探秘珠峰测算背后的数据基地:1.44亿条数据汇成新高数字

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  12月8日,2020珠峰(珠穆朗玛峰)高程测量结果发布——雪面高程8848.86米,这是世界第一高峰的最新高度。

  珠峰高程即珠峰海拔高,就是指峰顶到大地水准面的距离。然而,大地水准面无法直接测量,需要珠峰地区现势性强、分辨率高、数量庞大的水准数据、重力数据、地形数据和卫星定位数据综合计算得到,珠峰高程的确定需要外业进行登山测量并完成珠峰区域数字的传输,和内业的测量数据处理等多方面共同完成。

  从今年5月27日中国2020珠峰高程测量登山队的8名攻顶队员成功登顶实现峰顶测量,到测算工作全面展开,再到如今新高数字问世,历经近半年的时间。

  为何测量登山队员不能直接测得珠峰高程?珠峰高程是由哪些人计算的?新高数字背后有着怎样的计算历程?近日,澎湃新闻记者走进自然资源部大地测量数据处理中心,探秘珠峰高程测算背后的数据基地。

  来自珠峰的1.44亿条数据

  珠峰测高,测算出来的结果,有测也有算。数据处理中心的主要任务,就是算。

  位于陕西测绘地理信息局的自然资源部大地测量数据处理中心,参与了包括本次在内的历次珠峰高程测量数据处理任务。

  “要想得到珠峰的精确高度,我们需要将外业测量队员直接采集到的各类原始观测数据,进行改正与归算。”自然资源部大地测量数据处理中心(以下简称数据处理中心)主任郭春喜告诉澎湃新闻,此次的珠峰水准测量,从日喀则国家一等水准点向珠峰脚下布测了数条水准线路,并且首次将国家高程基准传递至中国与尼泊尔边界,而且在本次测量过程中,人类首次实现了实测珠峰峰顶重力值,还采用航空重力测量,连片测量了人类无法涉足区域的重力值。

  正是因此,这次的珠峰测量数据处理收集了珠峰及邻近地区一百多万平方公里最新地形数据,总量达1.44亿条之多,远远超过2005年。

  如此海量的数据,由身处珠峰的测量登山队员完成操作,从极高海拔之地传输到位于西安的数据处理中心,交由内业数据处理人员进行计算。

  郭春喜介绍,数据处理中心投入了46名专业技术人员,经过一系列严密计算,获得了珠峰峰顶到椭球面的精准距离,建立起珠峰地区1万平方公里的大地水准面模型,计算出珠峰地区大地水准面与椭球面的差距,得到了基于我国国家高程基准的珠峰峰顶雪面海拔高。将这一成果与尼泊尔测量结果进一步融合,最终得到基于全球高程基准的珠峰峰顶雪面海拔高。

  “这也是中尼首次联合构建了珠峰地区全球高程基准,峰顶大地水准面差距仅相差7.2cm,成果符合性好,为两国联合发布基于全球高程基准的珠峰新高度奠定了坚实的基础。”他说。

  七组人马协同作战,三个月完成数据处理

  1.44亿条数据,处理完成需要花费多少时间?郭春喜说,数据处理中心从2019年4月份起,就开始着手收集了大量珠峰地区已有的高程、GNSS和重力等数据并进行初步的整理分析,为后续工作做准备。

  “今年6月以来,在珠峰峰顶及珠峰地区数据传送至我中心后,我们又着重处理了包括:343个GNSS点数据、约780多公里的一二三等水准网数据、约210个不同等级重力点数据、12个峰顶交会点数据以及重力似大地水准面确定、峰顶冰雪探测雷达测量数据处理等等。”他介绍,此次珠峰高程测定可以说是对测绘技术综合运用的又一次大检阅,既涉及传统的水准、三角、天文、重力,又有GNSS、探测雷达等现代测量技术。

  在数据处理中心的诸多办公室门口,都悬挂着与2020珠峰测量紧密相关的项目牌,每个内容都不同。GNSS控制网数据处理、高程控制网数据处理、峰顶交会数据处理、重力测量数据处理、雪深雷达测量数据处理、珠峰地区重力场及似大地水准面精化、珠峰高程的综合确定……这些步骤交由7个组进行精细处理,汇集为8848.86这一最终数字。

  “整个珠峰高程测量数据处理工作,在数据整理分析、数据解算和融合处理、数据质量控制、多期数据结果比对分析、技术文档编写等,都有相当的工作量。”郭春喜说,为了尽快精算得到珠峰高程成果,在接收到珠峰峰顶测量数据的第一时间,所有项目参与人员加班加点工作,仅仅用时3个月就完成了整个数据处理工作。

  “北斗”融入新一轮测算,精度加码

  这次的测算过程中,郭春喜感触最深的,便是北斗卫星系统在本次珠峰高程测量之中发挥的巨大作用。

  此次珠峰测高综合运用了多种传统和现代测量技术,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,而本次测量同时参考了美国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,而北斗卫星导航系统数据是其中的绝对主角。

  “北斗卫星本次在珠峰测量过程中的投入使用,使数据时长极大增加,精度大幅提升。”多元GNSS融合计算组组长蒋光伟,正是对本次北斗系统数据进行处理的负责人,他还提到,在数据分析中他们还发现,国产GNSS接收机、重力仪等仪器也优于国外。

  本次测量,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,获取了更长观测时间、更多卫星观测数量的观测数据。北斗与GPS数据融合,获取了峰顶雪面精度±0.9cm大地高成果,与2005年成果相比,精度提高了2.1cm,北斗与GPS数据融合有效提升峰顶大地高精度和可靠性。北斗同GPS大地高成果一致性较好,精度均为±2.0cm,验证了北斗系统在珠峰地区能够获得同GPS精度相当的大地高结果。

  而这次珠峰高程测算的难点,也正是在于北斗的应用,“很多现有的研究可能都是阶段性的成果,所以我们做了很多准备。从去年五月开始,科室就已经开始进行技术攻关,主要就是研究如何把北斗系统用在珠峰区域进行特殊的数据处理。”蒋光伟说,这次在珠峰区域投入50多颗卫星,有24颗都来自北斗,“这极大改善了我们原本单一系统的数据测算,提升了结果的可靠度和精度。”

  而且,本次珠峰测量过程中,还首次将5G和北斗结合,利用通信专网和北斗数据信息化管理平台,在登顶测量前对大本营、二本营以及前进营的北斗/GNSS观测数据进行多次在线采集、数据预分析实验,实现了高寒、高海拔环境下北斗二号和北斗三号卫星信号的同时接收、实时解析和质量预评估,验证分析了高寒、高海拔环境下的北斗观测质量。

  除此之外,本次也获得了珠峰地区高精度似大地水准面精化模型。“数据资料更加丰富,基础数据分辨率、质量、时效性都有较大程度提升。”郭春喜说,数据处理中心利用超高阶次的地球重力场模型,采用科学先进的似大地水准面精化理论技术,试算模型更具多样化,根据不同数据特点,排列组合出上千种重力水准面模型,进行试算并结合实测值优中选优,大幅度提升了珠峰地区似大地水准面模型精度,实现了珠峰及周边地区重力水准面精度(±4.8cm)比2005年(±14.6cm)提升了2倍,似大地水准面模型分辨率从2.5′提升到1.5′。

(文章来源:澎湃新闻)

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