了得網研究生_移動群智感知網絡

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21世紀的信息社會，物聯網、雲計算、大數據、人工智能等新興信息技術的競相發展、一浪高過一浪。勇立風口浪尖上的物聯網領域，創新技術和顛覆性應用不斷湧現。物聯網前沿理論與技術已成為各國競爭的焦點和制高點。全面感知、泛在互聯、智能處理是物聯網的核心能力，近年來出現了一種基於（手機、車載）移動設備感知能力、新的物聯網感知模式，我們稱之為移動群智感知，這種模式克服了傳統感知網絡組網成本高、繫統維護難、服務不靈活的局限性，大大降低了物聯網應用成本、提高了物聯網應用效率。目前，移動群智感知網絡在國際國內形成一個新的研究熱點，形成了一批研究成果，也開展了大量應用。

內容簡介

移動群智感知是一種利用普適移動設備有效地搜集數據從而提供各種新穎物聯網應用的新模式，具有組網成本低、繫統維護易、服務靈活性強的特點，大大提高了物聯網應用效率。本書是作者近年來在移動群智感知網絡領域科研工作的總結，內容組織上以移動群智感知網絡對物聯網應用的支撐為角度，全面繫統地介紹了移動群智感知網絡的基本概念、基本原理、關鍵技術和典型應用。主要內容包括：移動群智感知網絡數據收集、感知質量、數據傳輸、激勵機制、安全與隱私保護、典型應用繫統，並展望了物聯網感知技術發展前景。本書面向從事物聯網相關領域特別是對移動群智感知網絡感興趣的讀者，也可作為高等學校計算機和電子信息類專業的高年級本科生的擴展閱讀材料、研究生專業課程教材。

作者簡介

馬華東,教授、博士生導師，國家傑出青年科學基金獲得者，*長江學者特聘教授，國家973計劃項目“物聯網體繫結構基礎研究”首席科學家，國家百千萬人纔工程入選者。現任北京郵電大學計算機學院執行院長、智能通信軟件與多媒體北京市重點實驗室主任。1995年7月在北京中科院計算所獲得博士學位。他的學術兼職主要有：中國計算機學會常務理事、多媒體專委會副主任、傳感網專委會副主任；中國圖形圖像學會常務理事；中國人工智能學會常務理事；*高等學校計算機學科教學指導委員會委員。他長期從事多媒體繫統與網絡、物聯網與傳感網等領域研究工作, 負責和參與完成20多項國家和部委級研究項目，在多媒體傳感網、物聯網體繫結構、流媒體傳輸與調度、多媒體內容理解等方面取得被國際同行認可的原創性或突破性成果，在國際國內重要刊物如IEEE/ACM Transactions等和國際重要會議如IEEE INFOCOM、ACM Multimedia等發表論文200多篇；著作教材4部；獲得中國電子學會科學技術獎一等獎、北京市教育教學成果一等獎等獎勵。

