户外导航从入门到精通.docx

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户外导航从入门到精通

目　　录

户外导航——从入门到精通

基础篇户外导航的基础知识

第一章方向，方向，方向

1户外的复杂性★

1.1对指北针的错误认识

1.2对向导和领队的错误认识

1.3对导航设备的错误认识

1.4对一些自然常识的错误认识

2指北针★

2.1基本概念

2.2指北针的使用

2.3简易指北针的制作★★

3自然界的信息★

3.1太阳测方向

3.1.1当地时间的概念

3.1.2立杆法

3.1.3以手表和太阳配合判断方向★★

3.1.4太阳判定方向应注意的原则★★

3.2通过星辰判断方向

3.2.1通过北斗星寻找

3.2.2通过仙后座寻找★★★

3.3通过月亮判断方向★★

3.3.1月亮立杆法

3.3.2月亮盈亏法判断方向

3.3.3根据月亮位置判断方向★★★

3.4一些自然现象判断方向★★

第二章等高线地图的基础及应用

1等高线地图基本知识★

1.1等高线地图的基本标示

1.2常见地形与等高线图

2基于等高线地图的应用技巧★

2.1基于等高线的地形分析★

2.1.1山峰和洼地

2.1.2山脊和山谷的判断方法

2.1.2等高线之间闭合等值线内大小的判定

2.2等高线中山脉与河流分析

2.3两地高度差及特殊地形的高度计算

2.4等高线地形图中坡度的计算★★

2.5等高线中的地理气象特殊分析★★

第三章全球卫星定位系统的应用技巧

1GPS概述★★

2GPS的基本应用★★

2.1基本常识★★★

2.1.1大地测量与地图制图的基本原理

2.1.2大地坐标系

2.1.354北京坐标系

2.1.480西安坐标系

2.1.5地心坐标系

2.1.6WGS－84坐标系

2.1.7分带方法

2.1.7UTM坐标系统

2.1.8地图投影

2.2GPS的基本功能★

2.2.1坐标（coordinate）

2.2.2路标（LandmarkorWaypoint）和路线（Route）

2.2.3前进方向（Heading）和导向（Bearing）

2.2.4日出日落时间（Sunrise/Sunset）和月出月落时间（Moonrise/Moonset）

2.3GPS的典型参数设置★★★

3GPS的实用技巧及应用计算★★

3.1GPS与指南针配合的前进方向判定

3.2关于经纬度的计算

3.2.1经纬度换算和定位

3.2.2经纬度的实际长度

3.2.3如何使用GPS或手工确定任意两点的距离

3.3GPS使用小经验★

3.4GPS的选用★

3.4.1地图

3.4.2灵敏度

3.4.3续航能力

3.4.4恶劣环境适应性

3.4.5操作便利性

4GPS的误差问题讨论★★★

4.1GPS的精度及SA政策

4.2关于GPS的链路误差

实用篇山地导航的实用技巧

第四章山地导航的常用计算和实际应用

3.2确定目标点的距离与速度评估

1关于方向的标定

2任意位置的互相确定和计算

3山形分析和道路选择

4高度、距离和行军速度的估算

第五章地图的使用技巧

1线路设计－谷歌地图的使用和分析；

2等高线地图制作及数据来源和分析

3导航常用软件介绍及使用方法

第六章导航线路的设计与应用

1线路制作及各种格式文件相互转换

2迷路时的线路分析及重新设计

3户外探路和一些基本原则和注意事项

基础篇 户外导航的基础知识

第一章 方向，方向，方向

1 户外的复杂性★

  我们在户外时刻面临不同地理环境，天气环境，有许多未知因素在前方等着我们，我每次进山前都会花很多时间制订计划和设计线路，就算这样也常常会碰到一些意外情况，需要用我计划外的知识去解决，我们不可能象在大街上，口渴了去边上小店买瓶水，在一些恶劣环境中，如果有一项困难因素没有考虑到或找到解决方案，很可能等待我们的是灾难性的后果，我们在山里是真的“步步心惊”。

