8848.86米——2020年12月8日,國家主席習近平同尼泊爾總統班達裏互致信函,共同(tóng)宣布珠穆朗瑪峰(fēng)最新高程。
“地球之巔”高度最新出爐!
曆時10月完成(chéng)數據處理工作
60年前,中國人(rén)首次從北坡登頂珠峰。
45年前,中國人首次將覘標帶至峰頂,測得(dé)高度8848.13米。
2005年,中國再測珠峰,其岩麵高度為8844.43米。
2020年5月27日,中國人(rén)又(yòu)一次登上世界(jiè)海拔最高的珠穆朗瑪峰峰頂(dǐng)。
從海量數據到8848.86米,這中間有哪些“解題”步驟?
承擔(dān)此次珠峰測(cè)量數據處理任務的是位(wèi)於西安的自然(rán)資源部大地測量數據處理中心。這也是我(wǒ)國唯一從事大地(dì)測量數據處理與大地測量檔案管理的(de)專業隊伍。
“珠峰地區海拔高、極寒缺氧,又是全球地殼(ké)運(yùn)動最劇烈的地(dì)區之一,地(dì)質環境複雜,要獲得精準的珠峰高程是一項極具挑戰性(xìng)、極(jí)其複(fù)雜、極具難度的綜合性工作。”數據處理中心主(zhǔ)任郭春喜說。他已是第三次(cì)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(háng)技術研究和攻關,完成了相關數據處理方案編寫、數據模型(xíng)建立、軟件編程測(cè)試、數據比對分析與驗證等工作。
郭春喜說,相比於2005年的珠(zhū)峰測量,此次數(shù)據處理的難點在於數據(jù)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裏的航空重(chóng)力測量,以前,GNSS衛星測量主(zhǔ)要依賴GPS,今年,我們同時參考美國GPS、歐洲(zhōu)伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北鬥這四大全球導(dǎo)航衛星係(xì)統,並(bìng)且以(yǐ)北鬥的數(shù)據為主。”
一共處理多少數(shù)據(jù)?郭春喜坦言,這無法準確核算。他舉個例子,“為了把珠峰頂(dǐng)點的(de)位置測準,我們每1秒采集一次基準站的數據,每(měi)次基準站的數(shù)據裏就包含了50多顆導航衛星的數據。想象一(yī)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(cóng)2019年4月份起,就開始著手收集了大量珠(zhū)峰地區已有(yǒu)的高程(chéng)、GNSS和重力等數據並進行初步的(de)整理分析,為後續工作做準備。
“今年6月(yuè)以來(lái),在珠峰峰頂及珠峰地區數(shù)據傳送至我中心後,我們又著重處理了包括:343個GNSS點數據(jù)、約780多公裏的一二三等水(shuǐ)準網(wǎng)數據(jù)、約210個不同等級重力點數據、6個峰頂(dǐng)交會點數據(jù)以及重力似大地水準麵確定、峰(fēng)頂冰雪探測雷達測量數據處理等等。”郭(guō)春(chūn)喜說。
如何用這些數據計算出珠峰的“身(shēn)高”?
郭春喜介紹道,首先,利用GNSS測量、三角(jiǎo)測量、三角高程測量獲得珠峰(fēng)地區基準網、區域框架網、局部控製網及峰頂聯測網的平麵位置(zhì)與大地高。
然後,利(lì)用精密水準測(cè)量與測距高程導(dǎo)線獲(huò)取各級GNSS控製網點正常(cháng)高。再利用珠峰地區高分(fèn)辨率的數字高程模型數據、曆年來(lái)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(sì)大地水準麵確定理論與(yǔ)移去-恢複技術,獲得(dé)珠峰地區高精度重力似大地水準麵。通過GNSS水(shuǐ)準融合(hé),獲得珠峰(fēng)地區高精度似大地水準麵成果及峰頂高程異常。
最後,峰(fēng)頂大地高(gāo)減去峰頂高程異常獲得峰(fēng)頂正(zhèng)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,然後通過嚴密正常(cháng)高與正(zhèng)高(gāo)轉(zhuǎn)換,獲得珠峰頂的(de)雪麵正高(海拔高),利用(yòng)冰雪厚度雷達測量獲取峰頂的(de)雪麵厚度,把峰頂雪麵正高轉換為岩石麵(miàn)正高。
針對此(cǐ)次(cì)珠(zhū)峰“新身(shēn)高”計算,該中心成立了專項任務實施領導小組,抽調骨幹組成高程控製網計算組、多源GNSS融合(hé)計算組、峰頂交(jiāo)會測量計算組、珠峰局部重力場和似大地(dì)水準麵精化組、珠峰高程綜合確定組、項目協調組、後勤保障與宣傳(chuán)組等7個專項任務實施小組。
“我們通過開展‘2020珠峰高(gāo)程數據處理百日(rì)大會戰’主題勞動競賽、組織青年職(zhí)工(gōng)技術交流會等形式(shì),激發項目(mù)參與人員幹事(shì)創業的熱情。”郭春喜說,全體項目參與人員(yuán)都主動放棄節假日休息時間,加班加(jiā)點,“僅用10個月就完成了整個數據處理工作。”
我國測繪技術綜合運用的一次大(dà)檢閱