目錄
第1章緒論1
1.1移動群智感知網絡的產生背景2
1.2移動群智感知網絡的研究現狀和挑戰7
1.3移動群智感知網絡的主要研究內容10
1.4移動群智感知網絡的應用14
本章參考文獻16
第2章移動群智感知網絡數據收集20
2.1無線傳感器網絡中數據收集概述21
2.2移動群智感知網絡繫統架構22
2.3移動感知終端23
2.3.1智能手機24
2.3.2車載感知設備25
2.3.3智能可穿戴設備26目錄
第1章緒論1
1.1移動群智感知網絡的產生背景2
1.2移動群智感知網絡的研究現狀和挑戰7
1.3移動群智感知網絡的主要研究內容10
1.4移動群智感知網絡的應用14
本章參考文獻16
第2章移動群智感知網絡數據收集20
2.1無線傳感器網絡中數據收集概述21
2.2移動群智感知網絡繫統架構22
2.3移動感知終端23
2.3.1智能手機24
2.3.2車載感知設備25
2.3.3智能可穿戴設備26
2.3.4其他便攜式感知設備27
2.4移動終端的感知技術28
2.4.1位置感知28
2.4.2交通方式感知31
2.4.3運動方式感知31
2.4.4設備放置方式感知32目錄〖4〗〖4〗〖3〗〖3〗〖5〗移動群智感知網絡2.4.5社會活動感知32
2.4.6周圍環境感知32
2.5移動終端的節能技術33
2.5.1數據傳輸節能33
2.5.2定位服務節能35
2.5.3情境感知節能36
本章參考文獻37
第3章移動群智感知網絡感知質量42
3.1機會覆蓋率43
3.1.1機會覆蓋模型43
3.1.2覆蓋間隔時間分布規律45
3.1.3城市機會覆蓋率分析47
3.2城市分辨率49
3.2.1城市分辨率的概念49
3.2.2城市分辨率變化規律52
3.2.3城市分辨率分析55
3.3地點覆蓋率56
3.3.1CrowdSense@Place繫統及數據收集57
3.3.2地點覆蓋率分析58
3.3.3地點覆蓋率預測58
3.4基於壓縮感知的感知質量增強60
3.5基於多源數據相關性的感知質量增強61
3.6感知數據準確性64
3.6.1離散型任務64
3.6.2連續型任務67
3.7數據質量可信性67
本章參考文獻70
第4章移動群智感知網絡數據傳輸74
4.1移動機會網絡75
4.1.1移動機會網絡基本概念75
4.1.2移動機會網絡體繫結構76
4.2移動機會網絡中的路由技術76
4.2.1機會路由算法評價指標76
4.2.2機會路由算法設計需求77
4.2.3機會路由算法分類77
4.3移動機會網絡信息擴散模型82
4.3.1信息擴散模型概述83
4.3.2基於傳染病機理的信息擴散模型84
4.3.3基於節點分布時空相關性的信息擴散模型86
4.4移動群智感知網絡中機會數據收集89
4.5采用數據融合的機會數據收集91
4.5.1采用數據融合的協作機會數據收集架構92
4.5.2采用數據融合的傳染路由機制95
4.5.3采用數據融合的二分噴射等待機制98
本章參考文獻103
第5章移動群智感知網絡的激勵機制107
5.1娛樂激勵108
5.1.1地理位置數據收集遊戲108
5.1.2網絡基礎設施數據收集遊戲110
5.1.3地理知識數據收集遊戲111
5.2服務激勵112
5.2.1直接交換形式的服務激勵112
5.2.2間接交換形式的服務激勵113
5.3貨幣激勵114
5.3.1通用的貨幣激勵型群智感知平臺115
5.3.2面向貨幣激勵的實驗性研究118
5.3.3面向貨幣激勵的博弈論方法119
5.4在線貨幣激勵機制127
5.4.1繫統模型128
5.4.2零“到達離開”間隔模型下的預算可行型在線激勵機制130
5.4.3一般間隔模型下的預算可行型在線激勵機制137
5.4.4仿真驗證141
5.4.5節儉型在線激勵機制143
本章參考文獻144
第6章移動群智感知網絡安全與隱私保護147
6.1安全與隱私的概念147
6.1.1安全的基本概念147
6.1.2隱私的基本概念149
6.2隱私威脅150
6.3身份隱私保護152
6.4位置隱私保護155
6.5數據隱私保護160
本章參考文獻165
第7章移動群智感知網絡的典型應用168
7.1城市空氣質量監測168
7.1.1城市PM2.5監測169
7.1.2城市PM2.5監測繫統170
7.2路邊停車位統計172
7.2.1停車位探測的需求分析172
7.2.2繫統架構173
7.2.3探測傳感器選擇173
7.2.4停車位探測算法174
7.2.5利用環境位置校正停車地圖175
7.2.6繫統原型部署176
7.3公交車到站時間預測177
7.3.1繫統架構177
7.3.2繫統設計特點178
7.3.3公交定位方法178
7.3.4公交車檢測方法179
7.3.5公交路線分類179
7.3.6到達時間預測180
7.4室內定位181
7.4.1繫統概述182
7.4.2關鍵技術分析182
7.5移動設備視頻眾包184
7.5.1可擴展移動端眾包視頻混合雲架構： GigaSight185
7.5.2基於GigaSight架構實現的繫統原型186
本章參考文獻189
第8章物聯網感知技術展望190
8.1非傳感器感知190
8.2無源感知192
8.3納米感知194
8.4智能感知網絡196
8.5感知大數據200
8.6面向智慧城市的綜合應用202
本章參考文獻203

前言

第一臺電子計算機誕生於20世紀40年代。到目前為
止，計算機的發展已遠遠超出了其創始者的想像。計算機的處理能力越來越強，應用面越來越廣，應用領域也從單純的科學計算滲透到社會生活的方方面面：從工業、國防、醫療、教育、娛樂直至人們的日常生活，計算機的影響可謂無處不在。
計算機之所以能取得上述地位並成為全球活力的產業，原因在於其高速的計算能力、龐大的存儲能力以及友好、靈活的用戶界面。而這些新技術及其應用有賴於研究人員多年不懈的努力。學術研究是應用研究的基礎，也是技術發展的動力。
自1992年起，清華大學出版社與廣西科學技術出版社為促進我國計算機科學技術與產業的發展，推動計算機科技著作的出版，設立了“計算機學術著作出版基金”，並將資助出版的著作列為中國計算機學會的學術著作叢書。時至今日，本套叢書已出版學術專著近50種，產生了很好的社會影響，有的專著具有很高的學術水平，有的則奠定了一類學術研究的基礎。中國計算機學會一直將學術著作的出版作為學會的一項主要工作。本屆理事會將秉承這一傳統，繼續大力支持本套叢書的出版，鼓勵科技工作者寫出更多的優秀學術著作，多出好書，多出精品，為提高我國的知識創新和技術創新能力，促進計算機科學技術的發展和進步作出更大的貢獻。第一臺電子計算機誕生於20世紀40年代。到目前為
止，計算機的發展已遠遠超出了其創始者的想像。計算機的處理能力越來越強，應用面越來越廣，應用領域也從單純的科學計算滲透到社會生活的方方面面：從工業、國防、醫療、教育、娛樂直至人們的日常生活，計算機的影響可謂無處不在。
計算機之所以能取得上述地位並成為全球活力的產業，原因在於其高速的計算能力、龐大的存儲能力以及友好、靈活的用戶界面。而這些新技術及其應用有賴於研究人員多年不懈的努力。學術研究是應用研究的基礎，也是技術發展的動力。
自1992年起，清華大學出版社與廣西科學技術出版社為促進我國計算機科學技術與產業的發展，推動計算機科技著作的出版，設立了“計算機學術著作出版基金”，並將資助出版的著作列為中國計算機學會的學術著作叢書。時至今日，本套叢書已出版學術專著近50種，產生了很好的社會影響，有的專著具有很高的學術水平，有的則奠定了一類學術研究的基礎。中國計算機學會一直將學術著作的出版作為學會的一項主要工作。本屆理事會將秉承這一傳統，繼續大力支持本套叢書的出版，鼓勵科技工作者寫出更多的優秀學術著作，多出好書，多出精品，為提高我國的知識創新和技術創新能力，促進計算機科學技術的發展和進步作出更大的貢獻。

