【技术中心】从共享单车看城市云反射弧的工作运行机制

作者；刘锋，黄子铜

概要：智能时代，我们的城市从架构上也越来越类脑化，从运转上变得越来越智慧，共享单车基于物联网技术，很便捷地解决了最后一公里的需求，是城市云脑中云反射弧在交通领域一个显著的案例。

城市云脑就是基于互联网云脑模型的智慧城市新架构。是指城市在城市中枢神经系统（云计算），城市感觉神经系统（物联网），城市运动神经系统（工业4.0、工业互联网），城市神经末梢（边缘计算）的支撑下，通过城市神经元网络（大社交网络）实现城市人与人、人与物、物与物的信息交互，通过城市云反射弧实现城市服务的快速智能反应，从而推动一个城市各组成部分的有机结合，实现城市智慧的不断进步。这样的类脑智慧城市架构称之为城市云脑（city cloud brain）¹

图一 城市云脑架构图

城市云脑的产生与互联网的类脑化进程有关，当时间的车轮到达2017年，随着人工智能，物联网，大数据，云计算，机器人，虚拟现实，工业互联网等科学技术的蓬勃发展，当人类抬起头来观看自己的创造的巨系统，互联网云脑的类脑架构已经越来越清晰。智慧城市作为互联网与城市建设结合的产物，会继承互联网云脑的基本架构。

城市云脑的云反射弧的建设，是智慧城市建设最重要的因素之一，它的产生反应出一个城市在提供各种智慧相关服务过程中的种类和反应速度，城市云反射弧的种类越多，反应速度越快，其智慧程度也会越高。例如包括安防云反射弧，金融云反射弧，交通云反射弧，能源云反射弧，教育云反射弧，医疗云反射弧、旅游云反射弧、零售云反射弧。

城市云脑建设中已经已经出现很多神经反射弧案例，例如无锡消防部门开始利用家庭火灾远程监控和救助系统，它的工作过程就是一个典型的基于互联网云脑的城市神经反射弧。当发生火灾或其它紧急事件时，探测器发出报警信号，火警信息将通过GPRS传输到全市119火灾调度指挥中心，当119在接到报警后,第一时间赶赴现场开展救助。从目前的看城市云脑涉及的种类总共有9个²。

图二.云反射弧示意图

接下来，我们结合目前城市交通新兴的共享单车的事例，作为探讨交通云反射弧的一个案例。

共享单车是指企业在城市校园、地铁站点、公交站点、居民区、商业区、公共服务区等提供自行车单车共享服务，是一种分时租赁模式。共享单车是一种新型共享经济。共享单车可以很充分利用城市因快速的经济发展而带来的自行车出行萎靡状况，最大化的利用了公共道路通过率。同时起到健康身体的作用。

目前，中国共享单车市场中摩拜和ofo两家企业优势比较明显，我们尝试从技术角度分析共享单车运行过程，以判断其各属于云反射弧的哪种类型。

图三，摩拜电子锁

摩拜单车的工作系统由三部分组成，自行车，手机APP，摩拜云端系统。打开手机摩拜aqq扫码的时候，手机APP已经识别了锁子的编号，然后APP将编号传送给摩拜云端服务器。

每辆摩拜单车里面都有一个手机SIM卡，可以和基站通讯，当你手机扫码的时候，手机会把车子编号发到服务器，服务器拿到车子编号，会直接给车子发送开锁信号，开锁后车子智能模块再把信息传给服务器，服务器把消息传给手机，手机提示开锁成功。

图四，摩拜单车运行技术架构图

在郊区信号不好的地方，SIM卡收不到信号摩拜单车会提醒请打开蓝牙提高开锁成功率，这就是预防基站太远信号太差的时候，云端服务器会将开锁密码发送给手机，手机通过蓝牙近场通信与自行车连接。然后手机给自行车发送信号解锁单车³。

对于摩拜共享单车而言，其中枢神经系统无疑是企业端的云端平台，输入神经和输出神经系统都是移动运营商的2G，3G，4G网络。而感受器和效应器有两个环节的区分，开锁的时候感受器是手机端APP+二维码，效应器是车辆端的芯片模块和车锁；上锁的时候则是反过来，感受器是车辆端的车锁和芯片，效应器是手机端的支付系统。

从城市云脑的云反射弧种类看，摩拜共享单车的运行特征符合第一种云反射类型，即从传感器到智能设备的云反射弧（图二中A->F）：相似的案例如，在大楼里，温度传感器检测到室内温度升高超过一定温度时，同时气敏传感器检测到室内二氧化碳浓度升高，于是报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送指令给大楼灭火机器人，由该楼层灭火机器人操控水枪进行灭火。

