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8848.86米!測繪技術標定“地球之巔”新高度 這中間有哪些“解題”步驟?

    來源: 科技日報  2020-12-09 15:58:34

眾所周知,珠峰高程測量的核心是精確測定珠峰高度,這同時也是一項代表國家測繪科技發展水平的綜合性測繪工程。新中國成立以來,我國珠峰高程測量經歷了從傳統大地測量技術到綜合現代大地測量技術的轉變。每次珠峰測量,都體現了我國測繪技術的不斷進步,彰顯了我國測繪技術的最高水平。

2020珠峰高程測量綜合應用了多種技術手段,包括GNSS衛星測量、冰雪探測雷達測量、重力測量、衛星遙感、似大地水準面精化等多種傳統和現代測量技術。2005年珠峰高程測量時,GNSS衛星測量主要依賴GPS系統,而今年的珠峰高程測量行動將同時參考美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北斗這4大全球導航衛星系統,并以北斗的數據為主。

此外,此次測量運用航空重力測量技術,提升了測量精度。這也是人類首次在珠峰峰頂開展重力測量。特別值得一提的是,此次任務中應用的國產北斗衛星定位接收機、峰頂重力測量儀、雪深雷達、航空重力儀等核心裝備,都由我國自主研發。

2020年5月27日,珠峰高程測量登山隊再次站上地球之巔。峰頂測量完成后,對觀測數據進行聯合處理是另一道難題。

從海量數據到8848.86米,這中間有哪些“解題”步驟?

“珠峰地區海拔高、極寒缺氧,又是全球地殼運動最劇烈的地區之一,地質環境復雜,要獲得精準的珠峰高程是一項極具挑戰性、極其復雜、極具難度的綜合性工作。”承擔此次珠峰測量數據處理任務的自然資源部大地測量數據處理中心主任郭春喜說,他已是第三次參與珠峰高程的計算工作。

郭春喜介紹道,從去年開始,中心就持續進行技術研究和攻關,完成了相關數據處理方案編寫、數據模型建立、軟件編程測試、數據比對分析與驗證等工作。

郭春喜說,相比于2005年的珠峰高程測量,此次數據處理的難點在于數據種類更多,數據量更大。“比如說,今年在峰頂進行了一萬多平方公里的航空重力測量,以前,GNSS衛星測量主要依賴GPS,今年,我們同時參考美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北斗這4大全球導航衛星系統,并且以北斗的數據為主。”

一共處理多少數據?郭春喜坦言,這無法準確核算。他舉了個例子:“為了把珠峰頂點的位置測準,我們每1秒采集一次基準站的數據,每次基準站的數據里就包含了50多顆導航衛星的數據。想象一下,1天就有86400秒,再加上我們還有大量的基準站觀測數據,僅僅這塊的數據就很龐大了。”

他介紹道,從2019年4月份起,就開始著手收集了大量珠峰地區已有的高程、GNSS和重力等數據并進行初步的整理分析,為后續工作做準備。

“今年6月以來,在珠峰峰頂及珠峰地區數據傳送至我中心后,我們又著重處理了包括:343個GNSS點數據、約780多公里的一二三等水準網數據、約210個不同等級重力點數據、6個峰頂交會點數據以及重力似大地水準面確定、峰頂冰雪探測雷達測量數據處理等等。”郭春喜說。

如何用這些數據計算出珠峰的“身高”?

郭春喜介紹道,首先,利用GNSS測量、三角測量、三角高程測量獲得珠峰地區基準網、區域框架網、局部控制網及峰頂聯測網的平面位置與大地高。

然后,利用精密水準測量與測距高程導線獲取各級GNSS控制網點正常高。再利用珠峰地區高分辨率的數字高程模型數據、歷年來加密重力測量數據、本次新測的航空重力數據、國內外超高階重力場模型數據,利用現代似大地水準面確定理論與移去—恢復技術,獲得珠峰地區高精度重力似大地水準面。通過GNSS水準融合,獲得珠峰地區高精度似大地水準面成果及峰頂高程異常。

最后,峰頂大地高減去峰頂高程異常獲得峰頂正常高。通過推算得到峰頂到峰底的平均重力與平均正常重力,然后通過嚴密正常高與正高轉換,獲得珠峰頂的雪面正高(海拔高),利用冰雪厚度雷達測量獲取峰頂的雪面厚度,把峰頂雪面正高轉換為巖石面正高。

郭春喜介紹道,同2005年相比,珠峰高程測量的科學性、可靠性、創新性明顯提高。

中科院院士、中國科學院精密測量科學與技術創新研究院研究員孫和平撰文分析,此次珠峰頂的定點重力測量和北坡1.25萬平方公里的航空重力測量,將顯著提升珠峰地區大地水準面的精度,為高精度的珠峰高程測量提供歷史最好的海拔高程起算基準。因此,這次珠峰高程測量的精度將達“史上最高”。

此次對珠峰地區進行科學考察獲得的數據成果,為珠峰高程的精確測定提供重要的數據支撐,為珠峰地區的生態環境保護、地質調查、地殼運動監測、地形測繪、基礎建設等方面提供重要數據和技術支撐,也為做好全國現代測繪基準體系維護與更新奠定堅實的基礎,為服務自然資源管理提供基礎測繪保障。(記者 操秀英)

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