珠峰“新身高”是怎么測出來的？　　珠峰高程測量運(yùn)用GNSS衛(wèi)星測量、航空重力測量等技術(shù)；用時(shí)3個(gè)月完成數(shù)據(jù)處理和反復(fù)檢核計(jì)算

　　昨日，中國和尼泊爾聯(lián)合公布珠峰“新身高”——8848.86米。

　　珠峰高程測量的核心，就是精確測定珠穆朗瑪峰高度，這同時(shí)也是一項(xiàng)代表國家測繪科技發(fā)展水平的綜合性測繪工程。

　　今年4月30日，2020珠峰高程測量正式啟動(dòng)，最終于5月27日成功登頂完成測量。這是繼2005年公布8844.43米的珠峰峰頂巖石面海拔高程后，我國時(shí)隔15年再測世界最高峰。

　　為什么要重新測量珠峰？珠峰的“身高”是怎么測的？又是怎么算的？測算結(jié)果有什么用……新京報(bào)記者就與珠峰新“身高”相關(guān)的六個(gè)焦點(diǎn)問題，采訪了負(fù)責(zé)珠峰高程解算的自然資源部大地測量數(shù)據(jù)處理中心主任郭春喜、自然資源部中國測繪科學(xué)研究院研究員黨亞民與副研究員蔣濤，揭秘如何為珠峰測量計(jì)算“身高”。

　　揭秘1 為何重測珠峰“身高”？

　　珠峰高度并非一成不變

　　珠穆朗瑪峰位于喜馬拉雅山脈中段，矗立在中國與尼泊爾的邊境線上，北部在中國境內(nèi)，南部在尼泊爾境內(nèi)，是世界最高山峰，素有“世界第三極”之稱。

　　2020珠峰高程測量前，我國測繪工作者已對(duì)珠峰進(jìn)行過6次大規(guī)模的測繪和科考。1975年我國首次將測量覘標(biāo)矗立于珠峰之巔，并精確測得珠峰海拔高程為8848.13米。2005年珠峰測量，獲得珠穆朗瑪峰峰頂巖石面海拔高程8844.43米。

　　但珠峰的高度并不是一成不變的。

　　“大約從三千八百萬年前開始，由于印度次大陸與亞洲大陸的碰撞，喜馬拉雅山從一片汪洋大海中逐漸升起。喜馬拉雅山達(dá)到現(xiàn)在的高度，是最近四百萬年以來快速上升的結(jié)果，珠穆朗瑪峰就是在這一上升過程中上升得最快的山峰。”自然資源部中國測繪科學(xué)研究院研究員黨亞民介紹說，由于歐亞板塊與印度洋板塊的碰撞，到現(xiàn)在為止，珠穆朗瑪峰整體趨勢還是在持續(xù)上升。

　　“但遇到大的地震，珠穆朗瑪峰也會(huì)突然下降，例如1934年尼泊爾一次大地震，珠峰高度一下子降低了60多厘米。”據(jù)黨亞民介紹，一般在三種情況下，就需要對(duì)珠峰高程重新測量。

　　第一種情況是，當(dāng)珠峰高度緩慢變化積累到一定程度，就需要重新測量珠峰高度。第二種是如果在離珠峰較近的地方發(fā)生大地震，認(rèn)為地震對(duì)珠峰高度影響明顯，也需要重新測量珠峰高度。第三種情況是，當(dāng)珠峰高程測量技術(shù)有了一個(gè)大的飛躍，新技術(shù)可以明顯提升珠峰測量精度，也需要重新測量珠峰高度。

　　揭秘2 珠峰高程怎么測？

　　首先要確定測量的起算面

　　要給珠峰量“身高”，首先要確定測量的起算面。

　　我們平時(shí)說的高度，一般是指某物高出地面多少，而高程是指某物基于平均海水面的高度。

　　我國從1988年1月1日開始采用1985國家高程基準(zhǔn)，起算點(diǎn)位于青島觀象山上的水準(zhǔn)原點(diǎn)。以水準(zhǔn)原點(diǎn)為起算點(diǎn)，利用精密水準(zhǔn)測量原理，我國已建立覆蓋全國的國家高程基準(zhǔn)網(wǎng)。

