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精算珠峰 “新身高”

2020-12-09 13:59:00    来源: 中国自然资源报    作者:王少勇

12月8日,中国和尼泊尔共同宣布珠穆朗玛峰新高程,举世瞩目。8848.86米,这一世界之巅的新高度将写入未来的教科书。

5月底,2020珠峰高程测量完成了外业测量任务,转入数据处理阶段。珠峰的“新身高”是怎样算出来的?背后有怎样的故事?本报记者为你揭秘。

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远眺珠峰      首席记者 王少勇 摄

方法严谨确保成果可靠

2020珠峰高程数据处理任务由自然资源部大地测量数据处理中心(简称数据中心)承担。数据中心主任郭春喜说:“数据处理是珠峰高程测量不可或缺的关键环节,需要综合运用全球导航卫星系统(GNSS)测量、水准测量、三角测量、雪深雷达测量、重力测量、似大地水准面精化等多种传统和现代测绘技术,通过对外业采集与收集的各类数据进行科学严谨的解算,才能得出精准数据。”

在前期对已有数据资料收集处理的基础上,今年6月,珠峰峰顶及珠峰地区数据传送至数据中心,他们又着重处理了包括343个GNSS点数据、约780多公里的一二三等水准网数据、约210个不同等级重力点数据、6个峰顶交会点数据以及重力似大地水准面确定、峰顶冰雪探测雷达测量数据等。

“整个珠峰高程测量数据处理工作,在数据整理分析、数据解算和融合处理、数据质量控制、多期数据结果比对分析、技术文档编写等方面,都有相当大的工作量。”郭春喜说。

珠峰高程是怎么一步步确定的呢?郭春喜介绍说,通过对GNSS测量、三角测量、三角高程测量数据的计算,可获得珠峰地区基准网、区域框架网、局部控制网及峰顶联测网的平面位置与大地高。大地高是垂直于参考椭球面的高度,不是我们所说的海拔高度。

然后,利用精密水准测量与测距高程导线获取上述各级GNSS控制网点正常高。利用珠峰地区高分辨率的数字高程模型数据、历年来加密重力测量数据、本次新测的航空重力数据、国内外超高阶重力场模型数据,构建珠峰地区高精度重力似大地水准面。再通过GNSS水准融合,获得峰顶高程异常。峰顶大地高减去高程异常就是峰顶正常高。

郭春喜说:“珠峰地区地形复杂,现有基础资料相对较少。这次航空重力测量和地面加密重力测量,采集到丰富、现势性更好的重力数据,对我们似大地水准面精化起到了重要作用。”

“最后我们通过推算峰顶到峰底的平均重力与平均正常重力,经过严密的正常高与正高转换,就得出了峰顶的雪面正高,也就是我们说的海拔高。这时再减去雪深雷达测出的峰顶雪深数值,就能得到岩石面高程。”郭春喜说,2020珠峰高程测量首次在峰顶获取了重力值,显著提升了这一环节的精度和可靠性。

中国和尼泊尔都有自己国家法定的高程基准,中国是以黄海平均海水面作为高程基准,而尼泊尔以印度洋平均海水面作为高程基准。为实现中国和尼泊尔两国共同宣布珠峰高程,最大难题是珠峰高程基准的选取和建立。

中尼联合技术委员会经过多轮技术会谈,共同咨询多位国际知名大地测量学家,最终商定:基于全球高程基准(IHRS)的定义和参数,联合地面重力、航空重力及其他数据建立珠峰高程起算面。

“中尼联合技术委员会专门成立了高程基准工作组。双方技术专家提出了新的理论和方法,实现了两国多种类型观测数据的最优融合。”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说。

峰顶交会测量计算组组长王文利给年轻技术人(54231)-20201209100726

峰顶交会测量计算组组长王文利给年轻技术人员讲解技术方案 张忠辉 摄

科技创新提升数据精度

“和15年前相比,2020珠峰高程测量有不少创新点。我国的北斗卫星导航系统在测量中起到了很大作用。从GNSS接收器获取的数据来看,珠峰峰顶的天空上,北斗卫星占了绝大多数,比GPS要多得多。2005年,我们获取的只是单一的GPS数据。”郭春喜主持了2005年珠峰高程数据处理。谈到我国测绘科技的发展,他颇有感慨:“此外,高精度、高可靠性国产仪器的使用,提升了峰顶三角高程网成果与GNSS成果的一致性。”

“在似大地水准面精化方面,无论是基础资料的丰富程度还是分辨率、精度,都有很大提高。”郭春喜说,在这次数据处理过程中,基础资料比以往用得更多,现势性更好。除了这次新测的重力测量数据,数据中心还从中国地质调查局等单位搜集了近几十年在珠峰周边地区开展的重力测量资料。更丰富的重力资料加更高分辨率的地形资料,大幅度提高了重力似大地水准面精度。

“这次数据计算所用的软件系统也是以我国自主研发的软件为主体。”郭春喜说,比如GNSS测量数据处理就使用了多种软件,以国内软件为主,有时会使用国外软件配合检验计算结果。

