2020珠峰測高 北斗等自研設(shè)備擔(dān)綱

從加吾拉山口眺望珠穆朗瑪峰

        在人類首次從北坡成功登頂珠峰60周年、中國首次精確測定并公布珠峰高程45周年之際，2020珠峰高程測量于近日啟程。目前，測量任務(wù)已進(jìn)入登頂測量階段。

　　珠峰是國際測量技術(shù)的競技場。在測量世界最高峰“身高”的艱苦探索中，科技的力量總是與人類的腳步同行。在先進(jìn)測繪技術(shù)、通信技術(shù)等“隊友”的撐腰下，珠峰測量正在變得更加精確和順利。

　　首次應(yīng)用北斗系統(tǒng)

　　此次珠峰高程測量首次運用了我國自主建設(shè)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。這也是北斗衛(wèi)星繼在抗疫中顯露威力之后，再度發(fā)揮重要作用。

　　自然資源部第一大地測量隊（國測一大隊）隊長、2020珠峰高程測量現(xiàn)場總指揮李國鵬說，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）衛(wèi)星測量是此次測高中的重要一環(huán)。在珠峰峰頂，GNSS接收機能通過衛(wèi)星獲取平面位置、峰頂雪面大地高等信息，并將大地高程換算成海拔高程。

　　2005年我國對珠峰高程進(jìn)行測量時，GNSS衛(wèi)星測量主要依賴美國的GPS系統(tǒng)。而此次測量，將同時參考中國北斗、美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，并且以北斗的數(shù)據(jù)為主。登頂測量時，頂峰的GNSS接收機將依托北斗系統(tǒng)和珠峰地區(qū)以及外圍的GNSS監(jiān)測網(wǎng)聯(lián)機同步觀測，還可監(jiān)測相關(guān)地區(qū)的地殼運動。

　　“能在世界最高峰的高程測量中應(yīng)用北斗系統(tǒng)，這是我們中國測繪人的驕傲?！崩顕i說。

　　作為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，北斗系統(tǒng)是我國重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，可為全球用戶提供高精度定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。2018年底，北斗三號基本系統(tǒng)建成，開始提供全球服務(wù)。今年是北斗全球組網(wǎng)的收官之年：3月，第54顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功發(fā)射并進(jìn)入工作軌道。根據(jù)計劃，5月我國將組織最后一次北斗三號衛(wèi)星發(fā)射，從而全面建成北斗三號全球系統(tǒng)。

　　在此次新冠肺炎疫情防控中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也發(fā)揮了重要作用。在武漢火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)過程中，北斗的高精度測量為“中國速度”提供了支持；利用北斗提供的精確位置和時間信息，讓人事物的溯源尋根和動態(tài)管控成為可能。

　　航空重力測量亮相

　　珠峰高程測量是多種技術(shù)手段的綜合應(yīng)用過程。除了GNSS衛(wèi)星測量、雪深雷達(dá)測量外，還會采用精密水準(zhǔn)測量、光電測距、重力測量、天文測量、衛(wèi)星遙感、似大地水準(zhǔn)面精化等多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測量技術(shù)。最終公布的海拔高度，也是對多種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的結(jié)果。

　　值得一提的是，此次測量將運用航空重力測量技術(shù)，以提升測量精度。這也是我國首次在珠峰區(qū)域開展航空重力和遙感綜合調(diào)查，將填補相應(yīng)數(shù)據(jù)資料的空白。

　　重力測量即測量地球表面的重力加速度值，是精確獲取高程測量成果的要素之一。通過航空重力測量數(shù)據(jù)，能夠解算出更高精度的大地水準(zhǔn)面（即海拔高程系統(tǒng)的起算面），可以將珠峰地區(qū)大地水準(zhǔn)面精度從米級提高到厘米級，從而讓珠峰的“身高”更精確。

　　據(jù)了解，此次航空重力測量將一系列復(fù)雜的測量系統(tǒng)裝在飛機上，包括兩套自主研發(fā)的國產(chǎn)航空重力儀、兩套進(jìn)口重力儀、一套ADS100航空攝像機和一套激光雷達(dá)測量儀。除了重力測量外，航空遙感數(shù)據(jù)能夠獲得大范圍、高精度的珠峰及周邊區(qū)域三維地形測量結(jié)果，如同拍攝一張上億像素的珠峰全景高清大圖。

　　登頂測量確保準(zhǔn)確

　　專業(yè)測繪隊員的“腳步”＋現(xiàn)代測量技術(shù)的“神器”——珠峰高程測量需要合力。如今，珠峰高程測量已實現(xiàn)了由傳統(tǒng)大地測量技術(shù)到綜合現(xiàn)代大地測量技術(shù)的轉(zhuǎn)變。專業(yè)測繪人員登頂，可使測量數(shù)據(jù)更可靠、更具說服力。

　　據(jù)專家介紹，早期進(jìn)行的珠峰測繪大多無人登頂。傳統(tǒng)的交會和三角高程測量在這種情況下有可能出現(xiàn)偏差。1975年，中國登山隊登頂珠峰，登山隊員首次將覘標(biāo)（設(shè)置在三角點或精密導(dǎo)線點上供觀測用的標(biāo)架）帶上了珠峰頂峰。測繪人員從珠峰附近選擇了9個測站點，對準(zhǔn)覘標(biāo)觀測水平角和垂直角，確定珠峰的水平位置和各測站至珠峰的水平距離。根據(jù)三角高程測量原理，推算出珠峰高程為8848.13米。

