12月8日，中國和尼泊爾兩國聯(lián)合對外宣布，經(jīng)過兩國團隊的扎實工作，珠穆朗瑪峰的最新高程為8848.86米。此次珠峰高程測量也是我國對珠峰展開的第四次大規(guī)模測繪和科考。

最新的珠峰高度是怎樣測出的?人類測量珠峰的技術手段又經(jīng)過了怎樣的進步發(fā)展?本報特約2020珠峰高程測量技術協(xié)調(diào)組成員、中尼珠峰測量聯(lián)合技術委員會成員蔣濤撰文向讀者解答這些問題。

珠穆朗瑪峰，簡稱珠峰，是喜馬拉雅山脈的主峰，同時是世界海拔最高的山峰，位于中國與尼泊爾邊境線上，北部在中國西藏定日縣境內(nèi)，南部在尼泊爾境內(nèi)。

數(shù)千萬年前，印度洋板塊與亞歐大陸板塊碰撞擠壓，青藏高原逐漸隆起并形成“世界屋脊”，其中具代表性的山峰便是珠峰。

作為世界最高峰，珠峰的準確高度，素來為世人矚目。那么，2020年珠峰高程測量是怎樣進行的?其中的科學道理又是什么呢?

2020珠峰高程測量，我國采用了“綜合運用GNSS衛(wèi)星測量、水準測量、光電測距、雪深雷達測量、航空重力和遙感測量、似大地水準面精化和實景三維建模等多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測繪技術，精確測定珠峰高程”的技術路線，并與尼泊爾扎實開展技術合作，最終確定了基于全球高程基準的珠峰雪面高程為8848.86米。具體的科學工作，可以分為以下六個層面。

建立GNSS坐標控制網(wǎng)

在珠峰地區(qū)建立全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)坐標控制網(wǎng)，測量隊員分階段開展高精度GNSS網(wǎng)觀測，獲取343個網(wǎng)點的三維坐標，這就建立了高精度的珠峰高程測量坐標起算基準。

將黃海高程基準值精確傳遞到珠峰腳下

在珠峰及周邊地區(qū)布設高程控制網(wǎng)，開展水準測量，從位于西藏日喀則地區(qū)的國家一等水準點起測，測量隊員利用精密水準儀，一站一站地將黃海高程基準值精確傳遞到珠峰腳下，一共完成了780多公里的水準測量，這都是需要測量隊員依靠徒步測量的方式完成的。

首次在珠峰北側(cè)開展航空重力測量

在珠峰及周邊地區(qū)開展重力測量。精確測定珠峰高程需要建立珠峰地區(qū)的高精度大地水準面模型，進而需要分布均勻的高精度重力數(shù)據(jù)。一般的重力測量采用的是地面重力測量的方法，測繪人員攜帶重力儀進行實地測量，將儀器放置在某個測量點位上，測量一段時間就能得到這個點位的重力數(shù)據(jù)。珠峰地區(qū)平均海拔高度在5000米以上，地形地貌極端復雜，大部分區(qū)域無法開展地面重力測量，重力數(shù)據(jù)稀少，存在大量重力資料空白區(qū)。因此，我們在全世界首次在珠峰北側(cè)地區(qū)開展航空重力測量，以解決重力數(shù)據(jù)空白問題，提升珠峰地區(qū)高程起算面的精度。

航空重力測量，顧名思義，就是把航空重力儀安裝在飛機上，這相當于在飛機上安裝一個感應地球重力的傳感器，它能反映地面重力的變化。飛機按照事先設計好的測線在空中來回飛行，多條飛行測線形成一個密集的空中重力數(shù)據(jù)面。我們結(jié)合機載衛(wèi)星動態(tài)定位、慣性導航和重力儀數(shù)據(jù)把空中重力值測出來。

此次珠峰北側(cè)地區(qū)航空重力測量使用航空地質(zhì)一號飛機，搭載先進的航空重力儀，飛行高度超過1萬米，共獲取航空重力測線總長度5635.2公里，覆蓋面積達1.27萬平方公里。珠峰本身地形復雜，數(shù)據(jù)資料不全，飛機在高海拔地區(qū)起飛，風又特別大，可以說是高風險、高難度的飛行。我們在反復咨詢空軍、民航和氣象等部門的技術專家后，才下定決心在珠峰地區(qū)開展高風險、高難度的航空測量。

測量登山隊員登頂開展峰頂測量

珠峰高程測量，最重要的是測量登山隊員登頂開展峰頂測量，獲取峰頂觀測數(shù)據(jù)。2020年5月27日11時，中國測量登山隊登頂成功后，在峰頂創(chuàng)紀錄地停留了150分鐘。在峰頂開展了測量覘標架設、GNSS測量、雪深雷達測量和地面重力測量，使用的都是國產(chǎn)儀器。