城市云脑的神经元网络（城市大社交网络）是智慧城市建设最重要的有一个因素，城市大社交网络与智慧城市紧密的结合是城市云脑能否建设成功的关键，无论是居民、企业、政府机构、路灯、车辆、工场，都要以城市神经元的方式加入到智慧城市的大社交网络中，这些城市神经元的互动，聚合，链接将使城市云脑真正变得更为智慧。

从摩拜单车的发展看这方面也有长足进展。2017年2月，微信联合摩拜单车宣布，今后用户通过微信“扫一扫”扫描摩拜单车车身上的二维码，可直接进入摩拜单车微信小程序，点击开锁即可用车。此前，新用户扫描摩拜单车上的二维码后，会跳转至摩拜单车APP的下载页面，需要下载APP，进行安装、注册，这在一定程度上会让一些临时有用车需求的新用户因为等待而流失。此次新能力的上线，让用户通过微信扫一扫进入摩拜单车小程序直接使用，大幅降低了新用户使用摩拜单车的门槛，同时也节省了新用户首次体验所需的时间。老用户则可以通过APP和小程序两种方式来使用摩拜单车。

图五 OFO电子锁

ofo机械车锁是一个锁芯，套上几个有缺口的环，当所有缺口都和锁芯上的卡子对上后锁就开了。ofo单车的使用过程是这样的——用户输入这辆车的编码或者扫描二维码获取车的开锁码，这个时候相当于已经使用单车了，用户根据开锁码拨动键盘数字锁开锁，然后骑行，到达目的后在APP端操作结束用车。开锁过程是靠人完成ofo电子锁内部装有电池（电池不可充电）、定位系统以及芯片。和机械锁一样，电子车锁本身不会与服务器后台进行数据交换⁴。

图六 OFO电子锁

用户通过输入号牌或者扫码获得车锁的密码。电子锁通过电子手段随机生成密码，这类似于银行动态密码器的机制。这种加密原理下，只需要用户手机端APP联网，车辆上的电子锁模块不需要网络。和摩拜单车等智能锁不一样的是，输入密码无需和后台交互。这也使得耗电量极低。

对于OFO单车，其中枢神经系统无疑是OFO的云端平台，输入神经和输出神经系统同样是是移动运营商的移动网络。而感受器和效应器与摩拜有所不同，开锁的时候感受器是手机端APP+二维码，但效应器是骑车的人，用户在接受到密码后，手动进行解锁。上锁的时候则是反过来，感受器是人，手动关闭车辆端的车锁，效应器是手机端的支付系统。

从城市云脑的云反射弧种类看，OFO共享单车的运行特征符合第二种云反射弧类型，即从传感器到人的云反射弧（图二中A->B）：在大楼里，温度传感器检测到室内温度升高超过100度，同时气敏传感器检测到室内二氧化碳浓度升高，于是报警信息通过互联网线路传送到服务器中心，服务器发送信息给附近的消防队，消防队出动消防人员来大大楼实施灭火。

在接入到城市大社交网络的进展上，2017年4月27日，支付宝宣布将上线“扫一扫骑单车”功能，首批接入ofo、永安行、小蓝、Hellobike、funbike、优拜等6家共享单车企业，29日起用户直接通过支付宝首页的扫一扫，就可以解锁这六个品牌的共享单车。这意味着，以后用户使用这6家共享单车，无需单独下载他们的App，对OFO单车用户量的扩大，无疑有很大好处。对用户来说，也避免了手机上下一堆APP的尴尬。

智能时代，我们的城市从架构上也越来越类脑化，从运转上变得越来越智慧，共享单车基于物联网技术，很便捷地解决了最后一公里的需求，是城市云脑中云反射弧在交通领域一个显著的案例，相信随着技术的不断进步，云反射弧将会变得更加灵敏，共享单车给用户的体验也会更好。

（作者：互联网进化论作者，计算机博士刘锋，Email:zkyliufeng@126.com）

参考：

1，刘锋，城市云脑，基于互联网云脑的新架构，http://blog.sciencenet.cn/blog-39263-1067339.html

2，刘锋，互联网+AI，云反射弧如何成为人工智能发展的下一个重点，http://blog.sciencenet.cn/blog-39263-1070927.html

3.林契于宸，图解共享单车物联网开锁原理，http://iot.ofweek.com/2017-05/ART-132211-8500-30135467.html

4.EEWORLD，共享单车的锁！深入了解一下吧，http://www.eeworld.com.cn/qrs/article_2017050334593.html