用Python爬下6万共享单车数据，谈谈单车热潮中的城市

发表: 2018-01-10 浏览: 2791

Python 数据分析共享单车

来源：钱塘大数据作者：数据挖掘与实战链接：
http://mp.weixin.qq.com/s/c4ZPXJ3VJHuqaS7oGN-FFg

共享经济的浪潮席卷着各行各业，而出行行业是这股大潮中的主要分支。如今，在城市中随处可见共享单车的身影，给人们的生活出行带来了便利。相信大家总会遇到这样的窘境，在APP中能看到很多单车，但走到那里的时候，才发现车并不在那里。有些车不知道藏到了哪里；有些车或许是在高楼的后面，由于有GPS的误差而找不到了；有些车被放到了小区里面，一墙之隔让骑车人无法获得到车。

那么有没有一个办法通过获得这些单车的数据，来分析这些车是否变成了僵尸车？是否有人故意放到小区里面让人无法获取呢？带着这些问题，笔者开始了研究如何获取这些数据。后台回复“摩拜”，获取完整源码。

从哪里获得数据

如果你能够看到数据，那么我们总有办法自动化的获取到这些数据。只不过获取数据的方式方法决定了获取数据的效率。

对于摩拜单车的数据分析这个任务而言，这个爬虫要能够在短时间内（通常是10分钟左右）获取到更多的数据，对于数据分析才有用处。那么数据来源于哪里？

最直接的来源是摩拜单车的APP。现代的软件设计都讲究前后端分离，而且服务端会同时服务于APP、网页等。在这种趋势下我们只需要搞清楚软件的HTTP请求就好了。一般而言有以下一些工具可以帮忙：

直接抓包：

Wireshark （在路由器或者电脑）
Shark for Root (Android)

用代理进行HTTP请求抓包及调试：

Fiddler 4
Charles
Packet Capture (Android)

由于我的手机没有root，在路由器上抓包又太多的干扰，对于https也不好弄。所以只能首先采用Fiddler或者Charles的方式试试。

挂上Fiddler的代理，然后在手机端不停的移动位置，看有没有新的请求。但遗憾的是似乎请求都是去拿高德地图的，并没有和摩拜车相关的数据。

那怎么一回事？试试手机端的。换成Packet Capture后果然就有流量了，在请求中找到了我最关心的那个：

这个API请求一看就很显然了，在postman中试了一下能够正确的返回信息，看来就是你了！

高兴得太早。

连续爬了几天的数据，将数据进行一分析，发现摩拜单车的GPS似乎一直在跳动，有时候跳动会超过几公里的距离，显然不是一个正常的值。

难道是他们的接口做了手脚返回的是假数据？我观察到即便在APP中，单车返回的数据也有跳动。有某一天凌晨到第二天早上，我隔段时间刷新一下我家附近的车，看看是否真的如此。

图片我找不到了，但是观察后得出的结论是，APP中返回的位置确实有问题。有一台车放在一个很偏僻的位置，一会儿就不见了，待会儿又回来了，和我抓下来的数据吻合。

而且这个跳动和手机、手机号、甚至移动运营商没有关系，说明这个跳动是摩拜接口的问题，也可以从另一方面解释为什么有时候看到车但其实那里没有车。

这是之前发的一个朋友圈的视频截图，可以看到在营门口附近有一个尖，在那里其实车是停住的，但是GPS轨迹显示短时间内在附近攒动，甚至攒动到很远，又回到那个位置。

这样的数据对于数据分析来讲根本没法用，我差点就放弃了。

随着微信小程序的火爆，摩拜单车也在第一时间出了小程序。我一看就笑了，不错，又给我来了一个数据源，试试。

用Packet Capture抓了一次数据后很容易确定API。抓取后爬取了两三天的数据，发现出现了转机，数据符合正常的单车的轨迹。

剩下事情，就是提高爬虫的效率了。

其他尝试

有时候直接分析APP的源代码会很方便的找到API入口，将摩拜的Android端的APP进行反编译，但发现里面除了一些资源文件有用外，其他的文件都是用奇虎360的混淆器加壳的。网上有文章分析如何进行脱壳，但我没有太多时间去钻研，也就算了。

摩拜单车的API之所以很容易抓取和分析，很大程度上来讲是由于API设计的太简陋：

仅使用http请求，使得很容易进行抓包分析
在这些API中都没有对request进行一些加密，使得自己的服务很容易被人利用。
另外微信小程序也是泄露API的一个重要来源，毕竟在APP中request请求可以通过native代码进行加密然后在发出，但在小程序中似乎还没有这样的功能。

如果大家有兴趣，可以试着看一下小蓝单车APP的request，他们使用https请求，对数据的request进行了加密，要抓取到他们的数据难度会增加非常多。

当然了，如果摩拜单车官方并不care数据的事情的话，这样的API设计也是ok的。

声明：

此爬虫仅用于学习、研究用途，请不要用于非法用途。任何由此引发的法律纠纷自行负责。

目录结构

    \analysis - jupyter做数据分析
    \influx-importer - 导入到influxdb，但之前没怎么弄好
    \modules - 代理模块
    \web - 实时图形化显示模块，当时只是为了学一下react而已，效果请见这里
    crawler.py - 爬虫核心代码
    importToDb.py - 导入到postgres数据库中进行分析
    sql.sql - 创建表的sql
    start.sh -　持续运行的脚本