数据中心的项目人员还专门针对这次珠峰高程数据处理需要,开发了许多实用的软件,提高了数据处理效率。比如多源GNSS定位融合软件,具有数据质量诊断与异常误差剔除的功能,确保融合结果的可靠性。边角网间接平差软件可以对交会测量获得的水平角和距离进行边角网间接平差,获得珠峰的平面位置。

除了珠峰的“新身高”,2020珠峰高程测量获得了大量数据成果,主要包括GNSS基准站、地壳运动监测网、珠峰局部GNSS控制网、高程控制网成果、重力测量、似大地水准面模型等成果。

“这些数据成果,将为珠峰地区的生态环境保护、地质调查、地壳运动监测、地形测绘、基础建设等方面提供重要数据和技术支撑。还将为做好全国现代测绘基准体系维护与更新奠定坚实的基础,为服务自然资源管理提供基础测绘保障。此外,使用我国自主研发的北斗等国产化仪器装备,是对我国测绘科技水平的检验,彰显了我国综合实力与测绘技术的进步,对于我国测绘技术的积累和发展具有重要意义。”郭春喜说。

众志成城打造精品项目

如果你在珠峰高程数据处理期间来到数据中心,会看到每个办公室门口都挂着倒计时的牌子,技术人员争分夺秒地工作。将2020珠峰高程数据处理打造成精品项目,是他们每个人共同的目标。

珠峰高程数据处理工序多且复杂、工作量大、技术难点多,为确保项目顺利实施,数据处理中心成立了珠峰测量专项任务实施领导小组,郭春喜担任组长。

郭春喜有似大地水准面精化的“独门绝技”,他曾建立厘米级似大地水准面精化技术体系与软件系统,推进我国大地水准面精化在精度及分辨率上实现跨越。

数据处理中心抽调了46名技术骨干,分别组成高程控制网计算组、多源GNSS融合计算组、峰顶交会测量计算组、珠峰局部重力场和似大地水准面精化组、珠峰高程综合确定组、项目协调组、后勤保障与宣传组等7个专项任务实施小组,明确进度安排,全力推进项目实施。

“珠峰高程数据处理期间,我们组织召开项目周例会、技术协调会50多次,各任务实施小组的组长以及主要成员参加。大家交流最新进展,互相启发,共同解决难题。中心党委以及4个在职党支部组织开展项目相关党日活动9次,进一步激发大家的工作热情。”数据处理中心党委书记魏亮亮说。

数据中心还开展了“2020珠峰高程数据处理百日大会战”劳动竞赛,鼓励技术人员多出创新性成果;编辑了6期图文并茂、彩色印刷的《2020珠峰高程测量简报》内部交流,里面有最新动态、项目进展,还有项目参加人员的风采展示和寄语等。

数据中心的办公室,几乎每晚都灯火通明到深夜。各小组人员还主动放弃节假日休息时间,周六正常上班,加班加点推进数据处理工作。为了数据更加精确,每一个小组都采取对算的方式,即不同人用不同软件分别计算,再比对结果。数据中心还将质检工作关口前移,做完一批,检查一批,及时提交陕西测绘地理信息局质检站检验。

多源GNSS融合计算组的技术人员,从去年开始就进行相关技术研究和攻关,相继完成了相关数据处理方案编写、数据模型建立、软件编程测试、数据比对分析及验证等工作。为了方案更科学、结果更精确,大家在数不清的夜晚,反复讨论技术环节,经过大量的实验、演算、分析,最终形成了GNSS数据处理方案。

水准数据处理工作主要技术负责人王建文,带领小组采取三人独立对算方法,经核对,三套计算结果甚至各项改正数等过程数值都分毫不差,确保了数据结果的质量。

刚刚参加工作才一年的小伙子王盼龙,加班加点编写程序,实现数据质量和数据解算结果的批量可视化,不但减少了人为检查存在的误差,更大大提高了分析工作的效率。

参加过2005年珠峰高程数据处理的马新莹这样写道:2005年夏夜的星空似乎还历历在目,当年作为年轻技术人员,在日日夜夜的加班加点中,第一次感到从事测绘工作的光荣和使命。2020年的珠峰测量数据处理仍然有新的技术需要学习,不忘初心,牢记使命,永远在路上……

 

 

珠峰高程数据处理流程

1

利用现代GNSS测量、传统三角高程测量数据处理获得珠峰地区基准网、区域框架网、局部控制网及峰顶联测网的平面位置,确定珠峰峰顶雪面大地高。然后,利用精密水准测量与测距高程导线获取各级GNSS控制网点正常高。

2

基于高分辨率数字高程模型数据、历年来加密重力测量数据、新测的航空重力数据、国内外超高阶重力场模型数据,利用现代似大地水准面确定理论与移去-恢复技术,获得高精度重力似大地水准面。通过GNSS水准融合,获得珠峰地区高精度似大地水准面成果及峰顶高程异常。峰顶大地高减去峰顶高程异常获得峰顶雪面正常高。

3

通过推算得到峰顶到峰底的平均重力与平均正常重力,再经过严密正常高与正高转换,获得珠峰顶的雪面正高,即珠峰峰顶雪面海拔高。利用冰雪厚度雷达测量获取峰顶的雪面厚度,把峰顶雪面海拔高转换为峰顶岩石面海拔高。

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关键词: 珠峰测量
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