共享單車的移動(dòng)定位技術(shù)的比較研究

摘 要：不同的共享單車采用的定位機(jī)制是不同的，本文將借助移動(dòng)定位的性能的概念以及指標(biāo)對于當(dāng)前市場上存在的幾種代表性的共享單車進(jìn)行橫向比較，指出不同定位機(jī)制下的定位性能的優(yōu)劣以及定位成本的差異，歸納總結(jié)出未來的共享單車的發(fā)展趨勢，并對共享單車所面臨的挑戰(zhàn)以及缺陷提出建議，讓共享單車為大眾提供更加優(yōu)質(zhì)的出行體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)定位技術(shù)；共享單車；定位的精確度；定位成本；物聯(lián)網(wǎng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.131

0 引言

共享單車的核心步驟是找車，解鎖，計(jì)費(fèi)，還車這四個(gè)步驟，非常依賴于對于單車的定位。移動(dòng)定位技術(shù)的好壞將決定用戶的騎行體驗(yàn)，收費(fèi)合理性的判別，從而最終影響到APP的生存周期。不同的共享單車采用的定位機(jī)制是不同的，本文將借助移動(dòng)定位的性能的概念以及指標(biāo)對于當(dāng)前市場上存在的幾種代表性的共享單車進(jìn)行橫向比較。

1 共享單車定位性能指標(biāo)

將從定位精準(zhǔn)度，定位成本，出行大數(shù)據(jù)收集能力評價(jià)定位性能。

（1）定位精準(zhǔn)度。定位精準(zhǔn)度是指共享單車的空間實(shí)際位置與手機(jī)呈現(xiàn)的虛擬位置之間的偏差，對于共享單車的收費(fèi)，出行的數(shù)據(jù)有著重大影響，是定位性能的核心指標(biāo)

1）定位估計(jì)值的均方誤差MSE與均方根誤差RMSE：

（x y）是待定位端的實(shí)際位置，（x y）是待定位端的估計(jì)位置。

2）幾何精度因子GDOP。基站與待定位端之間的幾何位置對于定位精確度的影響的度量就是GDOP。

Y=AX A是基站位置Y與待定位端X之間的系數(shù)矩陣。

3）相對定位誤差RPE[1]。RPE是定位范圍最大半徑R與定位精度σ的比值。

（2）定位成本。定位裝置本身以及后期維護(hù)該裝置所需要的費(fèi)用，以及裝置所能維持的生命周期。

（3）出行大數(shù)據(jù)收集能力。大數(shù)據(jù)時(shí)代下的共享單車公司，掌握了一手全面而又準(zhǔn)確的用戶出行數(shù)據(jù)，挖掘用戶的出行規(guī)律，獲得更多的資本投入，在激烈的競爭中獲得更大的主動(dòng)權(quán)。

2 機(jī)械鎖ofo的定位機(jī)制

以ofo，unibike為代表的機(jī)械鎖本身無定位功能，依賴于用戶的手機(jī)定位。

（1）基于GPS與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的混合定位。ofo定位的方法很巧妙，ofo服務(wù)器在用戶騎行獲取密碼階段訪問服務(wù)器來獲得手機(jī)的位置信息，手機(jī)的位置即是車的位置，當(dāng)用戶結(jié)束騎行時(shí)，ofo服務(wù)器就會把用戶手機(jī)所在位置當(dāng)做是該輛小黃車的最終位置。把上一位用戶的還車位置理解為小黃車的當(dāng)前位置，手機(jī)定位的精準(zhǔn)度就決定了小黃車的定位精準(zhǔn)度。

GPS定位準(zhǔn)確度高，但是冷啟動(dòng)時(shí)間長，能耗大，不適合當(dāng)前智能移動(dòng)終端的需要，蜂窩網(wǎng)絡(luò)輔助GPS的定位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。GPS定位技術(shù)為主，蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)中的GSM，GPRS，CDMA，WCDMA，LTE以及無線局域網(wǎng)WIFI充當(dāng)輔助。

