從珠峰高程的成功測(cè)量看我國(guó)測(cè)繪裝備的發(fā)展

蘆金鑫

摘? 要：2020年珠峰高程的成功測(cè)量，是對(duì)我國(guó)現(xiàn)有測(cè)繪水平的一次綜合檢測(cè)。而國(guó)產(chǎn)測(cè)繪裝備儀器在珠峰高程測(cè)量中全面擔(dān)綱，直接體現(xiàn)了我國(guó)現(xiàn)有測(cè)繪裝備的創(chuàng)新和突破?；诖?，文章對(duì)我國(guó)測(cè)繪地理信息產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行探討和分析，并提出了我國(guó)測(cè)繪裝備存在的不足。

關(guān)鍵詞：珠峰;高程測(cè)量;測(cè)繪裝備;創(chuàng)新發(fā)展

中圖分類號(hào)：P208? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）26-0068-02

Abstract： The successful measurement of Mount Everest in 2020 is a comprehensive test of the current level of surveying and mapping in my country. The domestic surveying and mapping equipment and instruments have comprehensively played an important role in the elevation measurement of Mount Everest， which directly reflects the innovation and breakthrough of my country's existing surveying and mapping equipment. Based on this， this paper discusses and analyzes the current situation and development of my country's surveying and mapping geographic information industry， and puts forward the shortcomings of my country's surveying and mapping equipment.

Keywords： Mount Everest; elevation measurement; surveying equipment; innovation and development

引言

2020年5月27日，珠峰高程測(cè)量登山隊(duì)8名攻頂人員成功從北坡登上珠峰峰頂，完成了珠峰高程的測(cè)量任務(wù)，時(shí)隔15年，我國(guó)再次完成了珠峰高度的測(cè)量工作。本次珠峰測(cè)量工作綜合運(yùn)用了GNSS衛(wèi)星高精度定位測(cè)量、精密水準(zhǔn)測(cè)量、廣電測(cè)距、雪深雷達(dá)測(cè)量、重力測(cè)量、天文測(cè)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(cè)繪技術(shù)，并且是人類首次在珠峰上開展重力測(cè)量工作。本次測(cè)量結(jié)果為地球動(dòng)力學(xué)板塊研究、冰川監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、區(qū)域重力場(chǎng)模型的建立、似大地水準(zhǔn)面的精確優(yōu)化等多個(gè)方面提供精確可靠的數(shù)據(jù)資料支撐。同時(shí)，珠峰高度的精確測(cè)定也體現(xiàn)了同一時(shí)期我國(guó)地理信息領(lǐng)域科技綜合發(fā)展的最高水平，是我國(guó)大地測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重要?dú)v程。而本次珠峰高度測(cè)量最能體現(xiàn)我國(guó)綜合測(cè)繪水平的創(chuàng)新與突破是“國(guó)產(chǎn)測(cè)繪裝備儀器在珠峰高度測(cè)量中全面擔(dān)綱”，所需高精度測(cè)量?jī)x器裝備均由我國(guó)自主研發(fā)。

1 珠峰高程測(cè)量的基本過程

珠峰高程測(cè)量目的是為了獲取珠峰的實(shí)際高度，而珠峰常年厚度積雪，且受地殼板塊運(yùn)動(dòng)和地震等因素的影響，珠峰高程一直在發(fā)生長(zhǎng)期性和隨機(jī)性的變化，所以，珠峰高程測(cè)量是一個(gè)多種測(cè)量手段和數(shù)據(jù)處理方法綜合運(yùn)用、嚴(yán)禁科學(xué)的測(cè)量過程。

（1）采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與傳統(tǒng)三角高程觀測(cè)相結(jié)合的方法，獲取珠峰峰頂?shù)难┟娲蟮馗摺?/p>

（2）基于重力儀、以及航空三維影像數(shù)據(jù)、衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用似大地水準(zhǔn)面優(yōu)化技術(shù)，解算珠峰區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面模型，即珠峰區(qū)域的高程異常格網(wǎng)模型。

