2024-02-26 14:54:25 +02:00
|
|
|
|
## Лабораторна робота №5
|
2024-02-26 14:53:24 +02:00
|
|
|
|
### Тема
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Візуалізація якості стану дорожнього покриття за допомогою фреймворку Kivy.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
### Мета
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Розробити програму для візуалізації руху машини на дорозі та якості дороги за допомогою даних датчиків.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
### Підготовка робочого середовище, встановлення проекту
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Клонування репозиторію
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
git clone git@git.comsys.kpi.ua:Diana_Tymoshenko/MapView.git
|
|
|
|
|
|
cd MapView
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Створення віртуального середовища. Пакет virtualenv повинен бути встановлений в системі!
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`python -m venv ./venv`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Активація середовища для linux
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`source ./venv/bin/activate`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Активація середовища для windows
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`venv\Scripts\activate`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Встановлення необхідних бібліотек
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`pip install kivy mapview`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
### Завдання
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для початку необхідно отримати дані з датчиків: дані акселерометра знаходяться в файлі data.csv,
|
|
|
|
|
|
GPS дані можна згенерувати за допомогою цього [ресурсу](https://www.nmeagen.org/) та записати їх у csv файл.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для відображення мапи використовується віджет [Mapview](https://mapview.readthedocs.io/en/1.0.4/) для Kivy.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для візуалізації руху машини можна використовувати MapMarker та рухати його відповідно GPS даних.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для визначення стану дорожнього покриття потрібно накопичити певну кількість показників акселерометра (наприклад, 100) та
|
|
|
|
|
|
проаналізувати їх певним чином на нерівності дороги (наприклад, великі та маленькі ями, бордюр).
|
|
|
|
|
|
Для їх позначення на дорозі також використовувати маркери. Зображення для маркерів можна знайти в папці images.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для створення та редагування маршруту машини на мапі використовуйте клас LineMapLayer та функцію
|
|
|
|
|
|
`add_point()` з файлу lineMapLayer.py. Для додавання лінії на мапу – `mapview.add_layer()` з `mode="scatter"`.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щоб створити затримку у відображення руху машини можна використовувати
|
|
|
|
|
|
функцію `kivy.clock.Clock.schedule_once()`.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
### Аналіз даних акселерометра
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Будемо використовувати дані тільки по осі z. В стані спокою значення по осі z становить
|
|
|
|
|
|
приблизно 16667 одиниць (або 1 g = 9.8 м/с²) (1 од = 0.00006 g).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для аналізу нерівностей дороги можна використати функцію `scipy.signal.find_peaks()`, що
|
|
|
|
|
|
знаходить локальні максимуми (піки) вхідних даних. Локальні максимуми вказують на наявність
|
|
|
|
|
|
бордюрів або лежачих поліцейських, локальні мінімуми - на ями.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для налаштування алгоритму знаходження максимумів використовуються такі параметри:
|
|
|
|
|
|
- `height`: мінімальна висота піків.
|
|
|
|
|
|
- `distance`: мінімальна відстань між піками.
|
|
|
|
|
|
- `prominence`: мінімальна висота піку відносно його сусідів (помітність піку).
