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时隔十余年再次挑战精准度 为珠穆朗玛峰“量身高”
2020年05月11日 05:44:14 来源: 浙江在线 记者 黄慧仙 通讯员 龙爱民

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  浙江在线5月11日讯 5月,珠峰的最佳攀登季节。

  此刻,中国登山队正在向顶峰冲击的途中。与以往不同的是,这次的队伍中加入了一些特殊的队员,他们是来自自然资源部第一大地测量队的测绘人员。如果成功,他们将是首批登顶的专业测绘工作者。

  同时,这也将是继1975年和2005年后,中国第三次组织登山队对珠峰高程进行精确测量。

  珠峰这个“大高个儿”的身高怎么量?为何一定还要人扛着器材登顶测量?测量需用到哪些技术手段?怀着满满好奇心,记者跟随专家的目光,探寻珠峰的秘密。

  再量“身高” 大有说头

  位于中国与尼泊尔边境线上的珠穆朗玛峰,是喜马拉雅山脉的主峰,也是世界海拔最高的山峰。我国曾在1975年和2005年分别对珠峰进行过精确的高程测量,两次的数据分别是8848.13米和8844.43米。

  从8848.13到8844.43,不少人会产生这样的疑问:4米的差距,到底意味着什么?

  “2005年的8844。43米是去除峰顶冰雪层厚度的‘净身高’,就像人量身高,穿着鞋子戴着帽子与光脚板光头量的身高肯定会不同,这一数据更新提高了测峰顶雪深的精度和可靠性。”省测绘学会常务理事、嘉兴市规划设计研究院总工程师张志勇说,对珠峰峰顶雪面到岩石面的厚度测量,过去一直采用的是人力探杆测深的方法。2005年中国登山测量队除了布设GPS控制网外,实现了峰顶同观测站联测,还使用了雷达探测仪对珠峰峰顶冰雪覆盖层的厚度进行了测量。8844。43米是目前全世界最权威的全新数据,得到了联合国教科文组织的承认。

  在寻常认知里,一座山的纵切面既然是三角形,测量山的高度便可以利用直角三角形中角度与边长的关系原理,直接计算出其垂直距离。那么,测算珠穆朗玛峰的高程,是用这种方法吗?

  “珠峰太高了,从山顶到山脚无法通视,测量人员不能直接测坡面总长,这种测算方式自然不适合珠峰。”张志勇告诉记者,直角三角形中角度求边长直接计算山高的方式,是将基准点设于山顶,站在山脚下的人需要能直接看见山顶标志物,因此会用于一些高度不高的“小山”测量中使用,且往往存在于测量技术尚不发达的年代。

  “测珠峰高度就像爬楼梯一样,最终将每一阶的测量数据相加,得出总高度。”张志勇说。

  确实,为珠峰“量身高”其实是通过分段测量的方式来实现的。据央视报道,测量队员首先从海拔5200米的珠峰大本营出发,抵达海拔5800米的中间营地;再从中间营地出发,到达海拔6500米的前进营地;稍作休整后,测量队员们需途经北坳大冰壁抵达7028米一号营地;之后途经大风口,抵达7790米二号营地,接着便是8300米的三号营地;约一周后,测量队员们将视天气情况择机向珠峰顶峰发起冲击,最后的冲击需要经过海拔8680-8700米的第二阶梯;最终在峰顶竖起觇标,与6个交汇点同步开展测量。

  此外,在谈及山峰高程时,我们常常会用到“海拔”这个词。海拔,顾名思义,就是以海平面为基准测算出的物体高度。但实际上,海拔的起始点并不是从随意海平面起算的。初高中物理告诉我们,测算物体高度,基础是要定好水准基面,以作为起算依据。

  “在我国,青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面就是水准基面,即‘1985国家高程基准’。”张志勇说,用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平均海面的高差,即水准原点的高程,定为全国高程控制网的起算高程,珠峰高程就是在此基础上测量而来的。

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  登顶测量 精益求精

  在科技手段如此发达的今天,测珠峰“身高”为何仍要人登顶测量,而不能用卫星遥感或无人机完成呢?

  这与精度要求密切相关。“目前,接触测量的精度是最高的,而像卫星导航定位系统等技术手段更适用于平面测量,受重力差异影响,其垂直精度并不高。”张志勇说。

  实际上,我们熟知的GPS所得出的数据,其实是一个三维空间,即XYZ三条坐标轴数据,这一结果需要套到地球参考椭球模型中才能得出结果,而这个椭球模型的精度其实是不够高的。

  珠峰顶的自然环境同样也不允许直升机或无人机开展测量作业。2020珠峰高程测量技术协调组组长党亚民说,在珠峰顶上作业对直升机的要求是非常高的,要把测量队员放下来,要把测量仪器设备从飞机上卸下来。很明显,珠峰顶上的地方非常小,飞机是不能降落的,那只能飞机在运动过程中。运动过程中,飞机的螺旋引起的风有可能引起冰雪的崩塌。同时,珠峰峰顶气流不稳定、多大风、气温低,测量型无人机目前还无法在峰顶飞行,目前也还没有机器人顶峰作业的经历。