（3）通過建立的珠峰區(qū)域高程異常格網(wǎng)模型，將雪面大地高換算成雪面正常高。

（4）結(jié)合珠峰區(qū)域的重力數(shù)據(jù)、三維地形資料，采用地球物力嚴(yán)密算法將雪面正常高換算為雪面正高。

（5）通過雪深雷達(dá)探測(cè)儀探測(cè)峰頂雪深，將雪面正高扣除相應(yīng)雪深，獲取珠峰無雪覆蓋情況下的巖石面正高，即我們所說的珠峰高程。

（6）對(duì)珠峰測(cè)量過程中獲取的所有觀測(cè)資料進(jìn)行綜合處理和分析，獲得珠峰高程的最終數(shù)據(jù)。

2 珠峰測(cè)量中我國(guó)測(cè)繪裝備的創(chuàng)新和突破

2020年是我國(guó)1975年首次完成精確測(cè)量并公布珠峰高程的45周年，也是“十三五”規(guī)劃的收官之年，2020年珠峰高程測(cè)量具有重要的歷史意義，也是對(duì)“十三五”測(cè)繪事業(yè)發(fā)展目標(biāo)的一次重要的實(shí)踐檢驗(yàn)，是我國(guó)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)體系向信息化測(cè)繪體系轉(zhuǎn)變的一次重要里程和重要標(biāo)志。2020年珠峰高程測(cè)量是我國(guó)從未放棄嘗試?yán)眯碌目茖W(xué)技術(shù)探求更精確的高程測(cè)量的重要標(biāo)志，并實(shí)現(xiàn)了我國(guó)信息化測(cè)繪技術(shù)的創(chuàng)新和突破[1]。

（1）依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，開展定位測(cè)量工作。2019年9月，我國(guó)自行研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式向全球提供服務(wù)，可以在全球范圍內(nèi)提供全天候、全天時(shí)、高精度的定位導(dǎo)航服務(wù)。2020年珠峰高程測(cè)量首次采用北斗系統(tǒng)獲取峰頂平面位置峰頂雪面大地高等數(shù)據(jù)信息，相比15年前的衛(wèi)星定位測(cè)量來說，本次測(cè)量完全擺脫了對(duì)GPS定位系統(tǒng)的依賴。

（2）國(guó)產(chǎn)測(cè)繪儀器裝備全面擔(dān)當(dāng)測(cè)量任務(wù)。珠峰測(cè)量過程中，測(cè)量人員登上峰頂后樹立測(cè)量覘標(biāo)，與珠峰周邊布設(shè)的交會(huì)點(diǎn)開展峰頂交會(huì)測(cè)量和GNSS聯(lián)測(cè)，獲取珠峰高程數(shù)據(jù)，使用雪深雷達(dá)探測(cè)儀探測(cè)峰頂雪深，利用重力儀進(jìn)行峰頂重力測(cè)量，利用實(shí)景三維技術(shù)只管展示珠峰的自然資源概況。這些裝備均為我國(guó)自行研發(fā)的測(cè)繪裝備，其中珠峰高程測(cè)量主力裝備“高原冰雪探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)”和“覘標(biāo)”來自中國(guó)南方測(cè)繪公司。本次的“高原冰雪探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)”與2005年珠峰測(cè)量所使用探測(cè)系統(tǒng)相比，重量更輕，雷達(dá)和GNSS均為國(guó)產(chǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成、時(shí)間同步、位置同步，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間更大，數(shù)據(jù)處理效率更高。重力測(cè)量所用高精度重力儀——“珠峰號(hào)”是由北京奧地探測(cè)儀器有限公司和自然資源部第一大地測(cè)量隊(duì)聯(lián)合研制的，這是國(guó)機(jī)集團(tuán)向地球深部進(jìn)軍的一個(gè)縮影，也是國(guó)家高精度重力儀向高質(zhì)量發(fā)展的新起點(diǎn)。

