手机指北针 + Python绘制徒步路线图

Posted 2021-11-02 Rolei_zl

1. 问题：户外活动，深林密林没有信号，无GRPS，手机地图无法使用，无法了解行程和行动路线。
2. 需求：绘制户外行动路线，标记关键行程点，留下行走路线图。
3. 分析
   1）行动路线包括行动方向、行程长度
   2）指南针（手持/手机）可以指示和标记行动方向
   3）行程长度可以由 行动速度 * 行动时间获得
   4）行程关键点标识可以通过外部输入进行标记
   5）绘制简单行动路线（手工/程序），示意图，不计精确度
4. 设计 -- 最简版
   1）使用手机指南针功能
   2）记录行走路线方向：沿路线行进方向
   3）标记关键行程点方向：线路拐点 + 行程关键标识
   4）Python解析关键行程点，绘制行路路线示意图
5. 实现
   1）界面绘制
           
   2）手机指南针功能调用
   3）记录行进方向

   // 创建实例时注册方向传感器
   Button_Start.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
       @Override
       public void onClick(View v) {
   
       /* 定义手机传感器 */
       // 获取传感器管理器
       sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
       // 地磁传感器，单位是uT(微特斯拉)，测量设备周围三个物理轴（x，y，z）的磁场
       masensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
       // 加速度传感器，单位是m/s2，测量应用于设备X、Y、Z轴上的加速度
       accesensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
   
       /* 注册传感器 */
       // 注册地磁传感器
       sensorManager.registerListener(sensorEventListener, masensor,         SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
       // 注册加速度传感器
       sensorManager.registerListener(sensorEventListener, accesensor,SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
       }
   });
   
   
   // 响应传感器监听
   SensorEventListener sensorEventListener =  new SensorEventListener() {
       float[] acceleValues = new float[3];   //加速度传感器值
       float[] magneticValues = new float[3]; //地磁传感器值 
   
       @Override
       public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
           // 获得传感器值
           if(event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER){
               acceleValues = event.values.clone();
           }else if(event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD){
               magneticValues = event.values.clone();
           }
           float[] values = new float[3];
           float[] R = new float[9];
           SensorManager.getRotationMatrix(R, null, acceleValues, magneticValues);
           SensorManager.getOrientation(R, values);
           // 方向角，以北为正方向
           degrees = -(float)Math.toDegrees(values[0]); 
   };
   
   // 记录节点方向
   if(diff >= timeinterval) {  // 达到时间间隔
       // 记录当前时间（日期+时间）和方向角，最新记录最前记录
       String st = df.format(curDate.getTime()) + ":   " + degrees + "\\n" + etmout.getText().toString();
       etmout.setText(st);  // 显示在文本框中
       curDate = new Date(System.currentTimeMillis());
       ct = curDate.getTime();
       // 显示时间间隔
       tvtest.setText(String.valueOf(et) + " --- " + String.valueOf(ct));
   }
   

   4）记录关键行程点
         手机不识别这是哪里？
         好吧，停下自动记录，手工输入吧~~
   5）保存行程记录
         保存本机还要权限注册和申请，懒，先不做。
         好吧，手工拷贝并保存到本机。
   6）APP生成/发布

   // build.gradle
   // defaultConfig 增加以下节点，定义生成的APP应用名
   android.applicationVariants.all {
       variant ->
       variant.outputs.all {
           outputFileName = "CompassPath.apk"   
           }
       }

    5）调用行程记录使用Python绘图

   import math                           # 数据处理，主要是小数位数
   import matplotlib.pyplot as plt       # 画图
   
   # 对方向角文件（手机获取并手动何存）进行解析
   # 原文件格式：日期、时间、里程方向角、里程点名字
   # 记录分解为：日期、时间（小时、分、秒）、里程点方向X轴坐标、里程点方向Y轴坐标、里程点名字
   def get_direction(filename):
       pdate = []
       ptime = []
       pdirect = []
       pname = []
       pall = []  # date, hour, min, sec, X_direct-cos, Y_direct-sin, name
   
       # 读入文件
       with open("./"+filename,"r", encoding='utf-8') as fp:
           frls = fp.readlines()
           
           for fl in frls:
               pt = []
   
               ## replace all double blank            
               while fl.count("  ")>0:
                   fl = fl.replace("  "," ")
               pf = fl.split(" ",2)
   
