刘伟善，广东省广州市培英中学副校长、正高级教师，特聘研究员，广东省名师工作室主持人，广东省中小学科创骨干教师，广东省中小学校本研修学科首席专家，广东省基础教育教学指导专业委员会专家，华南理工大学软件学院校外硕士生导师。主持或参与十几项省市级课题研究，获得国家专利8项，登记软件著作版权2项，其教学成果获广东省中小学教育教学创新成果奖2项、广州市基础教育教学成果奖重点培育项目2项。三十年来深耕高中学校管理、教育质量监测、教师发展、校本研修、人工智能教育及应用、科创教育、STEM教育、教学与科研等领域，坚持“人本至善、生本可塑”的教育理念，提出并践行着“让学习变得更好玩”的教学主张。

《Python无人机编程》的出版，是刘伟善名师工作室献给基础教育创新事业的一曲深情赞歌。它承载的，不仅是让无人机听从代码指令翱翔的技术奥秘，更是点燃万千少年心中创新火种、塑造未来科技公民核心素养的神圣使命；它践行的，不仅是前沿科技的普及教育，更是为国家在基础教育阶段早期发掘和培育拔尖创新英才探索路径的责任担当。

在科技的浩瀚星空中，无人机如同璀璨的星辰，引领着智能飞行的未来。随着信息技术的飞速发展，无人机技术正以前所未有的速度融入我们的生活，从航拍测绘到农业植保，从应急救援到物流配送，其应用之广、价值之大，令人瞩目。然而，要让无人机真正翱翔于天际，发挥其无限潜力，离不开编程的智慧与数据处理的力量。

本书正是基于这样的背景应运而生，旨在为无人机编程爱好者、教育工作者以及科技探索者提供一本全面、系统、实用的指南。通过本书的学习，读者不仅能够掌握 Python 编程语言在无人机控制中的应用，更能够深入理解无人机编程背后的科学原理与技术逻辑，从而激发创新思维与增强实践能力。

本书是一本实践创新素养培养课程，作为创新课程，本书分为上下两篇共 8 章，第 1 章至第 4 章为上篇，第 5 章至第 8 章为下篇。每一章内容都经过精心设计与编排，力求让读者在轻松愉快的氛围中掌握无人机编程的核心技术。

第 1 章带领读者走进无人机的神秘世界，了解无人机的飞行原理、基本结构、应用领域以及智慧飞行器及其未来发展趋势。通过该章的学习，读者将对无人机有一个全面的认识，为后续的学习奠定坚实基础。第 2 章详细介绍 Python 编程语言的特点、优势以及在无人机编程中的应用。同时，该章还提供了 Python 的安装步骤与常用编辑器的使用方法，为读者搭建起编程学习的第一步。第 3 章从 Python 编程的基础知识入手，通过丰富的实例和练习，让读者掌握 Python 语句、变量、数据类型、数值转换、函数等核心概念，为后续的无人机编程打下坚实的语言基础。第 4 章以无人机起飞降落编程为起点，逐步深入探讨 Tello SDK 与无人机控制、顺序结构与飞行速度调整、if 条件判断与飞行路径选择、for 循环与长时间任务控制等核心内容。通过该章的学习，读者将能够编写简单的无人机控制程序，实现无人机的基本飞行功能。第 5 章聚焦于无人机飞行过程中的数据处理与分析。该章通过列表、元组、集合、字典等高级数据结构的运用，以及函数与类的设计，让读者掌握无人机飞行数据的处理与分析方法，为复杂的无人机编程任务提供有力支持。第 6 章结合无人机的实际应用场景，介绍航线拍摄、定点航拍、地形测绘、智慧航运、空中物流、飞行表演、键盘控拍等高级编程技巧。通过该章的学习，读者将能够编写出具有实际应用价值的无人机程序，实现无人机的智能控制与协同作业。第 7 章涵盖图像识别、人脸追随、多机编队飞行等前沿技术。通过该章的学习，读者将能够掌握无人机视觉跟踪与多机协同飞行的核心技能，为无人机技术在公共安全、环境监测等领域的应用奠定坚实基础。第 8 章详细介绍无人机编程竞赛策略、团队协作、编程技巧及迷宫竞赛实例，通过该章的学习，能提升读者的无人机编程能力，增强创新思维与团队协作，为职业发展打下坚实基础。

在精心雕琢本书的每一章节时，我深知，这不仅是一次技术的传授，更是一场关于创新、实践与梦想的探索之旅。本书如同一座桥梁，连接着知识的彼岸与创新的未来，引领每一位读者跨越学科界限，迈向无人机编程的广阔天地。

作为每章的启航灯塔，章首导言不仅为你揭示了学习航程的目的地与目标，更为你在知识的海洋中航行提供了明确的导向。它们如同航海图上的坐标，确保你在探索之旅中既不迷失方向，又能适时地回望，评估自己的成长与进步。

在这趟学习之旅中，你会发现，书中那些加粗标记的栏目，正是为你铺设的通往无人机智慧殿堂的阶梯。“知识链接”不仅是获取知识的桥梁，更是激发你对无人机编程领域的好奇心与求知欲，助你构建起坚实的知识基石；“课堂任务”如同指南针，确保你的学习之旅方向明确，每一步都踏在实处，让知识的吸收更加高效而系统；“探究活动”则是你实践创新的舞台，它鼓励你走出理论的象牙塔，通过团队协作与创造性尝试，你将学会如何以工程师的眼光审视问题，以科学家的精神探索未知，从而在实践中磨砺出扎实的技术素养与敏锐的创新意识；“成果分享”倡导的是一种开放共享的文化，鼓励你在交流中成长，在分享中进步，让创新的火花在集体智慧的碰撞中更加灿烂；“思维拓展”引领你跨越已知的边界，勇敢踏入未知的领域，用批判性与创造性的思维，探索无人机编程的无限可能，构建属于你自己的知识大厦；“当堂训练”与“想创就创”是你技能巩固与创意实现的双重保障，通过实战演练与创意设计，你的逻辑思维、工程思维、技术思维乃至创新思维将得到全面锻炼与提升。

