8848.86米——2020年12月8日，國家主席習(xí)近平同尼泊爾總統(tǒng)班達(dá)里互致信函，共同宣布珠穆朗瑪峰最新高程。
“地球之巔”高度最新出爐！
圖片來源：視覺中國
歷時10月完成數(shù)據(jù)處理工作
60年前，中國人首次從北坡登頂珠峰。45年前，中國人首次將覘標(biāo)帶至峰頂，測得高度8848.13米。2005年，中國再測珠峰，其巖面高度為8844.43米。2020年5月27日，中國人又一次登上世界海拔最高的珠穆朗瑪峰峰頂。從海量數(shù)據(jù)到8848.86米，這中間有哪些“解題”步驟？
承擔(dān)此次珠峰測量數(shù)據(jù)處理任務(wù)的是位于西安的自然資源部大地測量數(shù)據(jù)處理中心。這也是我國唯一從事大地測量數(shù)據(jù)處理與大地測量檔案管理的專業(yè)隊伍。
“珠峰地區(qū)海拔高、極寒缺氧，又是全球地殼運(yùn)動最劇烈的地區(qū)之一，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，要獲得精準(zhǔn)的珠峰高程是一項極具挑戰(zhàn)性、極其復(fù)雜、極具難度的綜合性工作。”數(shù)據(jù)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(xù)進(jìn)行技術(shù)研究和攻關(guān)，完成了相關(guān)數(shù)據(jù)處理方案編寫、數(shù)據(jù)模型建立、軟件編程測試、數(shù)據(jù)比對分析與驗證等工作。
郭春喜說，相比于2005年的珠峰測量，此次數(shù)據(jù)處理的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)種類更多，數(shù)據(jù)量更大。“比如說，今年在峰頂進(jìn)行了一萬多平方公里的航空重力測量，以前，GNSS衛(wèi)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四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，并且以北斗的數(shù)據(jù)為主。”
一共處理多少數(shù)據(jù)？郭春喜坦言，這無法準(zhǔn)確核算。他舉個例子，“為了把珠峰頂點(diǎn)的位置測準(zhǔn)，我們每1秒采集一次基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，每次基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)里就包含了50多顆導(dǎo)航衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。想象一下，1天就有86400秒，再加上我們還有大量的基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)，僅僅這塊的數(shù)據(jù)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(qū)已有的高程、GNSS和重力等數(shù)據(jù)并進(jìn)行初步的整理分析，為后續(xù)工作做準(zhǔn)備。
2020年5月23日，測量登山隊員張衛(wèi)東用國產(chǎn)重力儀在海拔6500米進(jìn)行重力測量。國測一大隊供圖
“今年6月以來，在珠峰峰頂及珠峰地區(qū)數(shù)據(jù)傳送至我中心后，我們又著重處理了包括：343個GNSS點(diǎn)數(shù)據(jù)、約780多公里的一二三等水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)、約210個不同等級重力點(diǎn)數(shù)據(jù)、6個峰頂交會點(diǎn)數(shù)據(jù)以及重力似大地水準(zhǔn)面確定、峰頂冰雪探測雷達(dá)測量數(shù)據(jù)處理等等。”郭春喜說。
如何用這些數(shù)據(jù)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(qū)基準(zhǔn)網(wǎng)、區(qū)域框架網(wǎng)、局部控制網(wǎng)及峰頂聯(lián)測網(wǎng)的平面位置與大地高。
然后，利用精密水準(zhǔn)測量與測距高程導(dǎo)線獲取各級GNSS控制網(wǎng)點(diǎn)正常高。再利用珠峰地區(qū)高分辨率的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、歷年來加密重力測量數(shù)據(jù)、本次新測的航空重力數(shù)據(jù)、國內(nèi)外超高階重力場模型數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)代似大地水準(zhǔn)面確定理論與移去-恢復(fù)技術(shù)，獲得珠峰地區(qū)高精度重力似大地水準(zhǔn)面。通過GNSS水準(zhǔn)融合，獲得珠峰地區(qū)高精度似大地水準(zhǔn)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?shù)椒宓椎钠骄亓εc平均正常重力，然后通過嚴(yán)密正常高與正高轉(zhuǎn)換，獲得珠峰頂?shù)难┟嬲撸ê０胃撸帽┖穸壤走_(dá)測量獲取峰頂?shù)难┟婧穸龋逊屙斞┟嬲咿D(zhuǎn)換為巖石面正高。
針對此次珠峰“新身高”計算，該中心成立了專項任務(wù)實(shí)施領(lǐng)導(dǎo)小組，抽調(diào)骨干組成高程控制網(wǎng)計算組、多源GNSS融合計算組、峰頂交會測量計算組、珠峰局部重力場和似大地水準(zhǔn)面精化組、珠峰高程綜合確定組、項目協(xié)調(diào)組、后勤保障與宣傳組等7個專項任務(wù)實(shí)施小組。
“我們通過開展‘2020珠峰高程數(shù)據(jù)處理百日大會戰(zhàn)’主題勞動競賽、組織青年職工技術(shù)交流會等形式，激發(fā)項目參與人員干事創(chuàng)業(yè)的熱情。”郭春喜說，全體項目參與人員都主動放棄節(jié)假日休息時間，加班加點(diǎn)，“僅用10個月就完成了整個數(shù)據(jù)處理工作。”
我國測繪技術(shù)綜合運(yùn)用的一次大檢閱
