基于阿里云ECS与EMQX的无人机-地面站MQTT通信系统搭建实战利用阿里云服务器+EMQX+MQTT+4G实现无人机和

写在前面：本文适用于首次部署EMQX云端服务器的用户。

一、背景与目标

1. 传统局域网方案的局限性

在无人机遥感、野外监测等场景中，往往需要地面站实时获取飞行状态并下发控制指令。传统的直连串口或局域网方案（websocket）无法跨地域，且部署灵活性差。

尝试过ZeroTier，网速太慢，会有卡顿，所以最终选择了4G+云服务器。

2. 云端部署的优势

我们选择 MQTT 协议（轻量、低带宽、发布/订阅模型）配合 EMQX Broker（高性能、易扩展）部署在阿里云ECS上。

采用云端 EMQX 部署后：

无人机端（4G） ←→ 云端 EMQX 服务器 ←→ 地面站（任意网络）

带来的好处：

✅ 无距离限制：无人机通过 4G 网络连接，可在任何有信号的地方作业
✅ 远程监控：地面站可在办公室、家中等任意地点监控
✅ 多点接入：多个地面站可同时监控同一台无人机
✅ 数据存储：可在云端记录历史数据（可选功能）
✅ 易于扩展：支持多台无人机、多个地面站的管理

适用场景

最适合的应用场景：

远程巡检：无人机在野外进行电力线路、管道巡检，地面站在办公室监控
应急救援：无人机在灾区作业，指挥中心远程查看实时数据
测绘作业：无人机在测绘现场，数据实时传回公司处理
多点协同：多台无人机同时作业，统一监控管理

不适合的场景：

仅在室内或固定场所使用（局域网方案更简单）
对网络延迟要求极高的应用（云端会增加 50-200ms 延迟）
数据安全性要求极高且不允许上云的场景

🏗️ 二、系统架构说明

1. 整体网络拓扑

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         云端 EMQX 服务器                          │
│                                                                   │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │  阿里云 ECS 服务器                                        │    │
│  │  - 公网 IP: 12.345.67.890                               │    │
│  │  - 操作系统: Ubuntu 22.04/24.04                          │    │
│  │  - EMQX 5.8.8                                            │    │
│  │  - 端口: 1883 (MQTT), 18083 (Dashboard)                 │    │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘    │
│                                                                   │
└───────────────────┬─────────────────────────┬───────────────────┘
                    │                         │
                    │ 4G 网络                 │ WiFi/4G/有线网络
                    │                         │
        ┌───────────▼──────────┐   ┌──────────▼──────────┐
        │   无人机端            │   │   地面站             │
        │                      │   │                      │
        │  - Intel NUC         │   │  - 任意 Windows PC   │
        │  - 4G 模块           │   │  - 任意网络接入      │
        │  - SPD-LiDAR         │   │  - PointCloudViewer  │
        │  - Client: drone001  │   │  - Client: viewer_*  │
        └──────────────────────┘   └──────────────────────┘

数据流向

1. 点云数据采集
   ↓
2. TDC 数据处理（无人机端）
   ↓
3. MQTT 序列化
   ↓
4. 4G 网络上传到云端 EMQX
   ↓
5. EMQX 消息路由（Topic: lidar/drone001/pointcloud）
   ↓
6. 地面站订阅并接收
   ↓
7. 反序列化
   ↓
8. 3D 可视化显示

各组件作用

组件	作用	关键技术
无人机端	采集点云数据并发布到 MQTT	SPD-LiDAR、Qt MQTT、4G 模块
云端 EMQX	MQTT 消息代理，路由数据	EMQX 5.8.8、Topic 路由
地面站	订阅数据并可视化显示	Qt MQTT、OpenGL 渲染
4G 网络	无人机端公网接入	4G LTE、公网 IP

📋 部署前准备

需要准备的资源

1. 云服务器

推荐：阿里云 ECS（本文档基于阿里云）
配置：2 核 2GB 内存（最低配置）
带宽：3M 或 5M（1M 带宽不够用）
操作系统：Ubuntu 22.04 或 Ubuntu 24.04

2. 4G 网络（无人机端）

4G 模块：华为 E8372h-320（USB 4G 模块，即插即用）
SIM 卡：支持 4G 网络的 SIM 卡（建议流量套餐 ≥ 10GB/月）
备选方案：手机热点（临时测试用）

