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  • 珠峰測高如何更精確?
    發布時間: 2020-05-19 16:28:49   大小:  16px  14px  12px
    珠峰測高如何更精確?

    珠峰測高如何更精確?

    來源:中國自然資源報     作者:高悅 王少勇 隋毅


      2020珠峰高程測量進入決勝階段,我國為何要開展珠峰高程測量?本次測量技術有哪些亮點?如何確保成果準確權威?就此,記者采訪了2020珠峰高程測量技術協調組組長、中國測繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所所長黨亞民。

      黨亞民表示,珠峰高程測量是一項代表我國測繪技術發展水平的綜合性工程,其核心任務是精確測定珠峰高度。特別是在2015年尼泊爾發生8.1級大地震后,珠峰高程有何變化成為各國關注的科學問題,我國有責任、有義務、有能力給出權威測量成果。

      三大技術亮點值得期待

      黨亞民表示,我國先后于1975年、2005年成功完成珠峰高程測量。2020珠峰高程測量將綜合運用全球導航衛星系統(GNSS)測量、水準測量、光電測距、雪深雷達測量、重力測量、衛星遙感等測繪技術,精確測定珠峰新高度;同時,結合珠峰高程測量開展珠峰地區氣候變化研究、生態環境保護等自然資源監測工作。

      就本次測量采用的新技術、新方法而言,黨亞民認為體現出三大亮點:一是技術手段更加豐富。本次測量除了采用傳統測量方法、衛星導航定位技術外,將引入航空重力測量、衛星遙感、北斗短報文通信等新技術。

      二是有望實現“數據突破”。本次測量包括航空重力測量、峰頂重力測量、峰頂周邊地區重力加密測量等內容,將全面提升珠峰高程測量“起算面”(大地水準面)精度,獲取歷史上精度最高的珠峰高程測量結果;首次引入衛星遙感測量,將完成珠峰實景三維場景數據產品和珠峰地區山地冰川變化監測。

      三是國產儀器顯身手。本次測量采用的衛星定位、重力、超遠距離測距等裝備儀器以國產儀器為主,將體現出近年來國產測繪儀器裝備不斷提高的技術水平。

      精確施“測”獲取權威數據

      黨亞民介紹,本次測量主要包括4個階段:一是前期坐標控制網和高程基準傳遞測量;二是峰頂“會戰”測量;三是珠峰高程測量數據處理和檢核;四是珠峰高程測量成果的認定和發布。

      “獲取準確權威的珠峰高程測量成果,需要經歷長時間準備和精準施‘測’的過程?!秉h亞民表示,近30 年來,隨著衛星導航定位技術快速發展,各國科研人員開展了珠峰高程測量相關科學研究。有些科研人員利用衛星導航定位接收機測量的珠峰高度,通過簡單計算就宣稱獲得了最新的珠峰高程數據。實際上,通過這種快速測量方式獲得的珠峰高程測量結果僅僅是一項科學研究成果。

      “這種測量方式重點關注珠峰峰頂測量,卻忽視了將峰頂測量結果歸算到海拔起算面,測量精度有一定局限性,也不具有權威性。此外,快速測量方法手法單一、缺少檢核,測量結果準確性也存有疑問?!秉h亞民說。

      談到如何確保此次珠峰高程測量結果準確、權威時,黨亞民說,我國科研人員將把珠峰高程測量納入國家坐標基準和高程基準之中。通過開展珠峰地區的坐標控制網測量、國家高程基準傳遞等,對不同測量技術獲得的珠峰高程測量結果進行比對檢核。此外,這次測量還將利用各類大地測量數據,精化海拔高程計算的起算點、起算面,從而確保測量成果準確、權威。

      黨亞民預計,今年九十月完成本次測量成果計算,經相關部門同意后,正式發布測量結果。

      聚焦國際科學前沿

      珠峰處于歐亞板塊和印度板塊邊緣的碰撞擠壓帶。長期以來,這一地區地殼運動非?;钴S。特別是在2015年4月,尼泊爾發生了8.1級大地震。該地震對珠峰高程的影響成為世界各國關心關注的科學問題。

      黨亞民介紹說,縱觀國內外研究成果,比較一致的看法是,尼泊爾大地震使得珠峰高度降低了2.5厘米~2.6厘米。但由于這些研究大多是通過臨近珠峰的監測點獲取的數據進行推算,或者通過衛星遙感方法獲得,只是一種間接成果。因此,必須要在珠峰峰頂直接測量,才能準確確定該地震對珠峰高度的影響,獲取珠峰最新、最準確的海拔高程。

      據了解,本次測量活動將獲得珠峰地區最新的高精度大地水準面模型,開展尼泊爾大地震對珠峰高程的影響以及珠峰地區地殼形變監測分析;獲取珠峰山地冰川時空變化特征分析成果,生產珠峰地區10米格網的數字地表模型數據和基于國產衛星的正射影像數據產品,制作實景三維場景數據產品。