我曾经半夜三更被一领队哥们“痛哭流涕”的电话叫醒，这位GPS没电的兄弟在领着一群队员在山里迷失了方向，给我信息是：

不知道自己位置、不知道方向、没有GPS点，幸好当地晚上天气好月亮正亮，我告诉怎样通过月亮判断方向的方法后，这位兄弟找到了正确的行进方向。

因此在这里我首先要说一个原则：

我们不能迷信任何一种单一的设备和方法，尤其在方向和定位方面，这个世界没有任何一种设备和方法能适应各种环境变化，比如探洞时我们不可能拿着GPS导航，在象“黑竹沟”那样富含铁矿的山区，指北针甚至一些电子设备是没用的。

1.1 对指北针的错误认识

经常能看到一位哥们拿着指北针胸有成竹向前一指：

前面是北，跟我来。

殊不知这个方向很有可能就是错误的。

首先我要问的就是“北”在哪里。

实际上有两个北，磁北和真北（简称CB和ZBY）。

指北针指的北就是磁北，北斗星指的北就是真北。

两者在不同地区相差的角度不一样的，地图上的北是真北，磁北与真北会偏一定角度。

其次不要以为指北针指的方向是一直不变的，殊不知在山里一些特殊的含铁岩石和山体，甚至人体本身也会干扰指北针的方向。

我曾经在一条峡谷穿越中发现指北针发生了较大变化，幸运的是当时天气比较好，最后一直通过太阳判断方向完成线路的。

我们需要注意下面几点：

一、指北针务必水平地拿着，

二、离开身体，注意我们躯体和身上的一些金属小配件，也会干扰指南针，一般距离半米以上就可以了；

三、远离可见一些含有金属的物体，比如铁丝网10米，高压线55米，汽车和飞机20米，以及含有磁铁如磁性容器等10米。

四、注意观察指南针指针方向是否有较大出入，如果排除周围显而易见干扰干扰仍然存在，及时怀疑是否进入富含铁矿的山区，并果断采用其它辅助手段判断方向。

1.2对向导和领队的错误认识

许多朋友有个习惯性心理，以为队伍里有向导和领队跟伴是不会迷路的。

但我告诉你，只要山里起了雾，再熟悉道路的人也会迷失在层层雾霾里，我们见到一些迷路事故有不少是有向导和领队带的，但往往这样是最让人麻痹的，你千万不要被一些人老练的外表和天花烂坠聊天所迷惑，我曾经在山里用导航设备把一群当地领队带的队伍从大雾里领了出来，这条线路据说每年他们要走十几次，但是当潮湿的空气阻碍视线时，一切熟悉都会变成了陌生。

1.3 对导航设备的错误认识

GPS一在手，走遍天下都不怕。

这句话大家都熟悉不过了吧，许多人为此在山里把自己和整个队伍维系在这小小的电子设备上。

当电子设备能正常工作时你会享受它带给你的一切功能，但是它失效时就是一块废塑料，这时失去的不仅仅是一块电子产品，很可能还有更多……先不说接收不到信号、定位误差这些常见电子设备缺陷，单单失去电源、高低温环境、以及大雨落水导致的功能失效等，碰到其中一件就会导致许多意想不到的麻烦，这才是叫天天不应，叫地地不灵。

1.4 对一些自然常识的错误认识

从小我们学到的自然知识告诉我们，太阳是从东方升起，西方落下，其实这也是不准确的，包括后面我会讲到的用月亮判定方向一样，每年不同的季节这颗恒星都会在东方不同的位置升起，西方不同的位置落下，最高会偏差30度。

