無人機飛行軌跡GPS追蹤與自動化技術應用

import threading
import time
import gps
from picamera import PiCamera

class Poller(threading.Thread):
    def __init__(self):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.camera = PiCamera()
        self.gps_session = gps.gps("localhost", "2947")
        self.gps_session.stream(gps.WATCH_ENABLE | gps.WATCH_NEWSTYLE)

    def run(self):
        while True:
            report = self.gps_session.next()
            if report['class'] == 'TPV':
                if hasattr(report, 'time'):
                    print("Time: %s" % report.time)
                if hasattr(report, 'lat'):
                    print("Latitude: %s" % report.lat)
                if hasattr(report, 'lon'):
                    print("Longitude: %s" % report.lon)
                self.camera.capture('/home/pi/Documents/plane/image.jpg')
            time.sleep(3)

sudo nano /etc/rc.local

python /home/pi/Documents/plane/getGPS.py &

流程圖：
```mermaid
graph TD;
    A[開始] --> B[初始化 Poller 類別];
    B --> C[啟動 Poller 執行緒];
    C --> D[取得 GPS 資料];
    D --> E{有效 GPS 資料?};
    E -- 是 --> F[拍照];
    F --> G[記錄日誌];
    G --> H[延遲三秒鐘];
    H --> D;
    E -- 否 --> D;

此圖示展示了 Poller 執行緒的工作流程。首先初始化 Poller 類別並啟動執行緒。接著不斷從 GPS 接收器取得位置資料。如果獲得有效的 GPS 資料（即 `report['class'] == 'TPV'`），則進行拍照並記錄日誌檔案；否則繼續取得下一次資料。每次迴圈結束後都會延遲三秒鐘再繼續下一次迴圈。

#### 建議和注意事項

1. **停車場測試**：初學者可以選擇草地進行無人機測試以減少墜機損失。
2. **自動啟動**：透過修改 `/etc/rc.local` 檔案來設定自動啟動功能。
3. **多執行緒最佳化**：確保多執行緒技術能夠有效運作以提升系統效能。
4. **GPS 資料精確度**：考慮增加 GPS 資料採集頻率以獲得更平滑的飛行軌跡。

透過這些技術和設定，玄貓相信大家可以順利實作無人機飛行軌跡追蹤與自動化技術應用。

## 利用GPS追蹤無線遙控飛機的飛行路徑

在這個專案中，我們將利用Raspberry Pi（以下簡稱Pi）和GPS模組來追蹤無線遙控飛機的飛行路徑。這不僅展示了Pi在物聯網（IoT）應用中的潛力，也讓我們能夠記錄飛行過程中的每一個細節。以下是玄貓為你整理的詳細步驟和技術內容。

### 什麼是 rc.local 檔案？

`rc.local` 檔案是 Linux 系統中一個重要的啟動指令碼，位於 `/etc/` 目錄下。在系統啟動時，核心會依序執行這些指令碼檔案中的指令。`rc.local` 是最後一個執行的指令碼，通常用來放置那些不適合放在其他啟動指令碼中的指令。

由於 `rc.local` 不會以特定使用者身份執行，因此在指令碼中必須使用完整路徑來指定要執行的程式，而不能使用相對路徑（例如 `~/Documents/myscript.py`）。

### 設定 GPS 服務自動啟動

在開始記錄 GPS 資料之前，我們需要確保 GPS 模組在系統啟動時能夠正常運作。為此，我們需要將 GPS 服務的啟動指令加入 `/etc/rc.local` 檔案中。以下是具體步驟：

1. 開啟 `rc.local` 檔案：
    ```bash
    sudo nano /etc/rc.local
    ```

2. 在檔案的末尾加入以下指令：
    ```bash
    sudo gpsd /dev/ttyAMA0 -F /var/run/gpsd.sock
    sleep 45
    python /home/pi/Documents/plane/gpstest.py
    ```

這段指令的作用是先啟動 GPS 服務，然後等待 45 秒以確保 GPS 模組能夠取得到足夠的衛星訊號，最後執行記錄 GPS 資料的 Python 指令碼。

### 電源供應與硬體設定

為了讓無線遙控飛機能夠順利飛行並記錄資料，我們需要提供穩定的電源供應。這裡推薦使用 RC 愛好者常用的鋰聚合物（Li-Po）電池，因為它們輕便且能提供高效能的電力供應。

#### 電壓調節器

我們可以利用一個 USB 車載充電器來做為電壓調節器。將中間端子連線到電池的正極（+），其中一個外部端子連線到地線（GND），然後用 USB 接頭連線到 Pi 的電源輸入端。

### 無線遙控飛機硬體組裝

將所有元件安裝到無線遙控飛機上時，要特別注意保持飛機的平衡並避免幹擾翼面上的氣流。以下是具體安裝步驟：

1. **GPS 模組**：安裝在飛機鼻端。
2. **Raspberry Pi**：固定在機翼上。
3. **攝影機**：固定在機翼側面並朝向地面拍攝。

### 飛行前準備與測試

1. **電源供應**：確認 Pi 和所有外部裝置都已正確連線並供電。
2. **GPS 初始化**：啟動系統後等待 45 秒以確保 GPS 模組已獲得衛星訊號。
3. **測試飛行**：進行短暫測試飛行以確認所有裝置正常執行。

### 資料記錄與轉換

飛行結束後，我們可以將記錄下來的 GPS 資料轉換為 KML 檔案並匯入 Google Earth 中檢視飛行路徑。具體步驟如下：

1. **轉換指令碼**：執行 `kml.py` 指令碼將 `locations.log` 檔案轉換為 `plane.kml` 檔案。
2. **匯入 Google Earth**：將生成的 KML 檔案匯入 Google Earth 中檢視飛行路徑。

#### 轉換指令碼解析