珠峰高程測量的核心是精確測定珠峰高度(dù),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(chéng)立以來(lái),我(wǒ)國珠峰高程測量經曆(lì)了從傳統大地測量技術到綜合現代大地測(cè)量技術的(de)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。
郭春喜(xǐ)介紹道,同2005年相比,珠(zhū)峰高程測(cè)量(liàng)的科學性、可靠性、創新性明(míng)顯提高(gāo),主要體現在以下7個方麵(miàn):
一(yī)是將我國自主研製、擁有完全自主知(zhī)識產權的北鬥衛星導航係統首次應用於珠峰峰頂大地高的(de)計算,獲取了更長觀測時間、更多衛星觀測數量的觀(guān)測數據。北鬥與GPS數據融合,獲取了峰(fēng)頂雪麵精度±0.9cm大地高成果,與2005年(nián)成(chéng)果相(xiàng)比,精度提高了2.1cm,北鬥與(yǔ)GPS數據融合有效提升峰頂大地高精度和可靠性。北鬥同GPS大地高成果一致(zhì)性較好(hǎo),精度均為±2.0cm,驗證了北鬥係統在(zài)珠峰地區能夠獲得同GPS精度相當的大地高結果(guǒ)。
二是國產儀器擔綱2020珠峰高程測量(liàng)。國產、進口GNSS接收機在(zài)峰頂的(de)共同使用,獲取了同等精度峰頂大地高成(chéng)果,融合結果顯著(zhe)提升了大(dà)地高精(jīng)度;國產長測程全站儀的使用,使得(dé)三角高程測量的大(dà)地高與GNSS成果的差異由(yóu)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(zhì)性;國產重力(lì)儀首次登(dēng)頂實測峰頂重力值,同(tóng)時融入國產航空重力儀測量數據,大幅度提(tí)升(shēng)珠峰地(dì)區重(chóng)力似大地水準麵模型精度,建立了精度為±4.8cm的珠峰地區重力似大地水準麵模(mó)型,同僅用地麵重力數據建立的精度為±7.8cm的模型相比,航空重力數據的加入使精度提高(gāo)3.0cm。
三是(shì)獲得了(le)珠峰地區(qū)高(gāo)精度似(sì)大地水準麵精化模型。數據資料更加豐富,基礎數據分辨率、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,采用科學先進的似大地水準(zhǔn)麵精化理論技術,試算模型更具多樣化,根據不同數據(jù)特點,排列組合出上千種重力水準麵模(mó)型,進行試算並(bìng)結合實測值(zhí)優中選(xuǎn)優,大幅度(dù)提升(shēng)了珠峰地區似大地水準麵模型精度。
四是2020珠峰高(gāo)程測量數據處理工作進行了多個層麵(miàn)的成果比對(duì)工作,保證最終發布(bù)成果的可靠性,包(bāo)括國內外不同GNSS數據(jù)處理軟件(jiàn)的成果(guǒ)比對;不同觀測技術的成(chéng)果比對;2020年計算成果與(yǔ)2005年(nián)計算成果(guǒ)的比對;數據中心計算成果與中國測繪科(kē)學(xué)研究院檢核成果的比對;我國計算(suàn)成果與尼泊(bó)爾計算成果的比對。
五是中尼首次聯合構建了珠峰地區全球高程基準,峰頂大地水準麵差距(jù)僅相差7.2cm,成果符合性好,為兩國聯合發布基於全(quán)球高程(chéng)基準的珠峰新高度奠定了堅(jiān)實的基礎。
六是采用大量自主研發的數據處理軟件,基於陝西局地理空間大數據(jù)中心資源與雲計算技(jì)術,研發出適應不(bú)同環境(jìng)、具有(yǒu)不同區域特點的數據處理軟件。自主研發了(le)精密水準網平差軟(ruǎn)件(jiàn)、三角高程網平差軟件、重力(lì)場精細結(jié)構確定與大地水準麵精(jīng)化軟(ruǎn)件、基於多源GNSS結果的融合軟件、加密重力點快速評定與(yǔ)質檢(jiǎn)軟件等。
七是首次將5G和(hé)北鬥結合(hé),利用通信專網和北鬥數據信息化管理平台,在登頂測量前對大本營、二本(běn)營以及前進營的北鬥/GNSS觀測(cè)數據進(jìn)行多次(cì)在線采集、數據預(yù)分析(xī)實驗,實現了高寒、高海拔環境下北(běi)鬥二(èr)號和北(běi)鬥三號衛星信號的同時接收、實(shí)時解析和質量預(yù)評估,驗證分析了(le)高寒、高海拔環境下的北鬥觀測質量。
中科院院士、中國科學院精密測(cè)量科學與技術創新研究院研究員孫和(hé)平撰文分析,此次珠峰頂的定(dìng)點重力(lì)測量和北坡1.25萬平方公裏的航空重力測量,將顯著提升珠峰地(dì)區大地水準麵(miàn)的精度,為高精度(dù)的珠峰高程測量提供曆史最好的海拔高程起(qǐ)算基準。因(yīn)此,這次珠峰(fēng)高(gāo)程測量的(de)精度將(jiāng)達“史上最高(gāo)”。
此次對珠峰地區進行科(kē)學考察獲得的數據(jù)成果,為珠峰高程的精確測定提供重(chóng)要的數據支撐(chēng),為珠峰地(dì)區的生態環境保護、地質調查、地殼運動監測、地形測繪、基(jī)礎建設等方麵提(tí)供重要數據和技術支撐,也為做(zuò)好全國現代測繪基(jī)準體係維護與更新(xīn)奠定堅實的基(jī)礎,為服務自然資源管理提供基(jī)礎測繪保障(zhàng)。
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