3. 开发环境

Qt Creator：用于编译无人机端和地面站程序
代码修改：需要修改两个文件的 MQTT 配置

4. 预算估算

云服务器：约 ¥100-200/月（按配置和带宽）
4G 模块：约 ¥200-300（一次性）
4G 流量：约 ¥50-100/月（按使用量）

三、概念关系梳理（科研通信场景）

1. MQTT 是什么？

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级发布/订阅（pub-sub）消息协议，专为低带宽、高延迟或不稳定网络设计。
在无人机与地面站这种远程、可能间歇性连接的场景非常合适。
消息由 客户端（Publisher）发送到 Broker，Broker 再根据主题（Topic）分发给订阅该主题的 客户端（Subscriber）。

2. EMQX 是什么？

EMQX 是一个高性能、分布式的 MQTT Broker（服务器程序），实现了 MQTT 3.1、3.1.1、5.0 协议。
它负责接收所有客户端的连接、转发消息、管理会话、权限、持久化等。
你可以把它理解为“消息中转站”，无人机和地面电脑都连到 EMQX，就能互相发消息。

3. 阿里云服务器与 EMQX 的关系

阿里云服务器（ECS）是一台远程 Linux/Windows 主机，你在上面安装并运行 EMQX。
无人机端程序（嵌入式或机载计算机）和地面电脑上的 Qt 程序，都通过网络连接到这台云服务器的公网 IP（或域名）+ MQTT 端口（默认 1883）。
这样，通信链路就是：

无人机 (MQTT Client) --Internet--> 阿里云 ECS (运行 EMQX Broker) --Internet--> 地面电脑 Qt App (MQTT Client)

4. 与 Qt 开发的关系

在 QtCreator 里，你可以用 Qt 的网络模块 或 第三方 MQTT 客户端库（如 QMQTT、paho.mqtt.c 的 Qt 封装）写 MQTT 客户端程序。
地面电脑端程序直接连云服务器的 EMQX 地址即可收发无人机数据。

[无人机] --(WiFi/4G/LoRa网关转IP)--> [Internet] | [阿里云 ECS 公网IP] | (运行 EMQX Broker, 监听 1883/8883) [地面电脑 Qt App] <----MQTT over Internet----+

三、分步骤操作清单（Windows 开发视角）

第一步：阿里云服务器购买

1.1、购买与支付

打开阿里云官网： www.aliyun.com/，完成注册

进入购买页面

登录阿里云控制台：ecs.console.aliyun.com/
点击"创建实例"

[需要截图：ECS 控制台]

选择配置

基础配置：

地域：选择离你最近的地域（如华东、华北）
实例规格：
- 实例类型：共享型 s6
- 规格：2 核 2GB（ecs.s6-c1m2.small）
镜像：
- 类型：公共镜像
- 操作系统：Ubuntu 22.04 64位或 Ubuntu 24.04 64位

网络配置：

网络：默认专有网络 VPC
公网 IP：分配公网 IPv4 地址
带宽：按使用流量计费
- 重要：峰值带宽选择 3 Mbps 或 5 Mbps
- ⚠️ 不要选择 1 Mbps（带宽不够用）

系统配置：

登录凭证：
- 推荐：自定义密码（设置 root 密码）
- 记住这个密码，后续登录服务器需要用

分组设置：

安全组：选择"新建安全组"或使用默认安全组
稍后需要配置安全组规则

购买时长：

建议先购买 1 个月测试
测试稳定后再续费或包年
我选择的是：1年（¥99）

确认订单

检查配置是否正确
勾选"云服务器 ECS 服务条款"
点击"立即购买"
完成支付

等待创建（2-5分钟） - 创建完成后，记录以下信息：

公网 IP：123.45.67.89（示例，每个人不同）
用户名：root
密码：（你刚才设置的）

1.2 配置安全组（5分钟）

什么是安全组？

云服务器的防火墙
控制哪些端口可以被访问

进入安全组配置

进入 ECS 控制台：ecs.console.aliyun.com/
点击左侧菜单"网络与安全" → "安全组"
找到你的安全组，点击"配置规则"
点击"入方向"标签页