|
|
|
|
|
|
- `width`: мінімальна ширина піку.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Важливо підібрати оптимальні параметри, щоб відсіяти шум та залишити тільки ті піки, що дійсно відображають
|
|
|
|
|
|
якість дорожнього покриття. Для більшої наочності при підбиранні параметрів можна показники акселерометра та
|
|
|
|
|
|
результати аналізу відобразити на графіку.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для знаходження мінімуму треба відзеркалити дані (помножити на -1) та вказати негативне значення висоти.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За бажанням можна використовувати будь-який інший спосіб аналізу показників акселерометра.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
**Шаблон основного файлу проєкту**
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```python
|
|
|
|
|
|
from kivy.app import App
|
|
|
|
|
|
from kivy_garden.mapview import MapMarker, MapView
|
|
|
|
|
|
from kivy.clock import Clock
|
|
|
|
|
|
from lineMapLayer import LineMapLayer
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
class MapViewApp(App):
|
|
|
|
|
|
def __init__(self, **kwargs):
|
|
|
|
|
|
super().__init__()
|
|
|
|
|
|
# додати необхідні змінні
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def on_start(self):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Встановлює необхідні маркери, викликає функцію для оновлення мапи
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def update(self, *args):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Викликається регулярно для оновлення мапи
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def check_road_quality(self):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Аналізує дані акселерометра для подальшого визначення
|
|
|
|
|
|
та відображення ям та лежачих поліцейських
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def update_car_marker(self, point):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Оновлює відображення маркера машини на мапі
|
|
|
|
|
|
:param point: GPS координати
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def set_pothole_marker(self, point):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Встановлює маркер для ями
|
|
|
|
|
|
:param point: GPS координати
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def set_bump_marker(self, point):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Встановлює маркер для лежачого поліцейського
|
|
|
|
|
|
:param point: GPS координати
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def build(self):
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
Ініціалізує мапу MapView(zoom, lat, lon)
|
|
|
|
|
|
:return: мапу
|
|
|
|
|
|
"""
|
|
|
|
|
|
self.mapview = MapView()
|
|
|
|
|
|
return self.mapview
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
if __name__ == '__main__':
|
|
|
|
|
|
MapViewApp().run()
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
### Ідеї для підвищення оцінки
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замість читання GPS координат з файлу можна використати утиліту Linux `gpsfake`.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`gpsd` — це програма, яка збирає дані з приймача GPS і надає дані через мережу
|
|
|
|
|
|
потенційно декільком клієнтським програмам. Gpsd можна запускати як фонове завдання.
|
|
|
|
|
|
gpsd надає сервіс шляхом прив'язки до порту 2947 за замовчуванням.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Але оскільки в нас немає приймача GPS, його роботу імітує `gpsfake`.
|
|
|
|
|
|
Він відкриває PTY (псевдо-TTY), запускає екземпляр gpsd, який вважає,
|
|
|
|
|
|
що підлегла сторона PTY є його пристроєм GPS, і передає вміст
|
|
|
|
|
|
одного або кількох тестових файлів з координатами до приймача GPS.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
**Встановлення пакетів**:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`sudo apt install gpsd-clients`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щоб додати ці пакети у віртуальне середовище, відкрийте файл конфігурації
|
|
|
|
|
|
`venv/pyvenv.cfg` та змініть рядок
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`include-system-site-packages = true`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В програмі треба додати рядок
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`import gps`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
**Використання gpsfake**
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Команда `gpsfake` запускається в терміналі, але при бажанні можна викликати її із програми
|
|
|
|
|
|
за допомогою модулю `subprocess`.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`gpsfake [OPTIONS] logfile`
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опції, які можуть знадобитись:
|
|
|
|
|
|
- `-P port`: встановлює порт прослуховування.
|
|
|
|
|
|
- `-c sec`: встановлює затримку між реченнями в секундах. За замовчуванням дорівнює нулю (без затримки).
|
|
|
|
|
|
- `-1`: logfile інтерпретується лише один раз, а не зациклюється.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
`logfile` - це файл, що містить коодринати в будь-якому підтримуваному форматі, включаючи,
|
|
|
|
|
|
зокрема, NMEA, SiRF, TSIP або Zodiac. Зокрема за допомогою цього [ресурсу](https://www.nmeagen.org/)
|
|
|
|
|
|
можна також згенерувати NMEA файл.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
**Використання gpsd**
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
gpsd використовує JSON для зв’язку зі своїми клієнтами. Відповіді містять класи, а їх імена відповідають
|
|
|
|
|
|
типу повідомлення NMEA. Важливо зазначити, що ці об’єкти JSON можуть бути неповними,
|
|
|
|
|
|
якщо значення не визначено. Це може статися, коли GPS-приймач ще не отримав координати.
