智能网联汽车开发篇：行驶轨迹跟踪 – 作者:xutiejun

严正声明：本文仅用于技术探讨，严禁用于其他非法途径

0×00 前言

有时，在老婆下班开车回家的路上，我总是需要打电话问你到哪里了。

真希望能有个程序能实时了解车的实时位置。

于是有了本篇文章。

0×01 所需材料

1.树莓派。

树莓派的系统下载地址为：

https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/

2.GPS模块。

3.GPS天线。

4.VPS服务器（虚拟专用服务器）

我使用的是vultr的VPS服务器（最便宜的3.5美元/月就可以，不用买贵的。并且不使用时可以删除掉，不计费的），注册地址（打个广告，可以忽略）：

https://www.vultr.com/?ref=7521512

安装的系统为：Ubuntu 18.04.4 LTS。

5.汽车一辆。

没有汽车的话，也可以用自行车等交通工具代替，可以将设备放在背包中测试。 

0×03 设计方案

设计方案如下：

1.首先将树莓派安置在目标小车上。

2.树莓派通过GPS模块实时采集GPS情报，并将GPS情报实时上传到云端服务器。

3.云端服务器将GPS信息存储在数据库中。

4.通过访问云端服务器的HTML网页，使用百度地图，将目标小车的轨迹描画出来。

0×04 部署过程

整个部署过程可以分为两部分：云端服务器部署和树莓派部署。

Part1：云端服务器部署

步骤1：搭建PHP环境。

（1）安装MySQL。

sudo apt-get install mysql-server

（2）安装Apache。

sudo apt-get install apache2

（3）安装PHP7.0。

sudo apt-get install php7.0

检测是否安装成功：

php7.0 -v

（4）其他模块安装。

sudo apt-get install php-mbstring php7.0-mbstring php-gettext libapache2-mod-php7.0

（5）安装phpMyAdmin。

sudo apt-get install phpmyadmin  

  安装过程会提示输入mysql的root账号的密码，密码一定记住。

此时的phpmyadmin文件夹被安装在/usr/share/phpmyadmin下，为了能在浏览器中访问到phpmyadmin，需要在/var/www/html下做一个软连接到该文件夹：

进入/var/www/html文件夹，在该目录下执行如下操作:

sudo ln -s /usr/share/phpmyadmin

此时在浏览器中键入http://localhost/phpmyadmin ,进入管理界面。

（6）重启MySQL和Apache

sudo service mysql restart

sudo service apache2 restart

步骤2：创建数据库。

通过http://localhost/phpmyadmin访问数据库，并建立如下数据库。

步骤3：创建更新经纬度的PHP接口。

进入/var/www/html文件夹，创建interface文件夹。

进入/var/www/html/interface文件夹，创建updateGPS.php文件。

功能：更新GPS信息到数据库。

<?php
    function isInvalidKey() {
        $session = @$_GET['session'] ? $_GET['session'] : '';

        if (empty($session)) {
            return true;
        }
        // 防止SQL注入
        if (false==ctype_alnum($session)) {
            return true;
        }

        if (isDeadKey($session)) {
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }

    function isDeadKey(&$session) {
        $mysql_server_name='localhost'; //mysql数据库服务器
        $mysql_username='root';   // user
        $mysql_password='password'; // 【注意，请设置为正确的密码。】
        $mysql_database='infos';  // 数据库名

        $con=mysqli_connect($mysql_server_name,$mysql_username,$mysql_password,$mysql_database);
        if(!$con){
            die("连接失败: " . mysql_error());
        }

        $sqldata="SELECT * FROM session_info WHERE session = '$session'";
        echo $sqldata;
        echo "<br>";
        $result=mysqli_query($con,$sqldata);
        mysqli_close($con);
        //echo mysqli_num_rows($result);

        if (mysqli_num_rows($result) == 0) {
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }

    function updateGPS() {
        $session = @$_GET['session'] ? $_GET['session'] : '';

