中国测绘丨珠穆朗玛峰新高程数据向全世界公布:8848.86米——为啥大家伙儿要给这个“大家伙”量身…

2020-12-25 16:16 来源:澎湃新闻·澎湃号·政务

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本文内容摘自《中国测绘》2020年第12期珠穆朗玛峰(Qomolangma),简称珠峰,藏语意译圣母峰,尼泊尔称为萨加玛塔峰,也叫“埃非勒斯峰”(Everest),位于中华人民共和国和尼泊尔交界的喜马拉雅山之巅,终年积雪。这个地区气候极度寒冷,又被称为“世界第三极”(另外两极是指南极和北极)。珠峰是所有登山爱好者的终极目标。
12月8日,冬日暖阳下,这位高冷范的女神掀开了她神秘的面纱,向万千倾慕者展露出她秀丽的面容:8848.86米,这是中尼两国共同公布的珠峰新高程,自此,珠峰有了科学、权威的新高度。
2020年5月27日,2020珠峰高程测量登山队成功登顶后至今半年多来,珠峰“身高”就像哥德巴赫猜想一样,人们的猜测推断一直都在持续,甚至有的网站还设置了“珠峰长高了,还是变矮了”的竞猜彩蛋。今天,珠峰高度猜想终于尘埃落定。
不可否认,此前外界有8848米、8840米、8850米、8882米等多种说法。世界各国曾经公认的珠穆朗玛峰海拔高度是由中华人民共和国登山队于1975年测定,海拔高度是8848.13米。2005年5月22日中华人民共和国重测珠峰,精确测得珠峰新高度为8844.43米,同时停用1975年8848.13米的数据。此次中尼两国作为珠峰两个主权国联合精确测量珠峰高程,这是一次具有划时代意义的合作,珠峰新高度也让中尼两国友好关系上升到新高度。
珠穆朗玛峰以高度自居,测绘测量则以精度为傲。每一次珠峰高程测量,都是一次测绘技术实力的检验,一次测绘装备的“比武场”。这一次尤为不同,一溜的国产测绘仪器不失水准,成为珠峰测量的当家花旦。
虽然说测定珠峰高程是人类认识地球的一个标志,然而给珠峰“量身高”可不是件容易的事。被称为“世界屋脊”的珠峰屹立于云层之上,巍峨宏大,气势磅礴,虽有壮观的美景,却也有高达数十米的冰陡崖和步步陷阱的明暗冰裂隙,还有险象环生的冰崩雪崩区,无论是登山还是测量工作,都是一次人类生存极限的挑战,带来了很大的不确定性。数据显示,截至2012年,登珠峰的死亡率就约为4%,目前已约有300人死亡。为此,测量珠峰也曾引发许多质疑声。
就此,《中国测绘》杂志记者近日采访了自然资源部国土测绘司司长武文忠、副司长陈军,请他们就中尼共同发布珠峰新高程数据有着怎样的背景和意义、珠峰测量取得了哪些技术突破、有了权威的高程数据今后是否还会再测珠峰等话题,谈谈他们自己的看法。
记者:
珠穆朗玛峰地处中华人民共和国和尼泊尔的交界之处,中尼共为珠穆朗玛峰的主权国。此次中尼双方联合开展珠峰高程测量,并共同发布珠峰新的高程数据有着怎样的意义?
