精算珠峰“新身高”

王少勇

12 月8 日，中國和尼泊爾共同宣布珠穆朗瑪峰新高程，舉世矚目。8848.86 米，這一世界之巔的新高度將寫入未來的教科書。

5 月底，2020 珠峰高程測量完成了外業(yè)測量任務，轉入數(shù)據(jù)處理階段。珠峰的“新身高”是怎樣算出來的？背后有怎樣的故事？本文為您揭秘。

方法嚴謹確保成果可靠

2020 珠峰高程數(shù)據(jù)處理任務由自然資源部大地測量數(shù)據(jù)處理中心（以下簡稱數(shù)據(jù)中心）承擔。數(shù)據(jù)中心主任郭春喜說：“數(shù)據(jù)處理是珠峰高程測量不可或缺的關鍵環(huán)節(jié)，需要綜合運用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）測量、水準測量、三角測量、雪深雷達測量、重力測量、似大地水準面精化等多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測繪技術，通過對外業(yè)采集與收集的各類數(shù)據(jù)進行科學嚴謹?shù)慕馑悖拍艿贸鼍珳蕯?shù)據(jù)?！?/p>

在前期對已有數(shù)據(jù)資料收集處理的基礎上，今年6 月，珠峰峰頂及珠峰地區(qū)數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心，他們又著重處理了包括343個GNSS 點數(shù)據(jù)、約780 多公里的一二三等水準網(wǎng)數(shù)據(jù)、約210 個不同等級重力點數(shù)據(jù)、6 個峰頂交會點數(shù)據(jù)以及重力似大地水準面確定、峰頂冰雪探測雷達測量數(shù)據(jù)等。 “整個珠峰高程測量數(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)質量控制、多期數(shù)據(jù)結果比對分析、技術文檔編寫等方面，都有相當大的工作量。”郭春喜說。

● 遠眺珠峰 王少勇 /攝

珠峰高程是怎么一步步確定的呢？郭春喜介紹說，通過對GNSS測量、三角測量、三角高程測量數(shù)據(jù)的計算，可獲得珠峰地區(qū)基準網(wǎng)、區(qū)域框架網(wǎng)、局部控制網(wǎng)及峰頂聯(lián)測網(wǎng)的平面位置與大地高。大地高是垂直于參考橢球面的高度，不是我們所說的海拔。

然后，利用精密水準測量與測距高程導線獲取上述各級GNSS 控制網(wǎng)點正常高。利用珠峰地區(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)，構建珠峰地區(qū)高精度重力似大地水準面。再通過GNSS 水準融合，獲得峰頂高程異常。峰頂大地高減去高程異常就是峰頂正常高。

郭春喜說：“珠峰地區(qū)地形復雜，現(xiàn)有基礎資料相對較少。這次航空重力測量和地面加密重力測量，采集到豐富、現(xiàn)勢性更好的重力數(shù)據(jù)，對我們似大地水準面精化起到了重要作用?！?/p>

“最后我們通過推算峰頂?shù)椒宓椎钠骄亓εc平均正常重力，經(jīng)過嚴密的正常高與正高轉換，就得出了峰頂?shù)难┟嬲?，也就是我們說的海拔。這時再減去雪深雷達測出的峰頂雪深數(shù)值，就能得到巖石面高程?！惫合舱f，2020 珠峰高程測量首次在峰頂獲取了重力值，顯著提升了這一環(huán)節(jié)的精度和可靠性。

中國和尼泊爾都有自己國家法定的高程基準，中國是以黃海平均海水面作為高程基準，而尼泊爾以印度洋平均海水面作為高程基準。為實現(xiàn)中國和尼泊爾兩國共同宣布珠峰高程，最大難題是珠峰高程基準的選取和建立。

中尼聯(lián)合技術委員會經(jīng)過多輪技術會談，共同咨詢多位國際知名大地測量學家，最終商定：基于全球高程基準（IHRS）的定義和參數(shù)，聯(lián)合地面重力、航空重力及其他數(shù)據(jù)建立珠峰高程起算面。

“中尼聯(lián)合技術委員會專門成立了高程基準工作組。雙方技術專家提出了新的理論和方法，實現(xiàn)了兩國多種類型觀測數(shù)據(jù)的最優(yōu)融合?！敝袊鴾y繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所所長黨亞民如是說。

科技創(chuàng)新提升數(shù)據(jù)精度

“和15 年前相比，2020 珠峰高程測量有不少創(chuàng)新點。我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在測量中起到了很大作用。從GNSS 接收器獲取的數(shù)據(jù)來看，珠峰峰頂?shù)奶炜丈?，北斗衛(wèi)星占了絕大多數(shù)，比GPS 要多得多。2005 年，我們獲取的只是單一的GPS 數(shù)據(jù)?！惫合仓鞒至?005 年珠峰高程數(shù)據(jù)處理。談到我國測繪科技的發(fā)展，他頗有感慨 ：“此外，高精度、高可靠性國產(chǎn)儀器的使用，提升了峰頂三角高程網(wǎng)成果與GNSS 成果的一致性?！?/p>

●自然資源部大地測量數(shù)據(jù)處理中心王文利給年輕技術人員講解技術方案 張忠輝 /攝

“在似大地水準面精化方面，無論是基礎資料的豐富程度還是分辨率、精度，都有很大提高?！惫合舱f，在這次數(shù)據(jù)處理過程中，基礎資料比以往用得更多，現(xiàn)勢性更好。除了這次新測的重力測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心還從中國地質調查局等單位搜集了近幾十年在珠峰周邊地區(qū)獲得的重力測量資料。更豐富的重力資料加更高分辨率的地形資料，大幅度提高了重力似大地水準面精度。

