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    珠峰测高如何更精确?

    2020-05-19 17:45:13 来源: 中国自然资源报
    聊聊

    2020珠峰高程测量进入决胜阶段,我国为何要开展珠峰高程测量?本次测量技术有哪些亮点?如何确保成果准确权威?就此,记者采访了2020珠峰高程测量技术协调组组长、中国测绘科学研究院大地测量与地球动力学研究所所长党亚民。

      党亚民表示,珠峰高程测量是一项代表我国测绘技术发展水平的综合性工程,其核心任务是精确测定珠峰高度。特别是在2015年尼泊尔发生8.1级大地震后,珠峰高程有何变化成为各国关注的科学问题,我国有责任、有义务、有能力给出权威测量成果。

      三大技术亮点值得期待

      党亚民表示,我国先后于1975年、2005年成功完成珠峰高程测量。2020珠峰高程测量将综合运用全球导航卫星系统(GNSS)测量、水准测量、光电测距、雪深雷达测量、重力测量、卫星遥感等测绘技术,精确测定珠峰新高度;同时,结合珠峰高程测量开展珠峰地区气候变化研究、生态环境保护等自然资源监测工作。

      就本次测量采用的新技术、新方法而言,党亚民认为体现出三大亮点:一是技术手段更加丰富。本次测量除了采用传统测量方法、卫星导航定位技术外,将引入航空重力测量、卫星遥感、北斗短报文通信等新技术。

      二是有望实现“数据突破”。本次测量包括航空重力测量、峰顶重力测量、峰顶周边地区重力加密测量等内容,将全面提升珠峰高程测量“起算面”(大地水准面)精度,获取历史上精度最高的珠峰高程测量结果;首次引入卫星遥感测量,将完成珠峰实景三维场景数据产品和珠峰地区山地冰川变化监测。

      三是国产仪器显身手。本次测量采用的卫星定位、重力、超远距离测距等装备仪器以国产仪器为主,将体现出近年来国产测绘仪器装备不断提高的技术水平。

      精确施“测”获取权威数据

      党亚民介绍,本次测量主要包括4个阶段:一是前期坐标控制网和高程基准传递测量;二是峰顶“会战”测量;三是珠峰高程测量数据处理和检核;四是珠峰高程测量成果的认定和发布。

      “获取准确权威的珠峰高程测量成果,需要经历长时间准备和精准施‘测’的过程。”党亚民表示,近30 年来,随着卫星导航定位技术快速发展,各国科研人员开展了珠峰高程测量相关科学研究。有些科研人员利用卫星导航定位接收机测量的珠峰高度,通过简单计算就宣称获得了最新的珠峰高程数据。实际上,通过这种快速测量方式获得的珠峰高程测量结果仅仅是一项科学研究成果。

      “这种测量方式重点关注珠峰峰顶测量,却忽视了将峰顶测量结果归算到海拔起算面,测量精度有一定局限性,也不具有权威性。此外,快速测量方法手法单一、缺少检核,测量结果准确性也存有疑问。”党亚民说。

      谈到如何确保此次珠峰高程测量结果准确、权威时,党亚民说,我国科研人员将把珠峰高程测量纳入国家坐标基准和高程基准之中。通过开展珠峰地区的坐标控制网测量、国家高程基准传递等,对不同测量技术获得的珠峰高程测量结果进行比对检核。此外,这次测量还将利用各类大地测量数据,精化海拔高程计算的起算点、起算面,从而确保测量成果准确、权威。

      党亚民预计,今年九十月完成本次测量成果计算,经相关部门同意后,正式发布测量结果。

      聚焦国际科学前沿

      珠峰处于欧亚板块和印度板块边缘的碰撞挤压带。长期以来,这一地区地壳运动非常活跃。特别是在2015年4月,尼泊尔发生了8.1级大地震。该地震对珠峰高程的影响成为世界各国关心关注的科学问题。

      党亚民介绍说,纵观国内外研究成果,比较一致的看法是,尼泊尔大地震使得珠峰高度降低了2.5厘米~2.6厘米。但由于这些研究大多是通过临近珠峰的监测点获取的数据进行推算,或者通过卫星遥感方法获得,只是一种间接成果。因此,必须要在珠峰峰顶直接测量,才能准确确定该地震对珠峰高度的影响,获取珠峰最新、最准确的海拔高程。

      据了解,本次测量活动将获得珠峰地区最新的高精度大地水准面模型,开展尼泊尔大地震对珠峰高程的影响以及珠峰地区地壳形变监测分析;获取珠峰山地冰川时空变化特征分析成果,生产珠峰地区10米格网的数字地表模型数据和基于国产卫星的正射影像数据产品,制作实景三维场景数据产品。

