【Pythonシリアル通信最終回】GPSモジュールで位置情報を取得し、地図に表示しよう！ 🛰️🗺️

7月 15, 2025

「GPSモジュールから送られてくるナゾの文字列って、どうやって読み解くの？」
「Pythonで取得した緯度経度を、Googleマップで表示させたい！」
「これまでのシリアル通信の知識を総動員して、何かカッコいいものを作ってみたい！」

こんにちは！ Pythonシリアル通信探検隊、隊長のPythonistaです！前回の第3回では、PCとマイコンを対話させる「双方向通信」に挑戦し、外部デバイスをリアルタイムで制御する力を手に入れましたね。

いよいよシリーズ最終回となる今回は、これまでの全ての知識を結集させ、非常に実用的でエキサイティングな応用プロジェクトに挑戦します！テーマは、「GPSモジュールから送られてくる生のシリアルデータを解析し、意味のある位置情報（緯度・経度）を抽出し、最終的にWebブラウザの地図上に表示する」です。このプロジェクトを通して、あなたはセンサーデータを扱う実践的なスキルと、データ処理から可視化までの一連の流れを体験することができます。さあ、宇宙からの信号をPythonで捉え、地図を描く冒険に出発しましょう！

1. 準備：今回の相棒「GPSモジュール」

今回の主役は、人工衛星からの電波を受信して、自身の位置情報を計算してくれるGPSモジュールです。多くのGPSモジュールは、計算した位置情報を**シリアル通信**を使って外部に出力します。

様々な種類がありますが、初心者の方が手軽に試すなら、PCやJetson/Raspberry PiのUSBポートに直接接続できる**USB接続タイプ**のGPSモジュールがおすすめです。接続するだけで、自動的にシリアルポートとして認識されます。

お使いの環境で、どのシリアルポート（例: /dev/ttyACM0, /dev/ttyUSB0, COM3など）として認識されるか、事前に確認しておきましょう。

2. GPSの「言語」を解読する：NMEAフォーマットとは？

GPSモジュールから送られてくるデータは、一見すると意味不明な文字列の羅列に見えます。例えば、以下のようなものです。

$GPRMC,092751.000,A,3540.8542,N,13945.5349,E,0.27,183.83,110725,,,A*75
$GPGGA,092751.000,3540.8542,N,13945.5349,E,1,08,0.9,54.7,M,39.4,M,,*79

これは**NMEA（エヌメア）フォーマット**（より正確にはNMEA 0183）と呼ばれる、GPS受信機で標準的に使われるデータ形式です。この謎の文字列には、緯度、経度、時刻、速度といった宝の情報がカンマ区切りで詰まっています。

NMEAにはいくつかの種類の「センテンス（文）」がありますが、今回はその中でも代表的な$GPRMC（推奨最小特定GPS/TRANSITデータ）の解析に挑戦します。このセンテンスには、位置情報や時刻、日付などがコンパクトにまとまっています。

（全てのフィールドを覚える必要はありません。「カンマで区切られたテキストデータ」であり、必要な情報が何番目にあるかを知ることが重要、とだけ理解しておけばOKです。）

3. スクリプト実装：データの受信から解析、そして可視化まで

それでは、GPSからのデータストリームを受け取り、地図に表示するまでの全工程を実装していきましょう。

3.1. ライブラリのインポート

シリアル通信のpyserial、Webブラウザを開くためのwebbrowser、そして少しの待機時間を入れるためのtimeをインポートします。

import serial
import time
import webbrowser

# (本格版の可視化では folium もインポートします)
# import folium

3.2. データ受信とNMEAセンテンスの解析

まずは、シリアルポートからデータを1行ずつ読み込み、それが目的の$GPRMCセンテンスであれば、カンマで分割して必要な情報を取り出す関数を作成します。

def parse_gprmc(sentence):
    """$GPRMCセンテンスを解析し、緯度経度などを抽出する"""
    parts = sentence.split(',')
    if len(parts) > 6 and parts[2] == 'A': # 'A'はデータが有効であることを示すステータス
        lat_raw = parts[3]
        lat_dir = parts[4]
        lon_raw = parts[5]
        lon_dir = parts[6]
        return lat_raw, lat_dir, lon_raw, lon_dir
    return None

