【转帖】户外导航——从入门到精通

小晓

3.4一些自然现象判断方向 ★★

上面三种方法都是在晴天才能使用，但若碰见阴天该怎样判断呢？

一、苔藓：若在阴天迷了路，在岩石众多的地方，你也可以找一块醒目的岩石来观察，岩石上布满青苔的一面是北侧，干燥光秃的一面为南侧；有时树木一侧也会生长苔藓，同样也是北侧生长比较旺盛；

二、树木：常言道：“万物生长靠太阳”，太阳的热能在自然界形成了许多间接判定方向的特征。掌握这些特征之后，即使在没有太阳的阴天仍可以依此判定方向。例如：靠近树墩、树干及大石块南面的草生长得高而茂盛，冬天南面的草也枯萎干黄得较快。树皮一般南面比较光洁，北面则较为粗糙（树皮上有许多裂纹和高低不平的疙瘩）。这种现象以白桦树最为明显。白桦树南面的树皮较之北面的颜色淡，而且富有弹性。 夏天松柏及杉树的树干上流出的胶脂，南面的比北面多，而且结块大。松树干上覆盖着的次生树皮，北面的较南面形成的早，向上发展较高，雨后树皮膨胀发黑时，这种现象较为突出。秋季果树朝南的一面枝叶茂密结果多，以苹果、红枣、柿子、山楂、荔枝、柑桔等最为明显。果实在成熟时，朝南的一面先染色。草原上的蒙古菊和野莴苣的叶子都是南北指向。 我国北方的山岳、丘陵地带，茂密的乔木林多生长在阴坡，而灌木林多生长在阳坡。这是由于阴坡土壤的水分蒸发慢，水土保持好，所以植被恢复比阳坡快，易形成森林。另就树木的习性来讲，冷杉、云杉等在北坡生长得好，而马尾松、华山松、桦树、杨树等就多生长于南坡。还有竹子：竹身颜色较为青绿的一面，朝向南方，较为青黄的一面，朝向北方，在无风的状况下，竹子的尖端通常是倒向南方的。

值得一提的是，人们熟知有“独立大树通常南面的枝叶较茂密，北面的枝叶较稀疏。”、“独立树树桩的年轮，通常北面间隔小，南面间隔大。”的说法，但在实际中却是较复杂的。1945年，原苏联人M·贝里亚可夫经过系统观察之后指出：“不能用树木枝叶和年轮判别方向。树叶繁茂通常不是在南方，而是在自由空间的一方。就独立树而言，除阳光以外，风和其它因素亦有巨大影响，以此判别方向往往不可靠。同理，即使是独立树的年轮也不一定在南方宽；对年轮宽度有影响的不单是太阳，还有风；此外，年轮宽度还有垂直变化，在不同的高度切断树木就会获得不同的结果。”据实地观察证明，贝里亚可夫的这个观点是有一定道理的。如宁夏贺兰山山谷中的独立树受常年风向西风的影响，枝叶全部都朝向东方，而不是南方；

三、积雪：冬天可以看山坡上的积雪，一般面向南的山坡积雪很少，甚至没有，面向北方的山坡积雪很厚；也可观察建筑物、土堆、田埂、高地的积雪，通常也是南面融化快，北面融化慢。坑穴和凹地则北面向阳融雪较早。北方冻土地带的河流，多为北岸平缓南岸陡立。但这种方法也需要根据当地气象条件而定，比如当地冬天常期刮北风，北坡一般情况是存不住雪的。

四、门：有时通过房屋、庙宇以及宝塔也能判断，房屋一般门朝南开，在我国北方尤其如此，庙宇和宝塔通常也南方设门，尤其是庙宇群中的主要殿堂，伊斯兰教的清真寺的门则朝向东方（礼拜者面向西方）；