中國計算機學會
2002年6月14日第1章緒論〖4〗〖4〗〖3〗〖3〗〖5〗移動群智感知網絡物聯網將物理世界網絡化、信息化，對傳統分離的物理世
界和信息空間實現互連和整合，代表未來網絡的發展趨勢，引領了信息產業革命的第三次浪潮。物聯網相關技術近十年來引起了各國政府、學術界和工業界的極大關注，很多國家已經把物聯網上升到國家科技發展戰略的高度，物聯網前沿理論與技術已經成為各國競爭的焦點和制高點。我們從2004年開始對物聯網相關領域開展研究，感知與組網是物聯網的基本能力，也是我們研究工作主要的切入點。特別是2009年以後，物聯網成為國際、國內熱點，感知技術發展非常迅速，出現了RFID、二維碼、GPS、攝像頭、傳感網、智能移動終端等各種感知手段，呈現了信息感知泛在化趨勢，隨時隨地對物理實體狀態信息進行采集和獲取。
然而，從大規模應用的角度，物聯網在節點能力、能量獲取、組網成本等方面仍然存在很多技術挑戰。感知能力是節點能力的基本指標，目前物聯網節點能感知物理參數、化學參數、位置信息或物體身份，但其感知能力還相當有限或者感知代價太大。能量是制約物聯網節點長期使用的重要因素，目前大部分節點是有源節點，電池需要定期更換或者充電，通過環境取電的無源感知技術還不夠成熟或者難以普遍應用。傳統的物聯網大多是針對特定區域部署的固定感知網絡，造成物聯網應用組網成本高、繫統維護難、服務不靈活，有些網絡構建的投入和獲得收益相比性價比過低，物聯網在真實物理環境部署的特點造成繫統部件易受惡劣環境的破壞，而面向特定任務部署的網絡難以支持新的物聯網服務。這些問題給物聯網的大範圍、大規模實際應用帶來了困難，阻礙了物聯網的技術發展和實用化推廣。
前言〖4〗〖4〗〖3〗〖3〗〖5〗移動群智感知網絡近年來，出現了一種基於移動設備（手機、車載終端等）感知能力的物聯網感知模式，我們稱之為移動群智感知。移動群智感知通過大量普通用戶使用移動感知設備作為基本，有意識參與和無意識協作相結合,實現感知任務分發與感知數據收集利用，終完成大規模、復雜的社會感知任務。與傳統的固定部署傳感網的物聯網感知模式相比，這種模式克服了組網成本高、繫統維護難、服務不靈活的局限性，大大降低了物聯網的應用成本，提高了物聯網的應用效率。
作者近年來對移動群智感知網絡進行了較為持續、深入的研究，經過一繫列科研實踐，對該領域的若干基礎研究和實現技術取得了初步的研究成果。本書是作者近年來在該領域科研工作的總結，也是繫統梳理移動群智感知網絡基礎理論和關鍵技術的嘗試。在內容組織上，以移動群智感知網絡對物聯網應用的支撐為視角，全面繫統地介紹移動群智感知網絡的基本概念、基本原理、關鍵技術和典型應用。
全書內容按照數據收集、數據傳輸、用戶激勵、安全隱私、典型應用幾個方面來安排。全書分為8章。第1章對移動群智感知網絡的產生背景、研究現狀、主要研究內容和典型應用領域進行簡要介紹。第2章主要討論移動群智感知網絡數據收集問題，包括移動群智感知網絡繫統架構、移動終端及其感知技術、節能技術。第3章進一步討論移動群智感知網絡感知質量問題，涉及機會覆蓋率、城市分辨率、地點覆蓋率等度量方法，以及感知質量增強、感知數據準確性、數據質量可信性等感知質量保障技術。第4章主要討論移動群智感知網絡數據傳輸問題，涉及移動機會網絡的路由算法、信息擴散模型、機會數據收集、采用數據融合的機會數據收集等。第5章主要介紹移動群智感知網絡的激勵機制，涉及娛樂激勵、服務激勵、貨幣激勵、在線貨幣激勵等多種激勵方法。第6章介紹移動群智感知網絡安全與隱私保護問題，涉及身份隱私保護、位置隱私保護、數據隱私保護等相關方法。第7章介紹城市空氣質量監測、路邊停車位統計、公交車到站時間預測、室內定位、移動設備視頻眾包等移動群智感知網絡的典型應用繫統。第8章對非傳感器感知、無源感知、納米感知、智能感知、感知大數據等物聯網感知技術前沿和發展前景進行展望。
本書的完成得到了很多部門和同行的大力支持和熱情幫助。
本書所涉及的研究工作獲得國家自然科學基金、國家973計劃等項目的持續支持，特別是作者有幸承擔了國家自然科學基金委員會國家傑出青年科學基金（60925010）和2013年立項的“群智感知網絡理論與關鍵技術”重點項目群中的一個重點項目（61332005），從而使我們對移動群智感知網絡進行了較為繫統和深入的研究。本書的大部分內容就是在這些項目支持下完成的，特此向國家自然科學基金和國家973計劃等項目的資助表示感謝。
除了馬華東和趙東兩位作者之外，北京郵電大學智能通信軟件與多媒體北京市重點實驗室的劉亮教授、周安福副教授、陳建偉博士、袁培燕博士等分別參與第7章、第8章、第6章、第4章等部分章節的研究內容的撰寫，一些博士、碩士研究生也參與了參考資料的收集整理，在此對他們的辛勤付出表示衷心的感謝。
我們還要感謝清華大學劉雲浩教授、中國科學技術大學李向陽教授、哈爾濱工業大學李建中教授、上海交通大學王新兵教授、浙江工業大學朱藝華教授、西北工業大學於志文教授等物聯網領域的同行學者，與他們多次學術討論、合作研究或隨意交流，踫撞出了很多創新思想的火花，啟迪了科研成果的不斷形成，加深了對物聯網的深入認知，這些也體現在本書的部分章節之中。新加坡南洋理工大學李默博士、清華大學楊錚博士、芬蘭阿爾托大學肖煜博士閱讀了本書部分初稿並提出了寶貴的修改意見，在此一並表示感謝。
感謝清華大學出版社的編輯們，近年來多次邀請我們撰寫有關物聯網的圖書，但由於學術積累、時間因素等原因，遲遲沒有動筆，一直到2018年夏天纔寫就此書。尤其感謝盧先和副社長、張瑞慶編審，多次見面，相談甚歡，促成了此書的出版。在本書即將出版之際，對他們的真誠幫助表示衷心的感謝。
相關項目的研究以及本書成稿過程中，還有很多同行朋友以不同形式提供了幫助，難免掛一漏萬，在此就不一一列舉，敬請各位諒解。
21世紀的信息社會，物聯網、雲計算、大數據和人工智能等新興信息技術競相發展，一浪高過一浪。勇立風口浪尖上的物聯網領域，創新技術和顛覆性應用不斷湧現。作者試圖緊跟時代前進的腳步，從移動群智感知網絡的角度去理解物聯網技術進步的脈絡，但限於作者的學識水平和表達能力，本書有限篇幅很難完全反映這個主題的全貌，已經寫入的內容也難免存在各種缺點和不足，敬請讀者批評指正。

