共享单车的移动定位技术的比较研究

摘 要：不同的共享单车采用的定位机制是不同的，本文将借助移动定位的性能的概念以及指标对于当前市场上存在的几种代表性的共享单车进行横向比较，指出不同定位机制下的定位性能的優劣以及定位成本的差异，归纳总结出未来的共享单车的发展趋势，并对共享单车所面临的挑战以及缺陷提出建议，让共享单车为大众提供更加优质的出行体验。

关键词：移动定位技术；共享单车；定位的精确度；定位成本；物联网

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

0 引言

共享单车的核心步骤是找车，解锁，计费，还车这四个步骤，非常依赖于对于单车的定位。移动定位技术的好坏将决定用户的骑行体验，收费合理性的判别，从而最终影响到APP的生存周期。不同的共享单车采用的定位机制是不同的，本文将借助移动定位的性能的概念以及指标对于当前市场上存在的几种代表性的共享单车进行横向比较。

1 共享单车定位性能指标

将从定位精准度，定位成本，出行大数据收集能力评价定位性能。

（1）定位精准度。定位精准度是指共享单车的空间实际位置与手机呈现的虚拟位置之间的偏差，对于共享单车的收费，出行的数据有着重大影响，是定位性能的核心指标

1）定位估计值的均方误差MSE与均方根误差RMSE：

（x y）是待定位端的实际位置，（x y）是待定位端的估计位置。

2）几何精度因子GDOP。基站与待定位端之间的几何位置对于定位精确度的影响的度量就是GDOP。

Y=AX A是基站位置Y与待定位端X之间的系数矩阵。

3）相对定位误差RPE[1]。RPE是定位范围最大半径R与定位精度σ的比值。

（2）定位成本。定位装置本身以及后期维护该装置所需要的费用，以及装置所能维持的生命周期。

（3）出行大数据收集能力。大数据时代下的共享单车公司，掌握了一手全面而又准确的用户出行数据，挖掘用户的出行规律，获得更多的资本投入，在激烈的竞争中获得更大的主动权。

2 机械锁ofo的定位机制

以ofo，unibike为代表的机械锁本身无定位功能，依赖于用户的手机定位。

（1）基于GPS与蜂窝网络的混合定位。ofo定位的方法很巧妙，ofo服务器在用户骑行获取密码阶段访问服务器来获得手机的位置信息，手机的位置即是车的位置，当用户结束骑行时，ofo服务器就会把用户手机所在位置当做是该辆小黄车的最终位置。把上一位用户的还车位置理解为小黄车的当前位置，手机定位的精准度就决定了小黄车的定位精准度。

GPS定位准确度高，但是冷启动时间长，能耗大，不适合当前智能移动终端的需要，蜂窝网络辅助GPS的定位技术应运而生。GPS定位技术为主，蜂窝无线网络中的GSM，GPRS，CDMA，WCDMA，LTE以及无线局域网WIFI充当辅助。

利用手机位置定位车的位置，定位成本低廉几乎为0，由此小黄车的造价控制在300元左右。可是当小黄车的位置不与手机的位置重合，ofo服务器就会错误的记录该车的位置，其他用户按图索车而不得，出行体验降低，这也会给小黄车的维护调度带来困难，不能规避单车被永久私藏的隐患。

3 ofo的基于GPRS蜂窝网络的定位机制

基于网络的定位技术也称为反向链路定位技术，是目前使用最为广泛的定位技术。该定位技术的特征是需要待定位端发出一些特定信号，基站接收到信号后把移动终端与自己的位置的相对信息发送到网络系统中的信息处理中心，根据算法计算出带定位端的位置。采取蜂窝网络的定位，主要是采取对信号到MS的时间 时间差 角度进行测量，通过合理的计算估计出地理位置[2]。

（1）基于CELL-ID定位方法。利用待定位端所处基站及覆盖半径，来判断位置，精确度与覆盖半径成正比。该技术特点鲜明，响应时间快，但是精确度低，在大型基站和农村地区定位效果不理想。

（2）基于上行链路信号到达时间差（TDOA）定位方法。基本原理是利用到达基站的时间差来计算出待定位端与基站的距离，当基站的数目达到三个的时候利用三边定位计算出待定位端的位置。因为距离公式是两边平方所以会得到两个解，借助CELL-ID的半径消除一个解。TDOA可以减少来自于基站与待定位端不同步的影响，定位精确度较高，但是不如基于GPS与蜂窝网络的混合定位法。 其改进版本OTDOA -IPDL是TD -SCDMA系统下的一种定位方式，该定位方法是在OTDOA定位技术的基础上，应用IPDL技术，目的是提高BS到MS之间测距准确性和可靠性。在IPDL期间，MS测量下行导频信号，得到TOA，估算出MS与BS之间的距离。

ofo使用的新一代智能锁是基于GSM/GPRS的三边定位所以定位精度必然比不上当下的基于LTE与LTE-ADVANCE的OTDOA。

4 摩拜单车基于GPS与蜂窝网络的混合定位

摩拜单车依赖的也是此技术所以不再赘述，但是与ofo不同的是摩拜单车把智能锁的位置作为车的位置。摩拜单车的智能锁定位精确度在10m左右，能耗低，续航能力强。并支持3G，4G网络可以与云端进行通信，将车子的位置与电子锁的状态报送给云端，云端获取单车端的出行数据，下达开锁指令，使得以云端-单车端-云端的物联网体系结构有效的运行，可以收集优质的用户出行数据。但是集成大量功能的智能锁也会带来定位成本高的负担。基于3g4g的网络在信号不好的地理环境下的鲁棒性较差。

5 总结

通过分析比较发现，虽然以ofo与摩拜为代表的主流共享单车的定位技术有所差异，但是在物联网的背景下最终的发展趋势还是定位精度高，出行数据收集准确，方便管理的智能锁。共享单车的成长也会助推物联网更加稳步快速的发展。

参考文献：

[1]曹永升，梁胜祥，谢冠恒，郑喜艳等.移动定位技术的现状与发展趋势术[A].电子技术应用，0258-7998（2015）01-0017-04.

作者简介：陈圣辉（1995-），男，江苏南通人，本科在读，研究方向：网络工程。