        $mysql_server_name='localhost'; //mysql数据库服务器
        $mysql_username='root';   // user
        $mysql_password='password'; // 【注意，请设置为正确的密码。】
        $mysql_database='infos';  // 数据库名

        $connent=new mysqli($mysql_server_name,$mysql_username,$mysql_password,$mysql_database);
        if($connent->connect_error){
            die("连接失败: " . $connent->connect_error);
        }

        // 插入数据
        date_default_timezone_set('PRC');
        $time = date("Y/m/d H:i:s");
        $lat = $_GET['lat'];
        $lon = $_GET['lon'];

        $insertdata="insert into map_route(session,time,lat,lon) values('$session','$time','$lat','$lon')";
        echo $insertdata;
        if($connent->query($insertdata)==true){
            echo "插入数据成功";
        }else{
            echo "插入数据失败: " . $connent->error;
        }

        echo "<br>";

        //关闭数据库
        mysqli_close($connent);
    }

    if(isInvalidKey()) {
        exit("session is invalid");
    }

    //更新GPS
    updateGPS();
?>

步骤4：创建地图显示模块

进入/var/www/html文件夹，创建location文件夹。

location文件夹内的文件，见baidu网盘，如下:

链接: https://pan.baidu.com/s/1zamZax-S36paXvl04_tc9g 

提取码: 3biu

主要功能：

读取数据库中的GPS信息，并用百度地图显示出来。

Part2：树莓派部署

创建updateGPS.py文件，代码如下，并使之在系统启动后自动运行。

代码功能：通过GPS模块，自动采集GPS信息，并将GPS信息转换为百度坐标系信息上传到云端服务器。

# -*- coding: utf-8 -*-
import serial
import pynmea2
import time
import requests
import urllib
import json
import math


x_pi = 3.14159265358979324 * 3000.0 / 180.0
pi = 3.1415926535897932384626  # π
a = 6378245.0  # 长半轴
ee = 0.00669342162296594323  # 偏心率平方

def gcj02_to_bd09(lng, lat):
    """
    火星坐标系(GCJ-02)转百度坐标系(BD-09)
    """
    z = math.sqrt(lng * lng + lat * lat) + 0.00002 * math.sin(lat * x_pi)
    theta = math.atan2(lat, lng) + 0.000003 * math.cos(lng * x_pi)
    bd_lng = z * math.cos(theta) + 0.0065
    bd_lat = z * math.sin(theta) + 0.006
    return [bd_lng, bd_lat]


def bd09_to_gcj02(bd_lon, bd_lat):
    """
    百度坐标系(BD-09)转火星坐标系(GCJ-02)
    """
    x = bd_lon - 0.0065
    y = bd_lat - 0.006
    z = math.sqrt(x * x + y * y) - 0.00002 * math.sin(y * x_pi)
    theta = math.atan2(y, x) - 0.000003 * math.cos(x * x_pi)
    gg_lng = z * math.cos(theta)
    gg_lat = z * math.sin(theta)
    return [gg_lng, gg_lat]


def wgs84_to_gcj02(lng, lat):
    """
    WGS84转GCJ02(火星坐标系)
    """
    if out_of_china(lng, lat):  # 判断是否在国内
        return [lng, lat]
    dlat = _transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
    dlng = _transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
    radlat = lat / 180.0 * pi
    magic = math.sin(radlat)
    magic = 1 - ee * magic * magic
    sqrtmagic = math.sqrt(magic)
    dlat = (dlat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtmagic) * pi)
    dlng = (dlng * 180.0) / (a / sqrtmagic * math.cos(radlat) * pi)
    mglat = lat + dlat
    mglng = lng + dlng
    return [mglng, mglat]


def gcj02_to_wgs84(lng, lat):
    """
    GCJ02(火星坐标系)转GPS84
    """
    if out_of_china(lng, lat):
        return [lng, lat]
    dlat = _transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
    dlng = _transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
    radlat = lat / 180.0 * pi
    magic = math.sin(radlat)
    magic = 1 - ee * magic * magic
    sqrtmagic = math.sqrt(magic)
    dlat = (dlat * 180.0) / ((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtmagic) * pi)
    dlng = (dlng * 180.0) / (a / sqrtmagic * math.cos(radlat) * pi)
    mglat = lat + dlat
    mglng = lng + dlng
    return [lng * 2 - mglng, lat * 2 - mglat]


