享单车；物联网；云平台；大数据分析；数据挖掘　中图分类号：Ｇ４　文献标识码：Ａ　０　引言　与物、物与物之间信息交换需求的互连、互通和互操　作，这里的信息传感设备包括射频识别（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）、全球定位系统　伴随着“互联网＋城市”地崛起，人工智能、大数　据分析、数据挖掘以及物联网等信息化技术已经融人　城市生活的方方面面，物联网云平台和大数据智能处　理已经成为当下智慧城市中不可缺少的重要组成部　（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＰＳ）、红外感应器、激光扫　描器等…。　物联网网络架构主要分为３个层次结构：（１）感　分，而共享单车这种新兴的项目得以迅猛发展，它是　共享经济的应用和发展，它不仅为城市提供“健康环　保”的出行方式，为企业获取客观的利润，而且为城市　的健康发展贡献了一份力。　近几年，由于共享单车运营商的不断加入，导致　知层。主要通过ＲＦＩＤ、传感器、控制器等实现信息采　集、获取以及物体识别和控制等操作。（２）网络层。主　要依托电信网或互联网、行业专业通用网络实现物体　信息的实时准确传递。（３）应用层。主要实现信息的　处理和决策¨Ｊ。　共享单车的“手机端一云端一单车端”的体系架　构完全符合物联网体系架构。其中手机应用程序和　单车构成了感知层，通过手机端的ＡＰＰ系统可以扫　描车身的二维码，从而获取单车信息进行解锁。云端　对应着应用层，是整个共享单车系统的计算和控制平　台，它可以与所有单车进行数据通信，收集信息指令，　单车数量迅速上升从而引发各类问题。以ＯＦＯ，摩　拜以及小鸣单车为首的很多共享单车企业都在致力　研究和开发智能单车，旨在解决譬如交通安全、单车　利用率不均衡、单车破坏率高以及乱停乱放等一系　列的问题。文章在研究和分析共享单车体系相关技　术的基础上，利用数据挖掘和人工智能技术对现有　的共享单车云平台的各项数据信息进行预处理、分　类存储及建模分析，从而为社会提供高效安全的共　享单车体系。　１　共享单车体系相关技术研究　１．１共享单车物联网技术　向单车终端发送解锁命令，响应用户（手机ＡＰＰ）和管　理员的操作。网络层实现对感知层获取的信息进行　传输和交互。　１．１．１共享单车与物联网　通俗地说，物联网即是“物物相连”的互联网。广　义的物联网是指通过相关信息传感设备和网络设施　实现信息传输、协同和处理，从而完成大范围内的人　１．１．２物联网智能锁　基于物联网技术的共享单车体系实现了单车的　开锁解锁、车辆的实时监控、调度、规划和停放等问　题，而实现这些功能最关键是归结于单车的智能车锁　上，其中摩拜单车的车锁技术就是典型的物联网智能　基金项目：２０１７年无锡市科协软科学研究课题；项目名称：基于物联网云＋大数据分析的共享单车高校　安全体系的研究；项目编号：ＫＸ１７一Ａ一０９。　作者简介：包莹莹（１９８３一），女，江苏宿迁人，讲师，硕士；研究方向：数据处理，人工智能，图像处理。　——５４——　第１１期　２０１８年４月　Ｎｏ．１１　江苏科技信息·应用技术　Ａｐｒｉｌ，２０１８　锁。它是利用车锁中的ＧＰＳ定位模块获取单车的准　和管理，又是用户、研究技术人员、管理人员的沟通　桥梁，所以构建优质的服务平台是云平台建设的基　确信息和位置，并发送给云平台管理系统，后台系统　通过无线移动通信模块向车锁中心控制单元下达解　锁指令，机电锁车装置接收到解锁指令完成自动解　锁。用户锁车结束会通过线移动通信模块提醒云平　台系统锁车，以上工作全部完成后经确认结束计费　。　１．１－３　ＮＢ—１０Ｔ技术　随着物联网技术的广泛应用以及３Ｇ／４Ｇ标准的　础保障。　１－３共享单车的大数据技术　共享单车的发展离不开大数据技术，用户可以利　用定位技术快速定位到最近单车，规划自己的骑行路　线，获取单车的使用情况等；企业可以利用大数据分　析实现单车的有效投放和回收，提高企业效益。　摩拜单车倡导的基于人工智能技术和大数据平　台的“魔方”系统对于优化选址，模拟骑行，地理围栏　以及实时监控、规划和调度车辆等方面发挥着巨大的　作用　。此外该公司还将以“魔方”系统为支撑平台，　联合国内科研和研究机构建立全球首例“城市出行开　使用和普及，传统的共享单车接入方式ＧＳＭ／ＧＰＲＳ已　经跟不上时代前进的步伐，基于蜂窝的窄带物联网　（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｎｔｅｍｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ，ＮＢ—ＩｏＴ）技术已经成　为物联网的核心体系。近年来，摩拜单车和ＯＦＯ单　车分别与中国移动和中国电信达成了窄带物联网共　享单车的合作。　ＮＢ—ＩｏＴ支持支持低功耗设备在广域网的蜂窝数　放研究院”，从而促进智慧城市的健康发展和建设。　１．４数据挖掘技术　据连接，也被称作低功耗广域网。它使用大约２００　ｋＨｚ的带宽，支持低于１００　ｋｂｐｓ速率的数据ｂ　，可以实　现低功耗、低成本、覆盖范围广等诸多优点。　１．２共享单车的云平台　共享单车的云平台是整个共享单车体系的核心　模块，它是单车与人（包括用户、管理以及维护人员等）　通信的桥梁。