8848.86米！珠峯“新身高”是怎麼測出來的？
◎ 科技日報記者 操秀英
8848.86米——2020年12月8日，國家主席習近平同尼泊爾總統班達裏互致信函，共同宣佈珠穆朗瑪峯最新高程。
“地球之巔”高度最新出爐！
歷時10月完成數據處理工作
60年前，中國人首次從北坡登頂珠峯。
45年前，中國人首次將覘標帶至峯頂，測得高度8848.13米。
2005年，中國再測珠峯，其巖面高度為8844.43米。
2020年5月27日，中國人又一次登上世界海拔最高的珠穆朗瑪峯峯頂。
從海量數據到8848.86米，這中間有哪些“解題”步驟？
承擔此次珠峯測量數據處理任務的是位於西安的自然資源部大地測量數據處理中心。這也是我國唯一從事大地測量數據處理與大地測量檔案管理的專業隊伍。
“珠峯地區海拔高、極寒缺氧，又是全球地殼運動最劇烈的地區之一，地質環境複雜，要獲得精準的珠峯高程是一項極具挑戰性、極其複雜、極具難度的綜合性工作。”數據處理中心主任郭春喜説。他已是第三次參與珠峯高程的計算工作。
郭春喜介紹道，從去年開始，中心就持續進行技術研究和攻關，完成了相關數據處理方案編寫、數據模型建立、軟件編程測試、數據比對分析與驗證等工作。
郭春喜説，相比於2005年的珠峯測量，此次數據處理的難點在於數據種類更多，數據量更大。“比如説，今年在峯頂進行了一萬多平方公里的航空重力測量，以前，GNSS衞星測量主要依賴GPS，今年，我們同時參考美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北斗這四大全球導航衞星系統，並且以北斗的數據為主。”
一共處理多少數據？郭春喜坦言，這無法準確核算。他舉個例子，“為了把珠峯頂點的位置測準，我們每1秒採集一次基準站的數據，每次基準站的數據裏就包含了50多顆導航衞星的數據。想象一下，1天就有86400秒，再加上我們還有大量的基準站觀測數據，僅僅這塊的數據就很龐大了。”
他介紹道，從2019年4月份起，就開始着手收集了大量珠峯地區已有的高程、GNSS和重力等數據並進行初步的整理分析，為後續工作做準備。
2020年5月23日，測量登山隊員張衞東用國產重力儀在海拔6500米進行重力測量。國測一大隊供圖
“今年6月以來，在珠峯峯頂及珠峯地區數據傳送至我中心後，我們又着重處理了包括：343個GNSS點數據、約780多公里的一二三等水準網數據、約210個不同等級重力點數據、6個峯頂交會點數據以及重力似大地水準面確定、峯頂冰雪探測雷達測量數據處理等等。”郭春喜説。
如何用這些數據計算出珠峯的“身高”？
郭春喜介紹道，首先，利用GNSS測量、三角測量、三角高程測量獲得珠峯地區基準網、區域框架網、局部控制網及峯頂聯測網的平面位置與大地高。
然後，利用精密水準測量與測距高程導線獲取各級GNSS控制網點正常高。再利用珠峯地區高分辨率的數字高程模型數據、歷年來加密重力測量數據、本次新測的航空重力數據、國內外超高階重力場模型數據，利用現代似大地水準面確定理論與移去-恢復技術，獲得珠峯地區高精度重力似大地水準面。通過GNSS水準融合，獲得珠峯地區高精度似大地水準面成果及峯頂高程異常。
最後，峯頂大地高減去峯頂高程異常獲得峯頂正常高。通過推算得到峯頂到峯底的平均重力與平均正常重力，然後通過嚴密正常高與正高轉換，獲得珠峯頂的雪面正高（海拔高），利用冰雪厚度雷達測量獲取峯頂的雪面厚度，把峯頂雪面正高轉換為岩石面正高。
針對此次珠峯“新身高”計算，該中心成立了專項任務實施領導小組，抽調骨幹組成高程控制網計算組、多源GNSS融合計算組、峯頂交會測量計算組、珠峯局部重力場和似大地水準面精化組、珠峯高程綜合確定組、項目協調組、後勤保障與宣傳組等7個專項任務實施小組。
“我們通過開展‘2020珠峯高程數據處理百日大會戰’主題勞動競賽、組織青年職工技術交流會等形式，激發項目參與人員幹事創業的熱情。”郭春喜説，全體項目參與人員都主動放棄節假日休息時間，加班加點，“僅用10個月就完成了整個數據處理工作。”