就在2013年6月24日，北京，我在下午4点观察太阳时发现，太阳位于正西方位置，此时离太阳最后落山还有3个半小时，最后落山时太阳位置在西偏北20°。

会有人说了，你说这错那错的我们应该信什么啊？

？

——积累更多的知识！

！

当你准备踏入无人区时，至少要同时熟练运用两种以上的方法和设备去判断方向。

2指北针★

指北针也称为指南针，中国伟大的四大发明之一。

利用地磁线的原理使磁针指向南北方，简单的指北针就是根可以自由转动的磁针。

如果你能找到军用的罗盘指北针就更好了，它可以有很多用途，但是无论何种指北针，它的基本用途和原理都是一样的，用法也大同小异。

2.1基本概念

一、密位★★★

指北针度表盘内小分划，一般外层分划是360度，里层分划6000密位，简单的说，就是把一个圆周等分为6000。

密位记法与角度制记法不一样，以东南西北为例子：

以正北为0度，如果以顺时针度量。

用角度制表示为：

    北：

0°东：

90°南：

180°西：

270°    东北：

45°东南：

135°西南：

225°西北：

315° 

与此类似的，用密位的表示方向角是：

北：

0－00东：

15－00南：

30－00西：

45－00 

东北：

7－50东南：

22－50西南：

37－50西北：

52－50 

如果是逆时针度量，则东和西数值于上述相反，东北、东南等也会有变化。

大家可以直接从指北针的密位盘上读出数值。

二、三北方向线 

指的是地图上的基本方向——指北方向。

它是地图上确定任一条直线方向的起始方向线。

地形图上有三种指北方向线。

（1）真北方向线——过地面上任一点指向地理北极的方向线叫真北方向线或真子午线，也就是我们常说的经线。

（2）磁北方向线——过地面上任一点，磁针北端所指的方向是磁北方向线或称磁子午线，地形图南北图廓上分别标出磁南、磁北的点位，它们的连线即为磁子午线。

（3）坐标北——地形图上坐标纵线所指的北方，叫坐标北。

三、偏角 

在一般情况下，三条指北方向线是不一致的，在地图某点上彼此之间构成的夹角叫偏角。

偏角有三种，因此也叫三北方向角。

磁偏角：

磁子午线与真子午线之间的水平夹角，以真子午线为准。

东偏为正，西偏为负。

坐标纵线偏角：

坐标纵线与真子午线的间的水平夹角，以真子午线为准，东偏为正，西偏为负。

磁坐偏角：

磁子午线与坐标纵线间的水平夹角，以坐标纵线为准，磁子午线东偏为正，西偏为负。

大比例尺地形图图廓外附有表明三种指北方向线的关系图，并用注记标出其偏角值。

磁北方向线对野外标定地图方位十分方便。

坐标纵线北对在地图上量测任一直线方向很方便。

四、方位角 

从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角叫方位角。

由于有三种指北方向线，因此从某点到同一目标就有三种不同的方向角。

以真子午线为准量度叫真方位角。

通常在精密测量中使用。

以磁子午线为准量度叫磁方位角，在行军中广泛使用。

以坐标纵线为准量度叫坐标方位角，经常在方位角换算中使用。

2.2 指北针的使用

我们知道指北针磁针指向的是北极和南极，但并不是真正的北极和南极，是指向地球的磁南北极。

地磁极是接近南极和北极的，但并不和南极、北极重合，2005年测得磁北极位置在82°42′N，114°24′W，2004年测得磁极位置在63°30′S，138°00′E。

磁北极距地理北极2005年大约相差800km。

前面我们说了真子午线和磁子午线，真子午线和磁子午线之间的水平夹角就是磁偏角，磁偏角并非固定不变，实际上，磁北极每年都在移动，甚至在一天的不同时间里，磁北极也在运动，大约每天移动40米左右， 也就是说，在同一个地点的磁偏角，过了若干年后，会出现很大的偏差!

目前已离开加拿大进入了北冰洋， 每年64公里速度向俄罗斯西伯利亚方向移动。

磁子午线在真子午线以东为东偏，以西为西偏，地图上标明的磁偏角度数会用正负值标明，东偏为正，西偏为负。

因此在精确标定地图的时候，要考虑到磁偏角， 否则行进一段距离后，你会发现地图与实际地形偏差很大，距离越远，则偏差越大!

地图上的磁偏角只是测图时的磁偏角，使用地图本身所注的磁偏角要注意出版年限，地图太老误差较大。

我国东部和沿海地区的磁偏角偏西，而且纬度越高的地方，磁偏角也越大，只有新疆、西藏和南沙群岛地区的磁偏角偏东，如图1-1所示。

由于地磁南北极的位置不是固定不变的，所以各个地方的磁偏角也不是固定不变的，因此，我国一般纠正磁偏角的时候都要加上，正常情况下，越靠近北极磁偏角越大，南方磁偏角较小。

在纬度相近地区，磁偏角差别不大，可查阅附近重要城市的磁偏角作为纠偏数据，大家可以参考本节后面的附录。

例子：

在北京地区，我们查附录可知当地磁偏角大约为西偏6°，当我们在行进过程中，由指北针测目标点在西北方向大约320°位置，这样我们目标点实际在地图上与当前站立点的方位为：