武文忠:珠穆朗玛峰是中尼两国界峰,也是两国友好的象征。此次中尼两国联合开展珠峰高程测量,并共同宣布珠峰新的高程数据,这是造福两国和两国人民的一次测量行动。以山相连的中尼两国,通过这次具有划时代意义的合作,必将进一步推进两国睦邻友好关系上升到一个新高度,实现新跨越。
在回答你的问题前,我先把启动这次珠峰测量的背景介绍一下。大家知道,2015年4月,尼泊尔发生了8.1级大地震后,国际科技界,包括测绘界认为,此次地震表明印度洋板块运动剧烈,珠峰高度发生了较大变化。但是,这次地震对珠峰高度究竟有没有影响?是一个什么程度的影响?这些只有通过精确测量才能得到证实。所以说,有必要对珠峰重新进行测定。
2018年,尼泊尔对外公开提出将重测珠峰高程。随之,我国测绘部门积极与尼方测绘部门沟通协商,提出了联合进行珠峰高程测量的建议。2019年6月,自然资源部国⼟测绘司司长武文忠(前排右一)率团前往尼泊尔加德满都, 与尼泊尔测量局局长Prakash Josh(前排左一)签署中尼珠峰联合测量谅解备忘录。图为签约后中尼双方人员合影留念。
2019年4月,“一带一路”高峰论坛期间,习近平主席与尼泊尔班达里总统达成“中尼两国共同发布珠峰新高度”的重要共识。此后,在习近平主席对尼泊尔进行国事访问期间,两国于2019年10月13日发表《中华人民共和国和尼泊尔联合声明》,进一步明确提出“双方将共同宣布珠峰高程并开展科研合作”。
为贯彻落实两国元首达成的重要共识和联合声明的要求,自然资源部会同外交部、国家体育总局和西藏自治区政府组织实施了2020珠峰高程测量工程。这就是启动珠峰高程测量的背景。
从此次珠峰高程测量科学研究的意义上来看,珠峰处于亚欧板块和印度洋板块碰撞的结合部,珠峰的高程实际上是反映了这两个板块相互作用的结果。据地质考察证实,它的构造运动至今尚未结束,还在隆起抬升,但在地震的影响下,珠峰不只是会“长高”,还有可能会“变矮”,进而还可知,珠峰高度、冰冠厚度变化,能够反映出我们人类生活环境发生的变化。因此,珠峰测量数据对于地球动力学板块运动、气候变化、生态环境保护等方面的研究,都有着重要的支撑作用。
从技术上来说,由于珠峰是世界第一高峰,那一地区气候多变、高寒缺氧、环境复杂,珠峰高程测量不光对人体是严酷考验,对测量装备和测绘技术也有很高的要求。因此,精确测量珠峰高程也是一个国家测绘科技水平与积累厚度的综合体现。
陈军:珠峰处于地球之巅,对全球环境和生态影响深远。今年珠峰高程测量的核心就是精确测定珠峰高度,而2015年尼泊尔遭遇8级以上大地震,对珠峰高度精确影响也存在未知。作为珠峰主权国之一,我们有责任和义务把珠峰高程准确数据测出来,给世界一个准确答案。
测量珠峰是人类认识地球的重要标志。从科学技术上来说,正如武文忠司长所说,此次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;对阐明全球构造运动、发展地球科学理论都具有重要的价值。
同时,今年正值中国和尼泊尔国家建交65周年,也是人类首次从北坡成功登顶珠峰60周年,是中国首次精确测定并公布珠峰高程45周年,还是联合国成立75周年。此时,再次开展珠峰高程测量,具有重要的纪念意义。
记者:
正如您所说,精确测定珠峰高度,是一项代表国家测绘科技发展水平的综合性测绘工程。请介绍一下此次珠峰测量的创新点,以及取得了哪些技术突破?