五、风：在自然界中，风也能帮助我们判知方向，但必须熟悉当地的盛行风向，这在沙漠地区尤为重要。如木制的柱架，其迎风面颜色深黑容易腐坏，而悬崖及石头迎风面较为光滑，风是塑造沙漠地表面形态的重要因素，在单风向地区一般以新月形沙丘及沙丘链为主。沙丘和沙垄的迎风面，坡度较缓；背风面，坡度较陡。我国西北地区，由于盛行西北风，沙丘一般形成西北向东南走向。沙丘西北面坡度小，沙质较硬，东南面坡度大，沙质松软。在西北风的作用下，沙漠地区的植物，如酥油草、红柳、梭梭柴、骆驼刺等向东南方向倾斜。蒙古包的门通常也朝向背风的东南方向。冬季在枯草附近往往形成许多小雪垄、沙垄，其头部大尾部小，头部所指的方向就是西北方向。

以上所述是沙漠地区的一般特点。风向还因地区和季节的不同而异。因此根据风向特征判定方向，平时应参阅当地地志，了解当地四季盛行风向，以便得出正确的判断。还须注意，在具有多种风向而风力又大致相似的地区，则会出现金字塔形沙丘，在此地区判定方向较为复杂，应参考日月和星辰综合判别。

六、蚂蚁窝和野蜂巢：一般这些昆虫比较喜欢阳光，因此窝和巢会建在树靠南的一方。不过我也为此注意观察了下，有时位置存在不确定性，这个可能与当地的风向、山坡倾斜度、雨水情况等多方面有关，不能一概而论。

七、候鸟：到了秋天，象大雁等一些候鸟会向南飞，到了春天，这些候鸟又会从南方向北飞回来，因此在不同季节观察候鸟迁徙方向也能辨别方向。

利用自然界特征判定方位时，要特别注意对具体情况作具体分析，千万不要生搬硬套。在辨别方向时，务必注意多种方法综合运用，互相补充、验证。我国地域辽阔，各地区自然条件差异较大，在掌握共同规律的基础上，还要注意各地区的特殊规律，以便得出正确的判断。

请牢记这些简单的不用任何人工工具的方法，当我们无助的失去依靠时，这将是帮助我们寻找方向最后方案!

小晓

第二章 等高线地图的基础及应用
  下面的内容必须说是非常重要的，掌握等高线地图是领队的基本功，一名优秀的领队对于等高线地图应该是非常痴迷，我每次出发前会在地图前坐几个小时，有时晚上睡不着再拿出来仔细分析，这些线条组成的图形在我大脑里变成了峡谷、悬崖、洼地、山坡，行进路线上的每条沟沟坎坎牢牢地记在心里。我们要去野外登山必须熟练掌握线路的地形，这是对下一步行动的预判和指导，作为一名领队不可能抵达悬崖边时才知道应该返回了。因此善于使用等高线地图，甚至自己独立制作等高线地图是每名户外爱好者将来野外活动中的利器。


通过本章基础知识的学习，我们可以掌握基本的看图方法，能分辨出各种普通的和一些特殊的地形特征，能分析山脉河流的走向，学会一些简单的等高线地图计算，包括不同地点的高度差、悬崖高度、坡度计算等，同时能进行一些水文气象分析。


1 等高线地图基本知识 ★
现在地图已经在我们生活中普及了，从以前用的纸制地图到现在可以放在手机、电脑以及GPS中的电子地图，它带给我们生活极大便利，然而户外活动尤其是登山，我们最需要的地图是等高线地图，这种地图把各种地形表露无遗，从中我们可以很方便找到山峰、峡谷、山脊、悬崖、坡度，甚至可以分析出水源、溪流、瀑布、道路等。


1.1 等高线地图的基本标示  
　等高线地图我们首先要记住等高线是封闭的曲线，无论怎样迂回曲折，终必环绕成圈，每条线上任何点的高度是相等的。等高线地图就是将地表高度相同的点连成一环线直接投影到平面形成水平曲线，不同高度的环线不会相合，除非地表显示悬崖或峭壁才能使某处线条太密集出现重叠现像，若地表出线平坦开阔的山坡，曲线间之距离就相当宽，而它的基准线是以海平面的平均海潮位线为准，每张地图下方皆有制作标示说明，让使用者方便使用，主要图示有比例尺、图号、图幅接合表、图例与方位偏角度。