云平台建设主要包括３个体系：云平台　基础建设、数据管理平台建设和云平台服务建设。　数据挖掘就是对数据进行“淘金”从而获取智能　的过程，它是指从海量的、随机的、不完全的数据中提　取有用的信息进行研究和分析，寻找数据间关联，预　测数据的发展趋势，从而挖掘出潜在的、有价值的信　息进行决策分析ｂ　。数据挖掘通常涉及计算机、数据　库等学科，并运用机器学习、专家系统、统计分析以及　模式识别等技术来实现上述过程。　２　基于数据挖掘的共享单车云平台体系的构建　文章是基于现有的共享单车体系结构，通过对云　平台获取的单车基础数据、用户基础数据、城市基础　数据和政府政策文件数据进行筛选和预处理，把有用　的数据进行分类并及时存储在数据库中已备使用；之　后对采集的各类数据信息选择适合的数据挖掘方法　进行建模分析，从而获取有用的信息，旨在解决共享　单车存在的诸多问题，从而打造安全、高效的城市公　共交通体系，为智慧城市的发展贡献绵薄之力。　常用的数据挖掘技术主要是基于人工智能技术，　基本任务主要体现在分类与回归、聚类、关联规则、时　１．２．１云平台基础建设　云平台是整个共享单车系统的调度中心，是建立　在云计算技术上的大数据分析和应用的服务器端，它　负责将所有单车数据信息、用户信息、城市基础信息、　政府政策信息等集中在一个管理平台上，供研究人员　提取信息进行分析和研究，以便构建更高效的共享单　车体系。著名的摩拜单车的云服务是建立在微软公　司的Ａｚｕｒｅ公有云服务平台之上。　１．２．２数据管理平台建设　共享单车云平台最主要的任务就是对采集和获　取的数据信息进行存储和管理，所以依托云平台之上　的数据管理平台建设尤为重要。云端涉及的数据信　息主要包括：（１）单车基础数据。涵括单车的使用记　录信息、通信状态、智能锁状态、维修情况等。（２）用户　基础数据。涵括用户的基本信息、骑行情况、消费情　况等。（３）城市基础数据。涵括城市各个地段的交通　情况、人员流动情况、使用单车情况等。（４）政府政策　文件数据。涵括国家、各个城市为共享单车发展制定　的相关政策和文件。　１．２．３云平台服务建设　共享单车云平台既承载着海量的数据信息存储　一序模式和偏差检测五大方面。其中分类与回归常用　的算法包括反向传播（Ｂａｃｋ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ＢＰ），小波神　经网络（Ｗａｖｅｌｅｔ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＮＮ），支持向量机　（Ｓｕｐｐｏ￣Ｖｅｃｔｏｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ，ＳＶＭ）等算法；聚类分析常用　的算法包括Ｋ均值、Ｋ中心点、小波变换以及神经网　络等算法。关联规则常用的算法包括Ａｐｆｉｏｉｆ，ＦＰ—　Ｔｒｅｅ，ＨｏｔＳｐｏｔ和灰色关联等算法。例如，可以应用聚　类分析算法中的Ｋ均值算法对共享单车用户信息进　行分类，然后对每类用户进行研究和分析，从而确定　各类用户使用单车的情况（包括时间段、行程等）。　利用数据挖掘技术对共享单车体系中信息进行　５５—　第ｌ１期　２０１８年４月　Ｎｏ．１１　江苏科技信息·应用技术　３　结语　Ａｐｒｉｌ，２０１８　有效分析，有利于解决共享单车存在的问题，下面主　要从高效和安全两大方面进行详细阐述。　２．１共享单车的高效利用　（１）应用关联规则算法分析出单车的投放量与地　点和线路的关系，从而确保单车每日投放量，提高这　些地点和线路的单车投放量，并采取有效的措施对该　地段进行监管。（２）实施追踪每量单车，对长期停放不　使用的单车进行追访和维护，以便获取故障车辆进行　及时维护，从而有利于更好地投入使用。（３）应用聚类　分析中Ｋ均值算法对四季的单车使用率进行分析统　计，以便对各个季节单车投放和回收进行有效控制，　提高单车的利用率。（４）考虑到气候因素，可以应用聚　类分析算法中的Ｋ均值算法可对晴好、多云、雨雪等　天气状况下单车的使用率进行统计和分析，有效地解　决单车的运营方案。　２．２共享单车的安全体系　（１）通过ＧＰＳ定位技术和调研统计获取全市各个　路段各个时段交通情况，包括交通拥堵、交通事故情　况；并应用关联规则分析单车投放量、地点和交通事　故的关联，根据数据可以配合城市监管部门加强对某　作为共享经济和信息化技术的衍生的产物——　共享单车，存在一定的优点和缺点。一方面，共享单　车不仅仅促进了社会的发展和经济的进步，为企业提　供更大的发展空间，而且符合“低碳出行、绿色环保”　的城市发展理念；另一方面，共享单车的投入和运营　给城市带来了一定的交通安全隐患，给政府和企业带　来了更多机遇与挑战。所以共享单车美好的明天还　需依靠信息化技术的推动以及政府的监管。　在物联网、云计算、大数据分析等信息化技术快　速发展的时代，海量的数据呈现井喷式增长，利用计　算机大数据分析，辅助数据挖掘以及人工智能技术，　可以为共享单车体系提供有效的分析工具，实现共享　单车投放以及健康运营的管理和维护，提高共享单车　的资源利用率，降低共享单车的维护成本，从而打造　高效安全的共享单车体系，为企业盈利。　参考文献　［１］徐勇军．物联网关键技术［Ｍ］．北京：电子工业出版　社，２０１３．　