（3）應(yīng)用航空重力技術(shù)，提升測(cè)量精度，利用實(shí)景三維技術(shù)，直觀展示珠峰自然資源狀況。6月2日，“航空地質(zhì)一號(hào)”飛機(jī)完成任務(wù)，標(biāo)志著我國(guó)首次完成對(duì)珠峰及周邊區(qū)域的高精度航空重力測(cè)量。在珠峰測(cè)量中，“航空地質(zhì)一號(hào)”飛機(jī)主要執(zhí)行了珠峰區(qū)域航空重力和遙感測(cè)量任務(wù)，并且能夠快速、高效、高精度地獲取珠峰高程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以及大范圍、高精度的珠峰及周邊區(qū)域三維地形測(cè)量數(shù)據(jù)，并且在測(cè)量任務(wù)中，應(yīng)用到了多種處于世界先進(jìn)水平的機(jī)載國(guó)產(chǎn)測(cè)繪設(shè)備裝備，包括兩套國(guó)產(chǎn)航空重力儀、一套激光雷達(dá)測(cè)量?jī)x等，精度和分辨率高，而且體積小、重量輕、自動(dòng)化程度高?！昂娇盏刭|(zhì)一號(hào)”飛機(jī)飛行高度可達(dá)10500米，是一架集成航空重力、磁力、攝影和高光譜4中航空載荷的全疆域飛行平臺(tái)。

（4）登頂觀測(cè)，獲取可靠觀測(cè)數(shù)據(jù)。本次珠峰登頂觀測(cè)比以往測(cè)量時(shí)間都長(zhǎng)，且獲取的數(shù)據(jù)資料也是最多的，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)信息的高質(zhì)量通信，在5300米、5800米和6500米三個(gè)階梯新增了3個(gè)4G信號(hào)基站和5個(gè)5G信號(hào)基站，保證了珠峰頂部數(shù)據(jù)信號(hào)的穩(wěn)定覆蓋以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾噬闲?，滿足測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸、相關(guān)視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和登頂測(cè)量過程的多路徑直播。通過建立的高速率信息通信平臺(tái)，珠峰峰頂觀測(cè)數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)行回傳，并且通過網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心就可以第一時(shí)間對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，以便提出更可靠的觀測(cè)決策。觀測(cè)人員完成觀測(cè)任務(wù)后，測(cè)量?jī)x器可以相對(duì)多測(cè)量一段時(shí)間，獲取更多的測(cè)量數(shù)據(jù)，并通過5G通信回傳，這樣測(cè)量結(jié)果會(huì)更精確。

3 我國(guó)測(cè)繪裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展

“十三五”規(guī)劃對(duì)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展提出了相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)，即形成適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)的測(cè)繪地理信息管理體制機(jī)制，構(gòu)建新型信息化測(cè)繪公益性保障服務(wù)體系，開創(chuàng)測(cè)繪地理信息事業(yè)發(fā)展的新格局，地理信息資源更加豐富、測(cè)繪保障服務(wù)更加完善。該目標(biāo)的提出體現(xiàn)了信息化測(cè)繪對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的重要性，同時(shí)也對(duì)我國(guó)測(cè)繪裝備的發(fā)展提出了更高的要求，即我國(guó)測(cè)繪裝備應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和信息化國(guó)家平臺(tái)的依托下，大力提升自主研發(fā)能力，大力開展高精度、高穩(wěn)定性、適應(yīng)性強(qiáng)、滿足信息化測(cè)繪事業(yè)發(fā)展的儀器設(shè)備研發(fā)和制造[1-3]。

