珠峰「身高」怎麼測?揭秘珠峰高程測量

2020-12-12 中國經濟網

8848.86米!12月8日,國家主席習近平同尼泊爾總統班達裡互致信函,共同宣布珠穆朗瑪峰最新高程。

事隔多年,如今為什麼再測珠峰?

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說,我國是珠峰的主權國家之一,我們有責任、有義務把世界最高峰的數據測出來。

作為終年積雪、高聳入雲的世界最高峰,珠穆朗瑪峰的高度測量起來頗有難度。峰頂的最低氣溫常年在零下三四十攝氏度,山上冰川、冰坡、冰塔林到隨處可見,峰頂空氣的含氧量只有東部平原地區的四分之一,經常刮七八級大風,十二級大風也不少見。

這次珠峰測量用了很多國產儀器設備,反映了我國綜合國力的提升和科技的發展。珠峰高程測定在地學研究中也具有重要的價值。研究珠峰及鄰近地區地殼水平和垂直運動速率變化,對地震預報和防災減災具有重要意義。同時,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。

登頂測量究竟有多難?

經常聽到有人成功登頂珠峰的消息,怎麼登頂測量這麼艱難?

2020年珠峰高程測量前線總指揮李國鵬說,業餘登山和測量登山承載的使命和任務完全不同。「登頂的8名隊員攜帶了超過20公斤的儀器,在峰頂工作了150分鐘,這是普通登山隊很難做到的。」李國鵬說。

高程測量將綜合運用GNSS衛星測量、雪深雷達測量、重力測量、天文測量、衛星遙感等多種技術。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。

可不可以用無人機或直升機代替登頂測量呢?黨亞民說,珠峰山高風大,氣流不穩定,溫度也低,無人機和直升機都無法在這樣的惡劣環境下到達峰頂。

他表示,衛星遙感技術的測量精度遠低於大地測量方法,而且測出來的是包括雪深的高程。而不同的季節裡,珠峰的雪深厚度不同。

珠峰高程是怎麼測出來的?

珠峰高程測量是一個龐大的工程,備受眾人矚目的登頂只是其中一環。整個珠峰高程測量採用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、天文測量等多種傳統和現代測繪技術,以精確測定珠峰高程。

首先要確定一個起算面。像給孩子量身高一樣,要給珠峰這個大個子量身高,首先要確定哪裡是測量的起始面。我們平時說的高度,一般是指某物高出地面多少,而高程指海拔高,是指某物基於平均海水面的高度。

此次珠峰測量的一個新變化是用基於全球高程基準進行測量。珠峰高程測量是從日喀則一等水準點起測,將高程傳遞至珠峰腳下的6個交匯點,同時開始三角高程測量,即通過已知點觀測未知點水平距離和高度角,求兩地間高差。

登頂測量隊員還架設了GNSS設備,首次在珠峰峰頂接收包括我國自主建立的北鬥衛星導航系統的信號,獲得峰頂幾何位置的觀測數據。

李國鵬說,為測量珠峰頂巖石高程,隊員們在峰頂利用冰雪探測雷達設備,對雪深進行精確探測。

珠峰高程為什麼還要計算?

給珠穆朗瑪峰測量身高,是一個複雜的工程。測量登山隊員到達峰頂,架好覘標,獲取相關數據後,還需要將數據傳回,進行一系列的綜合數據處理,才能得到最終的珠峰高程。

自然資源部大地測量數據處理中心,是我國唯一從事大地測量數據處理的專業隊伍,也是此次2020珠峰高程測量的計算單位。

大地測量數據處理中心主任郭春喜說,要想得到珠峰的精確高程,我們需要將測量隊員採集到的原始觀測數據,進行改正與歸算。這些改正與歸算,不僅有一套嚴密的科學邏輯與程序,更要基於我國長期建設並維護的大地、高程、重力測繪基準網數據。

他說,數據處理收集了珠峰及鄰近地區100多平方公裡最新的地形數據,總量達1.44億條,相當於5個陝西省。

這個計算團隊約50人,分為高程控制網計算組、峰頂交會測量計算組、珠峰高程綜合確定組等7個組。整個數據處理工作將從GNSS控制網數據處理、高程控制網數據處理、峰頂交會數據處理、重力測量數據處理、雪深雷達測量數據處理、珠峰地區重力場及似大地水準面精化、珠峰高程的綜合確定七個方面開展。

本次珠峰測量有哪些創新?

本次珠峰高程測量重點在以下方面實現技術創新和突破:一是依託北鬥衛星導航系統開展測量;二是國產測繪儀器裝備全面擔綱本次測量任務;三是應用航空重力技術,提升測量精度;四是利用實景三維技術,直觀展示珠峰自然資源狀況;五是測繪隊員登頂觀測,獲取可靠測量數據。

「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。」2020年珠峰高程測量前線總指揮李國鵬說,在珠峰峰頂,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。

中國測繪科學研究院副研究員、2020珠峰高程測量技術協調組專家成員蔣濤表示,此次珠峰高程測量將綜合運用多種傳統和現代測量技術手段。其中,GNSS衛星測量是重要的組成環節之一。

據了解,測量隊共投入了多套GNSS系統,分布於珠峰峰頂、交會點、大本營等區域,系統獲取的翔實數據將有助於後期測算。此次配合北鬥系統使用的GNSS接收機大多為國產設備,具有輕便、穩定性強、適合惡劣環境等優點,均為國產儀器中精度最高的設備。

除了冰雪探測雷達、北鬥系統外,天頂儀、重力儀、峰頂覘標、用於三角交會測量的超長距離測距儀等均為國產儀器,我國最新的測繪基準體系建設成果也應用於此次測量。

此外,此次珠峰測量首次將重力測量推至珠峰峰頂,刷新了由中國保持的重力測量海拔紀錄;首次在珠峰地區開展大規模航空重力測量,填補該地區重力網建設空白;首次在媒體信號傳輸中應用5G技術,5G信號登上世界之巔。今年4月,我國已經在珠峰區域建成了5G基站。

首次啟用的航空重力測量是什麼?

此次測量還首次啟用了航空重力測量珠峰。什麼是重力測量?簡單說,就是測量山峰的海拔零點——就如量身高要從腳底量起。

1975年珠峰測量,自然資源部供圖

2005年珠峰測量,自然資源部供圖

在1975年我國第一次珠峰高程測量中,一名隊員在海拔7790米、距珠峰峰頂1.9公裡處,因戴著手套不便操作,毅然脫掉右手手套,冒著零下40攝氏度的嚴寒操作重力儀測得重力數據。如今,採用航空重力測量可以不受地麵條件限制,解決測量精度的難題。

據介紹,此次珠峰航空高程測量中,首次啟用了航空遙感攝影技術,飛行員將駕駛「航空地質一號」飛機飛行在平流層與對流層交界處,飛行高度為9800米至10250米,由此獲得了精確的第一手資料。

在2005年珠峰高程複測中,隊員任秀波和柏華崗曾把重力測量推進到7790米,創下了重力測量最高海拔的世界紀錄。而此次測量在珠峰峰頂開展了重力測量,為後期的計算提供了寶貴數據。

這是人類首次在珠峰峰頂開展重力測量,提高了珠峰高程精度,並獲取寶貴的科學數據。(經濟日報-中國經濟網記者 黃曉芳)

來源:經濟日報-中國經濟網

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