珠峰高程“密碼”解析

2021.01.13 , 瀏覽次數: 1830

對珠峰進行交會測量示意圖

2020年12月8日,國家主席習近平同尼泊爾總統班達里互致信函,共同宣布珠穆朗瑪峰最新高程——8848.86米。作為世界最高峰,珠穆朗瑪峰(以下簡稱珠峰)又一次吸引了世人目光。

在藏族傳說里,遠古時期這一地區曾是一望無際的大海。海的周圍莽林成蔭、花團錦簇,一群妖魔來了,攪得海嘯林毀、生靈涂炭。終于有一天,5位法力無邊的女神出現了,把妖魔鎮壓在雪山之下,喝令大海退去,并化身為喜馬拉雅山脈的5座山峰。最高的翠顏峰被稱為“珠穆朗瑪”,藏語意為“第三女神”,是5位女神中最勇敢的一位。

登頂珠峰、測量她的“身高”,也成為各國登山勇士們的人生目標,他們當中有人甚至為此獻出了生命。新中國成立以來,我國幾代測繪人為珠峰測量付出了艱辛努力,并于1975年首次測得并公布珠峰高程為8848.13米。2005年組織了對珠峰高程的權威復測,測得峰頂巖面高為8844.43米。2020年我國再次組織精銳力量,于5月1日正式啟動對珠峰高程的測量。

世界屋脊笑傲橫,中華勇士邁新程。征服珠峰測量高程,是一代代測繪人的使命和榮耀。那么,這次測量珠峰高程有哪些重要意義?又是如何保證測量精度,實現技術創新和突破的?請看——

測量珠峰有哪些重大意義

珠峰,是反映印歐板塊相互擠壓運動狀態的“敏感指示器”。喜馬拉雅地區位于印歐板塊碰撞帶和青藏高原南緣,是世界著名的大陸地震活動帶。近一個世紀以來,喜馬拉雅地區曾發生過4次8級以上地震,15次6級以上地震,其中兩次8級以上地震發生在珠峰附近(1933年和2015年)。2015年4月25日尼泊爾博卡拉發生的8.1級地震,是半個世紀以來喜馬拉雅地區震級最高的一次災害性地震。盡管極震區位于喜馬拉雅南麓尼泊爾中部,但喜馬拉雅北麓的我國西藏日喀則地區所轄定日、聶拉木、吉隆3個縣也受到強烈影響。

為探求地球板塊運動和地震等因素對珠峰地區產生的影響,我國再次測量這一“世界屋脊”,具有非凡意義:

標記“量自然之變、掌天地之動”的科學探索新航程。測量珠峰高程、監測變化情況,獲得精確的峰頂雪深、氣象、風速等數據,可為研究歐亞大陸和印度洋板塊相互作用,以及珠峰地區生態環境變化,提供重要的數據支持。同時,對發展地球科學理論、監測地殼活動、預報自然災害等,具有重要的科研和應用價值。

標注“東方華夏智慧、大國力量風采”的技術進步新作為。針對珠峰地形復雜、高寒低氧的極端環境條件,我國專業測繪人員首次登頂測高,綜合運用航空重力、航空遙感、激光雷達等測繪技術手段,并將5G網絡帶上珠峰,配合實景三維技術,直觀展示珠峰樣貌,彰顯了我國測繪技術的進步和綜合國力的提升。

標定“科學試驗環境、挑戰極限訓練”的研究新方位。測量珠峰的高程以及周圍的氣象環境,有利于弄清楚該區域的自然環境及其變化情況,有利于精化珠峰地區大地水準面模型,提高重力場模型精度。它特有的地質構造、地形特點、氣候環境,可為開展極限條件下的各類訓練和試驗創造條件。

標志“合作融合成果、構建共贏架構”的睦鄰友誼新里程。2020年正值中尼建交65周年,也是人類首次從北坡成功登頂珠峰60周年,是中國首次精確測定并公布珠峰高程45周年,中尼兩國共同宣布珠峰新的高程,具有里程碑意義。

測量珠峰有哪些方法手段

珠峰作為世界最高峰,一直為世人矚目。那么,珠峰的“身高”到底是怎樣測量出來的呢?