“這次數(shù)據(jù)計算所用的軟件系統(tǒng)也是以我國自主研發(fā)的軟件為主體。”郭春喜說，比如GNSS 測量數(shù)據(jù)處理就使用了多種軟件，以國內(nèi)軟件為主，有時會使用國外軟件配合檢驗計算結果。

數(shù)據(jù)中心項目人員還專門針對這次珠峰高程數(shù)據(jù)處理需要，開發(fā)了許多實用軟件，提高了數(shù)據(jù)處理效率。比如多源GNSS 定位融合軟件，具有數(shù)據(jù)質量診斷與異常誤差剔除的功能，確保融合結果的可靠性。邊角網(wǎng)間接平差軟件可對交會測量獲得的水平角和距離進行邊角網(wǎng)間接平差，獲得珠峰的平面位置。

除了珠峰的“新身高”，2020珠峰高程測量獲得了大量數(shù)據(jù)成果，主要包括GNSS 基準站、地殼運動監(jiān)測網(wǎng)、珠峰局部GNSS 控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、重力測量、似大地水準面模型等成果。

“這些數(shù)據(jù)成果，將為珠峰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護、地質調查、地殼運動監(jiān)測、地形測繪、基礎建設等方面提供重要數(shù)據(jù)和技術支撐。還將為做好全國現(xiàn)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。此外，使用我國自主研發(fā)的北斗等國產(chǎn)化儀器裝備，是對我國測繪科技水平的檢驗，彰顯了我國綜合實力與測繪技術的進步，對于我國測繪技術的積累和發(fā)展具有重要意義?！惫合舱f。

眾志成城打造精品項目

如果你在珠峰高程數(shù)據(jù)處理期間來到數(shù)據(jù)中心，會看到每個辦公室門口都掛著倒計時的牌子，技術人員爭分奪秒地工作。將2020 珠峰高程數(shù)據(jù)處理打造成精品項目，是他們每個人共同的目標。

珠峰高程數(shù)據(jù)處理工序多且復雜、工作量大、技術難點多，為確保項目順利實施，數(shù)據(jù)處理中心成立了珠峰測量專項任務實施領導小組，郭春喜擔任組長。

郭春喜有似大地水準面精化的“獨門絕技”，他曾建立厘米級似大地水準面精化技術體系與軟件系統(tǒng)，推進我國大地水準面精化在精度及分辨率上實現(xiàn)跨越。

數(shù)據(jù)處理中心抽調46 名技術骨干，分別組成高程控制網(wǎng)計算組、多源GNSS 融合計算組、峰頂交會測量計算組、珠峰局部重力場和似大地水準面精化組、珠峰高程綜合確定組、項目協(xié)調組、后勤保障與宣傳組等7 個專項任務實施小組，明確進度安排，全力推進項目實施。

“珠峰高程數(shù)據(jù)處理期間，我們組織召開項目周例會、技術協(xié)調會50 多次，各任務實施小組的組長以及主要成員參加。大家交流最新進展，互相啟發(fā)，共同解決難題。中心黨委以及4 個在職黨支部組織開展項目相關黨日活動9 次，進一步激發(fā)大家的工作熱情?！睌?shù)據(jù)處理中心黨委書記魏亮亮說。

數(shù)據(jù)中心還開展了“2020 珠峰高程數(shù)據(jù)處理百日大會戰(zhàn)”勞動競賽，鼓勵技術人員多出創(chuàng)新性成果；編輯了6 期圖文并茂、彩色印刷的《2020 珠峰高程測量簡報》內(nèi)部交流，里面有最新動態(tài)、項目進展，還有項目參加人員的風采展示和寄語等。

數(shù)據(jù)中心的辦公室，幾乎每晚都燈火通明到深夜。各小組人員還主動放棄節(jié)假日休息時間，周六正常上班，加班加點推進數(shù)據(jù)處理工作。為了數(shù)據(jù)更加精確，每一個小組都采取對算的方式，即不同人用不同軟件分別計算，再比對結果。數(shù)據(jù)中心還將質檢工作關口前移，做完一批，檢查一批，及時提交陜西測繪地理信息局質檢站檢驗。

多源GNSS 融合計算組的技術人員，從去年開始就進行相關技術研究和攻關，相繼完成了相關數(shù)據(jù)處理方案編寫、數(shù)據(jù)模型建立、軟件編程測試、數(shù)據(jù)比對分析及驗證等工作。為了方案更科學、結果更精確，大家在數(shù)不清的夜晚，反復討論技術環(huán)節(jié)，經(jīng)過大量的實驗、演算、分析，最終形成了GNSS 數(shù)據(jù)處理方案。

水準數(shù)據(jù)處理工作主要技術負責人王建文，帶領小組采取三人獨立對算方法，經(jīng)核對，三套計算結果甚至各項改正數(shù)等過程數(shù)值都分毫不差，確保了數(shù)據(jù)結果的質量。

剛剛參加工作才一年的小伙子王盼龍加班加點編寫程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)質量和數(shù)據(jù)解算結果的批量可視化，不但減少了人為檢查存在的誤差，更大大提高了分析工作的效率。

參加過2005 年珠峰高程數(shù)據(jù)處理的馬新瑩這樣寫道：2005 年夏夜的星空似乎還歷歷在目，當年作為年輕技術人員，在日日夜夜的加班加點中，第一次感到從事測繪工作的光榮和使命。2020 年的珠峰測量數(shù)據(jù)處理仍然有新的技術需要學習，不忘初心，牢記使命，永遠在路上……