　　這次珠峰高程測量，測量隊(duì)員便是從珠峰地區(qū)的日喀則一等水準(zhǔn)點(diǎn)起測，將高程傳遞至珠峰腳下的6個(gè)交會(huì)點(diǎn)。在交會(huì)點(diǎn)，測量隊(duì)員要在登頂測量隊(duì)員架設(shè)好測量覘標(biāo)后，同時(shí)開始三角高程測量和交會(huì)測量。

　　登頂隊(duì)員首先需要在峰頂架設(shè)測量覘標(biāo)，同時(shí)架設(shè)GNSS接收設(shè)備，在珠峰峰頂接收包括我國自主建立的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)，獲得峰頂幾何位置GNSS觀測數(shù)據(jù)。

　　此外，登頂隊(duì)員要在峰頂開展重力測量，結(jié)合外圍開展的珠峰周邊的重力測量和航空重力測量，為珠峰區(qū)域重力場模型構(gòu)建和似大地水準(zhǔn)面精化提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為準(zhǔn)確測定珠峰峰頂巖石面高程，登頂隊(duì)員還需要在峰頂利用冰雪探測雷達(dá)設(shè)備，對(duì)冰雪層厚度進(jìn)行準(zhǔn)確探測。

　　因此，珠峰高程測量，是一項(xiàng)采用了多種測量技術(shù)的綜合性測繪工程，再經(jīng)過精密的數(shù)據(jù)處理計(jì)算，最終獲得珠峰峰頂高程，即大家常說的“高度”。

　　揭秘3 測量用了哪些“黑科技”？

　　北斗系統(tǒng)在珠峰高程測量中首次應(yīng)用

　　2020珠峰高程測量綜合運(yùn)用了GNSS衛(wèi)星測量、精密水準(zhǔn)測量、光電測距、雪深雷達(dá)測量、重力測量、天文測量、衛(wèi)星遙感、似大地水準(zhǔn)面精化等多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測繪技術(shù)，精確測定珠峰高程。

　　全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）衛(wèi)星測量便是其中重要一環(huán)，這也是北斗系統(tǒng)在珠峰高程測量項(xiàng)目中首次應(yīng)用。在峰頂，GNSS接收機(jī)能通過衛(wèi)星獲取平面位置、峰頂雪面大地高等信息，而大地高與海拔之間有一定換算關(guān)系。登頂測量時(shí)，峰頂?shù)腉NSS接收機(jī)能依托北斗系統(tǒng)和珠峰地區(qū)以及外圍的GNSS監(jiān)測網(wǎng)聯(lián)機(jī)同步觀測，同時(shí)還可監(jiān)測相關(guān)地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)。

　　為了填補(bǔ)珠峰地區(qū)地面重力資料的空白，此次測量還應(yīng)用了航空重力測量技術(shù)。

　　“航空重力測量，就是把先進(jìn)的航空重力儀安裝在飛機(jī)上，相當(dāng)于在飛機(jī)安裝的一個(gè)感應(yīng)地球重力的傳感器，它能反映地面重力的變化。飛機(jī)按照事先設(shè)計(jì)好的測線在1萬米左右的高度來回飛行，多條飛行測線形成一個(gè)密集的空中重力數(shù)據(jù)面。我們結(jié)合機(jī)載衛(wèi)星動(dòng)態(tài)定位、慣性導(dǎo)航和重力儀數(shù)據(jù)把空中重力值測出來。”自然資源部中國測繪科學(xué)研究院副研究員蔣濤介紹，航空重力測量的結(jié)果結(jié)合地面重力測量的結(jié)果，再結(jié)合衛(wèi)星資料獲取的數(shù)據(jù)，通過物理大地測量的理論方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，把珠峰高程起算面精準(zhǔn)地確定出來后，就可以精確測定珠峰高程。

