珠峰“身高”怎么量？

王少勇 高悅

作為世界第一高峰，珠穆朗瑪峰“身高”要想精確測得并非易事。2020年珠峰高程測量綜合運用了全球導航衛星系統測量、水準測量、光電測距、交會和三角高程測量、雪深雷達測量、重力測量、天文測量、衛星遙感、似大地水準面精化等多種傳統和現代測繪技術，精確測定珠峰高程。其中，水準測量、重力測量是重要測量手段，它們是如何進行的呢？

水準測量：用腳步傳遞高程

水準測量是珠峰高程測量的重要手段。水準測量是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按標尺上讀數推算兩點間的高差。通常由水準已知點出發，沿選定的水準路線逐站測定各點的高差。

2020年珠峰高程測量的水準測量是從日喀則國家深層基巖水準點出發。2019年12月，自然資源部第一大地測量隊的水準測量組就來到西藏，經拉孜縣一直推到定日縣和聶木拉縣，復測了珠峰地區的一等水準網。然后，以此一等水準網為基準，從定日縣和崗嘎鎮分成兩條支線，進行珠峰地區的二等水準測量，一直傳遞到珠峰大本營的水準基點。再以此為已知點，通過三等水準測量、高程導線、三角高程測量、跨河水準測量等方式傳遞到珠峰腳下6個交會點。待到覘標樹立在珠峰峰頂，各交會點通過三角測量，并和其他測量手段所得結果綜合計算，確定珠峰的精準高程。

一等水準的精度高于二等，二等高于三等。但即使是三等水準測量，每公里的偶然誤差也是毫米級的。水準測量對誤差要求極其嚴格，以保證水準數據的精確。

在珠峰腳下的扎西宗鄉和曲當鄉之間，記者目睹了水準測量操作過程。下午4點，水準組開始準備測量了。他們找到觀測的間歇點，這是他們上午測到的位置。水準測量要避開正午，太陽直射不利于觀測，他們的工作時間通常是上午8點到12點，下午4點到8點，每半天被他們稱為一個光段。在這里，他們每個光段能測3公里多。每段路線，都必須一步一步去走。

測量隊員金良把電子水準儀從儀器箱里取出來，讓其適應環境溫度，以最大限度避免熱脹冷縮可能帶來的影響。經過簡單的調試，測量就開始了。一個負責測距的工人，手持推輪測距儀，從點位出發，量12米，畫出一個標記，再量12米，再畫出一個標記。金良扛起測距器，把三腳架架設在第一個標記正上方。另外一名工人扛著標尺快步走過第二個標記處，先把一個金屬的尺臺放在地上，再把標尺固定在尺臺上。這樣，水準儀距離前后兩個標尺的距離都是12米，用他們的專業術語說就是前后視距要相等。

金良先把水準儀對準后方的標尺，觀測、瞄準，讀取并記錄數據，再轉過頭，對準前方的標尺，同樣的流程，就得出了這兩點之間的高差。等前后都測量好了，他一揮手，扛起儀器就走，固定后方兩個標尺的工人扛起標尺就走，前方的標尺保持不動。金良把儀器扛到剛才前方標尺之前第一個標記處架設，而工人則把標尺扛到第二個標記處固定住。這時，剛才位于前方的標尺就成為后方的，而剛才后方的標尺則成為前方的，水準儀依然位于兩個標尺中間。就這樣再重復剛才的測量流程，一站一站測下去。

在水準測量中，有些路段很危險，路邊是陡峭的山崖，堆滿亂石。經常隊員們正測著測著，一塊石頭就滾落下來。有的是被風吹落，有的是被山上的巖羊踩落。測量隊員們就這樣克服各種不利因素，一步一步將高程傳遞到珠峰腳下。

重力測量：為了珠峰“身高”更精確

“重力測量對珠峰高程測量具有重大意義，用于珠峰區域大地水準面精化、構建高精度的重力場模型等，為精確測定珠峰高程起到極為重要的作用。”自然資源部第一大地測量隊四中隊（重力中隊）隊長康勝軍說，重力測量成果也可用于冰川變化、地震、板塊運動等問題的研究。