320°+6°=326°

                        图1-1 我国大部分地区磁偏角图

知道了磁偏角的原理，对你在野外定向是非常有用，特别是精确的定向越野中，因为许多地图上的指北方向线是经线，跟指北针的指北方向线不重合，如果按照指北针的指示行走，在丛林，山地地区，很容易偏离原定线路，行走一段距离后，你会发现偏离了原定线路，找不到原定标志物，少纠正一度，大约相当于一公里偏离16—17米，这是直线行走的偏离，野外行进中直道很少，弯曲的道路上，偏离距离更大。

知道当地磁偏角后我们可以比较精确的校正方向，但影响磁偏角的还有一个重要因素：

矿藏，如果附近有矿藏，磁偏角会有较大变化，甚至完全错误，因此我们需要随时注意观察，在指北针出现误差时，通过其它方法判断方向。

指北针日常要注意维护，不使用时要存放好。

严禁摔打指北针，存放和使用时避开强磁场和钢铁器物，防止磁针磁性损耗。

使用前最好先测量一下磁针是否灵敏——使用钢铁器物，如小dao靠近磁针，如果磁针转动灵敏，则可以使用。

附录：

2008年中国部分地区和城市的磁偏角（数据来源于网络，作者无法保证其正确性，仅供参考）

漠河 11°00' 齐齐哈尔 9°54' 哈尔滨9°39' 长春 8°53' 满洲里 8°40'

沈阳 7°44’ 旅大 6°35' 北京 5°50' 天津 5°30' 

济南 5°01'

呼和浩特 4°36' 徐州 4°27' 上海 4°26' 太原 4°11' 包头 4°03'

南京 4°00' 合肥 3°52' 郑州 3°50' 杭州 3°50' 许昌 3°40'

九江 3°03' 武汉 2°54' 南昌 2°48' 银川 2°35' 台北 2°32'

西安 2°29' 长沙 2°14' 赣州 2°01' 衡阳 1°56' 厦门 1°50'

兰州 1°44' 重庆 1°34' 遵义 1°26' 西宁 1°22' 桂林 1°22'

贵阳 1°17' 成都 1°16' 广州 1°09' 柳州 1°08' 东沙群岛 1°05'

昆明 1°00' 南宁 0°50' 湛江 0°44' 凭祥 0°39' 海口 0°29'

拉萨 0°21' 珠穆朗玛 0°19' 西沙群岛 0°10' 曾母暗沙 0°24'（东）

南沙群岛 0°35'（东）   乌鲁木齐 2°44'（东）

2.3 简易指北针的制作★★

一截铁丝（缝衣针即可）反复同一方向与丝绸摩擦，会产生磁性，悬挂起来可以指示北极。

磁性不会很强，隔段时间需要重新摩擦，增加磁性。

如果你有一块磁石，会比用丝绸更有效--注意沿同一方向将铁针不断与磁石摩擦。

电磁针：

如果你有电压为2伏以上的干电池或其他电源，利用电流可以磁化金属（铁针），你得准备一小截金属线，最好外包绝缘皮。

将外包绝缘皮的电线统成线圈，让铁针穿过线圈。

如果电线外没有绝缘胶皮，可以首先把铁针外缠几层纸或一块卡纸。

将线圈两端连上电流，至少五分钟。

刀片指北针，薄而平的刮胡刀片也可用来指示方向，因为它是由两类金属粘合而成。

小心在手掌上摩擦刀片就可使它带上磁性，然后悬吊起来。

用一根绳将磁针悬挂起来，以便不影响平衡。

但不要用有扭结或绞缠的绳线。

在迁移中悬吊式的简易指南针当然实用，但在宿营地或行进间暂停休息时，还有一种更好的方法：

把磁针平放在一小块纸或树皮或草叶上让它们自由漂浮在水面上。

这时你就会发现你的指南针始终朝着一个方向，此时不要立即认为针对方向就是北方，因为很有可能是南方，此时要把检测出的方向与观测日影以及后面说的其它方向判断方法相对照，基本就可以判断出正确方向，但需要注意，如果附近有大量的合铁金属或矿藏，你的结果可能会偏差得离了谱。