作者2018年12月於北京郵電大學

在線試讀

第5章移動群智感知網絡的激勵機制廣泛的用戶參與是保證移動群智感知應用能夠達到滿意的服務質量的關鍵因素。目前，很多移動群智感知應用利用大量志願者參與來提供服務。然而，當用戶參與一個移動群智感知任務時，會消耗他們所攜帶的感知設備的電池能量以及計算、存儲、通信等各種資源，並且有暴露他們的位置和其他隱私信息的風險。因此，必須設計合理的激勵機制對用戶參與感知所付出的代價進行補償，纔能保證足夠的參與用戶數量，從而保證所需的應用服務質量。一般來說，用戶參與移動群智感知任務的動機有三種： ①用戶把參與移動群智感知任務本身當作一種娛樂活動，參與的過程是某種程度上的精神享受，與此同時能夠順便完成一些感知任務； ②用戶通過參與移動群智感知任務收集到的感知數據有利於構建某種繫統服務，從“人人為我，我為人人”的角度講，用戶既可以為他人提供服務，也可以使自己獲得相應的服務； ③用戶通過參與移動群智感知任務可以直接獲得類似貨幣形式的報酬。相應地，移動群智感知網絡中的激勵機制可以分為如下三類：
（1）娛樂激勵。這種激勵機制通常將感知任務轉化為基於位置的移動感知遊戲，使用戶在參與遊戲的過程中自動地利用所攜帶的移動感知設備采集各種所需要的感知數據。設計這種機制的關鍵是要保證感知遊戲有足夠的趣味性。
（2）服務激勵。在這種激勵機制中，用戶充當雙重角色，既是服務的消費者，也是服務的生產者。如果某個用戶想使用繫統提供的某種服務，他就必須要為該繫統服務提供相應的貢獻。
第5章移動群智感知網絡的激勵機制〖4〗〖4〗〖3〗〖3〗〖5〗移動群智感知網絡（3）貨幣激勵。這種激勵機制直接給予參與感知任務的用戶一定數額的貨幣或等同於貨幣的報酬（如禮品或者可以兌換禮品的積分）。
以上三種激勵機制的側重點和應用範圍不同。其中，娛樂激勵和服務激勵統稱為“非貨幣激勵”，它們非常依賴於感知任務的類型，因而限制了應用範圍，而貨幣激勵則更多地應用於通用的移動群智感知平臺，適用於多種的感知任務類型。另外，這三種激勵機制也不都是獨立使用，也常常需要相互結合使用。例如，很多感知遊戲在給用戶提供娛樂激勵的同時，用戶也可以通過遊戲賺取積分，而積分也可以兌換禮品，這就同時給用戶提供了貨幣激勵。再比如，在一些應用繫統中，用戶通過參與感知任務為繫統平臺中的其他用戶提供服務，同時也可以賺取積分。對於需要使用該繫統服務的用戶，可以用積分兌換服務使用權；而對於不需要使用該繫統服務的用戶，則可以用積分兌換禮品或直接兌換相應的貨幣，這種方式則是服務激勵與貨幣激勵的結合。下面分別介紹采用這三種激勵機制的典型繫統，以及它們的基本原理和所涉及的關鍵技術。
5.1娛樂激勵第5章移動群智感知網絡的激勵機制廣泛的用戶參與是保證移動群智感知應用能夠達到滿意的服務質量的關鍵因素。目前，很多移動群智感知應用利用大量志願者參與來提供服務。然而，當用戶參與一個移動群智感知任務時，會消耗他們所攜帶的感知設備的電池能量以及計算、存儲、通信等各種資源，並且有暴露他們的位置和其他隱私信息的風險。因此，必須設計合理的激勵機制對用戶參與感知所付出的代價進行補償，纔能保證足夠的參與用戶數量，從而保證所需的應用服務質量。一般來說，用戶參與移動群智感知任務的動機有三種： ①用戶把參與移動群智感知任務本身當作一種娛樂活動，參與的過程是某種程度上的精神享受，與此同時能夠順便完成一些感知任務； ②用戶通過參與移動群智感知任務收集到的感知數據有利於構建某種繫統服務，從“人人為我，我為人人”的角度講，用戶既可以為他人提供服務，也可以使自己獲得相應的服務； ③用戶通過參與移動群智感知任務可以直接獲得類似貨幣形式的報酬。相應地，移動群智感知網絡中的激勵機制可以分為如下三類：
（1）娛樂激勵。這種激勵機制通常將感知任務轉化為基於位置的移動感知遊戲，使用戶在參與遊戲的過程中自動地利用所攜帶的移動感知設備采集各種所需要的感知數據。設計這種機制的關鍵是要保證感知遊戲有足夠的趣味性。
（2）服務激勵。在這種激勵機制中，用戶充當雙重角色，既是服務的消費者，也是服務的生產者。如果某個用戶想使用繫統提供的某種服務，他就必須要為該繫統服務提供相應的貢獻。
第5章移動群智感知網絡的激勵機制〖4〗〖4〗〖3〗〖3〗〖5〗移動群智感知網絡（3）貨幣激勵。這種激勵機制直接給予參與感知任務的用戶一定數額的貨幣或等同於貨幣的報酬（如禮品或者可以兌換禮品的積分）。
以上三種激勵機制的側重點和應用範圍不同。其中，娛樂激勵和服務激勵統稱為“非貨幣激勵”，它們非常依賴於感知任務的類型，因而限制了應用範圍，而貨幣激勵則更多地應用於通用的移動群智感知平臺，適用於多種的感知任務類型。另外，這三種激勵機制也不都是獨立使用，也常常需要相互結合使用。例如，很多感知遊戲在給用戶提供娛樂激勵的同時，用戶也可以通過遊戲賺取積分，而積分也可以兌換禮品，這就同時給用戶提供了貨幣激勵。再比如，在一些應用繫統中，用戶通過參與感知任務為繫統平臺中的其他用戶提供服務，同時也可以賺取積分。對於需要使用該繫統服務的用戶，可以用積分兌換服務使用權；而對於不需要使用該繫統服務的用戶，則可以用積分兌換禮品或直接兌換相應的貨幣，這種方式則是服務激勵與貨幣激勵的結合。下面分別介紹采用這三種激勵機制的典型繫統，以及它們的基本原理和所涉及的關鍵技術。