　　他透露，根據(jù)估算，加入航空重力測量的數(shù)據(jù)后，起算面精準(zhǔn)度可以提高大約30%，珠峰峰頂高度的精準(zhǔn)度自然也會(huì)相應(yīng)提升。

　　此外，此次珠峰高程測量還首次應(yīng)用了實(shí)景三維技術(shù)?！斑@主要是為了在登山過程中給測量登山隊(duì)提供指導(dǎo)，另外，也讓公眾能夠更直觀地看到珠峰地區(qū)的實(shí)景，更好地理解珠峰測量的過程和意義。”蔣濤說。

　　揭秘4 珠峰“身高”怎么算？

　　圍繞四個(gè)高程進(jìn)行精確解算

　　要想得到珠峰的精確高度，數(shù)據(jù)處理人員需要將外業(yè)測量隊(duì)員直接采集到的各類原始觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)行改正與歸算。

　　“這些改正與歸算，不僅有一套嚴(yán)密的科學(xué)邏輯與程序，更要基于我國長期建設(shè)并維護(hù)的大地、高程、重力測繪基準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)?！弊匀毁Y源部大地測量數(shù)據(jù)處理中心主任郭春喜介紹。

　　在珠峰高程數(shù)據(jù)處理中，珠峰的高程并不是只有一個(gè)，而是有“雪面大地高”“雪面正常高”“雪面海拔高”“巖石面海拔高”四個(gè)高程。珠峰高程數(shù)據(jù)處理也是圍繞這四個(gè)高程的精確解算進(jìn)行的。

　　2005年我國公布的8844.43米，就是經(jīng)過嚴(yán)密解算最終獲取的當(dāng)時(shí)的珠峰峰頂巖石面海拔高。

　　郭春喜介紹，首先數(shù)據(jù)處理人員需要處理現(xiàn)代GNSS測量、傳統(tǒng)三角高程測量數(shù)據(jù)，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，確定珠峰峰頂雪面大地高。然后，利用精密水準(zhǔn)測量與測距高程導(dǎo)線獲取各級(jí)GNSS控制網(wǎng)點(diǎn)正常高。

　　再次，基于珠峰地區(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。峰頂大地高減去峰頂高程異常，便可獲得珠峰峰頂雪面正常高。

　　最后，利用本次實(shí)測峰頂重力值與高精度地形數(shù)據(jù)，推算得到峰頂?shù)椒宓椎钠骄亓εc平均正常重力，再經(jīng)過嚴(yán)密正常高與正高轉(zhuǎn)換，獲得珠峰峰頂雪面海拔高。利用冰雪厚度雷達(dá)測量獲取峰頂?shù)难┟婧穸群螅屙斞┟婧０胃呖鄢┟婧穸?，就是峰頂巖石面海拔高。

　　揭秘5 為何登頂6個(gè)月后才公布結(jié)果？

　　需經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和反復(fù)檢核計(jì)算

　　5月27日，測量登山隊(duì)員成功登頂珠峰完成測量任務(wù)。為何直到12月，珠峰高程測量結(jié)果才最終公布？

　　“登頂測量只是完成了最重要的測量數(shù)據(jù)，但最終的珠峰高程，還需要經(jīng)過一段時(shí)間的數(shù)據(jù)處理和反復(fù)檢核計(jì)算?！笔Y濤說。

　　首先，包括登頂測量在內(nèi)的外業(yè)測量全部結(jié)束后，技術(shù)協(xié)調(diào)組要組織相關(guān)單位完成全部外業(yè)測量數(shù)據(jù)的整理，外業(yè)觀測成果的質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)匯總等。

　　之后，所有測量數(shù)據(jù)被傳輸至位于西安的大地測量數(shù)據(jù)處理中心，由技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合處理，才能計(jì)算得出準(zhǔn)確的珠峰新高程。

　　據(jù)郭春喜介紹，大地測量數(shù)據(jù)處理中心從2019年4月份，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。

　　今年6月以來，在珠峰峰頂及珠峰地區(qū)數(shù)據(jù)傳送至大地測量數(shù)據(jù)處理中心后，技術(shù)人員著重處理了343個(gè)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(gè)不同等級(jí)重力點(diǎn)數(shù)據(jù)、12個(gè)峰頂交會(huì)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。