3 自然界的信息 ★

我们知道，不管现在导航设备是多么先进、准确，但它不可能一直在我们身上，没带、失效都可能让我们在野外陷入迷失方向的境地。

例如2012年12月22日，北京灵山一名领队在没在带任何装备情况下，带领一名队员登顶，由于迷失方向，最后导致事故发生。

其实当天晚上天气比较好，后面大家会学习到，当天可以通过太阳判向法和月亮判向法等至少两三种简单方法判断方向，因此如果这位领队掌握一些基本自然信息判断方向，也不会导致如此重大的事故发生。

作为一名户外领队，甚至一名户外爱好者通过一些自然信息判断方向是非常必要的本领。

3.1 太阳测方向

3.1.1 当地时间的概念 

当地时间就是当地的地理时间，而不是行政时间，比如我们全国用的行政时间是北京时间，但其它地方的地理时间并不一样，计算时间时要考虑地方时差。

应将北京时间换算成地方时间。

以东经120度线为准，经度每向东15度，将北京时间加一小时，每向西15度，则将北京时间减一小时，即为地方时。

如乌鲁木齐的地理坐标是东经87度40分，则（120°－87°）÷15°＝2小时9分钟，将北京时间减去2小时9分钟，就是乌鲁木齐的当地时间。

3.1.2立杆法

我们知道，太阳是由东向西移，而影子则是由西向东移。

例如，早晨6时，太阳从东方升起，一切物体的阴影都倒向西方；到中午12时，太阳位于正南，影子便指向北方；到下午6时，太阳到正西，影子则指向东方。

因此，可用太阳和物体的阴影概略地测定方向。

    图1- 2 太阳立杆法图

俗话说：

“立竿见影”，用一根标杆（直杆），使其与地面垂直，把一块石子放在标杆影子的顶点A处；约10分钟，标杆影子的顶点移动到B处时再放一块石子，将A、B两点连成一条直线，这条直线的指向是东西方向，与AB线垂直的方向则是南北方向，向太阳的一端是南方，相反方向是北方，如图所示。

依此法测定方向，插杆越高、越细、越垂直于地面、影子移动的距离越长，测出的方向就越准。

特别是中午12时前后。

如11时半和12时半这两个时间的影子长度几乎相等，顶点的连线刚好指向东西方向，连线的垂直线也能较准确地指出南北方向。

3.1.3以手表和太阳配合判断方向 ★★ 

地球24小时自转360度，一小时转15度，而手表的时针总比太阳转得快一倍，依此原理，可用手表和太阳概略测定方位。

早晨6时太阳在东方，影子指向西方，这时，将手表上的时针指向太阳，表盘上的“12”字便指向西方，如果表盘转动90度，即将6时折半，使表盘上的“3”字对向太阳，“12”字便指向北方；中午12时，太阳位于南方，将12折半，使表盘上的“6”字对向太阳，则“12”字仍指北方。

不过熟练掌握这种方法的朋友基本上不用手表，光看太阳和时间基本能算出方位出来。

 如果不太熟练的朋友，记住戴上手表，这时普通表比数字表就更有价值。

因普通表上的时针分针，在必要时会成为求生存的重要工具。

注意：

采用这种方法的同学需要关注两方面。

一、不同季节太阳滞空时间是不一样的，我国大部分地区，夏天最长可达14小时，冬天最短仅仅10小时，春秋季节为12小时，因此钟表法需要将季节时间差考虑进去。

二、依此方法测定方向，要考虑地方时差。

以上两种方法，夏天在我国台湾的嘉义、广东汕头东北的南澳岛、广西的梧州市、云南的个旧市的北回归线（北纬23度27分）以南地区不能使用。

3.1.4太阳判定方向应注意的原则 ★★   

需要注意的是，每年不同的季节太阳升起的位置并不是准确的在正东方，同样落下的位置也不是都会在正西方，会有一些偏差，我注意观察了，最高偏差可接近30度。

虽然如此，但有一些简单原则我们可以把握，便于更好的判定方向：

一、在当地的地理时间（注意是地理时间而不是行政时间），正午12点，面向太阳是正南方向，尽管冬至和夏至太阳升起、落下时间是不一样的，但到了正午12点，太阳是正好在正南方向。

