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3 ハンドメイド GPS ロガーの構築

ま さ

PIC
____________________________________________________________________

3.1 は じ め に

これまで Debian のインストール、 環境整備、 ウェブアプリケーションのシステム構築をするなどシステムを触ることはある程 度経験したものの、 お小遣い帳サーバや、 GPS ロガーなど、 何らかの実用になるものはなかなかつくれませんで した。

そこでプログラムのスキルを得るための教材として、 GPS ロガーを作成したので、 報告します。

これから Debian を目指す人の興味を惹き、 手がかりとなって少しでもお役に立てれば幸いです。

3.2 GPS とは

”Global Positioning System ”は数十個の衛星からの電波を受信して現在位置を割り出すシステムです。

原理等はいろんな書籍やインターネットに掲載されているようですので、 ここでは説明を割愛します。

3.3 GPS ロガーのハード構成

必要なハード構成は以下の通りです。

今回実際に使用したハードの概略仕様は Appendix を参照してください。

ネットブック   ⇐=  PS2-USB 変換   ⇐=  GPS レシーバ

  1. GPS レシーバ
    GPS アンテナ、 受信回路、 信号送出回路から成り、 PS2 コネクタからシリアルにキャラクタ文字で GPS 情報 が送出されます。
  2. PS2-USB 変換
    GPS レシーバから信号送出用のシリアルインタフェースを USB インタフェースに変換するためのものです。 変換ケーブルになっています。
  3. ネットブック
    USB インタフェースで受信した GPS 情報を受け取り、 ファイルに溜め込みます。 また、 GPS 情報をいろいろ 加工して楽しめます。

3.4 ネットブックセットアップ概要

ネットブック購入直後から GPS ロガーを構築する場合について概要を説明します。

  1. Debian Base system のインストール
    Debian-netinst-iso を使って Base system をインストールします。
  2. X Window System のインストール
  3. Gnome のインストール
  4. 日本語入力システムのインストール
    プログラム作成時必要です。 今回は、 ” uim-anthy ”をインストールしました。
  5. NTP のインストール
    システム時刻自動調整用のプログラムです。 今回は GPS を扱うため、 特にシステム時刻が大切になると思わ れます。
  6. プログラム言語のインストール
    GPS ロガーアプリケーション作成に必要です。 今回は、 とっつきやすく、 GUI ができ、 ライブラリが豊富と言 われる” Python ”（バイトン or パイソン？） を選択しました。 私にとって、 確かにとっつきやすいですが、 そ れなりに苦労しました。 python のせいではなく、 プログラミングというもの自体、 思ったものがそう簡単にで きるわけではないということだと思われます。
  7. Python library のインストール
    1. PySerial
      シリアルポート入出力用のプログラムです。
    2. Python Tkinter
      GUI プログラミング用のひとつです。
    3. datetime
      時刻を扱うとき使います。
    4. os, os.path
      ファイルの開閉、 読み書きするとき使います。
    5. sys(場合によって使用)
      コマンドパラメータを取得するとき使います。

3.5 GPS データ出力形式

今回使用した GPS レシーバは NMEA0183 というプロトコルです。 NMEA0183 では以下のような形式などでデータが出力さ れますが、

GLL
Geographic Position, Latitude and Longitude
GSA
GNSS DOP and Active Satellites
RMC
Recommended Minimum Specific GNSS Data

今回は

GGA
Global Positioning System Fix Data

という形式のみ利用しました。

GGA 形式の仕様は次の通りです。

GGA,123519.00,4807.038247,N,01131.324523,E,1,08,0.9,545.42,M,46.93,M,5.0,1012*42
123519.00  ＝ 測位時刻（UTC） 12:35:19.00
4807.038247,N  ＝ 緯度 48 度 07.038247 分（北緯）
01131.324523,E  ＝ 経度 11 度 31.324523 分（東経）
1  ＝ GPS のクオリティ； 0 =  受信不能、 1 =  単独測位、 2 = DGPS
08  ＝ 受信衛星数
0.9  ＝ HDOP
545.42, M  ＝ 平均海水面からのアンテナ高度（m）
46.93, M  ＝ WGS-84 楕円体から平均海水面の高度差（m）
5.0  ＝ DGPS データのエイジ（秒）
1012  ＝ DGPS 基準局の ID
*42  ＝ チェックサム