本次珠峰高程測量,主要采用的是GNSS(全球導航衛星系統)測量、精密水準測量、光電測距、雷達測量、重力測量、天文測量、衛星遙感、似大地水準面精化等多種傳統測量手段和現代測繪技術。精準測定過程主要分三步:

一是“引”。通過技術手段,從海平面原點引出珠峰山腳高程,即確定測量基準。測量基準主要有起算面和起算點:我國采用的起算面,是青島驗潮站1952年至1979年潮汐觀測資料計算出的黃海平均海水平面(即0米高程起算面);起算點是青島國家水準原點,高程為72.2604米。目前,我國已建立以青島國家水準原點為起點、覆蓋全國的國家高程基準網。此次珠峰高程測量,就是從基準網中的日喀則市一等水準點進行起測的。

二是“測”。即測量出峰頂到已知控制點的高差。首先,從已知控制點將高程和坐標傳遞至珠峰腳下的6個交會點(見對珠峰進行交會測量示意圖),當測量覘標在峰頂架設完成后,6個交會點的測量隊員同時采用三角高程測量方法,通過觀測覘標的水平角、垂直角和距離,按三角形勾股定理求取交會點與覘標的高差;采用交會測量方法,根據6個交會點的平面坐標,通過測量6個交會點至覘標的方向和距離,推算覘標點的平面坐標。同時,登頂測量隊員操作GNSS接收機,獲取覘標點位的衛星觀測數據,架設重力儀測量峰頂區域重力值,利用冰雪探測雷達對冰雪層厚度進行準確探測。

三是“算”。根據已測量數據,開展數據計算,最終得出珠峰高程。先在野外收集整理對珠峰GNSS觀測、精密水準測量、三角高程測量、交會測量、雷達探測、天文測量和航空重力測量的各類數據,然后利用國家重要基礎數據資料,構建精密數據模型,最后進行數據綜合處理和嚴密計算。歷時數月,完成全部計算工作,最終解算出準確的珠峰新高程——8848.86米。

測量珠峰有哪些技術創新

中國科學院院士、大地測量學家楊元喜說:“這次珠峰高程測量的精度,一定比歷史上所有珠峰高程測量精度都要高。”

此次測量,在技術創新和裝備使用上實現了“四個首次”“兩個綜合”“一個合作”:

首次在珠峰峰頂開展了北斗衛星導航定位測量,實現了北斗衛星導航系統處于極寒低壓環境下高精度定位測量的應用。

首次在珠峰地區開展航空重力測量,并首次沿著登山線路,將地面的重力測量推到了珠峰峰頂。這項工作填補了我國在珠峰地區的重力空白,大幅度提升了珠峰地區高程起算面精度。

首次將5G和北斗結合,利用通信專網和北斗數據信息化管理平臺,實現了高寒高海拔環境下北斗二號、北斗三號衛星信號同時接收、實時解析和質量預評估。北斗還與GPS數據融合,有效提升了峰頂大地高的精度和可靠性(±2.0厘米)。

首次由中國地質調查局派出“航空地質一號”飛機,開展我國在珠峰區域的航空重力和遙感綜合調查,覆蓋面達1.25萬平方公里,提供了歷史上最佳的海拔高程起算基準。

綜合使用了高性能全站儀、超長距離測距儀、雪深探測雷達、衛星信號接收機、重力儀等,在測量過程中擔任“絕對主力”,測量的科學性、可靠性、創新性均有顯著提升,測量精度再次刷新。

綜合運用航空重力測量、現代測繪技術、傳統大地測量等方法開展珠峰測量工作,引入了航空遙感激光雷達、實景三維建模等現代的測繪技術,大大提升了測量精度和效率。

中尼兩國合作,首次構建珠峰地區全球高程基準,第一次共同計算形成了珠峰的高程,兩國計算所得峰頂大地水準面差值僅為7.2厘米。擬合精度高,得到了國際社會的一致認可,同時體現了中尼兩國在高新技術領域合作的歷史性飛躍。

對珠峰高程的測量,是人類認識地球、了解自然的過程,從8848.13米到8844.43米,再到8848.86米,對珠峰高程的一次次“追問”,是我國測量技術不斷創新突破的發展史,同時更是我國一代代測繪人和登山隊員不懈努力和無私奉獻的奮斗史。

正是歷代測繪人的不懈奮斗,才鍛造了“冰峰火洲英雄測繪隊”“英雄測繪大隊”“丈量世界屋脊的英雄測繪大隊”等一支支英雄測繪隊伍,為人類認知生存環境、探索世界奧秘貢獻了力量。

(來源:解放軍報)

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