二、一般在3月20日和9月20日前后，太阳是在正东方升起，正西方向落下，3月20日到9月20日之间的时间段，太阳在东偏北方向升起，西偏北方向落下，在6月20日前后达到偏北最大值；从9月20日到3月20日的时间段，太阳在东偏南方向升起，西偏南方向落下，在12月20日前后达到偏南最大值，如图所示。

其它月份日出日落位置，大家可以通过求平均值的方法估算。

   图1-3 日出日落季节规律

掌握这两个原则以后其实手表判断方向法基本可以淘汰，我们可以从当天的月份大致判断出太阳升起的时间和方位，然后再通过太阳到达正南方向时间推算出每小时的方位变化。

例子：

7月中旬某天的计算：

首先是升起位置，6月份为东偏北30°，9月份为正东，这样可推算 7月份为东偏北20°，到中午12点正南方向要运行角度90°+20°=110°。

7月份正是盛夏，太阳留空时间大致可估计为14小时，从升起到到正南位置为14÷2=7小时，因此每小时从东方向南方向转动的角度为：

110°÷7=15.7°。

当天太阳5点10分从东偏北20°升起，1小时20分以后也就是6点30分旋转20°基本在正东方向，这样9点15分太阳处于东南方向，12点后到达正南。

3.2通过星辰判断方向

在北半球的夜晚，我们通常用北极星判断方向。

这种方法的关键在于在茫茫星海中，准确地找到北极星。

寻找到北极星的方法有许多种，我们逐一介绍。

3.2.1

通过北斗星寻找

这是最简单也最被我们熟知的一种：

首先找寻杓状的北斗七星，见图1-4，以杓头上的两颗星的间隔延长三到四倍，就能在此直线上找到北极星。

图1- 4 通过北斗星寻找北极星

3.2.2

通过仙后座寻找 ★★★

因为夜晚由于纬度和季节不同，星座在天空中位置是不一样，当你找不到北斗七星的时候，我们可以通过仙后座去寻找北极星，仙后星座由五颗星形成，它们看起来像英文字母的M或W倾向一方的形状，位于北斗星的另一个方向，仙后座最中央的那颗星星，几乎就是指着北极星——找到仙后座中央的星星，向着开口方向望去，仙后座W两端的大约两到三倍距离，就是北极星的位置。

图1- 5 通过仙女座寻找北极星

3.3通过月亮判断方向 ★★

月亮判断方向是件非常复杂的事情，不同日期、不同月份、不同年份月亮的位置形状都在发生变化，从天文学讲述将极其晦涩难懂，在野外大家需要的是通过一些快速简单易记的方法决定方向，因此一些复杂的天文知识我就不再罗嗦了。

为了解决这个问题，我花了一年多时间观察月亮，结合一些资料，总结出了三种通过月亮判定方向的规律，到目前为止总结最完善、最简单宜行规律。

3.3.1月亮立杆法

首先我们必须记住这个常识：

由于地球的自转，我们所看到自然界的太阳、月亮是从东方升起西方落下，当然和太阳同样存在一定位置偏差。

如果月亮足够亮，比如满月时能在地面照出阴影，可以采用太阳立杆法相同方法测定方向，对照3.1.2节，这里就不详细说了。

3.3.2月亮盈亏法判断方向

这里我所说的方法是以北半球大部地区为基准的，南半球的月相规律这里不做阐述。

月亮盈亏法是一个既简单又复杂的方法，说它简单是因为方法简单，我一说大家就能理解，说它复杂是因为这种方法经常会出现一定偏差，需要用一些历法知识进行调整。

我们先学习月亮盈亏的原理，我采用第三人称和第一人称的图示法，这样大家会一目了然。

                图1-6 第三人称观察月亮

月球绕地球运动，使太阳、地球、月球三者的相对位置在一个月中有规律地变动。

因为月球本身不发光，且不透明，月球可见发亮部分是反射太阳光的部分。

只有月球直接被太阳照射的部分才能反射太阳光。

我们从不同的角度上看到月球被太阳直接照射的部分，这就是月相的来源。

如图1-6所示，我们以第三称方式观察月球绕地球旋转就会明白，为什么月球处于地球和太阳的不同位置就会表现出不同的月相。

上面我们站在宇宙空间知道了太阳