3.3. NMEAフォーマットから10進数の緯度経度へ変換

NMEAフォーマットの緯度経度（例: 3540.8542）は、「度」と「分」が組み合わさった特殊な形式です。これを地図で使える一般的な10進数の「度」に変換する関数が、このプロジェクトの肝となります。

def convert_to_decimal_degrees(nmea_coord, direction):
    """NMEA形式の座標を10進数の度に変換する"""
    # 例: "3540.8542" -> 35度 40.8542分
    degrees = float(nmea_coord[:2]) # 緯度の場合
    minutes = float(nmea_coord[2:])
    
    decimal_degrees = degrees + (minutes / 60.0)
    
    if direction in ['S', 'W']: # 南緯または西経の場合はマイナスにする
        decimal_degrees *= -1
        
    return decimal_degrees

注意： 経度の場合（例: `13945.5349`）、度の部分は3桁（`139`）になるため、この関数は少し改良が必要です。完全なコードは最後に示します。

3.4. 可視化とメインループ

これらの関数を使い、データを取得して地図に表示するメインの処理を記述します。

# (ここに完全なコードを掲載。下記「完成版スクリプト」を参照)

4. 完成版スクリプトと使い方

これまでの要素を全て統合し、エラーハンドリングなどを加えた完成版のスクリプトです。

import serial
import time
import webbrowser

SERIAL_PORT = '/dev/ttyACM0' # ご自身の環境に合わせて変更
BAUD_RATE = 9600 # 多くのGPSモジュールのデフォルトは9600bps

def convert_to_decimal_degrees(nmea_coord, coord_type, direction):
    """NMEA形式の座標を10進数の度に変換する（改良版）"""
    raw_coord = float(nmea_coord)
    if coord_type == 'lat':
        degrees = int(raw_coord / 100)
        minutes = raw_coord - degrees * 100
    elif coord_type == 'lon':
        degrees = int(raw_coord / 100)
        minutes = raw_coord - degrees * 100
    else:
        return None
        
    decimal_degrees = degrees + (minutes / 60.0)
    if direction in ['S', 'W']:
        decimal_degrees *= -1
    return decimal_degrees

def main():
    print(f"シリアルポート {SERIAL_PORT} を開こうとしています...")
    try:
        ser = serial.Serial(SERIAL_PORT, BAUD_RATE, timeout=1)
        print("ポートを開きました。GPSデータ受信待機中... (Ctrl+Cで終了)")
        
        while True:
            line = ser.readline().decode('ascii', errors='ignore').strip()
            if line.startswith('$GPRMC'):
                parts = line.split(',')
                if len(parts) > 6 and parts[2] == 'A':
                    lat_nmea, lat_dir, lon_nmea, lon_dir = parts[3], parts[4], parts[5], parts[6]
                    
                    latitude = convert_to_decimal_degrees(lat_nmea, 'lat', lat_dir)
                    longitude = convert_to_decimal_degrees(lon_nmea, 'lon', lon_dir)
                    
                    print("\n--- 位置情報取得成功！ ---")
                    print(f"緯度: {latitude:.6f}, 経度: {longitude:.6f}")
                    
                    # Googleマップで表示
                    Maps_url = f"https://www.google.com/maps?q={latitude},{longitude}"
                    print(f"地図を開いています: {Maps_url}")
                    webbrowser.open_new_tab(Maps_url)
                    
                    break # 1回取得したら終了
            # データが来るまで少し待つ
            time.sleep(0.5)

    except serial.SerialException as e:
        print(f"シリアルポートエラー: {e}")
    except KeyboardInterrupt:
        print("\nプログラムを終了します。")
    finally:
        if 'ser' in locals() and ser.is_open:
            ser.close()
            print("シリアルポートを閉じました。")

if __name__ == '__main__':
    main()

使い方

上記のコードをgps_mapper.pyなどの名前で保存します。
コード冒頭のSERIAL_PORTとBAUD_RATEを、お使いのGPSモジュールの設定に合わせて変更します。
GPSモジュールをPCに接続し、衛星を捕捉できる場所（窓際など）に置きます。
ターミナルでスクリプトを実行します。
python3 gps_mapper.py
スクリプトはGPSからのデータ受信を待ち、有効な位置情報（$GPRMCセンテンスでステータスが'A'）が取得でき次第、緯度経度を計算して表示し、自動的にブラウザでGoogleマップを開きます。

5. まとめ：シリアル通信で現実世界と繋がろう！

今回は、シリアル通信シリーズの集大成として、GPSモジュールという実用的なハードウェアと連携するプロジェクトに挑戦しました。

GPSモジュールがシリアル通信でNMEAフォーマットという生のテキストデータを送信してくること。
Pythonの文字列操作（.split()など）を使って、そのデータの中から必要な情報（緯度、経度など）を解析（パース）する方法。
NMEAの特殊な座標形式を、地図で使える一般的な10進数の度に変換する計算。
そして、webbrowserモジュールを使って、取得した位置情報を地図上に可視化する、というデータ処理の一連の流れ。

このプロジェクトを通して、Pythonがいかに簡単に外部デバイスと連携し、現実世界の情報を取得・活用できるかを感じていただけたのではないでしょうか。シリアル通信は、IoT、ロボット、組み込みシステムといった分野への入り口となる、非常に重要で楽しい技術です。

これにてシリアル通信入門シリーズは完結です！皆さんがこのシリーズで得た知識を元に、様々なハードウェアと対話する、あなただけのオリジナルプロジェクトを生み出してくれることを楽しみにしています！

Happy Hacking! 🛰️

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