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GNSS丈量手艺确定“大地高”

202101月03日

GNSS丈量手艺确定“大地高”

  2020珠峰高程丈量爬山队胜利登顶后,在峰顶竖立觇标,装置GNSS天线,发展各项峰顶丈量事情。新华社发 行动全国最岑岭、 “地球第三极”,珠峰高程丈量不单是测绘界限的大事,也是群众关心的热门。 受印度板块与欧亚板块碰撞影响,青藏高原属于环球板块运动猛烈区域之一,珠峰也处于完全隆起和漂移状况,取得珠峰隆起的实在数值不停是地球科学事情家关心的首要科常识题。同时,珠峰高程丈量数据可为研讨青藏区域板块运动、冰雪熔解和境遇转折等供应首要参考。精准的珠峰高程丈量功效不单是国度归纳能力和科技兴盛秤谌的再现,更是国度主权的标志,具有庞大国际影响和社会效益。 我国第三次珠峰高程丈量利用了多种身手措施,席卷水准丈量、环球导航卫星编制(GNSS,紧要席卷美国的GPS、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯和我国的北斗)丈量、三角高程丈量、航空与峰顶重力丈量,以及雪深雷达丈量等。云云的操纵不单有利于分别丈量措施结果间的检核,更是为了归纳分别观测身手以晋升高程解算结果精度。 不少群众也许会问,既然有了全新的GNSS丈量,为何还需求古代的重力丈量?珠峰高程丈量到底有多难?没关系让咱们从新说起。 身高起算的“大地水准面” 高程可通过分别丈量式样取得,席卷水准丈量、三角高程丈量、GNSS丈量身手等。但无论利用哪一种身手,重力丈量对高程结果的结尾确定至关首要。 要讲清晰这个题目,得从高程的基础界说起程。 何谓 “高度”?譬喻说,一块印象石碑上刻着珠峰高度8844.43米,这是2005年我国官方颁发的“珠峰高度”值。 “高度”是一样的说法,或者是白话的叫法,“高度”的专业称号是“高程”,是指地表点沿铅垂线倾向到大地水准面的隔绝,又称“海拔高” 或“正高”。 这里有一个“大地水准面”的观点。它指与均匀海水面重合,并延迟到大陆内部的水准面。大地水准面是高程的“起算面”或“基准面”,咱们所说的“珠峰高度”便是相对付这个起算面的高度值。 大地水准面是有物理寓意的。在这个参考面上,重力位是等值的,因而也称为“等位面”。也有一种说法,“高程”是相对付均匀海平面而言的,这便是它为什么又被称为 “海拔高”的出处。 沿用至今的“国度高程基准” 目前,全国上还没有一个万分精准的环球海平面模子,这使得环球高程编制的同一题目,不停是国际大地丈量界的困难。各国采用区域均匀海平面为基准界说“海拔高”。 我国在确定高程时,采用的是黄海均匀海平面行动参考面。依照这个参考面,国度测绘主管部分颁发了“1985国度高程基准”,不停沿用至今。它是依照青岛验潮站1952年至1979年的浪潮记载取得的海平面转折“均匀值”,又称为“均匀海平面”。 珠峰高程便是峰顶相对付黄海均匀海平面的高差。古代的珠峰高度丈量采用水准丈量,也便是从我国青岛水准原点出手,一起向西,就像丈量楼梯台阶高度那样逐段丈量,不停测到珠峰,采用高程转达门径取得珠峰高度。 但这种丈量式样不单隔绝长,并且途径万分繁杂,每次能丈量的隔绝万分有限,这导致高程转达差错大,人力物力和功夫本钱万分高贵。在极寒、地势极繁杂、绝顶缺氧的珠峰区域,用水准丈量门径直接测定珠峰高程,还不具备应有的条款。 从多次珠峰高程丈量来看,采用直接水准丈量与测距高程导线丈量,测得的高程仅到海拔6000多米的地方,海拔更高位子的丈量利用的是三角高程丈量身手。 表面上的“寻常重力值” 在细密水准丈量中,重力丈量能起到至关首要的效用。 咱们显露,因为大地水准面生计流动,导致重力位水准面也不是法式球面。在细密水准丈量中,假使沿分别丈量道路丈量两个水准点间的高差,这会导致取得的高差结果分别等。 在一个大鸿沟区域发展细密水准丈量,假使不参与重力修改,这些丈量功效不具备稹密性,就没有适用代价。通过水准点进取行加密重力丈量,取得水准点上的实测重力值,再操纵相邻水准点重力格外值与实测高差完毕重力格外修改,通过在细密水准丈量数据执掌中参与寻常水准面不屈行修改、重力格外修改(统称“重力修改”),取得最终的观测高差,用其实行水准网平差,阴谋水准点的高程值,云云就能确保细密水准功效的科学性、唯独性和稹密性。 别的,应当预防的是,地球并不是法式球形体,而是一个近似椭球体。为轻易科学研讨,史书上德国科学家引入了一个抱负椭球体来近似真正地球,又称为“均匀椭球体”或“参考椭球体”。 这个参考椭球体包括了地球一齐质料,其面上的重力可通过表面模仿取得,行业界限将这个表面模仿称为“寻常重力值”。也便是说,一朝确定了椭球面上某点位子,就能够显露该点的几何坐标和寻常重力值——参考椭球面是执掌大地丈量功效而采用的与地球巨细和样子万分亲密并实行定位的椭球轮廓。 来自导航卫星的“大地高” 跟着科技敏捷兴盛,环球导航卫星编制(GNSS)的胜利运用,为高程丈量带来革命性转折。在此次珠峰高程丈量中,我国高精度北斗卫星导航定位编制发扬着主力军效用。 GNSS身手丈量的是卫星到地表测点的隔绝。因为卫星到地心的隔绝可通过确定卫星轨道得知,那么就容易取得地表测点到参考椭球面的隔绝,这一隔绝又被称为“大地高”。 一样大地水准面与参考椭球面并不重合,两者生计肯定分歧,操纵GNSS身手不愿直接确定测点到“大地水准面”的隔绝,也就无法测定“高程”或者“海拔高”。 操纵重力丈量,或许取得珠峰区域及峰顶的重力值,在始末种种修改后(席卷仪器零漂、地球固体潮、大气压力等,将峰极点重力值归算到大地水准面),咱们就能取得大地水准面的重力值。纠合参考椭球局面已知的“寻常重力值”,就能取得大地水准面与参考椭球局面之间的重力差(一样被称为“重力格外”),从而进一步企图取得大地水准面与参考椭球面间的隔绝——在珠峰区域,这一“高程格外”大约是-25米(负值代表大地水准面在参考椭球面以下)。 “新身高”精度将达史书最佳 此次珠峰顶的定点重力丈量和北坡1.25万平方公里的航空重力丈量,将明显晋升珠峰区域大地水准面的精度,为高精度的珠峰高程丈量供应史书最好的海拔高程起算基准。于是,此次珠峰高程丈量的精度将达“史上最高”。 简言之,珠峰高程的丈量取决于两个环节身分:一个是珠峰峰顶测点位子到参考椭球面间的隔绝,即“大地高”;另一个是大地水准面到参考椭球面的差异,即 “大地水准面差异”或“高程格外”。GNSS丈量身手确定“大地高”,重力丈量身手确定“高程格外”。 于是,“海拔高”本质便是“大地高”和“高程格外”之差。这便是为什么用GNSS丈量高程时肯定要利用重力丈量的出处。 (作家:孙安全,系中科院院士、中国科学院细密丈量科学与身手更始研讨院研讨员)

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