院士詳解：2020年，我們這樣給珠峰測身高

5月27日11時，2020珠峰高程測量登山隊8名攻頂隊員成功登頂珠穆朗瑪峰。此時，距離1960年中國人首次登頂珠峰，已是整整60年。中國科學院院士、廣州地球化學研究所所長徐義剛感慨萬千，長期以來珠峰高程測量都由英屬印度測量局主導，中華人民共和國成立之前，我國基本沒有開展過珠峰高程權威測量工作。在我國以往的測量中，使用的裝置和技術很多都還來自外國。

而本次測量被公認為將產生“有史以來最精確的測量結果”。且測量使用的是我國自主測繪資料，這是綜合國力和科技水平的體現。“很多關鍵測量裝備等均由我國自主研製。許多都是廣州的產品，我身為廣州人尤其感到驕傲。” 徐義剛說道。

在近日由廣州市科學技術協會、廣州日報主辦，廣州市科學技術普及中心、廣東廣播電視臺珠江經濟臺、廣州喜揚揚傳媒承辦的廣州科普大講壇第174期《珠峰測量-中國科技“定義”世界新高度》中，徐義剛和2020珠峰測量雪深雷達南方GNSS模組整合技術負責人、南方測繪集團南方衛星導航副總工程師丁永祥講述了此次珠峰測量的重大意義以及測量過程中運用到的科技力量。

珠峰測量對地學研究有重要價值

測量珠峰記錄的不只是珠峰的海拔高程，這對地學研究也有重要價值。珠峰之所以成為世界最高峰，是印度板塊與歐亞板塊兩大板塊相互作用的結果，是地球上地殼水平和垂直運動最激烈的地區之一，如2015年發生在尼泊爾的8.1級大地震。徐義剛說，“珠峰及鄰近地區的大地測量，可以研究我國大陸週期性地震活動的原動力，對地震預報和防災減災具有重要意義。同時，精確的峰頂雪深、氣象和風速等資料，將為冰川監測、生態環境保護等方面的研究提供第一手資料。”

據徐義剛介紹，測量珠峰的準確性取決於兩個關鍵因素：珠峰的山頂高度位置和海拔高度的起算面位置。其中海拔高度起算面位置也被定義為“大地水準面”，是指與平均海水面重合並延伸到大陸內部的水準面，即假想的海平面，在這個面上重力位處處相等。

此外，珠峰峰頂雪層的厚度一年四季都在變化，而測量是在一個時間點完成的，所以不能用雪頂的高度代表珠峰的高度，而是要想辦法測得峰頂岩石面的高度。因此，在測得雪頂高度的同時，必須還要利用雪深雷達測得雪層厚度，經過計算，最終獲得珠峰巖面高度。

徐義剛說，中國採用大地測量技術測量珠峰高程始於1966年。由於當時未能在珠峰峰頂設定覘標，且沒能測量覆雪深度，只能觀測珠峰山頭進行交會，因此這次測量結果沒有正式公佈。1975年，中國利用傳統大地測量技術，第一次精確測定併發布珠峰高程為8848.13米。2005年，我國採用現代大地測量技術，並利用雪深雷達測定珠峰冰雪深度，首次獲得了珠峰巖面高的高程為8846.37米。

得出精確測量結果並不容易，需要運用多種科技手段，所以測量珠峰過程也是國家綜合國力和科技發展水平的體現。

歷史最高精度珠峰高程測量結果從何而來？

徐義剛介紹，目前測量珠峰的方法有三種。第一種是水準測量，即是利用水準儀提供的水平視線，藉助於水準尺直接測定地面上兩點間的高差，然後根據已知點高程和測得的高差，推算出未知點高程。水準測量是測定兩點間高差的主要方法，也是最精密的方法，主要用於建立國家或地區的高程控制網。

第二種方法為三角高程測量，即根據兩點間的水平距離和垂直角計算兩點間高差的方法，不受地形條件限制，傳遞高程迅速，但精度低於水準測量。

第三種方法則為GNSS水準測量法。GNSS測量的是衛星到地表測量點的距離，測量得到的是地表測點到參考橢球面距離，即“大地高”。由於地球物質分佈不均，表面高低不平。參考橢球是一個數學上定義的接近地球形狀的規則橢球。通常大地水準面與參考橢球面存在一定的差異，需要利用重力儀來確定當地的大地水準面。“海拔高”實際就是GNSS測量得到的“大地高”和由重力測量得到的“高程異常”之差。