                图2-1 等高线地图对地形表示方法

一、地图比例尺：指地图上某线段长度与相应实地水平距离的比例。如：1：10000的比例尺，在地图上一厘米，实际则为100米。一般使用的地图比例尺从1：10000到1：50000。地图比例尺越大，所表现的地形越接近于实地，比如1：10000的比例尺地图，就比1：50000的地图更精确。选择一个合适比例尺的地图对于你到野外非常的有帮助。  


二、图名和图号：图名就是本幅图的名称，常用本图幅内最著名的地名、村庄或厂矿企业的名称来命名。图号是代表地图名称的编号，不同比例的地图均编订各自系统的代号，而它是以经纬度为单位制定，如此每幅地图就能紧密接合。


三、方位偏角度：是表示正北（地球北极），磁北（磁针显示北方），方格北（地图指示北方）之间的关系与彼此偏差的角度，同时图下方并注有该逐年磁变数值，当我们使用指北针指示自身位置再对照地图就能很快知道自己身处何地且知道下一步往何方向去与周围的地形变化。  


四、图例：是说明地图各种符号的意义， 点状符号：这是地面上一些体积小，但是又有重要意义的物体，如一些独立的地形——烟囱，巨石，独立坟头，洞穴等。线状符号：表达线状分布的地形，如河流，沟渠，道路等。面状符号：按地图比例尺表达出面积的，说明地物性质和数量的符号，通常这个地物的面积按实物轮廓绘制在地图上，一般在地图上会说明其性质和数量，可以在地图上直接获取地物轮廓、位置、长度、面积等概念，如：草地，湖泊，沼泽，森林等。

五、首曲线：也叫基本等高线，是按基本等高距绘出的等高线，通常在地图上以0。1mm的细实线描绘。

六、计曲线：为了阅读方便，从起点起，每隔四根等高线加粗描绘一根等高线，这根加粗的等高线就是计曲线。通常在地图上以0。2mm的粗实线描绘，这样做便于查算点的高程或者两点间的高差，如图2-2，图中细的为首曲线和粗的为计曲线。



      图2-2 首曲线与计曲线


七、助曲线：也叫辅助等高线，通常按四分之一等高距描绘等高线，但也可以按任意高度描绘等高线。助曲线用以表示首曲线和间曲线尚无法表示的重要地貌， 通常在图上以短虚线描绘。


八、间曲线：一般用于高差不大，坡度较缓，单纯以首曲线不能反应局部地貌形态的地段，可以只绘一段而不闭合。如用基本间隔绘制地形图，往往在一幅图内没有几根等高线，表达不了实际地形情况。因此在一幅图内为表现局部地貌特征，采用为基本等高距的一半的等高距绘制等高线，这种等高线叫做间曲线。间曲线通常用长虚线表示。


九、示坡线：是顺着下坡方向绘制并与等高线垂直相交的小短线，通常绘制于等高线最有特征的弯曲处，比如山顶，山鞍部，凹地底部和有必要表明下坡方向的地方，示坡线表示坡降方向，它总是指向海拔较低的方向，稍后2.1节会有详细讲解。


十、山脊线与山谷线，分水线与集水线：山脊是沿着一定方向延伸的高地，山脊的等高线是一层层向下凸的，山脊线顺着最弯处绘制的虚线表示，雨水是垂直于等高线向下坡方向流淌，山脊把雨水向两侧分开，山脊线又叫分水线。山谷是沿着一方向延伸的两个山脊之间的凹地，山谷的等高线是是一层层向上凸的，贯穿山谷最低点的连线称为山谷线，山谷是雨水汇聚的地方，通常又叫集水线，
如图2-3所示。



