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给珠峰量“身高”为啥从黄海测起

来源:科技日报2020-05-22 10:17

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  从加乌拉山口拍摄的珠峰 新华社记者 普布扎西摄

  此次珠峰高程测量成果可用于地球动力学板块运动等领域研究。精确的峰顶雪深、气象、风速等数据,将为冰川监测、生态环境保护等方面的研究提供第一手资料。

  现在珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)“身高”到底是多少?这是许多人关心的话题。

  根据天气状况,近期2020珠峰高程测量登山队的12名队员将对珠峰的峰顶发起冲击,有望实现我国专业测绘人员首次登顶珠峰测高,这将使测量数据更可靠、更具说服力。值得注意的是,在60年前,即1960年,中国登山队员王富洲、屈银华、贡布成功登顶,开创了人类登山史上首次从北坡登顶珠峰的历史。

  攀登珠峰是勇敢者的挑战,测量珠峰更是难上加难。

  为何要对这一难题发起攻坚?多次给珠峰测高具有什么意义?测绘队员又是怎么来给珠峰量“身高”的?

  珠峰的精确“身高”意义非凡

  珠峰位于中国与尼泊尔边界的东段,是世界上最高的山峰。在过去数十年间,珠峰的海拔高度被世界公认为8848米。

  新中国成立以来,我国测绘工作者已对珠峰进行过6次大规模的测绘和科考工作,并先后于1975年和2005年两次成功测定并公布珠峰高程。

  1975年,我国首次将测量觇标矗立于珠峰之巅,精确测得珠峰海拔高程为8848.13米。2005年珠峰高程复测,我国测量队采用了传统大地测量与卫星测量结合的技术方法,并首次在珠峰峰顶测量中利用冰雪雷达探测仪测量冰雪厚度,经过严密计算,测得珠峰顶岩石面海拔高程8844.43米。

  这一数据成为我国行政管理、新闻传播、对外交流等活动及公开出版的地图和教材中使用的权威数据。

  为何今年又对珠峰高程进行复测?

  2020珠峰高程测量技术协调组组长、中国测绘科学研究院研究员党亚民对媒体表示,重测珠峰高程主要有两个原因:珠峰高度一定发生了变化;珠峰测量技术也有了大的飞跃,新技术可以明显提升珠峰测量精度。

  党亚民解释,长期来看,珠峰以每年4.4毫米的速度缓慢升高,这就意味着10年会升高4厘米左右,30年升高13厘米多。如果珠峰高程的测量精度在10厘米左右,那么二三十年后,就需要重新测量珠峰高程了。短期来看,一次地震也可能影响珠峰的高程。

  大地测量学家陈俊勇形象地给出测量珠峰的理由——就像父母会定期给自己不断成长的子女量量身高一样。“人类要不断深入地认识自然,中国人要不断深入地认识自己的国土。”他说。

  今年是人类首次从北坡成功登顶珠峰60周年、中国首次精确测定并公布珠峰高程45周年,开展此次珠峰高程测量具有重要的历史意义。

  据了解,此次珠峰高程测量的核心目标是精确测定珠峰高度,测量成果可用于地球动力学板块运动等领域研究。精确的峰顶雪深、气象、风速等数据,将为冰川监测、生态环境保护等方面的研究提供第一手资料。

  交会点和觇标是测量关键

  党亚民介绍了珠峰高程测量三部曲。

  第一步是高精度的海拔高程起算面的确定。首先,将黄海高程基准(中国海拔高程的起算面),从青岛用水准测量方法一步一步传到珠峰地区;其次,进行珠峰地区大量的前期和后续的测量工作,如在珠峰地区的GNSS(全球卫星定位)测量、水准测量、重力测量等,精确地将这个海拔高程起算面延伸到珠峰下面。也就是说,先要知道珠峰的0米起点究竟在哪。

  第二步是峰顶“会战”测量。主要包括3项工作:通过高精度GNSS定位方法,测量出珠峰雪顶的位置;在海拔6000米左右,利用三角高程和交会方法,测量峰顶觇标,确定珠峰高度;通过冰雪雷达探测仪,测量峰顶一定范围内雪面到岩石面的距离。

  最后一步是珠峰海拔高确定。通过严密计算,将峰顶的GNSS测量成果、三角高程和交会测量成果归算到海拔高,包括雪面高和岩面高。

  在这过程中,6个交会点的确定和在珠峰顶插上觇标是关键步骤。“交会测量是此次珠峰测量的重要内容,交会点是实施交会测量的基础,只有在交会点架设测量仪器,才能获取交会点至峰顶觇标的距离、角度等观测数据,通过计算获取珠峰的高程值。”参与此次珠峰测量的自然资源部第一大地测量队副总工程师刘站科告诉科技日报记者,交会点必须与珠峰峰顶通视,不能受自然地物的阻挡。

  当精确高程传递至珠峰脚下的6个峰顶交会点时,将在珠峰之巅竖立测量觇标。运用“勾股定理”,推算出峰顶相对于这几个点的高程差。这也是测绘队员必须亲手将觇标插上珠峰的主要原因。

  目前,珠峰高程测量已实现了由传统大地测量技术到综合现代大地测量技术的转变。为了使测量数字更精准,测量团队还会将雪深雷达、重力仪等仪器携带到峰顶,而这些仪器都需要专业测绘人员操作。正因此,此次自然资源部第一大地测量队的测绘队员成为了冲击峰顶的主力军。

  国产测绘仪器大显身手

  “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,最终公布的海拔高程,是对多种数据进行综合处理的结果。”刘站科说。

  据了解,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四大全球导航卫星系统,并且会以北斗的数据为主。

  “北斗卫星导航系统在2020珠峰高程测量中发挥了重要作用,不仅用于珠峰高程测量的基础部分和外围控制测量,也将用于登顶后峰顶的坐标测量和冰雪探测测量。”刘站科说。

  刘站科介绍道,珠峰峰顶架设觇标上的GNSS测量设备以及峰顶冰雪探测雷达中集成的GNSS定位设备均可接收我国自主研制的全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统的数据。

  登顶测量时,峰顶觇标GNSS接收机将依托北斗卫星和珠峰地区以及外围的GNSS监测网联合同步观测,从而确保精准的峰顶坐标获取。同时,峰顶冰雪探测雷达测量获取的北斗卫星导航定位数据将确保计算的峰顶冰雪层厚度以及地形数据的精度。

  值得一提的是,此次珠峰高程测量也成为国产测绘仪器的主场。

  珠峰地区具有海拔高、气压低、气温低的环境特点,为了保证珠峰高程测量顺利进行,GNSS接收机需要在零下40摄氏度,海拔9000米的环境条件下仍可以正常工作。中国测绘科学研究院国家光电测距仪检测中心经过近5个月的测试,选出了满足要求的国产GNSS接收机。

  “经过多年的技术积累和市场竞争,国产测地型GNSS接收机以及核心元器件不仅实现了国产化,性能和质量上也达到了与国外同类产品基本相当的水平,采用国产接收机还可增加我国北斗卫星导航系统数据接收、处理功能,在技术上更加先进,也更加可控,同时摆脱了对美国GPS卫星导航系统的依赖。”中国测绘科学研究院有关负责人表示。(记者 操秀英)

[ 责编:赵宇豪 ]
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