2017年中国共享单车行业工作原理技术及对比分析【图】

共享单车 2017-11-21 05:44

1、共享单车的物联网工作原理

物联网（IoT, Internet of Things）是互联网的外延，通过传感器、通信模组和智能芯片使物体联网。其本质是将各种嵌入式单机片相连，将无线连接和各类智能传感器相结合并搭配低功耗的微控制器实现设备成本更低、方式更简单的联网。

共享单车则是结合了物联网概念与技术，形成的一种智能出行模式。此体系包含三个部分：手机端、单车端和云端，主要工作流程如下：

（1）用户通过手机 APP 寻找附近的单车，并进行充值、开锁和费用计算，这是物联网体系中的用户端口。

（2）单车端则可进行行程数据的收集，通过 SIM 卡，将 GPS 定位的信息和电子锁的状态传送给云端。

（3）云端则进行整个系统的调控，收集信息并下传命令，对单车终端进行控制。

共享单车中的物联网工作流程

数据来源：公开资料整理

2、共享单车的物联网核心——智能锁

共享单车中物联网技术实现了自行车的远程开锁、车辆状态实时监测、和停放的问题，这些功能集中在了智能车锁上。

共享单车的智能锁主要分为三类：早期简单的机械锁、后来发展到通过 GPRS 网络下短信开锁的 GPRS 锁、再到通过蓝牙和手机连接，使用手机网络与服务器通信开锁的三个阶段。

智能车锁的几种基本类型

数据来源：公开资料整理

一把智能锁的结构包括机械部分、电子部分。其中电子部分的构造主要分为四部分，物联网技术也是通过这四部分来实现：

（1）嵌入式芯片。主要是做信号处理，可以简单的理解为具有一些特定功能的，去掉冗余功能的简易 CPU。根据处理器的应用范围及处理能力可以将处理器分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式嵌入式 DSP 处理器、嵌入式片上系统。

（2）定位模块。主要是接受导航卫星的信号，解算出终端所在位置，提供位置信息。定位包括：GPS 模块、GPS/北斗双模、GPS/北斗/格洛纳斯三模。

（3）通信模块。物联网技术的核心，主要是负责智能车锁、云平台、手机之间信号的传递。目前通信模块的基础种类分为三类：1、通常为支持2G 网络制式的通信模组，这里面又分为两类，早期是基于 GSM 模块的短信开锁方式，后来又逐渐演化出由服务器通过 GPRS/3G 流量开锁的方式；2、蓝牙短距离通信方式；3、支持 NB-IOT、或者 eMTC 的蜂窝物联网模块，大多数通信模块功能会涵盖这三类中的 2-3 种。

（4）电源模块。主要为提供智能锁提供电源。

智能锁电子部分结构图

数据来源：公开资料整理

智能锁结构图

数据来源：公开资料整理

智能锁可实现的功能主要包括：

（1）计时、收费功能。智能锁通过捕捉用户开锁、关锁状态，计算用户使用时长，从而计费。

（2）车辆实时监控，防盗功能。智能车锁上包含了定位芯片，因而通过每辆车上的 GPS 定位能准确掌控每辆车的位置、状态以及流动情况；后台数据若显示这辆车好久没有使用或者定位异常，则会有专门的运营人员去把车找出来。GPS 定位可以将精确度控制到 10 米左右。随着北斗高精度定位的发展，北斗定位模块有望下降到与 GPS 同等水平，摩拜已实现了北斗、GPS、GLONASS 三模卫星定位芯片的应用。

（3）单车停放管理。无桩停放的自行车随时会出现在违规地带，若在停放区域安置感应器，通过蓝牙通信技术，要求共享单车进入感应器信号覆盖区域才可被允许停放。另一种方式是采用结合高精度地图划定虚拟的“电子围栏”，从而提醒人们合理停放自行车。

（4）未来，共享单车依赖于物联网的想象空间在于能在智能锁中添加什么功能。倘若加入温度、湿度等芯片，共享单车将变成一个气象监测台，随着单车的流动性，其监测数据将比固定气象站更加精准。例如：某固定气象台在 A 地，监测范围可以扩张到 A 地 10 公里的 B 地，那 B 地的摩拜单车监测的数据将比 A 地气象站监测的数据更加准确。

3、共享单车中的物联网技术比较分析

目前市场上几种主流的物联网技术方案的区别主要体现在通信模块上。基础的几种通信方案主要分为三种：支持 2G 通信模组、基于 NB-IoT 蜂窝网的通信模块、蓝牙方式，当前还是以 2G 为主。对比三种技术来看：