　　目前的技術(shù)手段還無法確保無人機或機器人在峰頂作業(yè)。GNSS接收機、雪深雷達(dá)、氣象測量和覘標(biāo)等儀器都需要人攜帶至頂峰，以準(zhǔn)確地獲得數(shù)據(jù)。李國鵬說，珠峰峰頂氣流不穩(wěn)定、多大風(fēng)、氣溫低，測量型無人機目前尚無法在峰頂飛行，也尚無機器人頂峰作業(yè)經(jīng)歷。不過，這在以后可能會成為一種趨勢。

　　或許在不久的將來，無人機、機器人將代替人類，獨自踏上珠峰測高之旅。

　　國產(chǎn)設(shè)備擔(dān)當(dāng)重任

　　此次珠峰測量任務(wù)中，國產(chǎn)設(shè)備擔(dān)當(dāng)重任，其可靠性和精度相較于15年前的測量有了質(zhì)的提高。

　　在極端環(huán)境下進(jìn)行高度測量，對各類裝備的技術(shù)含量提出了很高的要求，很多裝備都需進(jìn)行特別改裝研制。尤其是在峰頂使用的裝備，必須能在低溫、低壓、低氧環(huán)境下使用。為此，多家國內(nèi)生產(chǎn)廠商與國測一大隊共同研制了多類特殊測量設(shè)備。

　　雪地雷達(dá)就是其中之一，這一設(shè)備能夠根據(jù)不同物質(zhì)對于頻率的不同反應(yīng)，完成珠峰峰頂雪深和巖石高度的測量工作。和普通的地質(zhì)雷達(dá)不同，雪地雷達(dá)能夠在低溫、低能耗的惡劣環(huán)境下完成工作。

　　2005年，我國首先測得珠峰頂峰的巖面高程和雪深數(shù)據(jù)，當(dāng)時使用的雪深雷達(dá)是意大利設(shè)備。當(dāng)雪深雷達(dá)運到大本營之后，突然出現(xiàn)故障，無法正常使用。工作人員不得不緊急聯(lián)系意大利廠商，請其帶著新儀器火速飛往中國。

　　與15年前相比，此次珠峰測高對雪深雷達(dá)提出了更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要求同時獲取位置信息和雪深數(shù)據(jù)，兼具衛(wèi)星大地測量和雷達(dá)系統(tǒng)的功能，同時必須輕便、易攜。在多家國外企業(yè)無法研發(fā)的情況下，一家國內(nèi)廠商研發(fā)生產(chǎn)成功。此次登頂并再次分別測量頂峰雪深和巖面高程數(shù)據(jù)后，將為研究珠峰地區(qū)地質(zhì)和氣候變化提供更為精細(xì)的數(shù)據(jù)支撐。

　　此外，“出征”測高任務(wù)的天頂儀、重力儀、峰頂覘標(biāo)、用于三角交會測量的超長距離測距儀等設(shè)備均為國產(chǎn)儀器。我國最新的測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)成果也將應(yīng)用于此次測量。李國鵬說，我國的測繪技術(shù)在國際上是一流的，能夠確保此次珠峰高程測量順利進(jìn)行。

　　5G信號覆蓋峰頂

　　日前，在珠峰海拔6500米前進(jìn)營地，中國移動全球海拔最高的5G基站正式投入使用。5G信號對珠峰北坡登山線路及峰頂實現(xiàn)了覆蓋，首次登頂世界最高峰。

　　經(jīng)在珠峰大本營的現(xiàn)場實測，5G100兆赫獨立組網(wǎng)模式的下行峰值突破每秒1.6G，上行速率最高可達(dá)每秒215M，可有效滿足珠峰上4K和VR高清直播要求。如今，已有數(shù)百萬網(wǎng)友通過5G直播實時看白雪、觀星辰，欣賞珠穆朗瑪峰的壯美與險峻。

　　據(jù)了解，經(jīng)過1個多月、百余名工程師的攻堅克難，在海拔5200米的珠峰大本營、5800米的過渡營地以及6500米的前進(jìn)營地3個關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)，已經(jīng)實現(xiàn)了5G信號的全覆蓋。其中，5300米處的基站為全球海拔最高的常態(tài)化5G基站，主要保障珠峰大本營區(qū)域的信號。待5G開通商用后，登山者、游客和當(dāng)?shù)鼐用窨稍诖蟊緺I區(qū)域使用5G服務(wù)。海拔5800米和6500米處的基站為臨時基站，主要保障攀登路線至峰頂?shù)男盘枺?020珠峰高程測量結(jié)束后將拆除。

　　此次5G基站的建設(shè)突破了多項技術(shù)和建設(shè)難點。為了實現(xiàn)5G信號與復(fù)雜高山高寒場景的匹配，中國移動選擇華為提供整體解決方案及主要設(shè)備。在海拔6500米的5G基站，由于距離珠峰峰頂存在2000多米落差，為了有效覆蓋峰頂，基站全部選用了華為極簡基站產(chǎn)品，可通過波束賦形技術(shù)提高在垂直維度的覆蓋范圍。

　　除了5G信號外，中國移動還與華為、準(zhǔn)達(dá)在3個營地部署了千兆光纖網(wǎng)絡(luò)，供測繪、登山和技術(shù)保障等人員使用。中國移動相關(guān)人員表示，5G覆蓋珠峰峰頂及雙千兆珠峰全面覆蓋，實現(xiàn)了歷史性突破，這一耗資突破千萬量級的浩大工程，將為登山、科考、測繪、環(huán)保工作者在高峰上的用網(wǎng)速度和體驗保駕護(hù)航。