珠穆朗玛峰的“新高度”是如何测量的？
科技日报记者 操秀英
2020年12月8日，中国习近平主席和尼泊尔总统班达里互致信函，共同宣布了珠峰的最新海拔高度。
“地球之巅”高度最新出炉！
图片来源：视觉中国
历时10月完成数据处理工作
六十年前，中国人第一次从北坡登上珠穆朗玛峰。
四十五年前，中国人第一次把目标带到峰顶，测得的高度是8848.13米。
2005年，中国再次测量珠穆朗玛峰，其岩石表面高度为8844.43米。
2020年5月27日，中国人再次登上了世界最高峰——珠穆朗玛峰的顶峰。
从海量数据到8848.86米，这中间有哪些“解题”步骤？
Xi自然资源部大地测量数据处理中心负责珠峰测量的数据处理。这也是国内唯一从事大地测量数据处理和大地测量档案管理的专业团队。
“珠穆朗玛峰地区海拔高、严寒缺氧，是世界上地壳运动最强烈的地区之一。地质环境复杂。获得准确的珠穆朗玛峰高程是一项具有挑战性、极其复杂和极其困难的综合工作。”数据处理中心主任郭说。这是他第三次参与珠峰海拔的计算。
郭介绍说，去年以来，中心不断开展技术攻关，完成了相关数据处理方案的编制、数据模型的建立、软件编程测试、数据对比分析验证等工作。
郭说，“例如，今年1万多平方公里的空中重力测量是在峰会上进行的。过去，全球导航卫星系统卫星测量主要依靠全球定位系统。今年，我们还提到了美国的全球定位系统、欧洲的伽利略、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗。这四个全球导航卫星系统主要基于北斗数据。”
处理了多少数据？郭承认，这无法准确计算。他举了一个例子，“为了精确测量珠穆朗玛峰峰顶的位置，我们每1秒采集一次基站的数据，每次基站的数据都包含了50多颗导航卫星的数据。想象一下，一天有86400秒，我们还有大量的参考站观测数据。光是这一块的数据就很庞大。”
他介绍说，自2019年4月以来，已经收集并初步分析了珠峰地区的大量现有高程、全球导航卫星系统和重力数据，为后续工作做准备。
2020年5月23日，勘测攀登者张卫东用国产重力仪在6500米高空进行了重力勘测。照片由国家测量小组提供
“从今年6月开始，在珠穆朗玛峰峰顶和珠穆朗玛峰地区的数据传输到我们中心后，我们重点关注：343个GNSS点数据，约780公里的一级和三级水准网数据，约210个不同等级。重力点数据、6个峰值交点数据、似重力大地水准面确定、峰值积雪探测雷达测量数据处理等郭对说道。
相比于2005年的珠峰测量，此次数据处理的难点在于数据种类更多，数据量更大。
郭介绍，首先，利用全球导航卫星系统测量、三角测量和三角高程测量，获取珠峰地区参考网、区域框架网、地方控制网和峰顶联合测量网的平面位置和地面高度。
然后，利用精密水准测量和测距高程导线获得各级GNSS控制网点的正常高度。然后，利用高分辨率数字高程模型数据、历年加密的重力测量数据、新测得的航空重力数据、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和去除-恢复技术，可以得到珠峰地区的高精度重力似大地水准面。通过全球导航卫星系统水准融合，获得了珠峰地区高精度似大地水准面结果和峰高异常。
最后，从峰值地面高度减去异常峰值高度，得到正常峰值高度。计算从峰顶到峰底的平均重力和平均法向重力，然后将严格的法向高度转换为正确的高度，得到珠穆朗玛峰顶部的雪面高程(海拔)。利用冰雪厚度雷达测量获得峰顶雪面厚度，并将峰顶雪面高程转换为岩石面高程。
针对珠穆朗玛峰新高度的计算，中心成立了专项任务实施领导小组，抽调骨干组建了高程控制网计算组、多源GNSS融合计算组、峰顶交会测量计算组、珠穆朗玛峰局部重力场和似大地水准面精化组、珠穆朗玛峰高程综合测定组、项目协调组和后勤保障宣传组等7个专项任务实施组。
“我们通过开展‘2020珠峰高程数据处理百日大会战’主题劳动竞赛，组织青年员工技术交流会，激发了项目参与者创业的热情。”郭表示，所有项目参与人员都主动放弃节假日休息，加班加点。"只用了10个月就完成了整个数据处理工作."