      谈及此次测量对珠峰及周边区域地质研究的影响时,党亚民说,珠峰是印度板块与欧亚板块发生碰撞导致喜马拉雅山脉和青藏高原隆升的产物。虽然这种隆升趋势现已变缓,但仍在持续。通过现代大地测量技术对珠峰及其周边地区的形变,以年或者数十年为时间单位,在水平和垂直方向开展精确监测,可为喜马拉雅山脉和青藏高原的隆升机制和变化趋势研究提供支撑。

      党亚民认为,尼泊尔大地震使地球局部地区地表形状、地貌发生明显变化,这也正是重新测量珠峰高程、对珠峰周边地区开展形变监测和研究的意义所在。

      张鹏:测绘基准服务保障有力

      本报特派记者 高悦 王少勇 隋毅

      珠穆朗玛峰周边全球导航卫星系统(GNSS)基准站数据处理分析和珠峰监测网对算分析工作是珠峰高程测量平面起算的关键环节,可为珠峰交会测量、峰顶测量提供基准保障,而主要承担这一重大任务的就是国家基础地理信息中心(以下简称“地理信息中心”)。

      “地理信息中心主要负责全国GNSS基准站的数据处理分析工作,现已为保障此次测量做好了各项技术准备工作。”地理信息中心大地测量部主任张鹏介绍。

      厚积薄发正可期

      精确测定珠峰高度是人类探索、认识地球运动规律的一个标志,也是国家科技水平和综合国力的象征。此前,我国先后于1975年、2005年两次成功完成珠峰高程测量。

      张鹏认为,与以往珠峰高程测量相比,我国基础测绘工作近年来取得了长足进步,国家现代测绘基准体系初步建成、全国卫星导航定位“一张网”取得积极进展、国家基础地理信息数据库动态更新体系逐步完善、遥感影像获取应用及时有效,为这次顺利开展珠峰高程测量奠定了坚实的技术基础。

      国家现代测绘基准体系初步建成。我国构建了由360座基站组成的国家卫星导航定位基准站网和由4500点组成的卫星大地控制网,组成新一代国家大地基准框架。布设12.6万公里的国家一等水准网,新建、改建26327个高程控制点,形成国家现代高程基准框架。新建50个国家重力基准点,完成100次绝对重力测量,进一步完善了国家重力基准体系。建设国家测绘基准管理服务系统,实现了测绘基准数据传输、存储、处理、服务一体化和实时化。国家现代测绘基准工程的实施,显著提升了我国大地基准、高程基准和重力基准的现势性、完整性,初步构建了高精度、三维、动态的现代化测绘体系,改变了传统繁重的测绘作业模式,测绘基准保障服务能力实现历史性飞跃。

      全国卫星导航定位“一张网”取得积极进展。我国统筹测绘地理信息、地震、气象等部门建设的2300余座基准站资源,于2017年构建了由2700座站点组成的卫星导航定位基准站网,有效加强高精度卫星导航定位服务能力。建成了1个国家级数据中心和30个省级数据中心,共同组成全国卫星导航定位基准服务系统。该系统是目前我国规模最大、覆盖范围最广的导航定位服务系统,能够兼容北斗、GPS、格洛纳斯、伽利略等卫星导航系统信号,具备了面向公众的实时亚米级导航定位和面向专业用户的厘米级毫米、级定位服务能力。

      国家基础地理信息数据库动态更新体系逐步完善。构建了国家基础地理信息数据库动态更新与联动更新技术体系,建立了基于数据库增量更新和联动更新的技术方法、工艺流程。每年对覆盖全国陆地国土的1∶5万基础地理信息数据库进行更新,重点要素现势性保持在1年内,一般要素现势性保持在2年~3年内。基于1∶5万数据库增量信息,实现了1∶25万和1∶100万基础地理信息数据库联动更新,可提供及时、准确、全面的测绘地理信息服务。

      遥感影像获取应用及时有效。国家基础航空航天遥感影像成果是测制和更新国家基本比例尺地形图、建设和更新国家基础地理信息数据库的重要信息源。“十二五”期间,测绘地理信息部门充分调动各方积极性参与影像采集,逐步完善遥感影像获取体制机制,累计获取了航空摄影资料375万平方公里、5米分辨率卫星影像102万平方公里、优于2米分辨率卫星影像244万平方公里,为经济社会发展提供了及时有效的遥感影像保障服务。

      不断变化的“世界屋脊”

