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最新珠峰高度是怎樣測出來的

2021-02-09 10:09

视频app  12月8日,中國和尼泊爾兩國聯合對外宣布,經過兩國團隊的扎實工作,珠穆朗瑪峰的最新高程為8848.86米。此次珠峰高程測量也是我國對珠峰展開的第四次大規模測繪和科考。

  最新的珠峰高度是怎樣測出的?人類測量珠峰的技術手段又經過了怎樣的進步發展?本報特約2020珠峰高程測量技術協調組成員、中尼珠峰測量聯合技術委員會成員蔣濤撰文向讀者解答這些問題。

  珠穆朗瑪峰,簡稱珠峰,是喜馬拉雅山脈的主峰,同時是世界海拔最高的山峰,位于中國與尼泊爾邊境線上,北部在中國西藏定日縣境內,南部在尼泊爾境內。

  數千萬年前,印度洋板塊與亞歐大陸板塊碰撞擠壓,青藏高原逐漸隆起并形成“世界屋脊”,其中具代表性的山峰便是珠峰。

  作為世界最高峰,珠峰的準確高度,素來為世人矚目。那么,2020年珠峰高程測量是怎樣進行的?其中的科學道理又是什么呢?

视频app  2020珠峰高程測量,我國采用了“綜合運用GNSS衛星測量、水準測量、光電測距、雪深雷達測量、航空重力和遙感測量、似大地水準面精化和實景三維建模等多種傳統和現代測繪技術,精確測定珠峰高程”的技術路線,并與尼泊爾扎實開展技術合作,最終確定了基于全球高程基準的珠峰雪面高程為8848.86米。具體的科學工作,可以分為以下六個層面。

  建立GNSS坐標控制網

视频app  在珠峰地區建立全球導航衛星系統(GNSS)坐標控制網,測量隊員分階段開展高精度GNSS網觀測,獲取343個網點的三維坐標,這就建立了高精度的珠峰高程測量坐標起算基準。

  將黃海高程基準值精確傳遞到珠峰腳下

  在珠峰及周邊地區布設高程控制網,開展水準測量,從位于西藏日喀則地區的國家一等水準點起測,測量隊員利用精密水準儀,一站一站地將黃海高程基準值精確傳遞到珠峰腳下,一共完成了780多公里的水準測量,這都是需要測量隊員依靠徒步測量的方式完成的。

  首次在珠峰北側開展航空重力測量

  在珠峰及周邊地區開展重力測量。精確測定珠峰高程需要建立珠峰地區的高精度大地水準面模型,進而需要分布均勻的高精度重力數據。一般的重力測量采用的是地面重力測量的方法,測繪人員攜帶重力儀進行實地測量,將儀器放置在某個測量點位上,測量一段時間就能得到這個點位的重力數據。珠峰地區平均海拔高度在5000米以上,地形地貌極端復雜,大部分區域無法開展地面重力測量,重力數據稀少,存在大量重力資料空白區。因此,我們在全世界首次在珠峰北側地區開展航空重力測量,以解決重力數據空白問題,提升珠峰地區高程起算面的精度。

  航空重力測量,顧名思義,就是把航空重力儀安裝在飛機上,這相當于在飛機上安裝一個感應地球重力的傳感器,它能反映地面重力的變化。飛機按照事先設計好的測線在空中來回飛行,多條飛行測線形成一個密集的空中重力數據面。我們結合機載衛星動態定位、慣性導航和重力儀數據把空中重力值測出來。

  此次珠峰北側地區航空重力測量使用航空地質一號飛機,搭載先進的航空重力儀,飛行高度超過1萬米,共獲取航空重力測線總長度5635.2公里,覆蓋面積達1.27萬平方公里。珠峰本身地形復雜,數據資料不全,飛機在高海拔地區起飛,風又特別大,可以說是高風險、高難度的飛行。我們在反復咨詢空軍、民航和氣象等部門的技術專家后,才下定決心在珠峰地區開展高風險、高難度的航空測量。

  測量登山隊員登頂開展峰頂測量

  珠峰高程測量,最重要的是測量登山隊員登頂開展峰頂測量,獲取峰頂觀測數據。2020年5月27日11時,中國測量登山隊登頂成功后,在峰頂創紀錄地停留了150分鐘。在峰頂開展了測量覘標架設、GNSS測量、雪深雷達測量和地面重力測量,使用的都是國產儀器。

  測量登山隊員首次實現了峰頂北斗衛星定位,觀測時間超過40分鐘,峰頂點與珠峰地區9個GNSS地面測站組成峰頂GNSS聯測網,進行GNSS同步觀測。

视频app  測量登山隊員利用國產重力儀,在世界上首次測量了珠峰峰頂重力觀測值,這有助于提高珠峰高程起算面的精度。另外,采用國產地質雷達探測儀器測量了峰頂冰雪層厚度。

  與此同時,地面測量人員從珠峰腳下的6個測站,利用自主研發的長測程測距儀照準峰頂覘標反射棱鏡進行交會觀測,最長測距接近19公里,交會觀測數據主要為峰頂GNSS測量數據提供獨立檢核。

视频app  在珠峰峰頂這樣一個極寒、極低氣壓的高海拔環境中成功完成測量,這很好地說明了國產測量儀器的長足進步。

  珠峰測量數據處理分析

  所有測量數據獲取完畢并經過質量檢查后,進入珠峰測量數據處理分析階段。概括而言,珠峰高程測量數據處理的核心是通過嚴密計算得到珠峰的“頂”和“底”的精確位置。

  對GNSS控制網、峰頂GNSS聯測網和交會測量數據進行處理,可以得到珠峰峰頂覘標點的三維空間坐標,即緯度、經度和大地高。數據處理結果表明:利用GNSS測量數據計算的珠峰大地高與交會測量確定的結果,僅相差2.6厘米,考慮到兩種技術手段相互獨立,這個量級的差異是非常小的;根據誤差理論,GNSS測量獲取的珠峰大地高結果精度達到了毫米級。這就實現了珠峰“頂”的高精度測定。

视频app  接下來要精確計算珠峰“底”的位置,科學家基于物理大地測量的理論方法進行數據處理,聯合航空重力、地面重力、高分辨率地形和其它數據,結合GNSS和水準測量數據,建立珠峰地區的大地水準面模型,這就相當于把珠峰高程起算面,也就是黃海高程基準面這個“底”精準地確定出來了。結果表明,加入航空重力測量數據后,珠峰高程起算面精度達到了4.8厘米,相比沒有航空重力測量數據時,精度提高了近40%,這意味著珠峰海拔高程的精準度也會相應提升。

视频app  精準確定了珠峰的“頂”和“底”,珠峰峰頂的大地高減去大地水準面差距,就能獲取精確的珠峰高程值。

  中尼合作開展數據處理

视频app  2020珠峰高程測量的總體目標是落實中尼聯合聲明,實現中尼兩國共同宣布珠峰高程。中尼雙方成立了中尼珠峰測量聯合技術委員會,合作開展了數據處理。

  高程基準是珠峰高程測量的關鍵要素,中國和尼泊爾都有自己國家法定的高程基準,中國是黃海平均海平面,尼泊爾是印度洋平均海平面。按照國際合作慣例,國際合作中通常采用共同高程基準,而不采用某一方的高程基準。