GPS基本知识

一、GPS基础知识
1、GPS的原理
GPS 是Globol Position System (全球定位系统)的简称，该系统由美国政府建立，向全球用户提供免费服务。

完整的GPS系统分为天上和地下两个部分：在天上有24颗卫星在不停地转动，使得在地球任何一个角落，都至少可以看到3颗以上的卫星；在地下就是手持或者车载式GPS接收机，也就是我们所常说的GPS了。

当GPS接收机接收到三颗或三颗以上的卫星信号后，就可以计算出接收机所在的大地坐标，如果接收到四颗卫星，还可以计算出海拔高程，同时，卫星系统的时间信号也传送到了GPS上，如果您要对表，GPS上的时间是最可靠的。

需要说明的是，除了美国的GPS系统外，俄罗斯和欧洲也分别建立了自己的全球定位系统，但目前应用最普遍的还是美国的GPS系统。

2、GPS所使用的的坐标系统
我们在描述地理位置的时候，常用的方法就是经纬度坐标。

经纬度坐标系统是以英国格林威治和赤道分别作为经度和纬度的零度点。

中国位于约东经70－－120度，北纬－－度的范围内，新疆位于。

在GPS系统内，经纬度的显示方式一般都可以根据自己的爱好选择，一般有"hddd.ddddd"（度.度）,"hddd*mm.mmm"（度.分.分），
"hddd*mm"ss"（度.分.秒）。

度、分、秒的进制是60进制，但是度.度，分.分的进制是100进制，这一点在换算的时候要特别注意。

地球子午线（南极到北极的连线）长度39940.67公里，纬度一度合110.94公里，一分合1.849公里，一秒合30.8米，不同纬度的间距是一样的。

地球赤道圈长度40075.36公里，北京和乌鲁木齐地区在北纬40度左右，纬度圈长为40075*sin(90-40)，因此这里的经度一度合85.276公里，一分合1.42公里，一秒合23.69米。

3、GPS的精度及SA政策
理论上，GPS的定位精度可以到米级，美国佬出于安全考虑，人为限制民用GPS的定位经度，制定了SA政策（Selective Availability，美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施），当SA政策实施时，定位精度只有20-30米，但目前SA政策已经取消，民用GPS 的定位精度已经可以达到10米左右。

当接收到4颗以上有效卫星信号时，GPS就可以实现三维定位，也就是说可以算出海拔高程，但我感觉海拔高程的精度不很可靠。

4、手持式GPS怎么定位
一般GPS上都有MARK键和GOTO键。

MARK键用于定位，即把当前的坐标存到内存里，GPS会自动为这个点起一个名字；GOTO 用于导航，如果有一个已知的点位已经存到了GPS的内存里，并且起了名字，那么按GOTO, 再选那个点的名字，就可以计算出从此地到那个已知点的直线距离。

MARK和GOTO（也就是定位和测
距）是GPS 最基本的功能，其它功能都是以此为基础或为其服务的。

一般来说，只要知道怎么开机关机，知道定位和导航，在户外活动中就可以应付自如了。

5、GPS坐标系统的计算机格式
我的GPS中可以存储500个点位，有些GPS带有数据线，可以把存储的航点转存到计算机上，反之亦可。

这样GPS中的数据就很安全了（想像一下把300个GPS点抄到纸上的工作量吧！）。

GPS 点在导入计算机后，经过一定的数据转换，可以建立GPS点位数据库，查询使用很方便。

当然，也可以在计算机上将手工输入的GPS 点整理成文件，然后转存到GPS上，比在GPS上输入要方便很多。

不仅如此，如果计算机系统中有GIS软件（地理信息系统）和电子地图，GPS航点还可以直接投影到电子地图上。

但是这一过程比较复杂。

GARMING 公司提供了一个MAPSOURCE软件，附带全球1:4000000电子地图，可以直接将GPS航点投影到电子地图上，不过对于户外爱好者来说，1:4000000的电子地图毫无用处。

