①珠峰大本營上空的日暈景觀。新華社記者普布扎西攝
②矗立在珠峰腳下的2005年珠峰高程測量紀念碑(4月29日攝)。 新華社記者晉美多吉攝
③5月6日,登山隊員們向更高海拔進發。新華社記者普布扎西攝
④國測一大隊隊員在珠峰登山大本營測試地面測量中使用的重力儀。新華社記者普布扎西攝
4月22日拍攝的夕陽下的珠峰。 新華社記者晉美多吉攝
珠峰高程測量動用哪些「黑科技」?
涉及設備(部分)
北鬥系統
GNSS接收機
峰頂雪深雷達
天頂儀
重力儀
峰頂覘標
超長距離測距儀
涉及技術(部分)
最新測繪基準體系
GNSS衛星測量
精密水準測量
光電測距
雪深雷達測量
重力測量
天文測量
衛星遙感
似大地水準面精化
航空重力測量技術
北鬥系統珠峰「首秀」
「2005年時,GNSS衛星測量主要依賴GPS系統。今年,我們將同時參考美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北鬥這四大全球導航衛星系統,並且會以北鬥的數據為主。」自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)隊長李國鵬說。
李國鵬表示,這是北鬥系統在珠峰高程測量項目中首次應用。登頂測量時,頂峰的GNSS接收機將依託北鬥系統和珠峰地區以及外圍的GNSS監測網聯機同步觀測,同時還可監測相關地區的地殼運動。
國產設備全面擔綱
2005年,我國首先測得了珠峰頂峰的巖面高程和雪深數據,當時使用的雪深雷達為義大利設備。去年,此次測量項目協調柏華崗著手調研新設備,要求此次使用的雪深雷達要同時獲取位置信息和雪深數據,兼具衛星大地測量和雷達系統的功能。同時,設備必須輕便、易攜。多家國外企業無法研發,最終,一國內廠家研發生產成功。
5月6日,備受關注的2020珠峰高程測量登山隊伍在珠峰大本營舉行出發儀式。30多名隊員從海拔5200米的大本營向更高海拔出發,開啟珠峰衝頂測量。因天氣原因,測量登山隊推遲原定5月12日的登頂計劃,之後因珠峰海拔7790米以上區域持續強降雪,5月21日未能打通至頂峰的攀登路線,原定22日登頂測量的計劃再次調整,下一衝頂窗口時間目前尚不確定。
本次登珠峰是時隔15年後,我國再次測量世界最高峰高度。為啥要花這麼大力量搞珠峰測量?攀登珠峰有風險,為何一定要靠人力測量?測量將應用哪些高科技成果?為珠峰量「身高」,又需要哪些「黑科技」?
焦點 1
為什麼要給珠峰測「身高」?
也許有人會覺得,為測量一座山的高度,耗費如此多的人力、物力、財力,值得嗎?
首先,珠峰高程測量的核心是精確測定珠峰高度,這是一項代表國家測繪科技發展水平的綜合性測繪工程。同時,測量珠峰高程數據也反映了人類對自然的求知探索精神,是人類了解和認識地球的一個重要標誌。
其次,此次珠峰高程測量的成果可用於地球動力學、板塊運動等領域研究。精確的峰頂雪深、氣象和風速等數據,將為冰川監測、生態環境保護等方面的研究提供第一手資料。
GNSS測量、水準測量、重力測量的成果結合以前相關資料,不僅可以準確地分析目前地殼運動變化影響情況,同時也可為後續的似大地水準面模型建立提供準確的重力異常數據。
重力測量成果可用於珠峰地區區域地球重力場模型的建立和冰川變化、地震、地殼運動等問題的研究。
焦點 2
珠峰「身高」為何看青島?
測量珠峰高程,首要問題是確定珠峰海拔高程的起算點。
我國是以青島驗潮站的黃海海水面為海拔零起始點(水準零點)。測繪人員已先期取得西藏拉孜縣相對青島水準原點的精確高程,所以測量隊只需要從拉孜起測。
從拉孜到珠峰腳下的前半程,仍採用傳統而精確的水準測量法,每隔幾十米豎立一個標杆,通過水準儀測出高差,一站一站地將高差累加起來就可得出準確數字。這樣一直傳遞到珠峰腳下6個峰頂交會測量點。
當精確高程傳遞至珠峰腳下的6個峰頂交會點時,將在珠峰之巔豎立測量覘標。運用「勾股定理」的基本原理,推算出峰頂相對於這幾個點的高程差。
最後,通過進行重力、大氣等多方面的改正計算,確定珠峰高程。多個角度測量是為了確保測量精度。
新中國成立以來,我國測繪工作者曾先後於1975年和2005年兩次成功測定並公布珠峰高程。這一次,除了傳統的測量方法,還使用了全球導航系統測量和雪深測量等新技術。
焦點 3
測量時間為何選在5月?