武文忠:从技术创新的角度来看,此次珠峰高程测量与以往测量相比有了许多技术创新和突破,综合运用的测绘高新技术包括:
一是采用了我国自主研发的北斗导航卫星高精度定位技术开展测量工作,过去测量都是采用美国GPS技术;
二是应用航空重力和地面重力测量技术,对珠峰峰顶和周边地区进行重力观测,填补了重力测量的空白,提升了测量精度。2005年珠峰高程测量的重力观测,不仅仪器是进口的,而且当时只把重力观测仪推进到海拔7790米(珠峰测量的二号营地)这个高度,没有带到峰顶。这一次是人类在最高海拔进行的实地重力观测,首次把重力测量仪推进到海拔8000米以上,送到珠峰峰顶,同时进行了航空重力测量;
三是利用实景三维技术,首次对珠峰地区开展三维建模,直观展示珠峰自然资源状况;
四是采用似大地水准面精化技术,我们在珠峰地区做到了厘米级精度,这在国际上处于领先水平,2005年珠峰测量采用这一技术只达到分米级。
值得大书特书的是,2020珠峰高程测量的测绘装备仪器全面实现国产化,而在过去的几次测量中,包括上一次2005年的珠峰高程测量,测量仪器全都依赖进口。而此次珠峰高程测量从峰顶的GNSS卫星接收机、雪深探测雷达,到航空重力仪,还有测距长超过19千米的光电测距仪,这几大关键设备全部由我国自主研制,全面实现国产化。不光精度上满足珠峰高程测量要求,而且可以在-40℃、海拔接近9000米只有0.3个大气压的环境下稳定工作,标志着我国测绘科学技术和仪器制造能力达到了国际先进水平。加油!出征盼凯旋。2020年4月5日在拉萨举行的2020珠峰高程测量出征仪式上,此次珠峰高程测量组织实施工作负责人、自然资源部国土测绘司副司长陈军(前排右六)与部分参与测量队员,包括即将冲顶的队员一起合影留念。
举例来看,大家从新闻报道中已经了解到,此次测量登山过程可谓历经艰难,测量登山队先后尝试了三次冲顶后,才如愿登顶:5月6日,测量登山队第一次出征冲顶,但由于北坳冰壁有流雪风险而下撤;5月16日,测量登山队第二次向顶峰发起突击,但受气旋风暴“安攀”影响,在到达7790米以上区域,因积雪过深不得不再次下撤,而已经背上去的测绘仪器如果再背回来,太消耗登山队员的体力,只得暂时存放在7790米的二号营地,这一放就是10多天时间。大家都知道,在这种低温寒冷恶劣的天气状况下,电池电量消耗会非常快,我们通常用的相机在那种情况下也很快就没电了。
5月27日,队员们第三次向顶峰发起冲击。当时,我们怕放在那上面的机器没电了,因为峰顶可没有充电的地方,一旦电池没电,机器就不能工作,即使带机器上峰顶也没有意义。所以,在冲顶出发前,我要求队员们再把仪器打开看一下它的工作状态。结果一开机,咱们的国产仪器都非常好,电量也只下降了10%,放了那么长时间,还有9成的电量,真是令人感到意外。成功登顶珠峰后,测量数据经过处理检测,结果证明数据质量也非常好,精度非常高。自主测绘技术和国产仪器真是有了一个大跨越,经过了实践检验,而过去根本不可想象能用国产测绘仪器测量珠峰。
另外,我们超长距离的光电测距仪表现也非常优秀。当天,在峰下有6个交会点共同对准峰顶觇标进行观测,最长一条边长是从珠峰大本营观看峰顶,距离约为18.6千米,而目前世界上已经没有观测距离这么长的光电测距仪了。为此,我们为这次珠峰测量专门研制了一台超长距离光电测距仪,虽然那天天气不太好,风很大,空气透明度也不好,但是我们的这台仪器观测数据质量却是一流的,测量精度非常高,说明国产测绘仪器品质是过硬的。
陈军:其实,我们对测量装备的测试、选型非常慎重,由一线测量队员具体提出性能方面的要求,组织相关领域专家多次研究讨论,确定了装备精准度、耐低温低压性、易操作性、重量以及抗摔打等方面一系列指标数值,形成了完整的测试大纲,有关仪器厂商根据测试大纲对测量装备进行全面改进和提升。经过国家测绘地理信息计量站三轮严格检测,包括实验室模拟场景和实地检测,优中选优,遴选出了用于珠峰测量的仪器装备。特别值得一提的是,为了遴选珠峰测量仪器,我们在检测装备和手段上也大胆进行了创新,建立了同时具备低温、低压并能接收卫星信号的检测环境,这在世界上尚属首次。可以说,这次珠峰测量不仅测出了珠峰的新高度,同时也展示出了国产测量装备、乃至我国相关领域的技术能力的新高度。
记者:
珠峰有了权威统一的高程数据,或将结束国际上珠峰高程不统一的混乱局面,而测量基准在珠峰高程精确测量中也发挥了重要作用,请介绍一下这方面的情况。另外,既然已经有了新高程数据,今后还会再测珠峰吗?