利用手機(jī)位置定位車的位置，定位成本低廉幾乎為0，由此小黃車的造價(jià)控制在300元左右。可是當(dāng)小黃車的位置不與手機(jī)的位置重合，ofo服務(wù)器就會錯(cuò)誤的記錄該車的位置，其他用戶按圖索車而不得，出行體驗(yàn)降低，這也會給小黃車的維護(hù)調(diào)度帶來困難，不能規(guī)避單車被永久私藏的隱患。

3 ofo的基于GPRS蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位機(jī)制

基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)也稱為反向鏈路定位技術(shù)，是目前使用最為廣泛的定位技術(shù)。該定位技術(shù)的特征是需要待定位端發(fā)出一些特定信號，基站接收到信號后把移動(dòng)終端與自己的位置的相對信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的信息處理中心，根據(jù)算法計(jì)算出帶定位端的位置。采取蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位，主要是采取對信號到MS的時(shí)間 時(shí)間差 角度進(jìn)行測量，通過合理的計(jì)算估計(jì)出地理位置[2]。

（1）基于CELL-ID定位方法。利用待定位端所處基站及覆蓋半徑，來判斷位置，精確度與覆蓋半徑成正比。該技術(shù)特點(diǎn)鮮明，響應(yīng)時(shí)間快，但是精確度低，在大型基站和農(nóng)村地區(qū)定位效果不理想。

（2）基于上行鏈路信號到達(dá)時(shí)間差（TDOA）定位方法。基本原理是利用到達(dá)基站的時(shí)間差來計(jì)算出待定位端與基站的距離，當(dāng)基站的數(shù)目達(dá)到三個(gè)的時(shí)候利用三邊定位計(jì)算出待定位端的位置。因?yàn)榫嚯x公式是兩邊平方所以會得到兩個(gè)解，借助CELL-ID的半徑消除一個(gè)解。TDOA可以減少來自于基站與待定位端不同步的影響，定位精確度較高，但是不如基于GPS與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的混合定位法。 其改進(jìn)版本OTDOA -IPDL是TD -SCDMA系統(tǒng)下的一種定位方式，該定位方法是在OTDOA定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用IPDL技術(shù)，目的是提高BS到MS之間測距準(zhǔn)確性和可靠性。在IPDL期間，MS測量下行導(dǎo)頻信號，得到TOA，估算出MS與BS之間的距離。

ofo使用的新一代智能鎖是基于GSM/GPRS的三邊定位所以定位精度必然比不上當(dāng)下的基于LTE與LTE-ADVANCE的OTDOA。

4 摩拜單車基于GPS與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的混合定位

摩拜單車依賴的也是此技術(shù)所以不再贅述，但是與ofo不同的是摩拜單車把智能鎖的位置作為車的位置。摩拜單車的智能鎖定位精確度在10m左右，能耗低，續(xù)航能力強(qiáng)。并支持3G，4G網(wǎng)絡(luò)可以與云端進(jìn)行通信，將車子的位置與電子鎖的狀態(tài)報(bào)送給云端，云端獲取單車端的出行數(shù)據(jù)，下達(dá)開鎖指令，使得以云端-單車端-云端的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)有效的運(yùn)行，可以收集優(yōu)質(zhì)的用戶出行數(shù)據(jù)。但是集成大量功能的智能鎖也會帶來定位成本高的負(fù)擔(dān)?；?g4g的網(wǎng)絡(luò)在信號不好的地理環(huán)境下的魯棒性較差。

5 總結(jié)

通過分析比較發(fā)現(xiàn)，雖然以ofo與摩拜為代表的主流共享單車的定位技術(shù)有所差異，但是在物聯(lián)網(wǎng)的背景下最終的發(fā)展趨勢還是定位精度高，出行數(shù)據(jù)收集準(zhǔn)確，方便管理的智能鎖。共享單車的成長也會助推物聯(lián)網(wǎng)更加穩(wěn)步快速的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹永升，梁勝祥，謝冠恒，鄭喜艷等.移動(dòng)定位技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢術(shù)[A].電子技術(shù)應(yīng)用，0258-7998（2015）01-0017-04.

作者簡介：陳圣輝（1995-），男，江蘇南通人，本科在讀，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程。