点击"手动添加"，添加以下规则：

优先级	协议类型	端口范围	授权对象	描述
1	TCP	1883/1883	0.0.0.0/0	MQTT 端口
1	TCP	8883/8883	0.0.0.0/0	MQTT SSL 端口
1	TCP	18083/18083	0.0.0.0/0	EMQX Dashboard
1	TCP	22/22	0.0.0.0/0	SSH 远程登录
1	TCP	8888/8888	0.0.0.0/0	宝塔面板（可选）

配置说明：

授权对象 0.0.0.0/0：表示允许所有 IP 访问
安全建议：
- 端口 1883 和 8883 需要对所有人开放（无人机和地面站需要连接）
- 端口 18083（Dashboard）建议限制为你的办公室 IP
- 端口 22（SSH）建议限制为你的办公室 IP

[需要截图：安全组规则配置页面]

点击"保存"完成配置。

1.3 获取公网 IP

在阿里云控制台查看

进入 ECS 控制台：ecs.console.aliyun.com/
在实例列表中，找到你的服务器
在"IP 地址"列，可以看到公网 IP

示例：123.45.67.89

[需要截图：ECS 实例列表，标注公网 IP 位置]

记录公网 IP

重要：把这个公网 IP 记录下来，后续配置都需要用到！

我的服务器公网 IP：___________________

第二步：部署 EMQX服务器

2.1 登录服务器

有两种方式登录服务器：

方式一：阿里云 Workbench（推荐新手）

在 ECS 控制台，找到你的服务器
点击"远程连接" → "通过 Workbench 远程连接"
输入用户名：root
输入密码：购买时设置的密码
点击"确定"

[需要截图：Workbench 登录界面]

方式二：SSH 客户端（推荐熟练用户）

使用 PuTTY、Xshell 或 Windows Terminal：

ssh root@你的公网IP
# 例如：ssh root@123.45.67.89

输入密码后即可登录。

2.2 安装宝塔面板

在登录界面，复制粘贴以下命令（根据你选择的系统）： Ubuntu 系统

wget -O install.sh download.bt.cn/install/ins… && sudo bash install.sh ed8484bec

CentOS 系统：

yum install -y wget && wget -O install.sh download.bt.cn/install/ins… && sh install.sh ed8484bec

等待安装（5-10分钟）

安装完成后会显示：

============================================= Congratulations! Installed successfully!

=============================================

外网面板地址: http://123.45.67.89:8888/xxxxxxxx

内网面板地址: http://172.x.x.x:8888/xxxxxxxx

username: xxxxxxxx

password: xxxxxxxx

重要：复制保存这些信息！

开放宝塔面板端口
- 回到阿里云控制台
- 安全组添加规则：

端口范围：8888/8888
授权对象：0.0.0.0/0
描述：宝塔面板

（宝塔面板不是必须的，但是我觉得这一步的作用是可以获取外网面板地址）

2.2 安装 EMQX

登录服务器后，执行以下命令：

更新系统

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade -y

安装 EMQX

# 下载 EMQX 安装脚本
curl -s https://assets.emqx.com/scripts/install-emqx-deb.sh | sudo bash

# 安装 EMQX
sudo apt-get install emqx -y

安装过程：

下载时间约 1-2 分钟（取决于网络速度）
安装时间约 30 秒

启动 EMQX

# 启动 EMQX 服务
sudo systemctl start emqx

# 查看服务状态
sudo systemctl status emqx

正确的输出：

● emqx.service - emqx daemon
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/emqx.service; enabled; vendor preset: enabled)
     Active: active (running) since ...

看到 Active: active (running) 表示启动成功 ✅

2.3 配置开机自启

# 设置开机自启
sudo systemctl enable emqx

# 验证是否已启用
sudo systemctl is-enabled emqx

输出 enabled 表示配置成功 ✅

2.4 验证安装

检查端口监听

# 检查 MQTT 端口
sudo lsof -i :1883

# 检查 Dashboard 端口
sudo lsof -i :18083

正确的输出：

COMMAND   PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
beam.smp 1234 emqx   45u  IPv4  12345      0t0  TCP *:1883 (LISTEN)

检查 EMQX 版本

emqx version

输出示例：

5.8.8

2.5 访问 EMQX Dashboard

在浏览器中访问

打开浏览器，访问：

http://你的公网IP:18083

示例：http://12.345.67.89:18083

[需要截图：EMQX Dashboard 登录页面]