武文忠:应该说,这次中尼两国对珠峰高程形成了统一认识。中国和尼泊尔都是珠峰的主权国家,过去珠峰测量基本上都是单方面行为,这次双方联合起来,基于全球高程基准,对珠峰开展测量工作,共同宣布珠峰高程数据,使这一数据有了更大的权威性和统一性。2020年10月,自然资源部国土测绘司司长武文忠(前排左二)、副司长陈军(前排右二)正在参加中尼珠峰测量联合指导委员会视频会议。
刚刚提到的全球高程基准,这是一个测量技术问题。简单来讲,地面上每一个位置点都有坐标,当你出门在外,导航能把你“带”回家,就是坐标数据在背后起支撑作用。一个点的坐标由3个数字组成:“xyz”(经度、纬度、高度),也就是平面坐标(xy)+高程坐标(z)组成的一个立体坐标。每一个点的测量都要参考统一的基准,才能更精准地表达相互之间的距离、位置关系等,这也就是为什么各个国家都有自己的测绘基准,比如我国2000国家大地坐标系,1985国家高程基准(通常称为“1985黄海高程基准),就是针对平面坐标和高程设立的参考基准。
平面方面,目前国际上通常采用国际地球参考坐标系统(ITRS),我国CGCS2000国家大地坐标系和这个国际坐标系统是一致的。高程方面,国际大地测量协会在2015年提出了全球高程基准,并正在推动各国使用,但还没有形成统一。目前一些国际科学研究、工程测量都在采用这个国际基准,各个国家自己设定的基准也会与国际基准做比对,使数据更有可比性。国际测量界的目标是,将来要实现全球高程基准统一,这也是大家共同的目标。这次发布的珠峰高程数据,就是基于这样一个全球高程基准而测定的。
陈军:为构建全球高程基准,中尼两国科学家进行了友好的技术合作交流,双方在技术方法上达成了一致,通过严密的科学计算和结果比对,取得了令人满意的成果,共同建立了珠峰地区全球高程基准,并获得了在此基准下的珠峰高程。需要指出的是,我国国内测量数据均采用“1985国家高程基准”,并且我国之前珠峰高程也均基于此基准,因而,为准确表达珠峰高程与其它地理实体间的相互关系以及珠峰本身高程变化的准确数值,我们也将在后续公布并使用基于“1985国家高程基准”本次珠峰高程值。
武文忠:你问今后还会再测珠峰吗?肯定会再测的,这是毋庸置疑的。上一次为珠峰“量身高”是2005年的事,到现在已经过去15年了。按理说要监测珠峰区域的地壳变化,应该是一个连续性、周期性不断去测,才能够形成这个板块的趋势性分析。当然,每年都测是最好的,虽然说珠峰高程变化没有那么大,但变化到底是多大,只有持续监测才能发现。现在有学者说珠峰这座山脉每年以3~4毫米左右的速度在缓慢上升,如果没有一个持续性观测,怎么能得出这个结论呢?还有观点认为,未来青藏高原会变化,这也需要持续性、精确观测才能做出预判预测,否则现在说将来珠峰地区会变成海洋还是会进一步长高,是缺乏数据支撑的。测量珠峰也不光是为了得出这么一个结论,关键是要研究珠峰地区乃至印度洋板块和欧亚板块相互作用带来青藏高原的运动趋势。
我希望通过你们宣传,把以测量珠峰高程为代表的一系列科学意义给大家讲一讲,让大家知道它为什么应该持续去观测。
我也认为肯定会再测。只是随着科技进步,珠峰测量会有更多新的技术,会用更多新的装备,就如1975年测量珠峰的时候都是采用传统的三角交会测量方法,现在用上了GNSS卫星定位测量一样,今后也许不需登顶而直接采用航空航天测量等方式。
记者:
从您的介绍中了解到,这次珠峰测量采用了许多新技术手段和国产装备。请您就新技术新装备谈一谈中国测绘技术发展变迁,目前我国测绘技术在国际上的地位,以及还存在哪些不足,在哪些方面需要改进和加强?
