珠峰高程“密码”解析

2021.01.13 , 浏览次数: 130

对珠峰进行交会测量示意图

2020年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最新高程——8848.86米。作为世界最高峰,珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)又一次吸引了世人目光。

在藏族传说里,远古时期这一地区曾是一望无际的大海。海的周围莽林成荫、花团锦簇,一群妖魔来了,搅得海啸林毁、生灵涂炭。终于有一天,5位法力无边的女神出现了,把妖魔镇压在雪山之下,喝令大海退去,并化身为喜马拉雅山脉的5座山峰。最高的翠颜峰被称为“珠穆朗玛”,藏语意为“第三女神”,是5位女神中最勇敢的一位。

登顶珠峰、测量她的“身高”,也成为各国登山勇士们的人生目标,他们当中有人甚至为此献出了生命。新中国成立以来,我国几代测绘人为珠峰测量付出了艰辛努力,并于1975年首次测得并公布珠峰高程为8848.13米。2005年组织了对珠峰高程的权威复测,测得峰顶岩面高为8844.43米。2020年我国再次组织精锐力量,于5月1日正式启动对珠峰高程的测量。

世界屋脊笑傲横,中华勇士迈新程。征服珠峰测量高程,是一代代测绘人的使命和荣耀。那么,这次测量珠峰高程有哪些重要意义?又是如何保证测量精度,实现技术创新和突破的?请看——

测量珠峰有哪些重大意义

珠峰,是反映印欧板块相互挤压运动状态的“敏感指示器”。喜马拉雅地区位于印欧板块碰撞带和青藏高原南缘,是世界著名的大陆地震活动带。近一个世纪以来,喜马拉雅地区曾发生过4次8级以上地震,15次6级以上地震,其中两次8级以上地震发生在珠峰附近(1933年和2015年)。2015年4月25日尼泊尔博卡拉发生的8.1级地震,是半个世纪以来喜马拉雅地区震级最高的一次灾害性地震。尽管极震区位于喜马拉雅南麓尼泊尔中部,但喜马拉雅北麓的我国西藏日喀则地区所辖定日、聂拉木、吉隆3个县也受到强烈影响。

为探求地球板块运动和地震等因素对珠峰地区产生的影响,我国再次测量这一“世界屋脊”,具有非凡意义:

标记“量自然之变、掌天地之动”的科学探索新航程。测量珠峰高程、监测变化情况,获得精确的峰顶雪深、气象、风速等数据,可为研究欧亚大陆和印度洋板块相互作用,以及珠峰地区生态环境变化,提供重要的数据支持。同时,对发展地球科学理论、监测地壳活动、预报自然灾害等,具有重要的科研和应用价值。

标注“东方华夏智慧、大国力量风采”的技术进步新作为。针对珠峰地形复杂、高寒低氧的极端环境条件,我国专业测绘人员首次登顶测高,综合运用航空重力、航空遥感、激光雷达等测绘技术手段,并将5G网络带上珠峰,配合实景三维技术,直观展示珠峰样貌,彰显了我国测绘技术的进步和综合国力的提升。

标定“科学试验环境、挑战极限训练”的研究新方位。测量珠峰的高程以及周围的气象环境,有利于弄清楚该区域的自然环境及其变化情况,有利于精化珠峰地区大地水准面模型,提高重力场模型精度。它特有的地质构造、地形特点、气候环境,可为开展极限条件下的各类训练和试验创造条件。

标志“合作融合成果、构建共赢架构”的睦邻友谊新里程。2020年正值中尼建交65周年,也是人类首次从北坡成功登顶珠峰60周年,是中国首次精确测定并公布珠峰高程45周年,中尼两国共同宣布珠峰新的高程,具有里程碑意义。

测量珠峰有哪些方法手段

珠峰作为世界最高峰,一直为世人瞩目。那么,珠峰的“身高”到底是怎样测量出来的呢?