                  图2-3 山脊线与山谷线，分水线与集水线表示方法

小晓

1.2常见地形与等高线图
一、圆顶丘：等高线表示宽松，近於环线，表示周围低地或接近高地而凸起的独立小丘。
二、锥形丘：等高线成环形线，愈近高处，愈密集，多见於山地，状如锥形。
三、山额：将近山顶倾斜峻急之处，斜坡忽然缓平凸出，状如人额，由此过後至山顶等高线表示此部份特别宽阔向下弯去。
四、斜坡凹形地：为斜坡上低陷而浅窄之地，或平原伸入高地的低浅部份.常为流水通过，两侧有棱分隔，形态和山谷极相似。
五、陡壁：棱线末端广阔而陡直，称做陡壁，临近河谷或海岸常见之，等高线在此特别密集。
六、山肩：棱线上部或下部都显得峻急，中部却是缓平，称做山肩，等高线表示中部特别宽阔。
七、山脊：为一条狭长而两侧陡急的高地，顶上可能平坦，广阔或成刀口等形状，两侧坡度则可能均匀一致，或一侧急直，一侧缓和，多见於广阔平坦地区，此外，地势较周围高耸而绵长的，也可视为山脊，等高线表示山脊成椭圆形线。
八、山坳：位于一条狭窄，两山间的低下处，河流从此相背分流，与鞍部无明确分别，通常以两侧宽阔又缓斜便于跨越的称为山坳，其鞍部两侧较为狭窄险峻，通常甚少在此做跨山道路等高线表示山坳，自低地向上弯去。
九、鞍部：也是山脊上两山间的低浅处，但略比山坳为高，我们登山时习惯把这种地形叫垭口，如鞍部地形狭窄而深下，用来作横跨山脊两侧的道路，则称做山隘。
十、交错山棱：幼年河谷中，遇河流成弯曲形，两岸的棱线便会互向凹处突出，形成竖锯状，突出的棱线，倾斜缓和，凹入的棱线，倾斜较陡，等高线表示凸出的棱线，离河岸稍远处向下弯入，反之，表示凹入的山棱，接近河岸向下弯出。
十一、陡崖与悬崖：陡崖是坡度在70°以上或为90°的陡峭崖壁，若用等高线表示将非常密集或重合为一条线，因此采用陡崖符号来表示。
悬崖是上部突出，下部凹进的陡崖。上部的等高线投影到水平面时，与下部的等高线相交，下部凹进的等高线用虚线表示。

如图2-4所示，为一些典型地型的等高线图。




             图2-4 典型地型的等高线图

小晓

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


如图2-5所示，山峰等高线是内高外低，示坡线指向外面。洼地等高线是内低外高，示坡线指向里面。等高线越密集的地方，表示坡度越陡峭，越稀疏则表示地形越平坦。这里大家特别要注意两者示坡线的表示方法。




图2-5 山峰和洼地等高线示意图


2.1.2 山脊和山谷的判断方法
如图2-6所示，从等高线图中我们可以看出，山脊的曲线是一层层向下凸的，也就是最弯处是指向高度低的方向。山谷的等高线表示正好相反，最弯处是指向高度高的方向，山脊线边上有大写字母“R”，山谷线边上有大写字母“V”。有个口诀：凸低为脊，凸高为谷。山脊和山谷判断在等高线图中相对是个难点，需要大家认真记忆，不要混淆。  



                        图2-6 山脊和山谷等高线示意图

小晓

2.1.2 等高线之间闭合等值线内大小的判定
在等高线图中经常会出现这样一种图形，就是在两条等高线之间出现一条闭合的等值线，如图2-7所示，其中（1）闭合曲线值为两条等高线中较高那条线的值，即1600；（2）闭合曲线值为两条等高线中较低那条线的值，即1200。那么这样图形应该怎么样分析呢？在这里有个判别规律：“高于高值，低于低值”，即如果闭合等高线海拔与两侧等高线中较高的海拔相等，则闭合区域内的海拔高于这条等高线的海拔，此地可能为小山峰；如果闭合等值线海拔与两侧等高线中较低的海拔相等，则闭合区域内海拔低于这条等高线的海拔，此地可能为小洼地，图2-7较清楚显示了两者关系。

(1)  


(2)