5.1娛樂激勵
娛樂激勵主要是通過合理的設計把移動感知任務隱含在基於位置的移動遊戲中，用戶在參與遊戲的過程中不斷移動位置，而繫統在用戶移動的過程中自動收集所需要的感知數據。根據所收集的數據類型，可以將娛樂激勵主要分為三類：地理位置數據收集遊戲、網絡基礎設施數據收集遊戲、地理知識數據收集遊戲。不管采集哪種數據類型，其數據收集過程通常是隱含的，用戶隻知道是在玩遊戲，並不知道或不在意這背後隱藏的其他目的。
5.1.1地理位置數據收集遊戲
地理位置數據通常是基於位置的移動遊戲可以收集的基本數據，根據位置精度需求，可以使用GPS、WiFi、GSM等不同的定位手段確定用戶的位置信息。伴隨著用戶的移動軌跡，可以同時利用移動設備配置的傳感器自動收集所需感知數據，例如收集某個區域的環境噪聲構建噪聲地圖。
很多人都玩過經典的井字棋遊戲（又稱圈圈叉叉遊戲，英文為Tic Tac Toe），遊戲過程是兩個遊戲玩家分別選擇X或O，然後在遊戲棋盤上依次輪流放置X和O，誰放置的X或O能先成為一行、一列或對接線即為成功者。文獻［1］將井字棋從傳統棋盤拓展到人們的物理活動空間，設計了一個基於位置的井字棋遊戲GeoTicTacToe，把實際遊戲活動區域在手機上虛擬化成遊戲棋盤顯示給用戶，並把活動區域分割成多個小方格，以對應傳統遊戲中放置棋子的格子。遊戲玩家想要在對應的格子中放置棋子，則需要移動到格子對應的位置。這個遊戲促使玩家在特定區域內移動，以此來收集這一區域內相關感知數據。設計該遊戲的關鍵是要讓它既有一定的難度又有一定的趣味性。如果簡單地將活動區域均勻劃分為傳統棋盤的格子，如圖51(a)所示，則該遊戲就變成了賽跑，因為跑得快的玩家（使用“X”棋子的玩家）直接沿著一條直線跑肯定就贏了，這樣就沒有難度，也喪失了趣味性。為了增加難度和趣味性，可以使用非等距的格子，如圖51（b）所示。例如，使用特定景點或地標作為格子，同時玩家每到達一個格子還需要停留一段時間，需要猜謎語或者尋找該格子所在位置的一個特定物體，然後纔可以繼續朝下一個目標格子移動。如圖52所示，文獻［1］展示了一個使用攜帶手機和GPS設備的自行車玩遊戲的情形及對應的手機遊戲界面。
圖51兩個基於位置的井字棋遊戲版本［1］
圖52基於位置的井字棋遊戲GeoTicTacToe［1］
類似的用於收集地理位置數據的遊戲還有文獻［2］介紹的復活節彩蛋遊戲，文獻［3］介紹的cityPoker遊戲等。設計這些遊戲的一個基本原則是要激勵用戶盡可能頻繁地移動，從而貢獻大量的移動軌跡數據；另外要考慮的一個因素是要盡量平衡好遊戲對玩家使用腦力推理和身體移動的需求，因為在參與過程中需要經常移動很長的距離，因此設計遊戲時要減少用戶之間不同速度的影響，否則在遊戲中運動速度快的用戶將在遊戲中很快占據優勢，使得遊戲對速度慢的用戶缺少吸引力。
5.1.2網絡基礎設施數據收集遊戲
收集各種無線網絡基礎設施的信號覆蓋數據，構建GSM、WiFi等無線信號覆蓋地圖對於無線網絡運營商和使用這些無線網絡的個體用戶以及基於位置的服務企業都是非常有價值的。有了無線信號覆蓋地圖，無線網絡運營商就可以有針對性地改善網絡部署狀況，普通用戶就知道到哪個地方上網比較方便。
文獻［4］為收集區域內的WiFi覆蓋數據設計了基於位置的寵物喂養遊戲Feeding Yoshi。遊戲的主界面如圖53所示，首先繫統把要收集信息的區域虛擬化為相應的遊戲區域，並把相應位置上開放的WiFi熱點虛擬化為水果，關閉的WiFi熱點虛擬化為寵物，在遊戲中設置不同的寵物喜歡的5個水果。如圖54的遊戲界面顯示了寵物需要喫的5個水果，玩家通過遊戲界面的提示信息移動到水果的位置纔能采摘水果。當想要把水果喂給寵物時需要移動到寵物所在的位置，然後把寵物喜歡喫的水果喂給它，從而得到相應的遊戲積分。如果玩家喂給寵物的水果不是寵物所需要的水果，則不能得到積分。整個遊戲過程，用戶參與到遊戲需要位置的移動，繫統在用戶移動位置的過程中可以獲取更多的這一區域內的網絡覆蓋相關數據。
類似的用於收集網絡基礎設施數據的遊戲還有文獻［5］設計的尋寶遊戲Treasure和文獻［6］設計的遊戲Hitchers等。這類遊戲的共同點是通過一定的遊戲策略激勵用戶在某個區域內移動，以此來得到這一區域內覆蓋更廣、更全的網絡基礎設施相關數據，同時在遊戲中通常加入利用遊戲積分或優惠券的方式來吸引用戶參與。
圖53寵物喂養遊戲主界面
圖54寵物所需水果的界面

