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【科技日报】8848.86米!测绘技术标定“地球之巅”新高度

2020-12-09 科技日报 操秀英
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  8848.86米——12月8日,国家主席习近平同尼泊尔总统班达里互致信函,共同宣布珠穆朗玛峰高程。

  众所周知,珠峰高程测量的核心是精确测定珠峰高度,这同时也是一项代表国家测绘科技发展水平的综合性测绘工程。新中国成立以来,我国珠峰高程测量经历了从传统大地测量技术到综合现代大地测量技术的转变。每次珠峰测量,都体现了我国测绘技术的不断进步,彰显了我国测绘技术的最高水平。

  2020珠峰高程测量综合应用了多种技术手段,包括GNSS卫星测量、冰雪探测雷达测量、重力测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统和现代测量技术。2005年珠峰高程测量时,GNSS卫星测量主要依赖GPS系统,而今年的珠峰高程测量行动将同时参考美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯和中国北斗这4大全球导航卫星系统,并以北斗的数据为主。

  此外,此次测量运用航空重力测量技术,提升了测量精度。这也是人类首次在珠峰峰顶开展重力测量。特别值得一提的是,此次任务中应用的国产北斗卫星定位接收机、峰顶重力测量仪、雪深雷达、航空重力仪等核心装备,都由我国自主研发。

  2020年5月27日,珠峰高程测量登山队再次站上地球之巅。峰顶测量完成后,对观测数据进行联合处理是另一道难题。

  从海量数据到8848.86米,这中间有哪些“解题”步骤?

  “珠峰地区海拔高、极寒缺氧,又是全球地壳运动最剧烈的地区之一,地质环境复杂,要获得精准的珠峰高程是一项极具挑战性、极其复杂、极具难度的综合性工作。”承担此次珠峰测量数据处理任务的自然资源部大地测量数据处理中心主任郭春喜说,他已是第三次参与珠峰高程的计算工作。

  郭春喜介绍道,从去年开始,中心就持续进行技术研究和攻关,完成了相关数据处理方案编写、数据模型建立、软件编程测试、数据比对分析与验证等工作。

  郭春喜说,相比于2005年的珠峰高程测量,此次数据处理的难点在于数据种类更多,数据量更大。“比如说,今年在峰顶进行了一万多平方公里的航空重力测量,以前,GNSS卫星测量主要依赖GPS,今年,我们同时参考美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯和中国北斗这4大全球导航卫星系统,并且以北斗的数据为主。”

  一共处理多少数据?郭春喜坦言,这无法准确核算。他举了个例子:“为了把珠峰顶点的位置测准,我们每1秒采集一次基准站的数据,每次基准站的数据里就包含了50多颗导航卫星的数据。想象一下,1天就有86400秒,再加上我们还有大量的基准站观测数据,仅仅这块的数据就很庞大了。”

  他介绍道,从2019年4月份起,就开始着手收集了大量珠峰地区已有的高程、GNSS和重力等数据并进行初步的整理分析,为后续工作做准备。

  “今年6月以来,在珠峰峰顶及珠峰地区数据传送至我中心后,我们又着重处理了包括:343个GNSS点数据、约780多公里的一二三等水准网数据、约210个不同等级重力点数据、6个峰顶交会点数据以及重力似大地水准面确定、峰顶冰雪探测雷达测量数据处理等等。”郭春喜说。

  如何用这些数据计算出珠峰的“身高”?

  郭春喜介绍道,首先,利用GNSS测量、三角测量、三角高程测量获得珠峰地区基准网、区域框架网、局部控制网及峰顶联测网的平面位置与大地高。

  然后,利用精密水准测量与测距高程导线获取各级GNSS控制网点正常高。再利用珠峰地区高分辨率的数字高程模型数据、历年来加密重力测量数据、本次新测的航空重力数据、国内外超高阶重力场模型数据,利用现代似大地水准面确定理论与移去—恢复技术,获得珠峰地区高精度重力似大地水准面。通过GNSS水准融合,获得珠峰地区高精度似大地水准面成果及峰顶高程异常。

  最后,峰顶大地高减去峰顶高程异常获得峰顶正常高。通过推算得到峰顶到峰底的平均重力与平均正常重力,然后通过严密正常高与正高转换,获得珠峰顶的雪面正高(海拔高),利用冰雪厚度雷达测量获取峰顶的雪面厚度,把峰顶雪面正高转换为岩石面正高。

  郭春喜介绍道,同2005年相比,珠峰高程测量的科学性、可靠性、创新性明显提高。

  中科院院士、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员孙和平撰文分析,此次珠峰顶的定点重力测量和北坡1.25万平方公里的航空重力测量,将显著提升珠峰地区大地水准面的精度,为高精度的珠峰高程测量提供历史最好的海拔高程起算基准。因此,这次珠峰高程测量的精度将达“史上最高”。

  此次对珠峰地区进行科学考察获得的数据成果,为珠峰高程的精确测定提供重要的数据支撑,为珠峰地区的生态环境保护、地质调查、地壳运动监测、地形测绘、基础建设等方面提供重要数据和技术支撑,也为做好全国现代测绘基准体系维护与更新奠定坚实的基础,为服务自然资源管理提供基础测绘保障。

  (原载于《科技日报》 2020-12-09 01版)

打印 责任编辑:张芳丹

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