图2-7等高线之间闭合等值线示意图

小晓

2.2等高线中山脉与河流走向

在等高线地图分析中，我们经常需要分析山脉与河流走向。
我们已经学习了山脊的曲线是一层层向下凸的，虽然一座山可能有很多条山脊，但通常会有一条主山脊，其特殊是下降坡度较缓，凸向的方向相对比较固定，这就是山脉的走向，如图2-8所示。




              图2-8 山脉走向





图2-9 河流走向分析


山脊常形成河流的分水岭，山谷常有河流发育，我们知道山谷是凸向高处的，因此河流流向与等高线凸出方向相反，如果知道河流流向了，在地图分析中是非常有用的。比如在一些坡度较缓地方，等高线距离较远，怎么判断这片空白处的坡形呢，有时我们就可以通过河流走向分析，如图2-9所示，图中可以看出河流是从西北流向东南方向的，因此东南方向的空白处的高度是向东南方向下降的。

小晓

2.3 两地高度差及特殊地形的高度计算

如图2-7所示，计算地图上M点和N点之间的高度差。当M点的海拔接近700m时，当N点的海拔接近200m时，则M和N最大的高度差H最大＜500m。而当M点的海拔接近600m，当N点的海拔接近300m时，则M和N最小的高度差H最小＞300m。∴M点和N点的相对高度为：300m＜H＜500m。


          图2-7 任意两地及悬崖高度差的计算方法
悬崖相对高度的估算
计算陡崖或a、b两点间的相对高度，一是求出可能最大相对高度，二是求出可能求最小相对高度。
（n－1）d≤H＜（n+1）d
2-1
式中H为相对高度，d为等高距，n为重合的或两点间的等高线条数。其中d=100m，n=3，因此悬崖的高度范围为：200≤H＜400d。

小晓

2.4 等高线地形图中坡度的计算 ★★
坡度是等高线地图最易辨识地形特征之一，我们粗略的观察地图就能了解各山峰的坡度，如等高线之间距越窄，坡度越陡，等高线间距越宽，坡度越缓；山峰之曲线间距均匀表示该地段为等坡，若上方的间距小于下方间距，表示该地段为凹行坡，反之则为凸形。
坡度的计算是根据三角函数法计算公式计算：
θ＝tan-1n/m
2-2
式中θ为坡度，n表示垂直相对高度，m表示水平距离。
因此坡度大小和比例尺、等高距、等高线的疏密相关。
l
比例尺、等高距相同：等高线密→坡陡；等高线疏→坡缓
l
等高距、等高线疏密相同：比例尺大→坡陡；比例尺小→坡缓
l
比例尺、等高线疏密相同：等高距大→坡陡；等高距小→坡缓

小晓

2.5 等高线中的地理气象特殊分析 ★★

一、水文特征:
（1）等高线密集的河谷，流速大，水能丰富，在陡崖处形成瀑布。
（2）河流流量除与降水量有关外,还与流域面积(集水区域面积)和迎风坡、背风坡有关 。
（3）河流流出山口常形成冲积扇。

二、水系特征:
（1）
山地常形成放射状水系。

（2）
盆地常形成向心状水系。

（3）
山脊常形成河流的分水岭(山脊线)。

（4）
山谷常有河流发育(山谷线)。

（5）
等高线穿越河谷时向上游弯曲，即河流流向与等高线凸出的方向相反。（根据高程变化(地势)判断河流流向 ）。

三、气候特征：
（1）在山区应考虑迎风坡和背风坡降水量的差异，考虑阳坡和阴坡气温、蒸发的差异。迎风坡降水多，背风坡降水少；阳坡气温高、蒸发强，阴坡反之；阳坡雪易化，阴坡易积雪。
（2）盆地、谷地不易散热，易出现大气污染事件，盆地有时也容易引起冷空气的滞留等。
（3）进入山区，还应考虑气温的垂直递减变化规律：海拔平均升高1千米气温下降6℃。

    至此我们完成了等高线地图的基本学习，可以进行简单的地形识别和分析了。当然如果作为领队，将这些知识应用于导航线路设计之中这还是远远不够的，这时我们还需要面临行军线路的制作、营地的选择、目标点和站立点的确立及计算、距离和速度计算等等。后面，我将通过等高线地图与GPS、指北针等工具，实现一些较为复杂的实用计算。