思路

核心代码放在crawler.py中，数据首先存储在sqlite3数据库中，然后去重复后导出到csv文件中以节约空间。

摩拜单车的API返回的是一个正方形区域中的单车，我只要按照一块一块的区域移动就能抓取到整个大区域的数据。

left,top,right,bottom定义了抓取的范围，目前是成都市绕城高速之内以及南至南湖的正方形区域。offset定义了抓取的间隔，现在以0.002为基准，在DigitalOcean 5$的服务器上能够15分钟内抓取一次。

    def start(self):
        left = 30.7828453209
        top = 103.9213455517
        right = 30.4781772402
        bottom = 104.2178123382

        offset = 0.002

        if os.path.isfile(self.db_name):
            os.remove(self.db_name)

        try:
            with sqlite3.connect(self.db_name) as c:
                c.execute('''CREATE TABLE mobike
                    (Time DATETIME, bikeIds VARCHAR(12), bikeType TINYINT,distId INTEGER,distNum TINYINT, type TINYINT, x DOUBLE, y DOUBLE)''')
        except Exception as ex:
            pass

然后就启动了250个线程，至于你要问我为什么没有用协程，哼哼～～我当时没学～～～其实是可以的，说不定效率更高。

由于抓取后需要对数据进行去重，以便消除小正方形区域之间重复的部分，最后的group_data正是做这个事情。

        executor = ThreadPoolExecutor(max_workers=250)
        print("Start")
        self.total = 0
        lat_range = np.arange(left, right, -offset)
        for lat in lat_range:
            lon_range = np.arange(top, bottom, offset)
            for lon in lon_range:
                self.total += 1
                executor.submit(self.get_nearby_bikes, (lat, lon))

        executor.shutdown()
        self.group_data()

最核心的API代码在这里。小程序的API接口，搞几个变量就可以了，十分简单。

    def get_nearby_bikes(self, args):
        try:
            url = "https://mwx.mobike.com/mobike-api/rent/nearbyBikesInfo.do"

            payload = "latitude=%s&longitude=%s&errMsg=getMapCenterLocation" % (args[0], args[1])

            headers = {
                'charset': "utf-8",
                'platform': "4",
                "referer":"https://servicewechat.com/wx40f112341ae33edb/1/",
                'content-type': "application/x-www-form-urlencoded",
                'user-agent': "MicroMessenger/6.5.4.1000 NetType/WIFI Language/zh_CN",
                'host': "mwx.mobike.com",
                'connection': "Keep-Alive",
                'accept-encoding': "gzip",
                'cache-control': "no-cache"
            }

            self.request(headers, payload, args, url)
        except Exception as ex:
            print(ex)

最后你可能要问频繁的抓取IP没有被封么？其实摩拜单车是有IP的访问速度限制的，只不过破解之道非常简单，就是用大量的代理。

我是有一个代理池，每天基本上有8000以上的代理。在ProxyProvider中直接获取到这个代理池然后提供一个pick函数用于随机选取得分前50的代理。

请注意，我的代理池是每小时更新的，但是代码中提供的jsonblob的代理列表仅仅是一个样例，过段时间后应该大部分都作废了。

在这里用到一个代理得分的机制。我并不是直接随机选择代理，而是将代理按照得分高低进行排序。每一次成功的请求将加分，而出错的请求将减分。

这样一会儿就能选出速度、质量最佳的代理。如果有需要还可以存下来下次继续用。

class ProxyProvider:
    def __init__(self, min_proxies=200):
        self._bad_proxies = {}
        self._minProxies = min_proxies
        self.lock = threading.RLock()

        self.get_list()

    def get_list(self):
        logger.debug("Getting proxy list")
        r = requests.get("https://jsonblob.com/31bf2dc8-00e6-11e7-a0ba-e39b7fdbe78b", timeout=10)
        proxies = ujson.decode(r.text)
        logger.debug("Got %s proxies", len(proxies))
        self._proxies = list(map(lambda p: Proxy(p), proxies))

    def pick(self):
        with self.lock:
            self._proxies.sort(key = lambda p: p.score, reverse=True)
            proxy_len = len(self._proxies)
            max_range = 50 if proxy_len > 50 else proxy_len
            proxy = self._proxies[random.randrange(1, max_range)]
            proxy.used()
            return proxy

在实际使用中，通过proxyProvider.pick()选择代理，然后使用。如果代理出现任何问题，则直接用proxy.fatal_error()降低评分，这样后续就不会选择到这个代理了。

    def request(self, headers, payload, args, url):
        while True:
            proxy = self.proxyProvider.pick()
            try:
                response = requests.request(
                    "POST", url, data=payload, headers=headers,
                    proxies={"https": proxy.url},
                    timeout=5,verify=False
                )

                with self.lock:
                    with sqlite3.connect(self.db_name) as c:
                        try:
                            print(response.text)
                            decoded = ujson.decode(response.text)['object']
                            self.done += 1
                            for x in decoded:
                                c.execute("INSERT INTO mobike VALUES (%d,'%s',%d,%d,%s,%s,%f,%f)" % (
                                    int(time.time()) * 1000, x['bikeIds'], int(x['biketype']), int(x['distId']),
                                    x['distNum'], x['type'], x['distX'],
                                    x['distY']))

                            timespend = datetime.datetime.now() - self.start_time
                            percent = self.done / self.total
                            total = timespend / percent
                            print(args, self.done, percent * 100, self.done / timespend.total_seconds() * 60, total,
                                  total - timespend)
                        except Exception as ex:
                            print(ex)
                    break
            except Exception as ex:
                proxy.fatal_error()