|
|
|
|
|
|
У такому випадку поле просто опускається. Ви можете знайти повний список команд і більш
|
|
|
|
|
|
детальний опис [тут](https://gpsd.gitlab.io/gpsd/gpsd_json.html).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Більше про gpsd, його методи та приклади використання можна дізнатися [тут](https://gpsd.io/client-howto.html).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Треба зазначити, що запускати gpsd треба в окремому потоці, бо він не може працювати в одному
|
|
|
|
|
|
циклі подій Kivy.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нижче наведений приклад коду для використання gpsd.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
```python
|
|
|
|
|
|
import gps
|
|
|
|
|
|
import threading
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
class GpsPoller(threading.Thread):
|
|
|
|
|
|
def __init__(self):
|
|
|
|
|
|
threading.Thread.__init__(self)
|
|
|
|
|
|
self.gpsd_client = gps.gps(port=port, mode=gps.WATCH_ENABLE) # вказати потрібний порт
|
|
|
|
|
|
self.current_gps = None # поточні координати
|
|
|
|
|
|
self.running = True
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def get_gps_data(self):
|
|
|
|
|
|
return self.current_gps
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
def run(self):
|
|
|
|
|
|
while self.running:
|
|
|
|
|
|
response = self.gpsd_client.next()
|
|
|
|
|
|
print('response:', response)
|
|
|
|
|
|
if response['class'] == 'DEVICE':
|
|
|
|
|
|
is_activated = getattr(response, 'activated')
|
|
|
|
|
|
if is_activated == 0: # коли logfile з координатами був повністю прочитаний
|
|
|
|
|
|
self.running = False
|
|
|
|
|
|
return
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
if response['class'] == 'TPV' and hasattr(response, 'lat'):
|
|
|
|
|
|
print("Your position: lat = " + str(response.lat) + ", lon = " + str(response.lon))
|
|
|
|
|
|
self.current_gps = [response.lat, response.lon]
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для роботи з цим класом треба створити його екземпляр в основному класі програми та розпочати діяльність потоку
|
|
|
|
|
|
за допомогою методу `start()`, який викликає метод `run()`. Для отримання координат використовувати метод `get_gps_data()`.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зверніть увагу, що перші координати надходять не одразу, тож слідкуйте за тим, яку затримку
|
|
|
|
|
|
треба поставити, щоб перша відповідь містила поля lat та lon. Також якщо при виклику команди `gpsfake`
|
|
|
|
|
|
ви використовуєте затримку між реченнями в 1 секунду, то між кожним зчитуванням координат від gpsd
|
|
|
|
|
|
треба поставити затримку в 3 секунди, бо для однієї пари координат використовується 3 речення
|
|
|
|
|
|
з logfile.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Якщо при запуску програми виникає така помилка:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
gpsd:ERROR: SER: device open of /dev/pts/4 failed: Permission denied - retrying read-only
|
|
|
|
|
|
gpsd:ERROR: SER: read-only device open of /dev/pts/4 failed: Permission denied
|
|
|
|
|
|
gpsd:ERROR: /dev/pts/4: device activation failed, freeing device.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Треба змінити режим профілю безпеки AppArmor для gpsd з режиму enforced на режим complain:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
sudo apt install apparmor-utils
|
|
|
|
|
|
sudo aa-complain /usr/sbin/gpsd
|
|
|
|
|
|
sudo apparmor-status # для перевірки режиму
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
### Корисні посилання:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- [Kivy](https://kivy.org/doc/stable/)
|
|
|
|
|
|
- [Mapview](https://mapview.readthedocs.io/en/1.0.4/)
|
|
|
|
|
|
- [scipy.signal.find_peaks](https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.signal.find_peaks.html)
|
|
|
|
|
|
- [gpsfake](https://gpsd.gitlab.io/gpsd/gpsfake.html)
|
|
|
|
|
|
- [gpsd](https://gpsd.io/gpsd.html)
|
|
|
|
|
|
- [threading](https://docs.python.org/uk/3/library/threading.html)
|