```python
import string

# 開啟檔案進行讀寫操作
gps = open('locations.log', 'r')
kml = open('plane.kml', 'w')

# 寫入 KML 檔案頭部資訊
kml.write('<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>\n')
kml.write('<kml xmlns="http://www.opengis.net/kml/2.2">\n')
kml.write('<Document>\n')
kml.write('<name>Plane Path</name>\n')
kml.write('<description>Path taken by plane</description>\n')

# 定義樣式
kml.write('<Style id="yellowLineGreenPoly">\n')
kml.write('<LineStyle><color>7f00ffff</color><width>4</width></LineStyle>\n')
kml.write('<PolyStyle><color>7f00ff00</color></PolyStyle>\n')
kml.write('</Style>\n')

# 建立 Placemark 元素
kml.write('<Placemark><name>Plane Path</name>\n')
kml.write('<styleUrl>#yellowLineGreenPoly</styleUrl>\n')
kml.write('<LineString>\n')
kml.write('<extrude>1</extrude><tesselate>1</tesselate>\n')
kml.write('<altitudeMode>relative</altitudeMode>\n')
kml.write('<coordinates>\n')

# 陳述式解析與寫入座標資訊
for line in gps:
    coordinate = string.split(line)
    longitude = coordinate[0]
    latitude = coordinate[1]
    altitude = coordinate[2]
    kml.write(longitude + "," + latitude + "," + altitude + "\n")

# 寫入 KML 檔尾資訊
kml.write('</coordinates>\n')
kml.write('</LineString>\n')
kml.write('</Placemark>\n')
kml.write('</Document>\n')
kml.write('</kml>\n')

top

sudo kill <PID>

import os
from gps import *
from time import *
import time
import threading
import logging
from subprocess import call

# 設定日誌檔案
logging.basicConfig(filename='locations.log', level=logging.DEBUG, format='%(message)s')

picnum = 0
gpsd = None

class GpsPoller(threading.Thread):
    def __init__(self): # 初始化執行緒
        threading.Thread.__init__(self)
        global gpsd
        gpsd = gps(mode=WATCH_ENABLE)
        self.current_value = None
        self.running = True

    def run(self): # 執行緒運作內容
        global gpsd
        while self.running:
            gpsd.next()

if __name__ == '__main__': # 主程式部分，
    gpsp = GpsPoller() # 啟動執行緒並開始記錄經緯度及拍照操作。
    try:
        gpsp.start()
        while True:
            # 記錄從GPS取得到的經緯度及海拔資訊.
            logging.info(str(gpsd.fix.longitude) + " " + str(gpsd.fix.latitude) + " " +
                         str(gpsd.fix.altitude))
            # 在正確目錄下儲存帶編號圖片.
            call(["raspistill -o /home/pi/Documents/plane/image" + str(picnum) +
                  ".jpg"], shell=True)
            picnum = picnum + 1 # 增加圖片編號.
            time.sleep(3)
    except (KeyboardInterrupt, SystemExit):
        gpsp.running = False
        gpsp.join()