本次珠峰高程测量,主要采用的是GNSS(全球导航卫星系统)测量、精密水准测量、光电测距、雷达测量、重力测量、天文测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统测量手段和现代测绘技术。精准测定过程主要分三步:

一是“引”。通过技术手段,从海平面原点引出珠峰山脚高程,即确定测量基准。测量基准主要有起算面和起算点:我国采用的起算面,是青岛验潮站1952年至1979年潮汐观测资料计算出的黄海平均海水平面(即0米高程起算面);起算点是青岛国家水准原点,高程为72.2604米。目前,我国已建立以青岛国家水准原点为起点、覆盖全国的国家高程基准网。此次珠峰高程测量,就是从基准网中的日喀则市一等水准点进行起测的。

二是“测”。即测量出峰顶到已知控制点的高差。首先,从已知控制点将高程和坐标传递至珠峰脚下的6个交会点(见对珠峰进行交会测量示意图),当测量觇标在峰顶架设完成后,6个交会点的测量队员同时采用三角高程测量方法,通过观测觇标的水平角、垂直角和距离,按三角形勾股定理求取交会点与觇标的高差;采用交会测量方法,根据6个交会点的平面坐标,通过测量6个交会点至觇标的方向和距离,推算觇标点的平面坐标。同时,登顶测量队员操作GNSS接收机,获取觇标点位的卫星观测数据,架设重力仪测量峰顶区域重力值,利用冰雪探测雷达对冰雪层厚度进行准确探测。

三是“算”。根据已测量数据,开展数据计算,最终得出珠峰高程。先在野外收集整理对珠峰GNSS观测、精密水准测量、三角高程测量、交会测量、雷达探测、天文测量和航空重力测量的各类数据,然后利用国家重要基础数据资料,构建精密数据模型,最后进行数据综合处理和严密计算。历时数月,完成全部计算工作,最终解算出准确的珠峰新高程——8848.86米。

测量珠峰有哪些技术创新

中国科学院院士、大地测量学家杨元喜说:“这次珠峰高程测量的精度,一定比历史上所有珠峰高程测量精度都要高。”

此次测量,在技术创新和装备使用上实现了“四个首次”“两个综合”“一个合作”:

首次在珠峰峰顶开展了北斗卫星导航定位测量,实现了北斗卫星导航系统处于极寒低压环境下高精度定位测量的应用。

首次在珠峰地区开展航空重力测量,并首次沿着登山线路,将地面的重力测量推到了珠峰峰顶。这项工作填补了我国在珠峰地区的重力空白,大幅度提升了珠峰地区高程起算面精度。

首次将5G和北斗结合,利用通信专网和北斗数据信息化管理平台,实现了高寒高海拔环境下北斗二号、北斗三号卫星信号同时接收、实时解析和质量预评估。北斗还与GPS数据融合,有效提升了峰顶大地高的精度和可靠性(±2.0厘米)。

首次由中国地质调查局派出“航空地质一号”飞机,开展我国在珠峰区域的航空重力和遥感综合调查,覆盖面达1.25万平方公里,提供了历史上最佳的海拔高程起算基准。

综合使用了高性能全站仪、超长距离测距仪、雪深探测雷达、卫星信号接收机、重力仪等,在测量过程中担任“绝对主力”,测量的科学性、可靠性、创新性均有显著提升,测量精度再次刷新。

综合运用航空重力测量、现代测绘技术、传统大地测量等方法开展珠峰测量工作,引入了航空遥感激光雷达、实景三维建模等现代的测绘技术,大大提升了测量精度和效率。

中尼两国合作,首次构建珠峰地区全球高程基准,第一次共同计算形成了珠峰的高程,两国计算所得峰顶大地水准面差值仅为7.2厘米。拟合精度高,得到了国际社会的一致认可,同时体现了中尼两国在高新技术领域合作的历史性飞跃。

对珠峰高程的测量,是人类认识地球、了解自然的过程,从8848.13米到8844.43米,再到8848.86米,对珠峰高程的一次次“追问”,是我国测量技术不断创新突破的发展史,同时更是我国一代代测绘人和登山队员不懈努力和无私奉献的奋斗史。

正是历代测绘人的不懈奋斗,才锻造了“冰峰火洲英雄测绘队”“英雄测绘大队”“丈量世界屋脊的英雄测绘大队”等一支支英雄测绘队伍,为人类认知生存环境、探索世界奥秘贡献了力量。

(来源:解放军报)