ここから、 時刻、 緯度、 経度などのデータを利用しました。

3.6 アプリケーション作成

いよいよアプリケーションの作成です。 上の GPS GGA データを加工して、 表示したり、 ログをとります。

3.7 実行

アプリケーションを走らせます。

3.8 今後の抱負

今回のアプリケーションを基にいろんな展開が考えられます。 Sunday programmer として今後も少しづつであっても、 根気よ く前進します。

  1. Open Street Map への貢献
  2. Open Street Map の利用

地図上への現在位置の表示や、 ログデータからトレース表示したりと地図情報は重要です。 この場合、 種々の縮尺の地図が必要で すが、 Open Street Map はベクトルデータであることからこの点が有利です。 また、 ナビのように指定した位置の地図を得る 場合、 これが可能なインタフェースが OSM にあれば（あるのかも知れませんが） 、 より柔軟に利用できるのではないかと期待 しています。

Appendix

[A] ネットブック仕様概略

PC:       Asus EeePC 901
CPU:      Intel Atom (1.6GHz)
Memory:   1GB
HDD(SSD): 4GB + 8GB
Monitor:  8.9 型、 1024 x 600
I/F:      USB 2.0

[B] ネットブックシステム仕様

OS:      Debian Lenny
Kernel:  2.6.26-2-686
言語:    Python 2.5.2
Library: pySerial, tkinter 等

[C] GPS レシーバ仕様

型式 :       GPS-S103(Wonde proud 社製)
位置  精度:  5 - 25m CEP without SA
時刻精度:   1 μ s synchronized to GPS time
プロトコル: NMEA0183
動作温度:   -40 °C ~ +85 °C
動作湿度:   5% to 90%  （結露なき事）
電 源 :       DC 3.7 ~ 6V, typical 5V （今回は USB より供給）
I/F:        TTL serial(PS2 コネクタ). USB option

[D] GPS ロガー実行例

  1. ログファイル
    $GPVTG,113.96,T,,,0.00,N,0.00,K,A*7C
    $GPGGA,054832.084,3450.2455,N,13615.2118,E,1,09,01.0,253.6,M,37.3,M,,*6B
    $GPRMC,054832.084,A,3450.2455,N,13615.2118,E,0.00,113.96,260909,,,A*6C
    $GPVTG,113.96,T,,,0.00,N,0.00,K,A*7C
    $GPGGA,054833.083,3450.2455,N,13615.2118,E,1,08,01.1,253.5,M,37.3,M,,*6E
    $GPRMC,054833.083,A,3450.2455,N,13615.2118,E,0.00,113.96,260909,,,A*6A
    $GPVTG,113.96,T,,,0.00,N,0.00,K,A*7C
    $GPGGA,054834.083,3450.2455,N,13615.2118,E,1,09,01.0,253.4,M,37.3,M,,*68
    $GPGSA,A,3,03,06,07,08,11,16,19,22,25,,,,2.2,1.0,1.9*39
    $GPGSV,3,1,09,3,44,055,37,6,33,060,33,7,50,266,39,8,28,311,37*7A
  2. 現在位置データ表示例

    PIC
  3. 現在位置地図表示例

    PIC
  4. プログラム例 (抜粋)
    #! /usr/bin/python2.5
    # -*- coding: utf8 -*-

    #********************************************
    #
    # コード例 for KDM 2009.12.27
    #
    # Now edited on .... 2009-02-07 ...
    # Reviced on    .... 2009-12-23
    #
    #********************************************

    #  必要なモジュールをインポート
    import os.path
    import Tkinter as Tk
    import time, datetime
    import serial
    import string
    .
    .
    .
    # GUI  バッファ準備
    root = Tk.Tk()
    buff_date = Tk.StringVar()
    buff_date.set(honjitsu)