这些精心设计的栏目，不仅是你掌握 Python 无人机编程技术的得力助手，更是你科学素养、技术素养、工程素养、数学素养以及创新与跨学科素养全面发展的强大推手。它们相互交织，共同编织出一张紧密的学习网，让你在享受编程乐趣的同时，也能在无形中成长为具备跨学科整合能力与创新精神的新时代拔尖创新人才。

我坚信，《Python 无人机编程》将成为你无人机编程征途上的忠实伴侣，携手共赴无人机技术的广阔天地。让我们一同在 Python 编程的海洋中破浪前行，在无人机翱翔的天际留下我们创新的足迹，共同绘制属于我们的璀璨未来！

由于个人视野与能力的局限，书中难免存在不足之处，我诚挚地邀请每一位读者成为我的同行者，用你们的智慧与反馈，共同雕琢这部作品的每一个细节，使之更加完善，更加贴近读者的愿望。

第 1 章 走进无人机世界 2

1.1 初探苍穹：无人机概述 2

1.2 构造揭秘：无人机结构 8

1.3 探索奥秘：无人机飞行原理 13

1.4 飞行奥秘：多旋翼无人机飞行合力 18

1.5 技术进阶：无人机动力系统 24

1.6 智慧引领：无人机系统 31

1.7 创新实践：无人机组装与挑战 41

1.8 未来展望：无人机应用与发展趋势 46

1.9 本章学习评价 54

第 2 章 编程语言 Python 及其安装 56

2.1　启航之选：为何选择 Python 56

2.2 语言基础：Python 无人机编程 62

2.3 环境搭建：Python 安装方法 68

2.4 编辑搭建：PyCharm 编辑器安装 75

2.5 插件设置：Sublime Text3 安装以及插件配置 82

2.6 图形编程：Mind+及其安装过程 90

2.7 初试牛刀：第一个 Python 程序 94

2.8 本章学习评价 98

第 3 章 无人机 Python 编程基础 101

3.1　语法启航：Python 语句及标识 101

3.2 变量探秘：Python 常量与变量 110

3.3 数据解锁：Python 基本数据类型 114

3.4 数据进阶：Python 数值转换 121

3.5 函数启蒙：Python 基本函数 125

3.6 首次翱翔：我的第一次飞行 131

3.7 本章学习评价 136

第 4 章 Python 无人机编程入门 138

4.1　飞翔启程：无人机起飞降落编程初探 139

4.2　驾驭核心：Tello SDK 与无人机控制 146

4.3　稳步飞行：赋值语句与匀速飞行控制 155

4.4　加速飞行：顺序结构与飞行速度调整 162

4.5　智能导航：if 条件与飞行路径选择 169

4.6　逻辑深化：if 嵌套与复杂飞行判断 176

4.7　轨迹绘制：for 循环与飞行路径编程 184

4.8　持久飞行：while 循环与长时间任务控制 190

4.9 本章学习评价 197

下 篇

第 5 章 无人机拼图与数据处理 202

5.1　智能起降：逻辑运算符编程探险 203

5.2　列表拼图：无人机绘三角轨迹编程 209

5.3 元组绘星：无人机五星轨迹环游飞 216

5.4　字典织梦：Tello 无人机翱翔天际 225

5.5　函数拼图：Tello 梯级降飞挑战 231

5.6　智能绕障：Tello 飞行拼图挑战 239

5.7　函数拼图：Tello 火山侦察探险 249

5.8　蛇形轨迹：Tello 飞行函数编织 258

5.9 本章学习评价 265

第 6 章 航拍快递与智能控飞 268

6.1　航线拍摄：一键捕影无人机编程挑战 268

6.2　航拍趣飞：无人机定点拍摄编程 276

6.3 趣探地形：无人机编程测绘挑战 285

6.4 智慧航运：无人机单点投递编程 293

6.5 空中物流：无人机多点速递编程 305

6.6 人脸追踪：Tello 智控编程趣飞行 317

6.7 飞行表演：编织空中舞步的奥秘 329

6.8 掌控天空：键盘操控飞行与拍摄 338

6.9 本章学习评价 345

第 7 章 视觉跟踪与多机编队 349

7.1 图像识别：空中人脸拍摄 349

7.2 图片追随：跟随人脸飞行 356

7.3 三机编队：旋转飞行控制 363

7.4 线程编程：双机齐飞操控 374

7.5 编队表演：双机交叉飞行 380

7.6 编程集群：多机跟逐飞行 386

7.7 编队变换：Tello 雁形飞行 393

7.8 多机编队：波浪队形飞行 399

7.9 本章学习评价 404

第 8 章 无人机编程竞赛策略与技巧 408

8.1 职业发展：无人机编程竞赛概况 408

8.2 团队协作：无人机竞赛制胜策略 415

8.3 编程技巧：无人机代码优化策略 420

8.4 图形编程：无人机编程迷宫竞赛 427

8.5 本章学习评价 434

参考文献 437