一套完整的计算机数据线路套件包括数据线，卫星天线，车载电源（接到点烟器上），MAPSOURCE软件和电子地图（或GIS软件和专业电子地图）。

二、GPS和地图的配合使用
在户外穿越活动中，最常用的地图比例尺是1:250000和
1:100000，地图上的1Cm分别相当于实际距离的2.5千米和1千米。

（关于户外地图，会有专文介绍）。

GPS和地图的配合使用，无非有以下两种情况：一种是在出发前，在地图上找到目标点（比如拟定的宿营地和重要拐点）的坐标，并把它输入到GPS中（我们在2001年徒步车师古道时，就输入了一套GPS点）；另外一种是在户外活动中，在重要的点用GPS定位后，在地图上找到该点，以判断当前所处的位置。

从专业地图上查找到的坐标是"hddd*mm"ss"(度.分.秒)格式，如果GPS采用的是"hddd*mm.mmm"(度.分. 分)格式，那就需要进行转换。

即把秒的数值除以0.6，换算成100进制。

三、户外活动中GPS的典型用法
OK! 基本原理讲完了，现在我们已经到了户外，队员们的眼睛都注视着你和你手中的GPS，你有信心吗？如果还没有，那么继续看下面的介绍。

1、如何定位
现在全队已经到达徒步出发地，怎么也得把出发点的坐标纪录下来啊！很简单，打开GPS，趁大家整理行装的几分钟，GPS已经完成了查找卫星，自动跳到了数据页面，这时，按一下MARK（定位或者小旗子），GPS提示这是110号点，这是GPS自动顺序生成的航点，按确认，该航点就存下来了。

当然，别忘让秘书纪录下这个点。

2、如何确定离目标点的距离
下午3点，全队到达了一处休息的地方，女队员秋芷瘫倒在地：“队长，我们还有多远啊”？嘿嘿，这可难不倒我，出发前，我熬了
一个通宵，早就把目标点的坐标输入到GPS里了，记得点号好像是“First END”。

拿出GPS，开机后等待搜索卫星，几分钟后数据出来了，（这时顺手定个点，让秘书YY记下来，养成好习惯）然后按GOTO（导航），在点位表中找到“First END”点，按确认，这时屏幕显示“距离目标点”My END”5523M”，GOOD,“我们距离目标还有5.5公里”，笑熬浆糊大声宣布。

说完，他看了一眼跟前的大山和崎岖的山路，补充说“直线距离”。

这时，只听扑通、扑通几声，队员子欣、杨格、和VV当场晕倒。

3、如何确定任意两点的距离
傍晚，终于到达当天的宿营地了。

这时队员醉舞阳光问：“浆糊队长，从今天的出发点到明天的终点一共有多远啊？”出发点到终点，也就是从110点Second END, 这是个相对距离的问题啊，简单。

打开GPS，不必等候寻找卫星（要等3分钟呢，多没面子啊），在航点表中找到110点，然后将光标移到下面的参照点（Refenrence）栏，输入Second END，OK！GPS马上就算出来，110点距离参照点Second END 16.8KM。

4、在GPS的指导下向正确的方向前进
多数GPS存在一个伟大的问题，就是没有内置指南针，当您让它导航－Second END的时候，它只会告诉您“距离目标点3公里，方位角度80度”。

3公里好理解，80度怎么找呢？好办，手持GPS,将它的脑袋对着正北方，（您的脑袋也对着正北方）。

什么？北在哪？看指南针啊！
OK，找到北了，这时，GPS会有个指向Secong END的箭头，大约指向您的右手偏前一点。

明白了吧！GPS的方位角是以正北作为0度，正东为90度，正南为180度，正西为270度。

让地图、GPS、指南针和您的脑袋都面朝北方，看起来就会比较方便。

如果没有指南针，GPS在移动状态下，也可以测出您的前进方向和速度，以此可以找到“北”，但是如果在山沟里，可就麻烦了。

我曾经在菊花台下面的直沟里，为了找北，连续走了6个来回，摔了3个跟头（因为我要保持一定的行进速度，直线，眼睛还得看着屏幕，才能测出方向），也怪老天不长眼睛，那天阴天，没有太阳。