蓝牙开锁的原理是通过业务层校验，手机下载指令加密包，再将包发送到蓝牙，从而完成解锁，是让手机跟车锁直接交互的一种短距连接方式。蓝牙的优势是：成本低、功耗低，且开锁快；缺点是：蓝牙连接不稳定，概率开不了锁；还不了车；利用手机定位，无法确定是否关闭好车锁，因而在计费上会有所偏差。此外找车也不准，车辆被挪动后位置信息不能更新。此外，各家手机手机厂商（主要指安卓手机）蓝牙的芯片版本兼容性差。

基于 2G 的通信方式，早期是基于 GSM 模块，其原理是采用短信解锁，智能车锁与插了 SIM 卡的功能手机类似，10 秒左右的解锁时间也正是短信投递时间。后来为了提升开锁速度，采用了由服务器通过 GPRS 流量开锁的方式。2G 通信模组的优势是：开锁、还车可靠，位置信息能够及时更新，因此找车比较准，锁车即可走人，还车也方便；缺点是功耗高、比较耗电。

还有就是基于蜂窝物联网的方式，包括 eMTC、NB-IOT，目前来看，还是以 NB-IOT 为主。今年 5 月 23日，国内开启首个 eMTC/NB-IoT/GSM 多模外场测试，摩拜单车参与了多模 LTE-IoT 外场测试。NB-IOT 的优势是：1 、覆盖更广。NB-IoT 信号穿墙性远远超过现有的网络，即使用户深处地下停车场，也能利用 NB-IoT 技术顺利开关锁，使得偏僻位置的单车持续在线; 2 、可以连接更多设备。NB-IoT 技术比传统移动通信网络连接能力高出 100 倍以上，可以支持 10 万的连接。也就是说，同一基站可以连接更多的 ofo 物联网智能锁设备，避免掉线情况; 3 、更低功耗。NB-IoT 不需要安装人力发电装置，其待机时间在现有电池无需充电的情况下可使用 2-3年。缺点是成本远高于 2G 模块，网络也尚未布置好，仍处于早期阶段。缺点是：成本较高，且当前网络基础设施建设不完善。从目前发展情况来看，NB-IoT 智能锁项目已于今年上半年完成内、外场测试，智能车锁关闭结单时间小于 5 秒，电池可待机 2 年以上，同时极大改善在传统网络忙时忙区接入拥塞问题，通过高效、稳定的 NB-IoT 网络为民众提供优质快捷服务。

共享单车 NB-IOT 技术的最新发展

数据来源：公开资料整理

2G 、蓝牙、NB-IOT 技术指标

数据来源：公开资料整理

对比几项技术方案，我们认为长期来看 NB-IOT 或将成为主流，核心原因是：虽然当前 NB-IOT 成本高于2G，但是一方面未来随着技术的成熟，基站建设的完善，成本会下降，更重要的是，对于共享单车厂商而言，真正的战略制高点是精细化运营，未来数据才是真正的资产，算力与算法是基础设施，数据才是未来之王。谁能够通过技术手段提供更全面的用户数据、甚至为客户提供最个性化的体验，谁才有可能在未来的市场竞争中胜出。从这个角度来看，NB-IOT 无疑能够获取更全面更精细的数据来反馈单车公司运营。

NB-IOT 特征示意图

数据来源：公开资料整理

3云平台、人工智能是共享单车中的重要技术组成

除去物联网技术外，共享单车中的新技术还包括人工智能、云平台。人工智能主要实现大数据处理，为智能运营提供技术支撑；云平台主要是数据的存储、管理。

人工智能 —— 智能运营的核心

在共享单车中，人工智能主要实现的作用是：利用神经网络实现智能调度和平衡供需，精准预测共享单车停放区域和停车峰谷时段，从而建立智能推荐停车点（SMPL）和地理围栏技术，与云平台进行数据的双向传输。

以智能运营为例，共享单车具有明显的潮汐效应，且骑行需求受天气等因素影响，通过人工智能技术，可以提取不同时段同一区域或者同一时段不同区域的相关性特征，简单而言就是将智能锁返回的定位信息形成热力图，然后将各个关键时间点的热力图记录下来，再将图像划分为均匀分布的网格，将像素颜色的变化作为用户骑行需求的变化，进而提取特征，从未为运营调度提供更好的决策。

云平台 —— 数据的存储、管理

云平台主要实现数据的存储、管理，是整个共享单车运营的中枢。具体来说，用户扫描二维码后，请求解锁的命令将会上传到云端系统，从而解锁自行车；同时共享单车的实时状态和定位也会被上传到云端，继而实现同步计费的功能。除此之外，云平台可以帮助处理用户充值和支付服务，并通过建立用户的信用体系，实现用户文明用车、规范停车的秩序管理。

ofo 共享单车骑行热力图