               ## NULL or there is no dirction data
               if fl.strip() == "" or len(pf) < 3:
                   continue
               else:
               ## get date               
                   pdate.append(pf[0])
                   pt.append(pf[0])
               ## get time and split into hour, minute, second                
                   ptime.append(pf[1][0:-1].split(":"))
                   ptpf = pf[1][0:-1].split(":")
                   pt.append(int(ptpf[0]))
                   pt.append(int(ptpf[1]))
                   pt.append(int(ptpf[2]))
               ## get direction and address point description
                   pdir = pf[2].replace("\\n","").strip()
                   pp = 0
                   pn = ""
                   for i in pdir:
                       if i.isnumeric() or i == "." or i == "-":
                           continue
                       else:
                           pp = pdir.index(i)
                           break
   
                   if pp == 0:
                       pd = float(pdir) + 90
                       pname.append("?")
                       pn = "?"
                   else:
                       pd = float(pdir[0:pp]) + 90
                       pname.append(pdir[pp:len(pdir)].strip())
                       pn = pdir[pp:len(pdir)].strip()
                   
               ## 方向角转成 X，Y轴坐标     
                   pt.append(round(math.cos(math.pi*pd/180),2))
                   pt.append(round(math.sin(math.pi*pd/180),2))
   
                   pt.append(pn)
                   pall.append(pt)
   
       pall.reverse()
   
       return pall
   
   def drawpath(points):
       px = []
       py = []
       pname = []
   
       ppx = 0  # perious node x value
       pcx = 0  # current node x value
       ppy = 0  # perious node y value
       pcy = 0  # current node y value
       ph = 0   # hour
       pm = 0   # minutes
       ps = 0   # seconds
   
       totaltime = 0 
       for i in range(0,len(points)):        
           pi = points[i]
   
           ph = pi[1]
           pm = pi[2]
           ps = pi[3]
   
           ptime = 0   # time interval
           
           ## 累计路程 X, Y 
           if i > 0:
               pcx = pi[4] + ppx 
               pcy = pi[5] + ppy
               ptime = ((ph-points[i-1][1])*60*60 + (pm-points[i-1][2])*60 + (ps-points[i-1][3]))/60 # double length per 30 seconds
           else:
               pcx = pi[4]
               pcy = pi[5]
               ptime = 1.0
           ppx = pcx
           ppy = pcy
   
           totaltime = round(totaltime+ptime,1)     
           px.append(pcx)
           py.append(pcy)
           pn = ""
           if i == 0:
               pn = "Start: " + pi[6]
           elif i == len(points)-1:
               pn = "End: " + pi[6]
           else:
               pn = pi[6]
           pname.append(pn + ", " + str(math.ceil(ptime)) + "'" + ", " + str(totaltime) + "'")
   
       ## draw line with points address
       waypoints = [px, py]
       plt.plot(waypoints[0], waypoints[1], '^-b', MarkerEdgeColor='g',MarkerFaceColor='g')
       ## lable name
       for i in range(0,len(pname)):
           plt.text(px[i]+0.05,py[i]+0.1,pname[i],ha='center', va='center', color="blue",clip_on=True, fontsize=8)
       plt.grid(False)
       ## 坐标轴
       plt.tick_params(axis='x', which='both', bottom=False, top=False, labelbottom=False)
       plt.tick_params(axis='y', which='both', left=False, right=False, labelleft=False)
       ## 解决乱码
       plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # aovid wide code
       ## X,Y轴坐标起点 和 终点设置
       plt.xlim(math.floor(min(px)) if min(px)>0 else math.floor(min(px)),math.ceil(max(px)) if max(px)>0 else math.ceil(max(px)))
       plt.ylim(math.floor(min(py)) if min(py)>0 else math.floor(min(py)),math.ceil(max(py)) if max(py)>0 else math.ceil(max(py)))
       plt.title(label='地点名，阶段耗时，总耗时（分钟）',loc='left',fontsize=8)
       plt.show()    

   6）显示
   大概就是这个样子吧，每隔5秒记录一次方向角。对吗？
   实际操作时在关键里程点开始记录方向角，记录后停止，标记里程碑点名字，到下个关键里程点再次记录。
   好处？不用手机实时的记录那么多方向点，而且还要标记名字。
   似乎这个Time Interval有点鸡肋
                  
6. 功能增强
   1）待完成功能
        * 根据行走时间，动态绘制行进路线中关键行程点的长短
        * 其他。。。边用边加
   2）文件保存
        需要调用和申请手机存储权限，暂不实现
   3）手机端直接绘制行程路线图
        懒，暂不实现
   4）行程高度获取
        等手机有了压力感应器再说，暂不实现