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(fā)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(jīng)歷了從傳統(tǒng)大地測量技術(shù)到綜合現(xiàn)代大地測量技術(shù)的轉(zhuǎn)變。每次珠峰測量，都體現(xiàn)了我國測繪技術(shù)的不斷進(jìn)步，彰顯了我國測繪技術(shù)的最高水平。
2020年5月27日，測量登山隊員在珠峰峰頂與國旗合影。國測一大隊供圖
郭春喜介紹道，同2005年相比，珠峰高程測量的科學(xué)性、可靠性、創(chuàng)新性明顯提高，主要體現(xiàn)在以下7個方面：
一是將我國自主研制、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首次應(yīng)用于珠峰峰頂大地高的計算，獲取了更長觀測時間、更多衛(wèi)星觀測數(shù)量的觀測數(shù)據(jù)。北斗與GPS數(shù)據(jù)融合，獲取了峰頂雪面精度±0.9cm大地高成果，與2005年成果相比，精度提高了2.1cm，北斗與GPS數(shù)據(jù)融合有效提升峰頂大地高精度和可靠性。北斗同GPS大地高成果一致性較好，精度均為±2.0cm，驗證了北斗系統(tǒng)在珠峰地區(qū)能夠獲得同GPS精度相當(dāng)?shù)拇蟮馗呓Y(jié)果。
二是國產(chǎn)儀器擔(dān)綱2020珠峰高程測量。國產(chǎn)、進(jìn)口GNSS接收機(jī)在峰頂?shù)墓餐褂茫@取了同等精度峰頂大地高成果，融合結(jié)果顯著提升了大地高精度；國產(chǎn)長測程全站儀的使用，使得三角高程測量的大地高與GNSS成果的差異由2005年的29cm縮小至2.6cm，大幅度提高了峰頂三角高程大地高的精度及其與GNSS大地高的一致性；國產(chǎn)重力儀首次登頂實(shí)測峰頂重力值，同時融入國產(chǎn)航空重力儀測量數(shù)據(jù)，大幅度提升珠峰地區(qū)重力似大地水準(zhǔn)面模型精度，建立了精度為±4.8cm的珠峰地區(qū)重力似大地水準(zhǔn)面模型，同僅用地面重力數(shù)據(jù)建立的精度為±7.8cm的模型相比，航空重力數(shù)據(jù)的加入使精度提高3.0cm。
三是獲得了珠峰地區(qū)高精度似大地水準(zhǔn)面精化模型。數(shù)據(jù)資料更加豐富，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分辨率、質(zhì)量、時效性都有較大程度提升，利用超高階次的地球重力場模型，采用科學(xué)先進(jìn)的似大地水準(zhǔn)面精化理論技術(shù)，試算模型更具多樣化，根據(jù)不同數(shù)據(jù)特點(diǎn)，排列組合出上千種重力水準(zhǔn)面模型，進(jìn)行試算并結(jié)合實(shí)測值優(yōu)中選優(yōu)，大幅度提升了珠峰地區(qū)似大地水準(zhǔn)面模型精度。
四是2020珠峰高程測量數(shù)據(jù)處理工作進(jìn)行了多個層面的成果比對工作，保證最終發(fā)布成果的可靠性，包括國內(nèi)外不同GNSS數(shù)據(jù)處理軟件的成果比對；不同觀測技術(shù)的成果比對；2020年計算成果與2005年計算成果的比對；數(shù)據(jù)中心計算成果與中國測繪科學(xué)研究院檢核成果的比對；我國計算成果與尼泊爾計算成果的比對。
五是中尼首次聯(lián)合構(gòu)建了珠峰地區(qū)全球高程基準(zhǔn)，峰頂大地水準(zhǔn)面差距僅相差7.2cm，成果符合性好，為兩國聯(lián)合發(fā)布基于全球高程基準(zhǔn)的珠峰新高度奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
六是采用大量自主研發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件，基于陜西局地理空間大數(shù)據(jù)中心資源與云計算技術(shù)，研發(fā)出適應(yīng)不同環(huán)境、具有不同區(qū)域特點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理軟件。自主研發(fā)了精密水準(zhǔn)網(wǎng)平差軟件、三角高程網(wǎng)平差軟件、重力場精細(xì)結(jié)構(gòu)確定與大地水準(zhǔn)面精化軟件、基于多源GNSS結(jié)果的融合軟件、加密重力點(diǎn)快速評定與質(zhì)檢軟件等。
七是首次將5G和北斗結(jié)合，利用通信專網(wǎng)和北斗數(shù)據(jù)信息化管理平臺，在登頂測量前對大本營、二本營以及前進(jìn)營的北斗/GNSS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行多次在線采集、數(shù)據(jù)預(yù)分析實(shí)驗，實(shí)現(xiàn)了高寒、高海拔環(huán)境下北斗二號和北斗三號衛(wèi)星信號的同時接收、實(shí)時解析和質(zhì)量預(yù)評估，驗證分析了高寒、高海拔環(huán)境下的北斗觀測質(zhì)量。
中科院院士、中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院研究員孫和平撰文分析，此次珠峰頂?shù)亩c(diǎn)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(qū)大地水準(zhǔn)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(zhǔn)。因此，這次珠峰高程測量的精度將達(dá)“史上最高”。
此次對珠峰地區(qū)進(jìn)行科學(xué)考察獲得的數(shù)據(jù)成果，為珠峰高程的精確測定提供重要的數(shù)據(jù)支撐，為珠峰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)調(diào)查、地殼運(yùn)動監(jiān)測、地形測繪、基礎(chǔ)建設(shè)等方面提供重要數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，也為做好全國現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系維護(hù)與更新奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)，為服務(wù)自然資源管理提供基礎(chǔ)測繪保障。
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