      談及此次測量對珠峰及周邊區域地質研究的影響時,黨亞民說,珠峰是印度板塊與歐亞板塊發生碰撞導致喜馬拉雅山脈和青藏高原隆升的產物。雖然這種隆升趨勢現已變緩,但仍在持續。通過現代大地測量技術對珠峰及其周邊地區的形變,以年或者數十年為時間單位,在水平和垂直方向開展精確監測,可為喜馬拉雅山脈和青藏高原的隆升機制和變化趨勢研究提供支撐。

      黨亞民認為,尼泊爾大地震使地球局部地區地表形狀、地貌發生明顯變化,這也正是重新測量珠峰高程、對珠峰周邊地區開展形變監測和研究的意義所在。

      張鵬:測繪基準服務保障有力

      本報特派記者 高悅 王少勇 隋毅

      珠穆朗瑪峰周邊全球導航衛星系統(GNSS)基準站數據處理分析和珠峰監測網對算分析工作是珠峰高程測量平面起算的關鍵環節,可為珠峰交會測量、峰頂測量提供基準保障,而主要承擔這一重大任務的就是國家基礎地理信息中心(以下簡稱“地理信息中心”)。

      “地理信息中心主要負責全國GNSS基準站的數據處理分析工作,現已為保障此次測量做好了各項技術準備工作?!钡乩硇畔⒅行拇蟮販y量部主任張鵬介紹。

      厚積薄發正可期

      精確測定珠峰高度是人類探索、認識地球運動規律的一個標志,也是國家科技水平和綜合國力的象征。此前,我國先后于1975年、2005年兩次成功完成珠峰高程測量。

      張鵬認為,與以往珠峰高程測量相比,我國基礎測繪工作近年來取得了長足進步,國家現代測繪基準體系初步建成、全國衛星導航定位“一張網”取得積極進展、國家基礎地理信息數據庫動態更新體系逐步完善、遙感影像獲取應用及時有效,為這次順利開展珠峰高程測量奠定了堅實的技術基礎。

      國家現代測繪基準體系初步建成。我國構建了由360座基站組成的國家衛星導航定位基準站網和由4500點組成的衛星大地控制網,組成新一代國家大地基準框架。布設12.6萬公里的國家一等水準網,新建、改建26327個高程控制點,形成國家現代高程基準框架。新建50個國家重力基準點,完成100次絕對重力測量,進一步完善了國家重力基準體系。建設國家測繪基準管理服務系統,實現了測繪基準數據傳輸、存儲、處理、服務一體化和實時化。國家現代測繪基準工程的實施,顯著提升了我國大地基準、高程基準和重力基準的現勢性、完整性,初步構建了高精度、三維、動態的現代化測繪體系,改變了傳統繁重的測繪作業模式,測繪基準保障服務能力實現歷史性飛躍。

      全國衛星導航定位“一張網”取得積極進展。我國統籌測繪地理信息、地震、氣象等部門建設的2300余座基準站資源,于2017年構建了由2700座站點組成的衛星導航定位基準站網,有效加強高精度衛星導航定位服務能力。建成了1個國家級數據中心和30個省級數據中心,共同組成全國衛星導航定位基準服務系統。該系統是目前我國規模最大、覆蓋范圍最廣的導航定位服務系統,能夠兼容北斗、GPS、格洛納斯、伽利略等衛星導航系統信號,具備了面向公眾的實時亞米級導航定位和面向專業用戶的厘米級毫米、級定位服務能力。

      國家基礎地理信息數據庫動態更新體系逐步完善。構建了國家基礎地理信息數據庫動態更新與聯動更新技術體系,建立了基于數據庫增量更新和聯動更新的技術方法、工藝流程。每年對覆蓋全國陸地國土的1∶5萬基礎地理信息數據庫進行更新,重點要素現勢性保持在1年內,一般要素現勢性保持在2年~3年內?;?∶5萬數據庫增量信息,實現了1∶25萬和1∶100萬基礎地理信息數據庫聯動更新,可提供及時、準確、全面的測繪地理信息服務。

      遙感影像獲取應用及時有效。國家基礎航空航天遙感影像成果是測制和更新國家基本比例尺地形圖、建設和更新國家基礎地理信息數據庫的重要信息源?!笆濉逼陂g,測繪地理信息部門充分調動各方積極性參與影像采集,逐步完善遙感影像獲取體制機制,累計獲取了航空攝影資料375萬平方公里、5米分辨率衛星影像102萬平方公里、優于2米分辨率衛星影像244萬平方公里,為經濟社會發展提供了及時有效的遙感影像保障服務。

      不斷變化的“世界屋脊”