我國測繪技術綜合運用的一次大檢閲
珠峯高程測量的核心是精確測定珠峯高度，這同時也是一項代表國家測繪科技發展水平的綜合性測繪工程。
新中國成立以來，我國珠峯高程測量經歷了從傳統大地測量技術到綜合現代大地測量技術的轉變。每次珠峯測量，都體現了我國測繪技術的不斷進步，彰顯了我國測繪技術的最高水平。
2020年5月27日，測量登山隊員在珠峯峯頂與國旗合影。國測一大隊供圖
郭春喜介紹道，同2005年相比，珠峯高程測量的科學性、可靠性、創新性明顯提高，主要體現在以下7個方面：
一是將我國自主研製、擁有完全自主知識產權的北斗衞星導航系統首次應用於珠峯峯頂大地高的計算，獲取了更長觀測時間、更多衞星觀測數量的觀測數據。北斗與GPS數據融合，獲取了峯頂雪面精度±0.9cm大地高成果，與2005年成果相比，精度提高了2.1cm，北斗與GPS數據融合有效提升峯頂大地高精度和可靠性。北斗同GPS大地高成果一致性較好，精度均為±2.0cm，驗證了北斗系統在珠峯地區能夠獲得同GPS精度相當的大地高結果。
*二是國產儀器擔綱2020珠峯高程測量。*國產、進口GNSS接收機在峯頂的共同使用，獲取了同等精度峯頂大地高成果，融合結果顯著提升了大地高精度；國產長測程全站儀的使用，使得三角高程測量的大地高與GNSS成果的差異由2005年的29cm縮小至2.6cm，大幅度提高了峯頂三角高程大地高的精度及其與GNSS大地高的一致性；國產重力儀首次登頂實測峯頂重力值，同時融入國產航空重力儀測量數據，大幅度提升珠峯地區重力似大地水準面模型精度，建立了精度為±4.8cm的珠峯地區重力似大地水準面模型，同僅用地面重力數據建立的精度為±7.8cm的模型相比，航空重力數據的加入使精度提高3.0cm。
*三是獲得了珠峯地區高精度似大地水準面精化模型。*數據資料更加豐富，基礎數據分辨率、質量、時效性都有較大程度提升，利用超高階次的地球重力場模型，採用科學先進的似大地水準面精化理論技術，試算模型更具多樣化，根據不同數據特點，排列組合出上千種重力水準面模型，進行試算並結合實測值優中選優，大幅度提升了珠峯地區似大地水準面模型精度。
四是2020珠峯高程測量數據處理工作進行了多個層面的成果比對工作*，保證最終發佈成果的可靠性*，包括國內外不同GNSS數據處理軟件的成果比對；不同觀測技術的成果比對；2020年計算成果與2005年計算成果的比對；數據中心計算成果與中國測繪科學研究院檢核成果的比對；我國計算成果與尼泊爾計算成果的比對。
五是中尼首次聯合構建了珠峯地區全球高程基準，峯頂大地水準面差距僅相差7.2cm，成果符合性好，為兩國聯合發佈基於全球高程基準的珠峯新高度奠定了堅實的基礎。
六是採用大量自主研發的數據處理軟件，基於陝西局地理空間大數據中心資源與雲計算技術，研發出適應不同環境、具有不同區域特點的數據處理軟件。自主研發了精密水準網平差軟件、三角高程網平差軟件、重力場精細結構確定與大地水準面精化軟件、基於多源GNSS結果的融合軟件、加密重力點快速評定與質檢軟件等。
七是首次將5G和北斗結合，利用通信專網和北斗數據信息化管理平台，在登頂測量前對大本營、二本營以及前進營的北斗/GNSS觀測數據進行多次在線採集、數據預分析實驗，實現了高寒、高海拔環境下北斗二號和北斗三號衞星信號的同時接收、即時解析和質量預評估，驗證分析了高寒、高海拔環境下的北斗觀測質量。
中科院院士、中國科學院精密測量科學與技術創新研究院研究員孫和平撰文分析，此次珠峯頂的定點重力測量和北坡1.25萬平方公里的航空重力測量，將顯著提升珠峯地區大地水準面的精度，為高精度的珠峯高程測量提供歷史最好的海拔高程起算基準。因此，這次珠峯高程測量的精度將達“史上最高”。
此次對珠峯地區進行科學考察獲得的數據成果，為珠峯高程的精確測定提供重要的數據支撐，為珠峯地區的生態環境保護、地質調查、地殼運動監測、地形測繪、基礎建設等方面提供重要數據和技術支撐，也為做好全國現代測繪基準體系維護與更新奠定堅實的基礎，為服務自然資源管理提供基礎測繪保障。
來源：科技日報