小晓

第三章 全球卫星定位系统的应用技巧

    关于全球卫星定位系统是特别难写的，因为要说简单也简单，要说困难也困难，说简单是因为大家买了GPS（NAVSTAR GPS，NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System，以下简称GPS），基本看看说明书就会使用，说困难其中涉及到的复杂地理信息知识并不是本书能完全介绍清楚的，其内容包括坐标系统之间的转换、时间系统、GPS卫星导航原理、GPS卫星的导航电文、卫星运动基础及GPS卫星星历等等，我总体希望本章内容立足我们野外导航的实际应用基础，解决户外运动过程中遇见的问题。

野外徒步需要的导航支持，简单说分为两个方面，1，告诉你从哪来，2，告诉你到哪去。任何一种合格的GPS的都可以实现准确的定位，但是谈到导航，单纯的GPS基本定位功能是无法实现的，我们需要轨迹、地图等多种方法设备配合运用，我们将在本章和后面陆续展开。通过本章学习希望大家能掌握GPS的基本知识、简单使用方法、误差的来源及解决方案、GPS的选用原则、地理信息的一些概念，同时为后面线路设计打下基础。

1 GPS概述

    一直以来，GPS成为野外卫星定位的代名词了，我们通过手中小小设备实现了当前位置定位、方向指引、地图查阅等诸多功能，其实GPS仅仅是全球卫星定位系统中的一种，目前这块领域分为四大家族，他们是美国的“GPS” 、我国的 “北斗一号”、俄罗斯的“GPSGLONASS”、欧洲的“伽利略”。由于GPS开放程度最高，普及面最广，目前大家更多的使用GPS完成野外的定位以及导航工作。但随着我们“北斗一号”全面应用和逐步普及，一些全新的功能将会为野外活动带来更多的便利，比如：通过“北斗一号”的短信功能，可以摆脱以前GPS只能单向接收，不能上传数据的局限，使我们在野外让第三方了解我们当前位置成为可能。由于GPS是目前普及面最广的全球卫星定位的手段，本章着重以GPS为例讲述全球卫星定位系统的基本知识和应用方法。

    GPS全球定位系统是一项工程浩繁、耗资巨大的工程，被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后的第三大空间工程。海湾战争期间，GPS系统尚未完全建成，但初步使用已显神威。随着1993年GPS太空卫星网的完全建成，其应用领域不断扩大。美国1994年宣布在10年内向全世界免费提供GPS全球定位系统的使用权，使世界各国争相利用这一系统。1996年2月29日，美国Z*F正式宣布将GPS开放为军民两用系统，但仍实行SA（可用性选择）政策，故意劣化定位精度，使民用用户的应用受到限制。直到2000年5月1日，美国总统宣布将SA置为零，这无疑在很大程度上促进了民用GPS应用的发展和普及。

    GPS全球卫星定位系统是由三部分组成，分别是卫星、地面监控系统和用户设备。

第一颗GPS卫星在1978年发射，首十颗卫星称为BLOCK I试验型卫星，从**到1993年所发射的卫星称为BLOCK II/IIA量产型卫星，第二十四颗BLOCK II/IIA卫星在1994年发射后，GPS已达到初步操作能力（Initial Operational Capability，IOC），24颗GPS卫星提供全世界24小时全天候的定位与导航信息。美国空军太空司令部于1995年4月27号宣布GPS已达到完整操作能力（Full Operational Capability），将BLOCK I卫星加以淘汰换而24颗卫星全部为BLOCK II/IIA卫星，之后又发射四颗BLOCK IIA及一颗BLOCK IIR卫星，成功地满足军事实务的操作。

    GPS的地面监控系统包括一个主控站、五个监控站和三个注入站。主控站位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态。注入站分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。

    GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。GPS接收机采用码分多址（CDMA）技术，实现了接收机多通道接收卫星信号，提高系统的稳定性。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。

    以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。