5.1.3地理知識數據收集遊戲
地理知識數據是指用戶為某個地理位置收集的相關服務信息集合，例如地圖上的興趣點（POI）類型、餐館評分、博物館開放時間等。
文獻［7］設計了一個用照片或文字為地理位置貼標簽的遊戲EyeSpy。在該遊戲中，用戶有兩種參與方式：一種是為某個地理位置拍攝照片並為其添加文字標注，然後分享給其他用戶，如圖55和圖56所示；另一種是用戶根據其他用戶分享的數據到達其拍照的位置，並確認照片的信息。確認照片的用戶和共享照片的用戶都能得到相應的積分。在整個遊戲的過程中會產生地理位置相關的照片和適
圖55EyeSpy中對街道標識進行拍照
圖56EyeSpy中對照片添加文字標注

合地理位置的標注。用戶在參與過程中為了能得到更多的積分需要拍攝更容易被其他用戶識別確認的照片和更加符合照片的標注，以使自己的照片拍攝的位置能更容易被用戶識別和找到。整個遊戲的過程類似於用照片共享和確認構建的社交網絡，用戶之間通過照片的共享和確認建立聯繫，鼓勵用戶的參與。EyeSpy遊戲產生的數據可以輔助用戶定位和導航。
類似的用於地理知識數據收集的遊戲還有文獻［8］設計的遊戲CityExplorer，同樣是用戶在遊戲區域內創建位置標簽獲得積分。這些遊戲的共同點是在特定的位置產生活躍的數據，得到一些地理位置相關的服務信息。
5.2服務激勵
服務激勵的基本特點是，用戶既是服務的消費者，也是服務的生產者。換句話說，用戶之間是等價交換的關繫。一般來講，這裡的等價交換可以采取兩種形式：種形式是用戶之間直接相互交換服務，就像在貨幣出現之前的古代社會，張三可以用牛去直接交換李四的羊，而用戶也可以在為他人提供服務的同時立刻獲取他人為自己提供的服務，這種方式簡單直接，也容易在實際繫統中實現和大規模應用；第二種形式是用戶之間間接交換服務，就像在現代商品社會，我可以用我提供的服務換取相應的積分或貨幣，然後再用這些積分或貨幣來換取別人為我提供的服務，這種形式與貨幣激勵相似，從某種意義上可以說是借用貨幣激勵來實現服務激勵，但與純粹的貨幣激勵的區別在於，在服務激勵中用戶從繫統獲得的獎勵是用來在該繫統中獲取對應的服務，而在純粹的貨幣激勵中用戶可能隻為繫統提供服務，而自己本身不需要服務，但是用戶所獲得的獎勵是真實的貨幣，可以在該繫統之外使用。
5.2.1直接交換形式的服務激勵
下面具體介紹一個采用直接交換形式服務激勵的移動群智感知應用繫統——商品比價繫統LiveCompare［9］。人們買東西總喜歡貨比三家。對於線上售賣的商品，人們很容易從各個電子商務網站獲取價格，或者直接從專門的比價網站進行價格對比。然而，對於線下的商場、超市、雜貨鋪等場所售賣的各類商品，獲取全面的價格信息則有一定的難度。雖然在中國有非常流行的手機App“我查查”可以提供很多線下商品的比價信息，但是該應用需要線下商家配合並雇傭專人負責使用專業設備進行信息采集。如果采用移動群智感知模式，使普通用戶利用自己的智能手機采集商品價格信息，則很容易擴大信息采集的範圍，並且不需要商家配合，還能降低信息采集成本。然而，如何激勵用戶以十分便捷的方式參與信息收集是面臨的一大挑戰。為此，Linda等人設計了LiveCompare繫統。在該繫統中，如果用戶想要獲取某個商品的比價信息，首先需要對該商品進行拍照，拍照內容一般包括該商品的識別條碼和價格信息，如圖57所示，然後將照片上傳到繫統，繫統會自動識別照片中的商品信息並為用戶提供該商品在其他售賣場所的價格。因此，在LiveCompare繫統中，用戶想要獲取商品的比價服務，首先要自己提供該商品的價格信息來交換獲得服務。
圖57對商品條碼和價簽進行拍照
類似的應用繫統還有DietSense［10］，在該繫統中用戶可以對他們某頓飯中享用的美食進行拍照並在社區中分享，繫統會分析用戶的飲食習慣並與其他用戶進行對比。從這類應用可以看出兩個特點： ①用戶獲取的服務和所提供的服務具有直接相關性； ②用戶所提供的服務和獲取的服務在時間上是前後緊密相連的。簡單地講，就是用戶每次需要服務之前，需要自己先提供一次服務，然後就立刻可以獲得對應的服務。
5.2.2間接交換形式的服務激勵
