第一部分　無人機基礎知識

0-1 安裝Python直譯器

0-2 使用開發環境（如IDLE、VS Code、Jupyter Notebook等）

Chapter01 無人機概述與歷史

1-1 定義與術語：無人機（UAV）、無人航空系統（UAS）、遙控駕駛航空系統（RPAS）

1-2 無人機的歷史與發展

1-3 無人機的分類（按尺寸、航程、用途、組態等）

1-4 無人機的主要應用領域

1-5 無人機的程式設計範例

Chapter02 無人機系統結構與組成

2-1 飛行器平台（機身、機翼�旋翼、起落架）

2-2 動力系統（電機、螺旋槳、電池�燃料）

2-3 飛控系統與感測器（飛控板、GPS、IMU、氣壓計等）

2-4 通訊與資料鏈系統（遙控器、圖傳、地面站）

2-5 酬載（相機、感測器、其他設備）


第二部分　航空理論與飛行原理

Chapter03 空氣動力學基礎

3-1 升力、阻力、推力、重力，簡化概念的Python程式設計

3-2 翼型與氣流原理與範例

3-3 多旋翼（如四軸飛行器）和固定翼的飛行原理差異

Chapter04 飛行性能與穩定性

4-1 飛行性能參數（續航時間、航程、最大速度、爬升率）

4-2 飛行穩定性與控制（縱向、橫向、方向）


第三部分　設計、控制與導航

Chapter05 無人機設計與製造

5-1 設計流程與考量因素（任務需求、重量、材料選擇）

5-2 多旋翼、固定翼與垂直起降固定翼的結構設計

Chapter06 飛控系統與自動駕駛儀

6-1 控制迴路與PID控制原理

6-2 飛控軟體與韌體介紹（如ArduPilot、PX4）

6-3 自動化與自主飛行原理

Chapter07 導航、定位與路徑規劃

7-1 GPS/GNSS定位原理與誤差

7-2 慣性導航系統（INS）與感測器融合

7-3 航點設置與任務規劃

7-4 感測與避障技術


第四部分　操作實務與安全

Chapter08 飛行前準備與檢查

8-1 場地勘查與風險評估

8-2 天氣因素考量（風速、降雨、溫度）

8-3 飛行器與電池檢查清單

Chapter09 遙控操作與基本飛行技能

9-1 遙控器模式與操作介面

9-2 起飛、懸停、航線飛行、降落

9-3 緊急情況處理（失聯返航、電池低電量應對）


第五部分　無人機應用與發展趨勢

Chapter10 專業應用案例

10-1 空拍與影視製作

10-2 測繪與三維建模（攝影測量）

10-3 農業應用（精準農業）

10-4 巡檢與監測（基礎設施、電力、管線）

10-5 物流與配送

Chapter11 新興技術與軍事戰爭

11-1 無人機群集（Swarm）技術

11-2 人工智慧與機器學習在無人機的應用

11-3 反制無人機系統

11-4 城市空中交通（UAM）與空中計程車

Chapter12 軍事物聯網、軍用無人機的應用

12-1 MQTT協定，模擬多個軍事感測器與智慧城市指揮中心的資料傳輸

12-2 軍事IoT數據儲存到資料庫（如SQLite），再進行戰術分析與Python範例

12-3 軍事數據儲存至SQLite及熱點圖視覺化與Python範例

12-4 智慧城市軍事防衛系統加入「自動警報」功能

12-5 結合「AI機器學習」來預測警報熱點的未來走向，而不僅僅是處理當前的警報

12-6 軍事動態態勢感知預測

12-7 軍事動態態勢感知預測系統與「無人機自動導航」連動

12-8 軍事動態態勢預測與「無人機自動導航」連動，再放入數位孿生系統