目前我國(guó)已經(jīng)成為大地工程測(cè)量?jī)x器的生產(chǎn)大國(guó)，并且在世界市場(chǎng)上所占份額也逐年提升，隨著我國(guó)現(xiàn)有科技水平的不斷提升，我國(guó)測(cè)繪技術(shù)裝備也迅速崛起，并且在高端測(cè)繪裝備領(lǐng)域與世界先進(jìn)水平的距離越來越小，甚至在某些領(lǐng)域已經(jīng)趕超其他國(guó)家，例如在本次珠峰測(cè)量中的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)、高原冰雪探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)、以及“珠峰號(hào)”高精度重力儀，在測(cè)繪裝備領(lǐng)域可以見到越來越多的“中國(guó)制造”。大數(shù)據(jù)平臺(tái)、高速率的數(shù)據(jù)通信技術(shù)、航空攝影與遙感技術(shù)、無人機(jī)遙感技術(shù)等在信息化地理信息平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用，使我國(guó)的信息化測(cè)繪技術(shù)走在了世界前沿，而信息化測(cè)繪體系的構(gòu)建，也直接推動(dòng)了我國(guó)測(cè)繪產(chǎn)業(yè)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，測(cè)繪產(chǎn)業(yè)在技術(shù)方面有新的創(chuàng)新突破，產(chǎn)品、服務(wù)和業(yè)態(tài)創(chuàng)新有新的探索，北科天繪的全球最輕的無人機(jī)激光雷達(dá)系統(tǒng)，四維圖新位置大數(shù)據(jù)平臺(tái)MineData基于實(shí)時(shí)獲得的海量數(shù)據(jù)與可視化、算法和服務(wù)高度融合，高德的智能車盒實(shí)現(xiàn)AR實(shí)景導(dǎo)航、車家互聯(lián)等車輛智能化服務(wù)，超圖軟件的新一代三維GIS在三維場(chǎng)數(shù)據(jù)模型與分析、傾斜攝影和BIM等多源數(shù)據(jù)多尺度融合等方面獲得突破，華測(cè)的慣導(dǎo)RTK將慣導(dǎo)技術(shù)與RTK創(chuàng)新結(jié)合起來。

4 我國(guó)測(cè)繪裝備發(fā)展存在的不足

雖然我國(guó)測(cè)繪裝備產(chǎn)業(yè)在一定程度上取得了喜人的成績(jī)，并且在信息化測(cè)繪體系構(gòu)建中凸顯出越來越多的高新技術(shù)裝備，以及構(gòu)建了更為完善的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，但與先進(jìn)國(guó)家的測(cè)繪裝備綜合進(jìn)行比較，我國(guó)測(cè)繪裝備的創(chuàng)新發(fā)展仍舊不能停止。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來講，我國(guó)高新技術(shù)的測(cè)繪裝備企業(yè)規(guī)模較小，而業(yè)務(wù)來源仍舊以傳統(tǒng)測(cè)繪和政府用戶為主，國(guó)際市場(chǎng)的開拓存在很大的發(fā)展空間。從產(chǎn)品質(zhì)量來講，我國(guó)的傳統(tǒng)測(cè)繪裝備與先進(jìn)國(guó)家仍舊存在一定的差距，主要表現(xiàn)在測(cè)繪裝備的穩(wěn)定性和精度，例如，我國(guó)目前大型高精度工程施工中所需的全站儀大都選擇徠卡、拓普康等，而三角架腿也選擇國(guó)外進(jìn)口的木質(zhì)架腿，我國(guó)國(guó)產(chǎn)的全站儀設(shè)備及三角架腿等穩(wěn)定性和精度都存在一定的差距。產(chǎn)業(yè)環(huán)境上，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍舊不能滿足測(cè)繪地理信息發(fā)展的需求，雖然我國(guó)建立了自己的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，擺脫了GPS對(duì)我國(guó)測(cè)繪地理信息的束縛，但我國(guó)在遙感資源衛(wèi)星方面仍舊存在很大空缺，我國(guó)目前正處于衛(wèi)星遙感影像逐漸向商業(yè)化邁進(jìn)階段，商業(yè)性的高分辨率、高時(shí)間的遙感衛(wèi)星數(shù)量較少，高效率的傳輸系統(tǒng)、高分辨率、足夠數(shù)量的組網(wǎng)衛(wèi)星，都限制了商業(yè)遙感的發(fā)展，目前的遙感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間仍舊很大。

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