  “仪器误差,风、温度等外力影响,以及测量者的敬业精神等,都是影响测量精度的重要因素。”张志勇说,从早期光学机械仪器测量的厘米级误差,到如今水准测量的毫米级误差,这是数十年来我国测量技术的发展。综合多方影响因素,如今总体测量误差可控制在2厘米以内。

  据专家介绍,水准测量是直接测量地面点高程最有效的方法。水准测量又名“几何水准测量”,是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。通常由水准原点或任一已知高程点出发,沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。但由于珠峰地区地形环境复杂,测量队员会综合应用三角测量、天文测量、导线测量、重力测量、水准测量、三角高程测量及温度垂直梯度测量方法,对珠峰高程进行精确测定。

  而从技术手段上来看,本次高程测量采用全球导航卫星系统(GNSS)卫星测量、精密水准测量、光电测距、雪深雷达测量、重力测量、天文测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统和现代测绘技术相结合的技术路线,在涉及的所有技术路线中全面采用国产测绘仪器装备。

  其中,全球导航卫星系统(GNSS)卫星测量是重要一环。“2005年时,GNSS卫星测量主要依赖GPS系统。今年,我们将同时参考美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯和中国北斗这四大全球导航卫星系统,并且会以北斗的数据为主。”自然资源部第一大地测量队队长李国鹏说。

  据介绍,这是北斗系统在珠峰高程测量项目中首次应用。登顶测量时,顶峰的GNSS接收机将依托北斗系统和珠峰地区以及外围的GNSS监测网联机同步观测,同时还可监测相关地区的地壳运动。

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张志勇的同事2008年在四川开展测量工作。

  风雪之下 负重而上

  风雪之下,负重而上,是测绘人员的真实写照。

  “人肉”登顶珠峰,就意味着要肩担手扛设备上山。张志勇说,精密水准仪,用于测角度的全站仪,GNSS接收机等,都是测量队员需要背负的设备。而其中每一个设备配上脚架,都有20公斤左右,重力测量设备更是在20公斤以上。“海拔每上升100米,温度就降低0.6摄氏度。这就相当于扛着沉甸甸的一袋米爬5000米高的楼层,还要经受低温考验,其中辛苦可想而知。”张志勇说。

  张志勇从事测量工作已有32年之久。在此次踏上征途的30多名珠峰测量登山队队员中,有5名队员是他的大学校友。他说,对于测绘人员来说,背着沉重的仪器,爬上几天几夜的山,是家常便饭。“在日常工作中,我们进入的也常常是无人区,爬上山还要依天气‘行事’,一旦起了雾,即使登顶也没法开展测量工作。印象最深刻的一次,我和队友在海拔3600米的秦岭主峰太白山上爬了足足3天。”张志勇说。

  数据的一层层精准,对珠峰认知的一步步深化,来自于一代代专业测绘人员步履不停的探索。珠峰冰雪下经年的脚印,为我们渐次揭开这片土地的神秘面纱。

  我国于1966年、1968年、1975年、1992年、1998年、2005年,分别测量珠峰高程。据悉,1966至1968年,在中国科学院组织下,我国对珠穆朗玛峰及周边地区进行了大规模的综合科学考察,并于1966年和1968年两次组队,不仅在珠穆朗玛峰地区建立了高水平高质量的测量控制网,测站更多也更接近珠峰,还开展了三角、水准、天文、重力、物理测距、折光试验等测量工作,为后期的数据改正和平差做了充分的准备。1975年,我国首次在珠峰设置3.51米的红色金属测量觇标,同时量测了峰顶的覆雪深度,堪称测定珠峰高程历史上的一项创举和突破。2005年更是实现了峰顶同观测站联测,并使用雷达探测仪对冰雪层进行测量。

  立足过往的研究基础,审视2020年的这场新探索,其意义自不待言。

  根据1994年5月在珠峰地区测定的数据及资料统计分析,由于印度板块和欧亚板块挤压,珠峰每年上升1.27厘米。中国煤炭地质总局浙江煤炭地质局规划经营部副主任项谦和说,此次2020年珠峰高程测量的成果可用于地球动力学板块运动等领域研究;精确的峰顶雪深、气象和风速等数据,将为冰川监测、生态环境保护等方面的研究提供第一手资料。同时,GNSS测量、水准测量、重力测量的成果结合以前相关资料,不仅可以准确地分析目前地壳运动变化影响情况,同时也可为后续的似大地水准面模型建立提供准确的重力异常数据;重力测量成果可用于珠峰地区区域地球重力场模型的建立和冰川变化、地震、地壳运动等问题的研究。

  冰雪里到底还藏着多少秘密?高海拔的考验下会收获怎样的新成果?一切还请拭目以待。

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标签: 珠峰 责任编辑: 施菲菲
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