私有云IOT定位追踪系统详解

目录

1. 说明

2. 完成后的效果

2.1 实时定位

2.2 轨迹重现 

2.3 设备美照

3. 项目设计

3.1 系统拓扑图​编辑

3.2 技术选型

3.3 消息订阅处理架构图

3.4 frp服务在线监控​编辑

4. 实施

4.1 数据模型 – DeviceLocation

4.2 数据报规格定义

订阅主题

数据报格式 

银尔达后台配置

4.3 脚本:

– Kafka消费者守护程序

– 高德地图GPS定位纠偏脚本

5. 要点:

– API输出坐标数据时，需在Pydantic 模型做数据转换

6. 参考:

6.1 工具

– Javascript 在线转 Typescript: 

– GPS定位纠偏

6.2 码讯定位精度选择(定位技术对比)

1. 说明

      本文介绍一套低成本实现的IOT定位追踪系统方案，实现基于：本地内网服务器-云服务器-IOT终端-手机终端 互联互通基础上的定位追踪应用。

2. 完成后的效果

2.1 实时定位

定位实时数据

2.2 轨迹重现 

定位轨迹数据

2.3 设备美照

3. 项目设计

3.1 系统拓扑图

3.2 技术选型

3.3 消息订阅处理架构图

3.4 frp服务在线监控

4. 实施

4.1 数据模型 – DeviceLocation

参考： FastApi地理坐标数据存取实践_fastapi geoalchemy-CSDN博客

from typing import List, Optional
from datetime import datetime
from sqlalchemy import BigInteger, Column, DateTime, ForeignKey, ForeignKeyConstraint, Index, Integer, String, Table, Text, text
from sqlalchemy.dialects.mysql import TINYINT
from sqlalchemy.orm import Mapped, declarative_base, mapped_column, relationship
from sqlalchemy.orm.base import Mapped
from geoalchemy2 import Geometry, WKBElement
from sqlalchemy.orm import relationship, Mapped, mapped_column
from db.db_base import BaseModel
from .data_types import DeviceType
import uuid
import secrets

metadata = BaseModel.metadata

class DeviceLocation(BaseModel):
    __tablename__ = 'ia_iot_device_location'
    __table_args__ = (
        Index('Index_1', 'iot_device_id'),
        Index('Index_2', 'coordinates')
    )

    id = mapped_column(BigInteger, primary_key=True)
    coordinates: Mapped[WKBElement] = mapped_column(Geometry(geometry_type='POINT', spatial_index=True), nullable=False, comment='地理坐标')
    iot_device_id = mapped_column(BigInteger, server_default=text("'0'"))
    label = mapped_column(String(255, 'utf8mb4_general_ci'))

4.2 数据报规格定义

订阅主题

数据报格式 

银尔达后台配置

4.3 脚本:

– Kafka消费者守护程序

from confluent_kafka import Consumer, KafkaError, KafkaException
import asyncio
import json
import logging
from sqlalchemy import insert, select, delete
from datetime import datetime
from core.database import db_getter
from application.settings import BASE_DIR, IOT, KAFKA
from apps.vadmin.iot.models.models import DeviceLocation, Device
from apps.vadmin.iot.crud import DeviceLocationDal
from apps.vadmin.iot.cmds.utils import *
from apps.vadmin.iot.cmds.cmds import *

# 设置日志格式，'%()'表示日志参数
log_format = "%(message)s"
logging.basicConfig(
    filename=f"{BASE_DIR}/logs/k1.log", format=log_format, level=logging.INFO
)


class DaemonConsumer:
    def __init__(self):
        self.debug = True
        # self.debug = False

    async def consume_loop(self, consumer, topics):
        try:
            # 订阅主题
            consumer.subscribe(topics)
            while True:
                # 轮询消息
                msg = consumer.poll(timeout=1.0)
                if msg is None:
                    continue
                if msg.error():
                    if msg.error().code() == KafkaError._PARTITION_EOF:
                        # End of partition event
                        print(
                            "%% %s [%d] reached end at offset %d\n"
                            % (msg.topic(), msg.partition(), msg.offset())
                        )
                    elif msg.error():
                        raise KafkaException(msg.error())
                else:
                    # 正常消息
                    raw_message = msg.value()
                    # print(f"Raw message: {raw_message}")
                    str_msg = raw_message.decode("utf-8")
                    payload = json.loads(str_msg)
                    payload["server_time"] = datetime.now().strftime(
                        "%Y-%m-%d %H:%M:%S"
                    )
                    if self.debug:
                        print(f"Received message: {type(payload)} : {payload}")
                        json_data = json.dumps(payload, ensure_ascii=False)
                        logging.info("{}".format(json_data))

                    if "meta" in payload:
                        await self.process_message(payload)
        finally:
            # 关闭消费者
            consumer.close()

    async def process_message(self, payload):
        cmdTuple = CommandParser.getCommand(payload["meta"]["cmd"])
        print(cmdTuple)
        cmd = CommandDispatcher.dispatch(cmdTuple["class"])
        await cmd.execute(cmdTuple["action"], payload)

    async def run(self):
        # 消费者配置
        # conf = {
        #     "bootstrap.servers": "host001.dev.ia:19092,host001.dev.ia:29092,host001.dev.ia:39092",
        #     "group.id": "mygroup1",
        #     "auto.offset.reset": "earliest",
        # }
        conf = KAFKA