測量登山隊員首次實現(xiàn)了峰頂北斗衛(wèi)星定位，觀測時間超過40分鐘，峰頂點與珠峰地區(qū)9個GNSS地面測站組成峰頂GNSS聯(lián)測網(wǎng)，進行GNSS同步觀測。

測量登山隊員利用國產(chǎn)重力儀，在世界上首次測量了珠峰峰頂重力觀測值，這有助于提高珠峰高程起算面的精度。另外，采用國產(chǎn)地質(zhì)雷達探測儀器測量了峰頂冰雪層厚度。

與此同時，地面測量人員從珠峰腳下的6個測站，利用自主研發(fā)的長測程測距儀照準峰頂覘標反射棱鏡進行交會觀測，最長測距接近19公里，交會觀測數(shù)據(jù)主要為峰頂GNSS測量數(shù)據(jù)提供獨立檢核。

在珠峰峰頂這樣一個極寒、極低氣壓的高海拔環(huán)境中成功完成測量，這很好地說明了國產(chǎn)測量儀器的長足進步。

珠峰測量數(shù)據(jù)處理分析

所有測量數(shù)據(jù)獲取完畢并經(jīng)過質(zhì)量檢查后，進入珠峰測量數(shù)據(jù)處理分析階段。概括而言，珠峰高程測量數(shù)據(jù)處理的核心是通過嚴密計算得到珠峰的“頂”和“底”的精確位置。

對GNSS控制網(wǎng)、峰頂GNSS聯(lián)測網(wǎng)和交會測量數(shù)據(jù)進行處理，可以得到珠峰峰頂覘標點的三維空間坐標，即緯度、經(jīng)度和大地高。數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明：利用GNSS測量數(shù)據(jù)計算的珠峰大地高與交會測量確定的結(jié)果，僅相差2.6厘米，考慮到兩種技術手段相互獨立，這個量級的差異是非常小的;根據(jù)誤差理論，GNSS測量獲取的珠峰大地高結(jié)果精度達到了毫米級。這就實現(xiàn)了珠峰“頂”的高精度測定。

接下來要精確計算珠峰“底”的位置，科學家基于物理大地測量的理論方法進行數(shù)據(jù)處理，聯(lián)合航空重力、地面重力、高分辨率地形和其它數(shù)據(jù)，結(jié)合GNSS和水準測量數(shù)據(jù)，建立珠峰地區(qū)的大地水準面模型，這就相當于把珠峰高程起算面，也就是黃海高程基準面這個“底”精準地確定出來了。結(jié)果表明，加入航空重力測量數(shù)據(jù)后，珠峰高程起算面精度達到了4.8厘米，相比沒有航空重力測量數(shù)據(jù)時，精度提高了近40%，這意味著珠峰海拔高程的精準度也會相應提升。

精準確定了珠峰的“頂”和“底”，珠峰峰頂?shù)拇蟮馗邷p去大地水準面差距，就能獲取精確的珠峰高程值。

中尼合作開展數(shù)據(jù)處理

2020珠峰高程測量的總體目標是落實中尼聯(lián)合聲明，實現(xiàn)中尼兩國共同宣布珠峰高程。中尼雙方成立了中尼珠峰測量聯(lián)合技術委員會，合作開展了數(shù)據(jù)處理。

高程基準是珠峰高程測量的關鍵要素，中國和尼泊爾都有自己國家法定的高程基準，中國是黃海平均海平面，尼泊爾是印度洋平均海平面。按照國際合作慣例，國際合作中通常采用共同高程基準，而不采用某一方的高程基準。

中尼聯(lián)合技術委員會經(jīng)過技術會談最終商定：根據(jù)國際大地測量協(xié)會發(fā)布的關于全球高程基準(IHRS)的定義和參數(shù)，聯(lián)合地面重力、航空重力及其它數(shù)據(jù)建立珠峰地區(qū)重力大地水準面，這是全球高程基準在珠峰地區(qū)的具體實現(xiàn)，作為中尼共同宣布珠峰高程的起算面。

選定了高程基準后，中尼在數(shù)據(jù)處理階段，逐項對中間數(shù)據(jù)和結(jié)果進行了細致比對和反復檢核，雙方數(shù)據(jù)和結(jié)果一致性很好，最終雙方技術團隊共同確定基于全球高程基準的珠峰雪面高程為8848.86米。

此外，在2020珠峰高程測量工作中，我國還開展了珠峰地區(qū)航空遙感測量、實景三維模型構建和冰川變化監(jiān)測等工作。2020珠峰測量獲取的豐富觀測數(shù)據(jù)成果，將為珠峰地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護修復、自然資源管理、地質(zhì)研究與調(diào)查等領域提供寶貴的第一手觀測資料。