武文忠:此次在珠峰高程测量中,我们首次采用了北斗技术、航空重力技术、实景三维技术。在珠峰地区测量有其特殊性,珠峰本身高度就接近9000米,飞机在上面飞行,还是有非常大的风险,这本身就是一个技术上的创新。
中国测绘技术发展变迁。不管是中国国家装备技术,还是测绘高新技术应用,都有比较大的跨越性变化,比如后期数据处理,我们使用的好多数据处理软件、数据计算模型也都是采用国产的,过去都是用国外的,所以这个进步还是蛮大的。
为了保证珠峰高程测量数据真实可靠,数据测下来后,我们采用数据相互检核的方法进行验证。用国产软件做数据处理和计算,也用国外的算法计算,它们之间相互检核;自然资源部陕西测绘地理信息局那边也算,自然资源部中国测绘科学研究院这边也算,它们之间背对背相互检核。另外,通过卫星定位技术计算,也通过三角测量等传统测量技术计算,同样互相检核。总之,就是用多种方式、多种技术,以及多家单位分别计算、互相检核的方式,来确保整个成果的可靠性。所以,这也就是我们为啥敢拍胸脯说测量成果肯定没问题,就是因为我们不是通过一种方式,不是通过一种技术,不是一家单位得到的结果。而且,大家算下来的数据结果一致性非常好,这就证明数据肯定是可靠的。
应该说,中国的测绘技术达到了国际先进水平,处于国际领先地位,我国的北斗卫星与美国的GPS完全在同一个精度上,这是经过了珠峰测量实际检验的。因此,北斗定位领域处于国际领先是毋庸置疑的。
此外,国产测绘仪器与进口测绘仪器完全在同一个精度水平,也是经过珠峰测量检验的,将大地水准面精化在珠峰地区做到了厘米级精度,这在国际上是领先水平。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面,也是海拔高程系统的起算面,是指与全球平均海平面(或静止海水面)相重合的水准面。目前人类技术还做不到毫米级,一个是技术做不到,另一方面是观测数据密度达不到,计算下来总会存在一定误差。所以,能做到厘米级大地水准面在国际上都是领先的。
还有哪些不足和需要加强的方面,我认为,从测绘装备上来说,与国际最顶级的测量装备水平相比,目前我国测量装备还有差距,包括测量精度和设备性能。虽然说这次用于珠峰测量的仪器和国外同等级仪器比国产仪器毫不逊色,但是毕竟人家还有更高等级的测绘仪器,我们在那一块还达不到人家的水平。只是说,那么高精度的测绘仪器没必要用于珠峰测量,更高精度的测量仪器在监测形变、在更精密的工程测量时才需要。这次珠峰测量的精度是±10厘米这样的级别,用不着到毫米级甚至比毫米级还精确的精度,没有必要用。但是,从物理几何观测来看,这次珠峰测量代表了我国测绘技术和水平,是世界一流的。
针对珠峰测量需要加强的地方,就如我刚才所说,要加强对珠峰地区监测的频度,除了现在测量的这几种几何信息外,与珠峰地区自然环境、自然资源分布相关系的一些数据采集还需要再加强。也就是说,除了我们要知道它的位置、高低、大小之外,还要知道那个区域有什么资源,那个地方气候环境数据变化是什么样,这都是今后需要加强的。
陈军:需要补充的是,2020珠峰高程测量工程不仅仅是登顶测量。2019年下半年,我们的测量队员就进入珠峰地区开始观测了,包括重力观测、水准观测、三角交会、珠峰地区形变与冰川变化监测等,取得了一系列成果,主要有峰顶测量数据成果、珠峰及周边地区卫星定位、水准、重力和天文测量数据;航空重力和遥感测量数据成果;测量数据处理成果,包括岩面和雪面的珠峰高程和冰雪层深度数据、珠峰地区似大地水准面模型、珠峰地区实景三维模型、珠峰地区冰川变化监测数据等。这些数据对于珠峰地区的科学研究,都是非常有意义的。
文 / 本刊特邀记者 徐红
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原标题:《中国测绘丨珠穆朗玛峰新高程数据向全世界公布:8848.86米——为啥大家伙儿要给这个“大家伙”量身高?》
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