    buff_hT = Tk.StringVar()
    buff_mT = Tk.StringVar()
    buff_sT = Tk.StringVar()
    buff_hT.set(’’)
    buff_mT.set(’’)
    buff_sT.set(’’)
    .
    .
    .
    #  表示欄の作成
    # display date &  gpstime
    f0 = Tk.Frame(master=None, relief= ’ridge’, bd=3)
    bd0 = Tk.Label(f0, text="きょうは", font=dfont12, relief = ’ridge’)
    bd1 = Tk.Label(f0, textvariable = buff_date, font=dfont18, relief = ’ridge’)
    bd2 = Tk.Label(f0, text="    ", font=dfont12, relief = ’flat’)
    b00 = Tk.Label(f0, text="時刻", relief = ’ridge’)
    b01 = Tk.Label(f0, textvariable = buff_hT, font=dfont18, relief = ’ridge’)
    b02 = Tk.Label(f0, text="時", relief = ’ridge’)
    b03 = Tk.Label(f0, textvariable = buff_mT, font=dfont18, relief = ’ridge’)
    b04 = Tk.Label(f0, text="分", relief = ’ridge’)
    b05 = Tk.Label(f0, textvariable = buff_sT, font=dfont18, relief = ’ridge’)
    b06 = Tk.Label(f0, text="秒", relief = ’ridge’)

    for e in [ bd0, bd1, bd2, b00, b01, b02, b03, b04, b05, b06 ]:
    e.pack(side=’left’, padx=5)

    # display latitude
    f1 = Tk.Frame(master=None, relief= ’ridge’, bd=3)
    b10 = Tk.Label(f1, text="北緯", font=dfont24, relief = ’ridge’)
    b11 = Tk.Label(f1, textvariable = buff_dLa, font=dfont48, relief = ’ridge’)
    b12 = Tk.Label(f1, text="度", relief = ’ridge’)
    b13 = Tk.Label(f1, textvariable = buff_mLa, font=dfont48, relief = ’ridge’)
    b14 = Tk.Label(f1, text="分", relief = ’ridge’)
    b15 = Tk.Label(f1, textvariable = buff_sLa, font=dfont48, relief = ’ridge’)
    b16 = Tk.Label(f1, text="秒", relief = ’ridge’)

    for e in [b10, b11, b12, b13, b14, b15, b16 ]:
    e.pack(side=’left’, padx=5)
    .
    .
    .
    #  １秒毎の表示定義関数
    def showtime():
    # open log file for write gps data
    f = open( fname, ’a’)
    gpstime = ’’
    # get ’GPGGA’ sentence from gps receiver.
    # USB シリアルラインのオープン
    ser = serial.Serial(’/dev/ttyUSB0’, 4800, timeout = 3)
    print ser.portstr
    line = ser.readline()  #  １行づつ読み込み
    words = line.split(’,’)
    while( not words[0] == ’$GPGGA’):
    line = ser.readline()
    words = line.split(’,’)
    print line
    ser.close()

    プログラム例, 続き

    # time #  時刻データの切り出しと変換
    time = words[1]
    hT_utc = time[:2]
    hT_jst = str( ( int(hT_utc) + 9 ) % 24 ).zfill(2)
    mT = time[2:4]
    sT = str( int( float(time[4:]) ) ).zfill(2)
    gpstime = ’gpstime  = ’ + hT_jst + ’:’ + mT + ’:’ + sT + ’ JST’
    .
    .
    .
    # latitude #  緯度データの切り出しと変換
    lati = words[2]
    deg_lati = " " + lati[:2]
    min_lati = lati[2:4]
    sec_lati = str( int(float(lati[4:]) * 60 ) ).zfill(2)
    gpslati = ’latitude = ’ + deg_lati + ’:’ + min_lati + ’:’ + sec_lati + ’ ’ + words[3] + ’  ’
    # longitude #  経度データの切り出しと変換
    long = words[4]
    deg_long = long[:3]
    min_long = long[3:5]
    sec_long = str( int(float(long[5:]) * 60 ) ).zfill(2)
    gpslong  = ’longitude=’ + deg_long + ’:’ + min_long + ’:’ + sec_long + ’ ’ + words[5] + ’  ’
    # koudo
    kodo = words[9]
    gpskodo  = ’koudo= ’ + kodo + ’ m’
    .
    .
    .
    # write new data to data file
    f.write(line)  #  ログデータのファイルへの書き込み

    f.close

    root.after(1, showtime) #  １秒毎に表示を更新

    showtime() #  表示関数の起動
    root.mainloop() #  無限ループ

第 30 回関西 Debian 勉強会 2009 年 12 月
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