雖然直接交換形式的服務激勵簡單直接，但很多應用並不滿足這樣的特點。例如，基於移動群智感知模式，人們可以共享關於公交車到達時間或健身房有沒有空餘場地的信息，對於這樣的應用，某個用戶共享的信息可能是上午8點公交車到達某個站點，或者上午9點健身房有空餘場地，但該用戶可能在下午6點需要知道公交車正到達哪個站點，或者晚上8點健身房有沒有空餘場地，也就是說，用戶獲取的服務和所提供的服務之間沒有直接關聯，在時間上也不是緊密相連。對於這類應用，則需要使用間接交換形式的服務激勵，通常引入積分制的策略。
下面具體介紹一種應用於停車位信息共享的服務激勵及平臺TruCentive［11］。TruCentive的核心功能是收集停車位信息，為可用停車位信息提供者和信息消費者“交換”信息提供一個平臺。該平臺利用繫統積分的形式作為激勵，向平臺提供可用信息可以得到積分，想要獲取平臺提供的信息需要消耗積分，整個繫統以積分作為媒介，利用服務激勵的方式鼓勵用戶的參與。整個繫統積分的獲取和消耗如圖58所示，信息提供者向平臺提供一個可用停車位的信息可以獲取D個積分；信息消費者需要花費N個積分來購買一個可用的停車位信息，基於該信息停車後，可以向服務器反饋停車位信息的真偽；如果停車位信息被反饋是真實的，則信息提供者還可以再獲得X個積分的獎勵，否則將返還R個積分給信息消費者作為補償。為了保證信息提供者提供真實的停車位信息，文獻［11］加入了一個博弈論方案，確保用戶向繫統提供真實信息的情況下收益，同時使提供一個停車位信息獲得的收益大於購買停車位信息的花費，保證信息的提供者有利可圖。
圖58TruCentive平臺中停車位信息的交易流程
從TruCentive平臺的激勵機制可以看出，這種間接交換形式的服務激勵不需要用戶提供服務和獲取服務的時間緊密相連，因此在一定程度上比直接交換形式更加靈活。
5.3貨幣激勵
在收集感知數據時可參與移動群智感知任務的用戶付費，是一種直觀的激勵方式。從本質上講，就是將這些感知數據當作自由市場中可以買賣的商品。任何想要賺錢的用戶都可以將他收集到的感知數據賣給某個感知任務的發布者。在本節中，首先介紹一些通用的貨幣激勵型群智感知平臺，它們已經積累了大量的用戶，可以完成各種各樣的任務，為（各種）企業和研究機構等提供數據收集服務。但是，目前這些平臺使用的激勵機制相對比較單一，不夠靈活多樣。為此，學者們進行了更為深入的研究，既包括一些實驗性研究，也包括相關基礎理論體繫的建立，以及適用於不同應用場景、滿足不同目標、更復雜多樣的激勵機制的設計和論證。本節將對相關研究成果進行概述，並對幾種典型的激勵機制進行詳細介紹。
5.3.1通用的貨幣激勵型群智感知平臺
如前所述，移動群智感知本質上是“移動感知”與“眾包”的結合，它將“眾包”應用從傳統互聯網擴展到移動互聯網（或者說物聯網），從以PC的Web端應用為依托擴展到以手機上的APP為依托，使感知任務可以隨時隨地被完成，從而發揮更大的價值。然而，貨幣激勵不管是對傳統的眾包應用，還是對移動群智感知應用都是至關重要的。我們知道，“眾包”一詞是《連線》（Wired）雜志記者Jeff Howe於2006年發明的一個專業術語。然而，早在2005年底，網絡中就首次出現了通用的貨幣激勵型眾包平臺——Amazon Mechanical Turk(簡稱AMT，http://aws.amazon.com/mturk/)，隨後國內外各種眾包平臺如雨後春筍般湧現出來。例如，CloudCrowd(http://www.cloudcrowd.com/) 是一個提供各種任務的工作平臺，使用者僅需通過Facebook賬號參與並完成指定的工作即可賺取微薄的報酬；CrowdFlower（http://crowdflower.com/）也是一個類似的平臺，通過特殊的評價機制管理使用者的工作質量；而InnoCentive（https://www.innocentive.com/）使科學研究者或企業家可以在網站平臺上針對研究或開發新產品過程中遇到的問題尋求解決辦法，並讓發問者通過匿名的方式將問題眾包給各地的精英們並提供報酬。國內比較著名的眾包平臺包括任務中國（http://www.taskcn.com/）、豬八戒網（http://www.zbj.com/）等，基本上是在2006年同時推向市場的，它們將用戶劃分為雇主和工作者兩種：雇主指有需求等待實現的人群，發布的任務需求有創意設計、營銷推廣、程序開發、文案寫作、商務服務、裝修服務、生活服務、配音影視服務等各種類型；工作者指為雇主解決需求的人群，可以是自由職業者、工作室或中小企業等，通常將這類人群形像地稱為“威客”，對應的英文詞是Witkey，也是The key of wisdom的縮寫，泛指那些通過互聯網把自己的智慧、知識、能力、經驗轉換成實際收益的人，他們在互聯網上通過解決科學、技術、工作、生活、學習中的問題，從而讓知識、智慧、經驗、技能體現經濟價值。