　　“整個(gè)珠峰高程測量數(shù)據(jù)處理工作，在數(shù)據(jù)整理分析、數(shù)據(jù)解算和融合處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、多期數(shù)據(jù)結(jié)果比對(duì)分析、技術(shù)文檔編寫等階段，都有相當(dāng)?shù)墓ぷ髁?。為了盡快精算得到珠峰高程成果，所有項(xiàng)目參與人員加班加點(diǎn)工作，僅僅用時(shí)3個(gè)月就完成了整個(gè)數(shù)據(jù)處理工作?！惫合舱f。

　　獲得初步的珠峰高程結(jié)果后，還要完成院、局兩級(jí)檢查，聯(lián)合尼泊爾方面、中科院以及專家學(xué)者團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行珠峰高程綜合確定，組織開展成果驗(yàn)收。

　　揭秘6 測量的數(shù)據(jù)成果有什么用？

　　為冰川監(jiān)測等研究提供第一手資料

　　記者了解到，此次珠峰高程測量的成果可用于地球動(dòng)力學(xué)板塊運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域研究。精確的峰頂雪深、氣象和風(fēng)速等數(shù)據(jù)，將為冰川監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面的研究提供第一手資料。重力測量成果可用于珠峰地區(qū)區(qū)域地球重力場模型的建立和冰川變化、地震、地殼運(yùn)動(dòng)等問題的研究。

　　除了用于監(jiān)測與研究外，珠峰測量的結(jié)果與普通公眾關(guān)系大嗎？蔣濤認(rèn)為，除了獲取重要地理信息外，最重要的一點(diǎn)是，珠峰高程的變化能典型地反映出全球氣候變暖的趨勢。

　　據(jù)其介紹，除了珠峰高程測量，這次任務(wù)還包括對(duì)珠峰及其周邊地區(qū)冰川變化的監(jiān)測、地殼變化的監(jiān)測等。

　　“這些數(shù)據(jù)結(jié)果，以珠峰為切入點(diǎn)，可以讓公眾了解到目前青藏高原正在發(fā)生的一些氣候和環(huán)境變化，比如近十年來高原湖泊面積有擴(kuò)大的趨勢，青藏高原冰川消融的速度，等等。”蔣濤認(rèn)為，這也將加強(qiáng)公眾對(duì)目前全球氣候和環(huán)境變化的認(rèn)識(shí)與關(guān)注。

　　登頂成功那一刻，感覺非常激動(dòng)，情緒非常脆弱，見到誰都想擁抱一下。但是也就激動(dòng)了十幾分鐘，馬上又緊張關(guān)注在峰頂?shù)臏y量工作是否正常開展。登頂只是成功的第一步，圓滿完成在峰頂?shù)臏y量工作后，才能算是最終的勝利。

　　當(dāng)?shù)巧綔y量隊(duì)員在登頂后開展測量工作時(shí)，儀器設(shè)備在極端環(huán)境里出現(xiàn)各種警報(bào)，一度不能正常工作。時(shí)間在飛快流逝，能不能在有限的1到2個(gè)小時(shí)內(nèi)獲得必需的測量數(shù)據(jù)，不得而知。當(dāng)時(shí)確實(shí)壓力比較大，非常緊張。

　　5月28日晚上8點(diǎn)半，測量登山隊(duì)員下撤到大本營，我們盡快安排專人下載檢查數(shù)據(jù)。到晚上11點(diǎn)，經(jīng)初步檢查分析，數(shù)據(jù)安全，質(zhì)量良好，滿足要求。這個(gè)時(shí)候才可以說，珠峰峰頂測量工作真正完成了，也標(biāo)志著珠峰測量外業(yè)工作圓滿完成。我才真正地松了一口氣。

　　——自然資源部國測一大隊(duì)隊(duì)長、2020珠峰高程測量現(xiàn)場總指揮李國鵬

　　新京報(bào)記者 吳嬌穎