每年的十月到第二年的三四月份,是珠峰地區的風季,風速隨著海拔高度的升高而增大,在珠峰地區8000米高空,季候風沒有遮擋,非常強勁。
而六月到九月又是珠峰地區的雨季,由於印度洋暖溼氣流沿山谷而上,易凝結成雲雨,所以多出現雨雪交加或大風雪天氣,變化也非常快。
只有在五月,正是風季和雨季交替的短暫時間,風雪較小,是登山活動的好季節。
即使在這個時機,也只有兩三次適宜於登山的好天氣,而且每次只有連續兩天半左右的好天氣。各個登山隊正是掌握了這裡的氣候特點,在四月份開始做好準備,最後在五月份突擊攀登珠峰的。
焦點 4
為何一定要靠人實地測量?
攀登珠峰是具有風險的任務,高程測量為什麼不能通過測繪技術和高科技設備,必須要靠人來完成?相關測繪專家表示,目前的技術手段尚無法確保測量型無人機或機器人在峰頂作業。
自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)副隊長張慶濤說,傳統的交會測量和三角高程測量有可能出現偏差。珠峰峰頂是一個20多平方米的平面。從山腳下的各觀測點瞄準峰頂測量,目標點難以一致。因此,「必須由人將覘標帶上峰頂。有了覘標,我們在山腳下布設的觀測點就能更精確地照準峰頂的測量目標,從而測得精確的角度和距離。」
中國測繪科學研究院研究員、2020珠峰高程測量技術協調組組長黨亞民表示,目前,利用衛星遙感技術測量峰頂高程的精度,遠低於大地測量方法,而且只能測出雪頂的高程。珠峰高程測量將綜合運用多種技術。其中,GNSS接收機、雪深雷達、氣象測量和覘標等儀器都需要人攜帶至頂峰。
黨亞民說,測量型無人機目前尚無法在峰頂惡劣環境飛行。此外,目前為止還沒有使用機器人操作精密測量儀器的先例,峰頂作業更無可能。
焦點 5
專業人員如何開展測繪?
此次測量有望實現我國專業測繪人員首次登頂珠峰測高,這將使測量數據更可靠、更具說服力。
據了解,登頂後,測量隊員將首先啟動冰雪探測雷達開始觀測,待雷達測量結束後豎立測量覘標,在覘標頂部安裝GNSS天線進行靜態觀測,同時從地面6個交會點對峰頂覘標進行觀測,測量水平角、垂直角和距離,初步計算珠峰高程,後期將結合重力、天文等數據對珠峰高程數據進行修正,從而得到精確的峰頂巖石面高程。
「專業測繪人員對GNSS接收機、雪深雷達、氣象測量和覘標等設備更熟悉,獲得的數據更可靠、嚴謹。」國測一大隊隊長李國鵬說,「另外,珠峰頂峰缺氧、氣溫低,人若長時間停留容易發生危險。專業測繪人員操作儀器更熟練,可減少人員在頂峰停留時間。」
焦點 6
將運用哪些測量裝備?
此次珠峰測高,將綜合運用多種傳統和現代測量技術。其中,GNSS衛星測量是重要一環。在峰頂,GNSS接收機能通過衛星獲取平面位置、峰頂雪面大地高等信息。
「2005年時,GNSS衛星測量主要依賴GPS系統。今年,我們同時參考美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北鬥這四大全球導航衛星系統,並且會以北鬥的數據為主。」李國鵬說。
李國鵬表示,這是北鬥系統在珠峰高程測量項目中首次應用。登頂測量時,頂峰的GNSS接收機依託北鬥系統和珠峰地區以及外圍的GNSS監測網聯機同步觀測,同時還可監測相關地區的地殼運動。
「此次測量任務中,大量裝備國產化,可靠性、精度等都比2005年有質的提高。」李國鵬說。
2005年,我國首先測得了珠峰頂峰的巖面高程和雪深數據,當時使用的雪深雷達為進口設備。今年珠峰高程測量將使用國產雪深雷達,該設備能同時獲取位置信息和雪深數據,兼具衛星大地測量和雷達系統的功能,而且輕便、易攜。
焦點 7
測量結果到底有啥用?
珠峰高程測量成果可用於地球動力學板塊運動等領域研究。精確的峰頂雪深、氣象、風速等數據,將為冰川監測、生態環境保護等方面的研究提供第一手資料。
黨亞民介紹,GNSS測量、水準測量、重力測量的成果結合早期相關資料,不僅可以準確地分析目前地殼運動變化影響情況,同時也可為後續的似大地水準面模型建立提供精確可靠的數據支持。精確的地面重力測量和航空重力測量成果可用於珠峰區域地球重力場模型的建立,以及地質調查、地震、地殼運動等問題的研究。
「這同時也是一項代表國家測繪科技發展水平的綜合性測繪工程。」李國鵬表示,新中國成立以來,我國珠峰高程測量經歷了從傳統大地測量技術到綜合現代大地測量技術的轉變。每次珠峰測量,都體現了我國測繪技術的不斷進步,彰顯了我國測繪技術的最高水平。
(綜合新華社、「新華視點」)