        # 创建消费者
        consumer = Consumer(conf)
        # await self.consume_loop(consumer, ["ia001.device.bus"])
        await self.consume_loop(consumer, [IOT["KAFKA_TOPIC_BUS"]])

– 高德地图GPS定位纠偏脚本

Javascript 版本: 查看绑定资源 

Typescript 版本: 

/* eslint-disable @typescript-eslint/no-loss-of-precision */

const x_PI: number = (3.14159265358979324 * 3000.0) / 180.0
const PI: number = 3.1415926535897932384626
const a: number = 6378245.0
const ee: number = 0.00669342162296594323

const bd09togcj02 = (bd_lon: number, bd_lat: number): number[] => {
  bd_lon = +bd_lon
  bd_lat = +bd_lat
  const x: number = bd_lon - 0.0065
  const y: number = bd_lat - 0.006
  const z: number = Math.sqrt(x * x + y * y) - 0.00002 * Math.sin(y * x_PI)
  const theta: number = Math.atan2(y, x) - 0.000003 * Math.cos(x * x_PI)
  const gg_lng: number = z * Math.cos(theta)
  const gg_lat: number = z * Math.sin(theta)
  return [gg_lng, gg_lat]
}

const gcj02tobd09 = (lng: number, lat: number): number[] => {
  lat = +lat
  lng = +lng
  const z: number = Math.sqrt(lng * lng + lat * lat) + 0.00002 * Math.sin(lat * x_PI)
  const theta: number = Math.atan2(lat, lng) + 0.000003 * Math.cos(lng * x_PI)
  const bd_lng: number = z * Math.cos(theta) + 0.0065
  const bd_lat: number = z * Math.sin(theta) + 0.006
  return [bd_lng, bd_lat]
}

const wgs84togcj02 = (lng: number, lat: number): number[] => {
  lat = +lat
  lng = +lng
  if (out_of_china(lng, lat)) {
    return [lng, lat]
  } else {
    const dlat: number = transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
    const dlng: number = transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
    const radlat: number = (lat / 180.0) * PI
    let magic: number = Math.sin(radlat)
    magic = 1 - ee * magic * magic
    const sqrtmagic: number = Math.sqrt(magic)
    const dlatAdjusted: number = (dlat * 180.0) / (((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtmagic)) * PI)
    const dlngAdjusted: number = (dlng * 180.0) / ((a / sqrtmagic) * Math.cos(radlat) * PI)
    const mglat: number = lat + dlatAdjusted
    const mglng: number = lng + dlngAdjusted
    return [mglng, mglat]
  }
}

const gcj02towgs84 = (lng: number, lat: number): number[] => {
  lat = +lat
  lng = +lng
  if (out_of_china(lng, lat)) {
    return [lng, lat]
  } else {
    const dlat: number = transformlat(lng - 105.0, lat - 35.0)
    const dlng: number = transformlng(lng - 105.0, lat - 35.0)
    const radlat: number = (lat / 180.0) * PI
    let magic: number = Math.sin(radlat)
    magic = 1 - ee * magic * magic
    const sqrtmagic: number = Math.sqrt(magic)
    const dlatAdjusted: number = (dlat * 180.0) / (((a * (1 - ee)) / (magic * sqrtmagic)) * PI)
    const dlngAdjusted: number = (dlng * 180.0) / ((a / sqrtmagic) * Math.cos(radlat) * PI)
    const mglat: number = lat + dlatAdjusted
    const mglng: number = lng + dlngAdjusted
    return [lng * 2 - mglng, lat * 2 - mglat]
  }
}

const transformlat = (lng: number, lat: number): number => {
  lat = +lat
  lng = +lng
  let ret: number =
    -100.0 +
    2.0 * lng +
    3.0 * lat +
    0.2 * lat * lat +
    0.1 * lng * lat +
    0.2 * Math.sqrt(Math.abs(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
}

const transformlng = (lng: number, lat: number): number => {
  lat = +lat
  lng = +lng
  let ret: number =
    300.0 + lng + 2.0 * lat + 0.1 * lng * lng + 0.1 * lng * lat + 0.1 * Math.sqrt(Math.abs(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
}

const out_of_china = (lng: number, lat: number): boolean => {
  lat = +lat
  lng = +lng
  return !(lng > 73.66 && lng < 135.05 && lat > 3.86 && lat < 53.55)
}

export default {
  bd09togcj02,
  gcj02tobd09,
  wgs84togcj02,
  gcj02towgs84
}

5. 要点:

– API输出坐标数据时，需在Pydantic 模型做数据转换

    @field_validator("coordinates", mode="before")
    def parse_coordinates(cls, value: WKBElement):
        return dump_coords(to_shape(value))[0] if value else None

6. 参考:

6.1 工具

– Javascript 在线转 Typescript: 

Javascript to Typescript converter with ChatGPT | Js2TS.com

– GPS定位纠偏

GPS 定位纠偏 

6.2 码讯定位精度选择(定位技术对比)

作者：bennybi