def bd09_to_wgs84(bd_lon, bd_lat):
    lon, lat = bd09_to_gcj02(bd_lon, bd_lat)
    return gcj02_to_wgs84(lon, lat)


def wgs84_to_bd09(lon, lat):
    lon, lat = wgs84_to_gcj02(lon, lat)
    return gcj02_to_bd09(lon, lat)


def _transformlat(lng, lat):
    ret = -100.0 + 2.0 * lng + 3.0 * lat + 0.2 * lat * lat + \
          0.1 * lng * lat + 0.2 * math.sqrt(math.fabs(lng))
    ret += (20.0 * math.sin(6.0 * lng * pi) + 20.0 *
            math.sin(2.0 * lng * pi)) * 2.0 / 3.0
    ret += (20.0 * math.sin(lat * pi) + 40.0 *
            math.sin(lat / 3.0 * pi)) * 2.0 / 3.0
    ret += (160.0 * math.sin(lat / 12.0 * pi) + 320 *
            math.sin(lat * pi / 30.0)) * 2.0 / 3.0
    return ret


def _transformlng(lng, lat):
    ret = 300.0 + lng + 2.0 * lat + 0.1 * lng * lng + \
          0.1 * lng * lat + 0.1 * math.sqrt(math.fabs(lng))
    ret += (20.0 * math.sin(6.0 * lng * pi) + 20.0 *
            math.sin(2.0 * lng * pi)) * 2.0 / 3.0
    ret += (20.0 * math.sin(lng * pi) + 40.0 *
            math.sin(lng / 3.0 * pi)) * 2.0 / 3.0
    ret += (150.0 * math.sin(lng / 12.0 * pi) + 300.0 *
            math.sin(lng / 30.0 * pi)) * 2.0 / 3.0
    return ret


def out_of_china(lng, lat):
    return not (lng > 73.66 and lng < 135.05 and lat > 3.86 and lat < 53.55)

def report_GPS_to_server():
    ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0",9600)
    while True:
        line = ser.readline()
        if line.startswith('$GNRMC'):
            # The sentence has lat/long
            print line
            rmc = pynmea2.parse(line)

            #if len(rmc.lon)>0 and len(rmc.lat)>0:
	    if rmc.status =='A':
                lon = int(float(rmc.lon)/100)+(float(rmc.lon)*10000%1000000)/10000/60
                lon = round(lon,6)
                lat = int(float(rmc.lat)/100)+(float(rmc.lat)*10000%1000000)/10000/60
                lat = round(lat,6)

                lon,lat =  wgs84_to_bd09(lon,lat)
                print lon,lat

                params = {'session' : 'Y8bhFnBJ7sePopR1','lat' : lat,'lon' : lon}
		try:
                    r = requests.post("http://VPS'sIP/interface/updateGPS.php", params=params)
		except Exception , e:
		    print e
                #print (r.text)
                print "---------------------------------"

if __name__ == '__main__':
    report_GPS_to_server()

注意：

代码中的【http://VPS‘sIP/interface/updateGPS.php】需要正确设置为云端服务器的IP。

0×05 最终效果

开着汽车出去转了一大圈后，GPS信息会被实时上传到云端服务器。

在地球上任何有网络的地方，在浏览器中输入以下地址，就可以实时显示汽车的运行轨迹。

http://VPS的IP地址/location/index.html

手机端的效果图，如下所示：

PC端的效果图，如下所示：

0×06 结束

功能有许多可以优化的地方，比如可以追加轨迹播放、根据时间检索轨迹等功能。

最后，祝福祖国繁荣昌盛，疫情早日结束。

*本文作者：xutiejun，转载请注明来自FreeBuf.COM

来源：freebuf.com 2020-05-01 08:00:13 by: xutiejun