登录 Dashboard

用户名：admin
密码：public

⚠️ 重要：登录后立即修改默认密码！

修改默认密码

登录后，点击右上角用户图标
选择"用户管理"
点击 admin 用户的"编辑"
修改密码
保存

第三步：测试连接

Step1：测试 EMQX Dashboard（5分钟）

http://你的公网IP:18083

登录

用户名：admin
密码：public

看到 Dashboard ✅
- 说明 EMQX 安装成功
修改默认密码（重要！）
- 点击右上角头像
- 点击 "修改密码"
- 设置新密码

Step2：测试地面站连接（5分钟）

打开地面站程序
配置连接

Broker Host: 你的公网IP（如：123.45.67.89）
Port: 1883
Drone ID: drone001

点击 "连接"
看到 "Connected" ✅
- 说明地面站可以连接到云服务器
在 EMQX Dashboard 中查看
- 刷新 Dashboard
- 点击左侧 "客户端"
- 应该看到 1 个连接（地面站）

Step3：测试无人机端连接（5分钟）

注意：这一步需要无人机端有 4G 网络或手机热点（测试时用电脑WiFi也可以实现连接）

连接 4G 网络
- 插入 4G 模块
- 或连接手机热点
打开无人机端程序
配置连接

Broker Host: 你的公网IP（如：123.45.67.89）
Port: 1883
Drone ID: drone001

点击 "连接"
看到 "已连接" ✅
在 EMQX Dashboard 中查看
- 应该看到 2 个连接（地面站 + 无人机）

Step4：测试点云传输（5分钟）

无人机端开始采集数据
- 点击 "开始采集"
地面站应该能看到点云 ✅
在 EMQX Dashboard 中查看消息统计
- 点击左侧 "监控"
- 应该看到消息数量在增加

完成！ 🎉

第三步 4G网络配置

Step1 无人机端添加

3.1 硬件准备

SIM 卡准备

运营商：移动、联通、电信均可
套餐：建议选择流量套餐
- 每小时数据量约 500MB - 1GB（未优化）
- 每小时数据量约 100MB - 200MB（优化后）
- 建议套餐：≥ 10GB/月
网络：确保支持 4G LTE

3.2 安装 4G 模块

USB 4G 模块安装（以华为 E8372h 为例）

插入 SIM 卡：
- 打开 4G 模块的 SIM 卡槽
- 插入 SIM 卡（注意方向）
- 关闭卡槽
连接到电脑：
- 将 4G 模块插入 Intel NUC 的 USB 接口
- 等待 Windows 识别设备（约 10-30 秒）
安装驱动（如果需要）：
- 大部分情况下 Windows 会自动安装驱动
- 如果未自动安装，访问华为官网下载驱动

3.3 配置网络连接

Windows 网络配置

打开网络设置：
- 右键点击任务栏网络图标
- 选择"打开网络和 Internet 设置"

[需要截图：Windows 网络设置]

检查 4G 连接：
- 在"状态"页面，应该能看到"移动网络"或"蜂窝网络"
- 状态应该是"已连接"
设置为默认网络（如果有多个网络）：
- 打开"更改适配器选项"
- 找到 4G 网络适配器
- 右键 → "属性" → "Internet 协议版本 4 (TCP/IPv4)"，自动获取IP地址
- 点击"高级" → 设置"接口跃点数"为 10（数字越小优先级越高）

3.4 测试公网连接

测试 1：检查公网 IP

打开命令提示符（CMD）或 PowerShell，执行：

# 方法 1
curl ifconfig.me

# 方法 2
curl ip.sb

输出示例：

123.45.67.89

这个 IP 应该是你的 4G 网络公网 IP（不是 192.168.x.x 或 10.x.x.x）。

测试 2：测试到云端 EMQX 的连接

# 测试 MQTT 端口连通性
Test-NetConnection -ComputerName 你的服务器公网IP -Port 1883

示例：

Test-NetConnection -ComputerName 123.45.67.89 -Port 1883

正确的输出：

TcpTestSucceeded : True

如果显示 True，说明网络连接正常 ✅

第四步：客户端程序配置

修改代码支持4G网络，测试网络连接。


**⚠️ 重要**：在地面站和无人机端都把 `123.45.67.89` 替换为你在第一步记录的公网 IP！

第五步：验收测试

5.1 在 EMQX Dashboard 中查看客户端

打开 Dashboard：
- 访问：http://你的公网IP:18083
- 登录：admin / 你修改后的密码
查看连接的客户端：
- 点击左侧菜单 客户端 → 连接管理
- 应该看到两个客户端：
  - drone001（无人机端）
  - viewer_<timestamp>（地面站）