2020年的珠峰高程測量同時結合了三種測量方法。徐義剛說，登頂隊員在峰頂停留了150分鐘，具體開展了四方面工作：一是在珠峰之巔豎起測量覘標。與此同時，其他6個交匯點的測量隊員瞄準峰頂覘標同步開展峰頂交會測量，即利用三角高程和交會方法，測量峰頂覘標，確定珠峰高度。覘標的使用意義重大，因為珠峰峰頂並不是一個點，而是一個平面，所以僅瞄準峰頂測量，目標點難以一致，覘標可讓測量更加精準。二是透過高精度GNSS定位方法，測量出珠峰雪頂的位置和大地高；三是透過雪深雷達測量峰頂一定範圍內，雪面到岩石面的距離。四是進行峰頂的重力測量，用於校正GNSS測量的大地高，提高測量精度。

徐義剛總結了這次測量珠峰的特點，首先是技術手段更加豐富和全面，實現了對北斗衛星導航系統高精度定位、航空重力測量與遙感、實景三維建模、釐米級似大地水準面精化等測繪高新技術的綜合運用。

“國產儀器此次全面擔綱測量重任，GNSS接收機、超長距離光電測距儀、雪深雷達、峰頂重力儀等關鍵測量裝備等均由我國自主研製。許多都是廣州的產品，我身為廣州人尤其感到驕傲。”徐義剛表示。

廣州日報全媒體記者瞭解到，來自廣州的南方測繪集團為這次珠峰高程測量提供了主力裝備“高原冰雪探測雷達系統”和“覘標”。這些精密儀器在峰頂的嚴寒中經受了考驗，執行良好。

徐義剛說，本次珠峰高程測量也實現了“資料突破”。航空重力測量、峰頂重力測量、峰頂周邊地區重力加密測量等技術手段的使用，將會全面提升珠峰高程測量“起算面”（大地水準面）的精度，進而獲得歷史最高精度的珠峰高程測量結果。

為何需要人力揹著裝置登頂去測珠峰？

每次珠峰測量都是對生命的考驗，以如今的技術水平為何還需要人力揹著裝置登頂去測，為何不能不能透過遙感衛星和無人機完成？

徐義剛表示，2020珠峰高程測量活動是要獲得歷史最高精度的珠峰高程測量結果，這就必須攀登上去測量。首先，一些技術不能滿足我們追求的精度，例如衛星遙感影像目前主要用於地表的監測，它可以獲得地表的一些資訊，但就目前來說精度還是不夠，第二，珠峰高程測量的準確性取決於兩個關鍵因素：珠峰的山頂高度、海拔高度的起算面位置。如果沒有人工到峰頂上去，就不能放置覘標，也不能測量雪深，就不能精確地測定巖面高。另外，GNSS測的是大地高，需要校正，而峰頂的重力測量是進行這種校正所必須的，也是大幅提高精度的有效辦法。至於飛機、無人機，珠峰峰頂氣流不穩定、大風多、氣溫低，測量型無人機目前還無法在峰頂飛行，也沒有機器人頂峰作業的經歷，直升機登頂也存在巨大的風險。

本次珠峰測量結束後，需要兩個月才能出結果，為何要這麼久？丁永祥表示，衛星的計算需要精密軌道和鐘差的，衛星經過可能會擺動，但是測量需要穩定和精確，所以要計算衛星在測量時的一瞬間的軌道在哪裡，此外還有很多資料都需要精密計算，有很大的計算量，所以需要時間。

徐義剛表示，不同時期以不同方式測量珠峰，以及對珠峰高程的多次測量，反映了人類對自然的求知探索精神，已成為人類瞭解和認識地球的一個重要標誌。每次珠峰測量，都體現了我國測繪技術的不斷進步。隨著珠峰地區地殼運動和高程發生大的變化，未來珠峰高程測量還會繼續。

“衛星導航定位技術、雷達測深技術、大地水準面精化技術、絕對重力測量技術、氣象探測技術、登山裝備技術及地學理論方法的完善，這些都有可能繼續突破。尤其隨著衛星遙感和航空遙感技術的不斷髮展，其在珠峰測量和珠峰地區自然資源監測的作用會越來越大。”徐義剛說。