      张鹏介绍,根据现有资料,珠峰高度依然以1厘米/年的速度“长高”。究其原因,由于珠峰区域处于印度板块与欧亚板块的碰撞地带,地壳运动促使了珠峰地区升高。

      我国科研人员研究发现,印度板块向北推进,是形成青藏高原及其周围地区强烈变形的主要动力来源。珠峰地区在印欧板块推动下的整体抬升过程中呈波浪式的起伏,因此上升速率并不是均匀恒定的。“科研人员得出的珠峰地区上升速率不固定的结论,说明了珠峰抬升的趋势没有变。”张鹏说。

      2015年4月,尼泊尔发生了8.1级大地震。该地震对珠峰高程的影响成为各国科学家关心关注的热点问题。

      2016年,中国测绘科学研究院副研究员王虎利用“国家基准一期工程”“中国大陆构造环境监测网络”,以及珠峰周边的GNSS观测资料,基于UPD模糊度固定技术,高精度解算尼泊尔8.1级大地震对我国珠峰地区及周边地震同震位移影响。数据分析表明,尼泊尔8.1级大地震对“世界屋脊”喜马拉雅山脉、以及“世界之巅”珠穆朗玛峰产生了显著影响。

      张鹏表示,该地震发生前,珠峰区域以每年约4厘米的速度向东北方向移动,垂直方向以每年约0.2厘米的速度上升;此次地震使得珠峰地区与地震前相比,产生了约33 毫米的西南方向水平位移,垂直方向下沉约20毫米;西藏南部及珠峰地区的地壳整体向西南方向运动,运动方向基本指向地震破裂区域,其地震同震位移分布特征反映了青藏高原内部存在逆冲应变释放现象,符合逆冲断裂破裂的形变特征。

      以北斗数据为主,GNSS助力珠峰高程测量

      本报特派记者 兰圣伟 王少勇 高悦

      2020珠峰高程测量将综合运用多种传统和现代测量技术手段。其中,全球导航卫星系统(GNSS)测量是重要的组成环节之一。

      “GNSS系统主要用于精确确定地球表面任何一点的几何位置。2005年珠峰高程测量时,GNSS测量还主要依赖GPS系统。”自然资源部第一大地测量队的柏华岗说,在今年的珠峰高程测量中,将实现同步参考美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略和中国北斗四大全球导航卫星系统,并以北斗数据为主。

      北斗是被联合国全球卫星导航系统国际委员会认可的GNSS四大核心供应商之一。今年3月,第54颗北斗导航卫星已成功发射并进入工作轨道。这将是北斗系统在珠峰高程测量项目中首次应用。

      登顶测量时,觇标上的GNSS系统接收机将依托多星座,尤其是北斗系统和珠峰区域及外围的GNSS监测网联机同步观测,获取平面位置、峰顶雪面大地高程等信息,最终通过卫星定位坐标的大地高程,换算成海拔高程。

      柏华岗担任此次珠峰高程测量队综合协调组的组长,他曾3次参与珠峰高程测量工作。“与以往相比,此次珠峰高程测量,GNSS系统将实现多星座联合观测,定位时间更短,测量更为准确。”

      据了解,测量队总共投入了多套GNSS系统,分布于珠峰峰顶、交会点、大本营等区域。通过GNSS系统获取的大量翔实的数据,将有助于后期的测算。

      柏华岗表示,以前GNSS系统大多由国外生产,现在国产设备正在发挥着举足轻重的作用。此次配合北斗系统使用的GNSS接收机大多为国产设备,具有轻便、稳定性强、适合恶劣环境等优点,且是国产仪器中精度最高的设备。同时,还具备接收多星系统数据的功能。

      “由于珠峰高程测量是在极端恶劣的环境下进行的,众多设备都需要根据实际情况特别改装研制,尤其是在海拔8000米以上珠峰峰顶使用的设备,必须适应低氧、高寒、低压等条件。”柏华岗说,在测试过程中,队员们也发现了一些问题和不足,并及时做了改进,保证了测量任务的顺利进行。

      记者在采访中了解到,与传统测量手段相比,GNSS测量技术定位精度高,操作简便,可实现全天候作业。峰顶觇标上的GNSS系统,在此次测量中将发挥至关重要的作用。尽管珠峰峰顶气候环境恶劣,但不会影响设备正常运行。

      “GNSS卫星技术不仅可以助力珠峰高程测量,还可以准确地分析监测相关区域的地壳运动变化情况。”柏华岗告诉记者,目前珠峰高程测量已经实现了由传统大地测量技术到综合现代大地测量技术的转变。在此背景下,专业测绘人员实现登顶,将大大有助于GNSS等多种测量技术更加准确地获得数据。


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