      張鵬介紹,根據現有資料,珠峰高度依然以1厘米/年的速度“長高”。究其原因,由于珠峰區域處于印度板塊與歐亞板塊的碰撞地帶,地殼運動促使了珠峰地區升高。

      我國科研人員研究發現,印度板塊向北推進,是形成青藏高原及其周圍地區強烈變形的主要動力來源。珠峰地區在印歐板塊推動下的整體抬升過程中呈波浪式的起伏,因此上升速率并不是均勻恒定的?!翱蒲腥藛T得出的珠峰地區上升速率不固定的結論,說明了珠峰抬升的趨勢沒有變?!睆堸i說。

      2015年4月,尼泊爾發生了8.1級大地震。該地震對珠峰高程的影響成為各國科學家關心關注的熱點問題。

      2016年,中國測繪科學研究院副研究員王虎利用“國家基準一期工程”“中國大陸構造環境監測網絡”,以及珠峰周邊的GNSS觀測資料,基于UPD模糊度固定技術,高精度解算尼泊爾8.1級大地震對我國珠峰地區及周邊地震同震位移影響。數據分析表明,尼泊爾8.1級大地震對“世界屋脊”喜馬拉雅山脈、以及“世界之巔”珠穆朗瑪峰產生了顯著影響。

      張鵬表示,該地震發生前,珠峰區域以每年約4厘米的速度向東北方向移動,垂直方向以每年約0.2厘米的速度上升;此次地震使得珠峰地區與地震前相比,產生了約33 毫米的西南方向水平位移,垂直方向下沉約20毫米;西藏南部及珠峰地區的地殼整體向西南方向運動,運動方向基本指向地震破裂區域,其地震同震位移分布特征反映了青藏高原內部存在逆沖應變釋放現象,符合逆沖斷裂破裂的形變特征。

      以北斗數據為主,GNSS助力珠峰高程測量

      本報特派記者 蘭圣偉 王少勇 高悅

      2020珠峰高程測量將綜合運用多種傳統和現代測量技術手段。其中,全球導航衛星系統(GNSS)測量是重要的組成環節之一。

      “GNSS系統主要用于精確確定地球表面任何一點的幾何位置。2005年珠峰高程測量時,GNSS測量還主要依賴GPS系統?!弊匀毁Y源部第一大地測量隊的柏華崗說,在今年的珠峰高程測量中,將實現同步參考美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略和中國北斗四大全球導航衛星系統,并以北斗數據為主。

      北斗是被聯合國全球衛星導航系統國際委員會認可的GNSS四大核心供應商之一。今年3月,第54顆北斗導航衛星已成功發射并進入工作軌道。這將是北斗系統在珠峰高程測量項目中首次應用。

      登頂測量時,覘標上的GNSS系統接收機將依托多星座,尤其是北斗系統和珠峰區域及外圍的GNSS監測網聯機同步觀測,獲取平面位置、峰頂雪面大地高程等信息,最終通過衛星定位坐標的大地高程,換算成海拔高程。

      柏華崗擔任此次珠峰高程測量隊綜合協調組的組長,他曾3次參與珠峰高程測量工作?!芭c以往相比,此次珠峰高程測量,GNSS系統將實現多星座聯合觀測,定位時間更短,測量更為準確?!?

      據了解,測量隊總共投入了多套GNSS系統,分布于珠峰峰頂、交會點、大本營等區域。通過GNSS系統獲取的大量翔實的數據,將有助于后期的測算。

      柏華崗表示,以前GNSS系統大多由國外生產,現在國產設備正在發揮著舉足輕重的作用。此次配合北斗系統使用的GNSS接收機大多為國產設備,具有輕便、穩定性強、適合惡劣環境等優點,且是國產儀器中精度最高的設備。同時,還具備接收多星系統數據的功能。

      “由于珠峰高程測量是在極端惡劣的環境下進行的,眾多設備都需要根據實際情況特別改裝研制,尤其是在海拔8000米以上珠峰峰頂使用的設備,必須適應低氧、高寒、低壓等條件?!卑厝A崗說,在測試過程中,隊員們也發現了一些問題和不足,并及時做了改進,保證了測量任務的順利進行。

      記者在采訪中了解到,與傳統測量手段相比,GNSS測量技術定位精度高,操作簡便,可實現全天候作業。峰頂覘標上的GNSS系統,在此次測量中將發揮至關重要的作用。盡管珠峰峰頂氣候環境惡劣,但不會影響設備正常運行。

      “GNSS衛星技術不僅可以助力珠峰高程測量,還可以準確地分析監測相關區域的地殼運動變化情況?!卑厝A崗告訴記者,目前珠峰高程測量已經實現了由傳統大地測量技術到綜合現代大地測量技術的轉變。在此背景下,專業測繪人員實現登頂,將大大有助于GNSS等多種測量技術更加準確地獲得數據。


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