从那以后，我每次出去都带3个指南针。

5、GPS的典型参数设置
首先要把GPS设置成公制，美国佬用的是英制，mile，1 mile 大约17xx米，哪有我们的1KM＝1000米好计算（所以他们发明了计算机）。

其次，把经纬度格式调整成"hddd*mm"ss"(度.分.秒)格式或者"hddd*mm.mmm"(度.分. 分)格式。

然后，确认地图投影为wgs84，时区在+8区（中国在东8区）。

6、经验和技巧
一般电池可以连续使用20小时，我一般是在用的时候才打开，一天走下来，开个7-10次就差不多，按这样的方式，一副电池可以上10次山。

在每次定点的时候，最好作纪录或者录音，（或者请秘书纪录），因为GPS点位号是用数字自动生成的，点多了，再好的脑子也记不住。

一定要和与指南针配合使用，要不，就是有GPS也找不到北。

要在开阔地使用GPS，山沟里，密林里，就得碰运气了。

坐车的时候，车窗旁也勉强可以使用。

每次活动，一般纪录5－10个点就差不多了。

手持GPS作为野外定位的最佳工具，在户外运动中有广泛的应用，在国内也可以越来越经常地看见有人使用了。

GPS不象电视或收音机，打开就能用，它更象一架相机，你需要有一定的知识.
首先大家要弄清使用GPS时常碰到的一些术语:
1.坐标（coordinate)
有2维、3维两种坐标表示，当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3微坐标：经度、纬度、高度，若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：精度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。

大部分GPS不仅能以经/纬度（Lat/Long）的方式，显示坐标，而且还可以用UTM（Universal Transverse Mercator）等坐标系统显示坐标但我们一般还是使用LAT/LONG系统，这主要是由你所使用的地图的坐标系统决定的。

坐标的精度在SelectiveAvailability（美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施）打开时，GPS的水平精度在100-50米之间，视接受到卫星信号的多少和强弱而定，若根据GPS的指示，说你已经到达，那么四周看看，应该在大约一个足球场大小的面积内发现你的目标的.
在SA关闭时，精度能达到15米左右。

高度的精确性由于系统结构的原因，更差些。

经纬度的显示方式一般都可以根据自己的爱好选择，一般有
hddd*mmss.s。

hddd.ddddd,hddd*mm.mmm（其中的;代表度,以下同）地球子午线长是39940.67公里，纬度改变一度合110.94公里，一分合1.849公里，一秒合30.8米，赤道圈是40075.36公里，北京地区纬在北纬40度左右，纬度圈长为40075*sin（90-40）,此地经度一度合276公里，一分合1.42公里一秒合23.69米，你可以选定某个显示方式，并把各位数字改变一对应地面移动多少米记住，这样能在经纬度和实际里程间建立个大概的对应。

大部分GPS都有计算两点距离的功能，可给出两个坐标间的精确距离。

高度的显示会有英制和公制两种方式，进GPS的SETUP页面，设置成公制，这样在其他象速度、距离等的显示也都会成公制的了.
2.路标（Landmark or Waypoint）
GPS内存中保存的一个点的坐标值。

在有GPS信号时，按一下MARK键，就会把当前点记成一个路标，它有个默认的一般是象LMK04之类的名字，你可
以修改成一个易认的名字（字母用上下箭头输入），还可以给它选定一个图标。

路标是GPS数据核心，它是构成“路线”（见3）的基础。

标记路
标是GPS主要功能之一，但是你也可以从地图上读出一个地点的坐标，手工或通过计算机接口输入GPS，成为一个路标。

一个路标可以将来用于GOTO功能（见5）的目标，也可以选进一条路线Route，见3.）作为一个支点。

一般GPS 能记录500个或以上的路标.
3.路线（ROUTE）
路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫一条腿（leg）。