12-9 無人機群體的軍事協同與Python範例

12-10 粒子群演算法PSO，如何最佳化無人機的搜索路徑與Python範例

12-11 受限空間下的路徑規劃：群體找目標，避開敵方的防空威脅區

12-12 2D機間防撞，無人機群繞過障礙物時，也保持完美的戰鬥間距

12-13 3D座標系統的機間防撞與Python範例

Chapter13 無人機的進階主題

13-1 避碰與路徑規劃的原理與Python範例

13-2 多代理人協作無人機的原理與Python範例

Chapter14 AI在無人機的應用領域

14-1 無人機抗干擾與自主跳頻的作用原理與Python範例

14-2 波束成形天線陣列的訊號處理的原理與Python範例

14-3 （無人機）精準懸停與降落的原理與Python範例

Chapter15 量子導航

15-1 量子導航，概念性Python程式設計?

本書《無人機的基礎概論：Python程式設計實作》融合了科技發展的遠見、跨領域教育的熱忱，並以親切且具啟發性的筆調呈現。

　　在幾年前，「無人機」對大眾而言或許還只是少數玩家的進階玩具，或是電影中遙不可及的未來科技。然而，時至今日，從自動化農業植保、環境與地形勘測、物流最後一哩路的配送，到令人驚豔的夜空燈光秀，無人機（UAV）已經悄然改變了我們的生活與產業結構。它不再只是會飛的相機，而是融合了航太、電子、通訊與人工智慧的移動式智慧終端。

　　面對這波跨領域的科技浪潮，身為教育者與研究者，我們常常思考：該如何為下一世代的科技人才建構最紮實的敲門磚？

　　答案就是本書的核心—「硬體理解」與「軟體實作」的深度結合。

一、為什麼是Python？

　　在無人機的硬體架構逐漸標準化、模組化的今天，「軟體」成為了賦予無人機靈魂的關鍵。我們選擇Python作為核心語言，理由非常純粹：

(一) 親民與高效：Python語法直覺，能讓初學者跳過繁瑣的底層編譯，專注於邏輯與演算法的實踐。

(二) 強大的生態系：無論是透過DroneKit進行飛控通訊、利用OpenCV進行即時影像辨識，還是導入機器學習讓無人機具備自主避障能力，Python都有著無可比擬的豐富函式庫支援。

二、本書的設計初衷：從「懂概念」到「寫得出」

　　過去的教材往往偏向兩極：不是著重於深奧的空氣動力學與控制理論，就是流於純粹的程式語法練習。本書試圖打破這道藩籬，我們採取「理論為骨，程式為肉」的編排架構：

(一) 基礎奠基：從無人機的飛行原理、多旋翼動力學，到基本的Python語法與物件導向觀念，即便是零基礎的讀者也能輕鬆上手。

(二) 模擬先行：利用電腦模擬軟體（如SITL虛擬環境），讓讀者在不流一滴汗、不摔一台機器的情況下，安全地驗證自己寫出的第一行飛控程式碼。

(三) 實戰落地：帶領讀者從起飛、降落、路徑規劃，一路進階到結合電腦視覺的自動追蹤與任務編排，體驗程式真正操控物體的成就感。

三、給讀者的話

　　學習跨領域技術的過程一定會遇到挫折。程式可能會報錯，模擬可能會墜機，但請記住：「每一次的Debug，都是讓你的無人機飛得更穩的養分。」

四、致謝

　　本書的順利出版，首先要感謝研究室團隊無數個夜晚在實驗室與飛場的測試與數據驗證，感謝所有提出寶貴回饋的學生們，你們的疑問讓本書的解說變得更加通俗易懂。同時，也感謝五南圖書出版公司編輯團隊在圖表繪製與排版上的專業協助。

　　科技的藍天無限廣闊，而這本書只是你的起跑線。現在，請坐在電腦前，連接好你的飛控系統，讓我們一起編寫程式，智馭藍天！


張紹勳（彰師大電機與機械科技學系，手機：0986-045-005）

張任坊、張博一

敬上?