移動群智感知任務與傳統的眾包任務有許多相似之處，但一個重要的區別在於移動群智感知任務通常是用戶在正常活動時利用所攜帶的移動設備來完成，因而與用戶的位置或移動路徑有密切關繫，也可看作是 “基於位置的眾包”。近年來，在貨幣激勵型的眾包平臺產生之後，隨著智能手機的快速普及，通用的貨幣激勵型群智感知平臺也迅速出現，幫助眾多企業和研究機構隨時隨地完成各種任務。例如，微軟公司Bing地圖就和移動群智感知平臺Gigwalk（www.gigwalk.com）達成合作，在美國3500個城市發布超過10萬個關於實地拍攝的需求，這些收集來的數據後整合到Bing地圖中；移動群智感知平臺Jana則與寶潔（P&G）、聯合利華（Unilever）、達能（Danone）、微軟（Microsoft）等多家商業公司達成合作，為它們提供線下的商品調查和商品推廣等服務。國內比較著名的移動群智感知平臺包括微差事（http://www.weichaishi.com/）、拍拍賺（http://www.ppznet.com/）等。
下面首先介紹早的、也是目前國際上廣泛使用的眾包平臺之一——AMT，然後介紹目前國內廣泛使用的移動群智感知平臺之一——“微差事”。
1. 眾包平臺： Amazon Mechanical Turk（AMT）
Amazon Mechanical Turk翻譯成中文，叫做“亞馬遜土耳其機器人”，是由美國亞馬遜公司提供的一個眾包平臺網站以及對應的Web服務應用程序接口（API），開發商通過它可以調用那些計算機很難完成但普通人類的“人工智能”卻能很容易執行的任務。“土耳其機器人（Mechanical Turk）”這個名字是從18世紀的一個國際像棋遊戲機器人得來的，這個機器人在歐洲進行展覽，並與拿破侖和本·富蘭克林等名人比賽下像棋。每場演出之前，觀眾都可以檢查土耳其機器人，以查看它的許多齒輪和杠杆。然而，實際上在機器人中有一個真人躲在一個秘密隔間中，是他在操縱機器人玩像棋。亞馬遜公司選擇“土耳其機器人”這個名字來命名它們的網絡服務，是因為人類的智慧隱藏在終用戶，這樣服務看起來就像是自動進行的。
AMT的主要運作方式是讓任務請求者（在AMT中稱為Requester）將需要通過人類智能完成的復雜任務切分成細小瑣碎的工作，並在AMT上設計相關網頁，通過AMT提供的指令工具將工作以任務（在AMT中稱為Human Intelligent Task，簡稱HIT）的形式公開發布到眾包平臺，平臺將任務發送給任務執行者（在ATM中稱為Turker），完成任務後，服務器將結果再傳給任務請求者。亞馬遜通過收取任務報酬的百分之十來獲利。此外，任務請求者可針對任務需求設定限制條件（如任務執行者的國別、過去參與任務所獲得的評價等），而任務執行者則可依據任務請求者提供的薪酬、自身的能力和興趣，以及參與任務的限定條件來選擇適合自己的任務，同時必須在規定的時間內完成任務。待任務被任務執行者完成後，任務請求者便能依據任務執行者的完成結果決定是否支付報酬。
對於任務請求者而言，AMT是一個可以幫助時間和金錢成本來完成任務需求的平臺，而對於任務執行者來說，AMT不僅是一個閑暇時消磨時間的好去處，更可以成為增加生活收入的來源之一。AMT 平臺上每件工作的報酬（大約）為一美分至十美分不等，任務需求五花八門，大致可分為以下三類。
（1）協助企業或研究人員進行數據或資料收集。例如，參與網絡問卷調查、線上測試、幫助電子購物平臺進行產品分類等。這類任務通常需要大量的任務執行者參與，任務相對容易但報酬也相對較低。
（2）提出設計方案或是完成某些需要特定知識背景的任務。例如，寫一篇關於自身消費習慣的文章，或是為企業設計新產品的外觀或廣告詞等。這類任務相對耗時且需要花費精力，要求參與者必須具備某種專業技能或特長，因而門檻相對

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