些路段的共享单车运营和维护，减少交通事故。（２）共　享单车乱停放也是造成交通安全的最主要的因素之　所以政府和企业若能合理提供停放共享单车的地　点，是解决这个问题的关键。故可通过ＧＰＳ定位技术　一［２］刘明轩．从共享单车频频被盗浅析计算机电子信　息技术在共享经济中的应用前景［Ｊ］．中国战略新兴　产业，２０１８（４）：８１．　，［３］彭秀萍，黎忠文．共享单车背后的物联网技术解析ＩＪ］．　信息与电脑，２０１７（１８）：１５２．　获取共享单车的位置，并通过大数据分析获取共享单　车停放的密集区域，从而为这些区域设计合理的“电　［４］傅潇莹．大数据的应用与发展一以共享单车为例［Ｊ　３．　现代经济信息，２０１７（６）：３１８．　子围栏”。（３）共享单车面临“使用人群低龄化”问题，　有些未成年人没在父母的监控下也可以任意地使用　共享单车，这也是造成安全隐患的主要原因。所以设　计二维扫码解锁过程中，引入智能技术，判断使用人　［５］张良均，陈俊德，刘名军，等．数据挖掘应用案例分　析［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１３．　（责任编辑程雅琪）　群的年龄层次，阻止一些低领人群使用共享单车。　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｓｈａｒｅｄ　ｂｉｃｙｃｌｅ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｏ　Ｙｉｎｇｙｉｎｇ，Ｘｕ　Ｙａｎｈｕａ，Ｇｅｎｇ　Ｍｉａｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ＩｏＴ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｈｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｗｕｘｉ，Ｗｕｘｉ　２１４０６４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｉｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈａｒｅｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｓｈａｒｅｄ　ｂｉｃｙｃｌｅ　ｍｏｄｅ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａｎ　ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ　ｌｉｆｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ　ｏｆ“ｇｒｅｅｎ　ａｎｄ　ｓｍａｒｔ　ｃｉｔｙ”．Ｉｔ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｈｅａｌｔｈｙ　ｌｉｆｅｓｔｙｌｅ　ｆｏｒ　ｐｅｏｐｌｅ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｂｒｏａｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｄａｔａ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｌ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｈａｒｅｄ　ｂｉｃｙｃｌｅ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｂａｓｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ，ｌａｒｇｅ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｉｔ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｔｏ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｅｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｓａｆｅ　ｓｈａｒｅｄ　ｂｉｆｃｙｃｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｅｘｉｓｔ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈａｒｅｄ　ｂｉｃｙｃｌｅ；ｌｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ；ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｄａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｄａｔａ　ｍｉｎｉｎｇ　一５６—