如何用这些数据计算出珠峰的“身高”？
我国测绘技术综合运用的一次大检阅
建国以来，我国珠穆朗玛峰高程测量经历了从传统大地测量技术到现代综合大地测量技术的转变。珠穆朗玛峰的每一次测量都反映了中国测绘技术的不断进步，凸显了中国测绘技术的最高水平。
2020年5月27日，勘测登山者在珠穆朗玛峰峰顶与国旗合影。照片由国家测量小组提供
郭介绍，与2005年相比，珠穆朗玛峰高程测量的科学性、可靠性和创新性有了显著提高，主要体现在以下七个方面：
珠峰高程测量的核心是精确测定珠峰高度，这同时也是一项代表国家测绘科技发展水平的综合性测绘工程。获得了观测时间更长、卫星观测更多的观测数据。北斗与GPS的数据融合达到了山顶雪面精度为0.9厘米，比2005年高2.1厘米。北斗与GPS的数据融合有效提高了登顶的准确性和可靠性。北斗和GPS测高结果吻合较好，精度为2.0cm，证明北斗系统在珠峰地区可以获得与GPS相同精度的测高结果。
联合使用一是将我国自主研制、拥有完全自主知识产权的北斗卫星导航系统首次应用于珠峰峰顶大地高的计算制造、峰会进口的GNSS接收机，在峰会上取得了高精度的成果，融合成果显著提高了地球的高精度；随着国内远程全站仪的使用，三角高程测量的大地高与全球导航卫星系统测量的大地高之间的差异从2005年的29厘米减少到2.6厘米，大大提高了峰值三角高程测量的大地高精度及其与全球导航卫星系统大地高的一致性。同时，结合国产航空重力仪的测量数据，极大地提高了珠峰地区重力似大地水准面模型的精度，建立了精度为4.8cm的珠峰地区重力似大地水准面模型。与仅基于地面重力数据的精度为7.8厘米的模型相比，添加航空重力数据后，精度提高了3.0厘米。
二是国产仪器担纲2020珠峰高程测量。的数据更加丰富，基础数据的分辨率、质量和及时性都有了很大提高。利用超高阶地球重力场模型和科学先进的似大地水准面精化理论和技术，试验模型更加多样化。根据不同的数据特征，排列组合成千上万个重力大地水准面模型，结合实测值进行试算，大大提高了珠峰地区似大地水准面模型的精度。
三是获得了珠峰地区高精度似大地水准面精化模型。,四是2020珠峰高程测量数据处理工作进行了多个层面的成果比对工作,包括国内外不同全球导航卫星系统数据处理软件的比较结果；不同观测技术结果的比较；2020年与2005年计算结果对比；数据中心计算结果与中国测绘科学研究院验证结果的比较；中国与尼泊尔计算结果的比较。
在，保证最终发布成果的可靠性,大地水准面峰值差仅为7.2厘米，结果以g为单位
五是中尼首次联合构建了珠峰地区全球高程基准依托陕西省地理空间大数据中心和云计算技术资源，开发了适应不同环境、具有不同地域特色的数据处理软件。自主研发精密水准网平差软件、三角高程网平差软件、重力场精细结构确定及大地水准面精化软件、基于多源GNSS结果的融合软件、加密重力点快速评估及质量检验软件等。
在六是采用大量自主研发的数据处理软件,基地营、二营和前进营的北斗/全球导航卫星系统观测数据在测峰前进行了多次在线采集和预分析，实现了北斗二号和北斗三号卫星信号在高寒高海拔环境下的同时接收、实时分析和质量预评估，验证和分析了北斗在高寒高海拔环境下的观测质量。
中国科学院院士、中国科学院精密测量科技创新研究所研究员孙和平撰文分析，珠穆朗玛峰山顶定点重力测量和北坡1.25万平方公里航空重力测量将显著提高珠穆朗玛峰大地水准面的精度，为珠穆朗玛峰高精度高程测量提供历史上最好的高程起始基准。七是首次将5G和北斗结合
此次珠峰地区科学考察获得的数据为珠峰高程的准确测量提供了重要的数据支持，为珠峰地区的生态环境保护、地质调查、地壳运动监测、地形测绘和基础设施建设提供了重要的数据和技术支持，为维护和更新国家现代测绘参考系统奠定了坚实的基础，为服务自然资源管理提供了基础测绘保障。
资料来源：《科技日报》
编辑：景悦
审核：王小龙
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