常见GPS能存储20条线路，每条线路30条腿。

各坐标点可以从现有路标中选择，或是手工/计算机输入数值，输入的路点同时做为一个路标（Waypoint/Landmark）保存。

实际上一条路线的所有点都是对某个路标的引用，比如你在路标菜单下改变一个路标的名字或坐标，如果某条路线使用了它，你会发现这条线路也发生了同样的变化。

可以有一条路线是活跃（Activity）的.活跃路线的路点是导向（见5）功能的目标.
4.前进方向（Heading)
GPS没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的。

但是一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。

GPS每隔一秒更新一次当前地点信息，每一
点的坐标和上一点的坐标一比较，就可以知道前进的方向，请注意这并不是GPS 头指的方向，它老人家是不知道自己的脑袋和运动路线是成多少度角的。

不同GPS关于前进方向的算法是不同的，基本上是最近若干秒的前进方向，所以除
非你已经走了一段并仍然在走直线，否则前进方向是不准确的，尤其是在拐弯的时候你会看到数值在变个不停。

方向的是以多少度显示的，这个度数是手表表盘朝上，12点指向北方，顺时针转的角度。

有很多GPS还可以用指向罗盘和标尺的方式来显示这个角度。

一般同时还显示前进平均速度，也是根据最近一段的位移和时间计算的.
5.导向（Bearing)
导向功能在以下条件下起作用;
①以设定走向（GOTO）目标。

走向目标的设定可以按GOTO键，然后从
列表中选择一个路标。

以后导向功能将导向此路标
;②目前有活跃路线（Activityroute）。

活跃路线一般在设置->路线菜单下设定。

如果目前有活动路线，那么导向的点是路线中第一个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点.
在导向页面上部都会标有当前导向路点名称（ROUTE里的点也是有名称的）。

它是根据当前位置，计算出导向目标对你的方向角，以与前进方向相同的角度值显示。

同时显示离目标的距离等信息。

读出导向方向，按此方向前进即可走到目的地。

有些GPS把前进方向和导向功能结合起来，只要用GPS的头指
向前进方向，就会有一个指针箭头指向前进方向和目标方向的偏角，跟着这个箭头就能找到目标.
6.日出日落时间（sunset/raisetime)
大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间，这在计划出发/宿营时间时是有用的。

这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。

GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置（setup）菜单里
可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设8小时，此值只与时间的显示有关.
7.足迹线（Plottrail）
GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。

一般GPS能记录1024个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。

足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，长距离直线行走时不记点；定时采样可以规定采样时间间隔，比如30秒、一分钟、5分钟或其他时间，每隔这么长时间记一个足迹点。

在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。

你可以开始记录、停止记录、设置方式或清空足迹线.足迹.线上的点都没有名字，不能单独引用，查看其坐标，主要用来画路线图（计算机下载路线）和回溯功能。

很多GPS有一种叫做回溯(Traceback）的功能，使用此功能时，它会把足迹线转化为一条路线(ROUTE），路点的选择是由GPS内部程序完成的一般是选用足迹线上大的转
折点.
同时，把此路线激活为活动路线，用户即可按导向功能原路返回。

要注意的是回溯功能一般会把回溯路线放进某一默认路线（比如route0）中，看你GPS
的说明书，使用前要先检查此线路是否已有数据，若有，要先用拷贝功能复制到另一条空线路中去，以免覆盖。

回溯路线上的各路点用系统默认的临时名字如
T001之类，有的GPS定第二条回溯路线时会重用这些名字，这时即使你已经
把旧的路线做了拷贝，由于路点引用的名字被重用了，所以路线也会改变，不是原来那条回溯路线了。

请查看你GPS的使用说明书，并试用以明确你的情况。

有必要的话，对于需要长期保存的TraceBack路线，要拷贝到空闲路线，并重
命名所有路点名字。