延伸閱讀

測量珠峰高度的歷史回顧

人類對珠峰的認識，最初就是從測量其高度開始的。在歷史上，珠峰高度測量的技術也經(jīng)過了不斷的發(fā)展。

無人員登頂?shù)娜歉叱虦y量

1714年至1715年，在清朝康熙帝的派遣下，清朝勘測人員深入珠峰腳下，利用銅鍍金矩度全圓儀、銅質(zhì)御制方矩象限儀(現(xiàn)藏故宮博物院)等儀器，對珠峰位置和高度進行過初步的測量，并在《皇輿全覽圖》上明確標上了珠峰的位置和名稱。這是人類第一次測繪珠峰。

1847年，英屬印度測量局在離珠峰300多公里外的恒河平原上，利用三角高程測量方法對珠峰高度進行了首次測量，測得高程為8778米。所謂三角高程測量方法，就是在位于山腳的地面測站架設光學測量儀器，專業(yè)測量人員照準珠峰峰頂雪面，測量地面測站到峰頂?shù)木嚯x，再測量峰頂?shù)母叨冉牵簿褪怯^測視線與水平面之間的夾角，最后按照三角函數(shù)關系計算出珠峰高度。

在人類尚未登頂珠峰的時期，三角高程測量珠峰高度是一種非常巧妙的遠距離測量技術。但是，因為地面測站到峰頂?shù)木嚯x遠，即使微小的高度角測量誤差也會造成很大的高度誤差。另外，大氣層是一個上疏下密的圈層，光線在通過不同密度介質(zhì)時會發(fā)生折射。從地面測站對峰頂進行照準觀測時，視線穿過三千米左右厚度的大氣層，反射光線會產(chǎn)生明顯的折射，產(chǎn)生大氣折光差，導致珠峰高度的測量誤差。

1921年至1954年，英屬印度測量局對測量儀器、技術和方法進行改進后，開展了多次測量，通過加權計算得到了比較精確的珠峰高程8847.6米，近似為8848米。

人員登頂珠峰立起測量覘標

從地面測站照準珠峰峰頂雪面，不同測站觀測到的目標不一致，會產(chǎn)生較大誤差，這是三角高程測量方法的缺陷。

1975年，中國開展大規(guī)模珠峰測量，登山隊員第一次在峰頂最高點立起測量覘標，從10個地面測站同時觀測覘標，保證了所有地面測站照準的都是峰頂最高點，而且是同一個點。

通過我國科學家的努力，采用改進的理論方法，結(jié)合氣象參數(shù)觀測數(shù)據(jù)，很好地解決了大氣折光誤差的難題。

這一次還采用了人力插桿的方式，測量了峰頂覆雪厚度0.92米(不含結(jié)冰層)。此外，在珠峰地區(qū)開展的三角網(wǎng)測量、水準測量和重力測量，相關數(shù)據(jù)為珠峰高程提供了起算基準。獲取所有測量數(shù)據(jù)后，最后計算出珠峰高程為8848.13米。

衛(wèi)星精密定位技術測量珠峰高程

自1987年開始，隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的成功應用，珠峰高程測量進入衛(wèi)星精密定位時代，中外各國多次利用GNSS技術測量珠峰高度。

GNSS測量是利用人造衛(wèi)星實現(xiàn)對地表點位的精確測量，利用地面GNSS觀測設備接收衛(wèi)星信號，根據(jù)信號傳播速度和傳播時間，測量衛(wèi)星到地表測點的距離。由于衛(wèi)星到地心的距離可通過精密確定衛(wèi)星軌道得知，那么就可以得到地表測點到地球參考橢球面的距離，這一距離被稱為“大地高”。

需要指出的是，“大地高”并不是我們常說的“海拔高”，要得到“海拔高”，還需要確定大地水準面，它是指與平均海平面重合，并延伸到大陸內(nèi)部，并將地球全部包裹起來的水準面。大地水準面代表的是平均海平面，是高程的起算面或基準面，我們平時所說的海拔高度就是相對于這個起算面的高度值，這也是稱之為海拔高度的原因所在。

確定大地水準面，就是測定大地水準面相對于地球參考橢球面的距離，即大地水準面差距，這需要利用區(qū)域內(nèi)密集分布的重力資料，根據(jù)物理大地測量的理論和方法求定，因此需要進行重力測量。我國1975年和2005年兩次大規(guī)模珠峰測量，都是利用水準測量和重力測量技術，將位于青島的黃海高程基準值傳遞至珠峰地區(qū)，實現(xiàn)了珠峰高程起算面的確定。

精密確定珠峰峰頂?shù)拇蟮馗吆痛蟮厮疁拭娌罹嘀岛螅罢邷p去后者，即可得到珠峰峰頂?shù)暮０胃叨龋瑴y量學上稱之為正高。

珠峰峰頂冰雪層厚度測量

珠峰峰頂常年被冰雪覆蓋,對珠峰峰頂雪面到巖石面的冰雪層厚度，2005年以前一直采用人力插桿測深的方法。我國2005年珠峰測量時首次使用了便攜式雷達探測儀精確探測珠峰峰頂冰雪層厚度，獲得峰頂覘標點的冰雪層厚度值為3.50米，測量精度為±0.1米。( 蔣濤)