[需要截图：Dashboard 客户端连接列表]

检查客户端状态：
- 状态应该是"已连接"（绿色）
- 可以看到连接时间、IP 地址等信息

5.2 测试点云数据传输

在无人机端

加载测试数据：
- 点击 加载测试数据 按钮
- 或连接实际的 LiDAR 设备
查看发送状态：
- 观察日志输出
- 应该看到类似以下内容：

[INFO] Publishing point cloud: topic=lidar/drone001/pointcloud, size=xxx bytes
[INFO] Message published successfully

在地面站

查看接收状态：
- 应该能看到点云数据在 3D 视图中显示
- 统计信息更新（Data Rate、Points 等）
验证数据完整性：
- 点云显示正常
- 没有明显的数据丢失或延迟

5.3 验收清单

完成以下检查，确保部署成功：

阿里云服务器正常运行
EMQX 服务正常运行（sudo systemctl status emqx）
安全组规则配置正确（端口 1883、18083 已开放）
无人机端 4G 网络连接正常
无人机端成功连接到云端 EMQX
地面站成功连接到云端 EMQX
Dashboard 中能看到两个客户端连接
点云数据能正常传输和显示
EMQX Dashboard 默认密码已修改

🎉 部署完成

恭喜！你已经成功完成了 EMQX 云端部署。

下一步

日常使用：查看《EMQX日常使用手册.md》
性能优化：如果带宽不足，可以实施数据压缩和降采样
安全加固：限制 Dashboard 和 SSH 端口的访问来源

文档版本：v1.0 创建日期：2025-11-21 适用版本：EMQX 5.8.8、Ubuntu 22.04/24.04

基于阿里云ECS与EMQX的无人机-地面站MQTT通信系统搭建实战

一、背景与目标

1. 传统局域网方案的局限性

2. 云端部署的优势

适用场景

🏗️ 二、系统架构说明

1. 整体网络拓扑

数据流向

各组件作用

📋 部署前准备

需要准备的资源

1. 云服务器

2. 4G 网络（无人机端）

3. 开发环境

4. 预算估算

三、概念关系梳理（科研通信场景）

1. MQTT 是什么？

2. EMQX 是什么？

3. 阿里云服务器 与 EMQX 的关系

4. 与 Qt 开发的关系

三、分步骤操作清单（Windows 开发视角）

第一步：阿里云服务器购买

1.1、购买与支付

进入购买页面

选择配置

确认订单

1.2 配置安全组（5分钟）

进入安全组配置

1.3 获取公网 IP

在阿里云控制台查看

记录公网 IP

第二步：部署 EMQX服务器

2.1 登录服务器

方式一：阿里云 Workbench（推荐新手）

方式二：SSH 客户端（推荐熟练用户）

2.2 安装宝塔面板

2.2 安装 EMQX

更新系统

安装 EMQX

启动 EMQX

2.3 配置开机自启

2.4 验证安装

检查端口监听

检查 EMQX 版本

2.5 访问 EMQX Dashboard

在浏览器中访问

登录 Dashboard

修改默认密码

第三步：测试连接

Step1：测试 EMQX Dashboard（5分钟）

Step2：测试地面站连接（5分钟）

Step3：测试无人机端连接（5分钟）

Step4：测试点云传输（5分钟）

第三步 4G网络配置

Step1 无人机端添加

3.1 硬件准备

推荐的 4G 模块

SIM 卡准备

3.2 安装 4G 模块

USB 4G 模块安装（以华为 E8372h 为例）

3.3 配置网络连接

Windows 网络配置

3.4 测试公网连接

测试 1：检查公网 IP

测试 2：测试到云端 EMQX 的连接

第四步：客户端程序配置

第五步：验收测试

5.1 在 EMQX Dashboard 中查看客户端

5.2 测试点云数据传输

在无人机端

在地面站

5.3 验收清单

🎉 部署完成

下一步

3. 阿里云服务器与 EMQX 的关系