重力測量是測定地球表面的重力加速度值。測定重力值可以利用與重力有關的物理現象，例如在重力作用下的自由落體運動、擺的擺動、彈簧伸縮等。重力測量分絕對重力測量和相對重力測量。絕對重力測量是測定重力場中一點的絕對重力值。近年來由于激光干涉系統和高穩定度頻率標準的出現，使自由落體下落距離和時間的測定精度大大提高，如今普遍采用激光絕對重力儀進行絕對重力測量。自然資源部第一大地測量隊總工辦副主任何志堂介紹說，絕對重力測量對溫度、濕度等外界環境要求苛刻，測量難度較大，在高原地區測得一點的絕對重力值有時甚至需要一周的時間，此次珠峰高程測量在珠峰周邊測得兩個點的絕對重力值。絕對重力值類似于水準測量中的基準點，在珠峰高程測量中，更多的還是進行相對重力測量。

類似于水準測量是測定兩點間的高程差值，相對重力測量是測定兩點的重力差值。何志堂介紹，現在普遍采用彈簧重力儀進行相對重力測量，在不同的位置，受重力影響，彈簧伸縮的程度不同，根據兩點彈簧的變化差異獲得重力差值。

康勝軍介紹說，自然資源部第一大地測量隊已經在珠峰周邊進行加密重力測量190點。通過對各重力測量點數值的計算，可獲得此地區重力場信息。

“重力場信息的重要性，直白地說就是能夠給傳統大地測量手段所得的數據和現代大地測量手段所得的數據搭建一個橋梁。”何志堂說，傳統大地測量手段比如水準測量、三角高程測量，可以測得珠峰高程數據。而基于電子、衛星等的現代大地測量手段，比如GNSS（全球衛星導航定位系統）也可測得珠峰高程數據。但這是兩個系統，測得的數據如何有效互相校正、互為補充，這時就需要依靠重力場信息。

2005年珠峰高程測量，隊員任秀波和柏華崗曾把重力測量推進到7790米，創下了重力測量最高海拔的世界紀錄。這次，自然資源部第一大地測量隊在確保安全的前提下，計劃在珠峰峰頂開展重力測量。康勝軍介紹，登山路線重力測量可獲得真實、精確的路線和峰頂的重力數據，為后期精化大地水準面及地球重力場的構建提供寶貴的數據。

“此次珠峰高程測量重力儀選用基本與1975年、2005年類型接近的國產高精度重力儀。在原有儀器的基礎上，我們與儀器廠商一起，針對珠峰地區特有的自然環境進行了進一步改裝，從而確保更適宜珠峰地區使用。”康勝軍說。

鏈接：2020珠峰高程測量技術一覽

精密水準測量：其作用首先是將我國黃海高程基準，從青島原點精確傳遞至珠峰地區。這次珠峰測量，精密水準從位于日喀則的國家一等水準點（也是深層基巖點）起測，將珠峰高程基準傳遞到珠峰交會點上。除此之外，精密水準與全球導航衛星系統（GNSS）結合，同時利用珠峰地區的地面重力和航空重力資料，得到與1985國家高程基準相一致的珠峰似大地水準面模型，作為珠峰海拔高程的起算面。

衛星定位技術：利用全球導航衛星系統（GNSS），用于精確確定地球表面任何一點的幾何位置。GNSS包括我國北斗衛星導航系統（BDS）、美國全球定位技術（GPS）、俄羅斯GLONASS衛星導航系統和歐洲伽利略衛星導航系統等。

衛星導航定位基準站：對衛星導航信號進行長期連續觀測，并由通信設施將觀測數據實時或定時傳送至數據中心的地面固定觀測站。這些基準站由于連續觀測時間長、定位精度高，一般都作為現代大地測量的控制點。衛星導航定位基準站包括長期基準站和臨時基準站。國家和省市的測繪基準都采用長期基準站，而一些重大工程，如海島礁測繪、珠峰高程測量等，則根據需要，建立臨時基準站，以提高定位精度。

交會測量：根據多個已知點的平面坐標（或高程），通過測定已知點到某待定點的方向或（和）距離（或測定其豎直角），以推求此待定點平面坐標（或高程）的測量技術和方法。以確定待定點平面坐標為目的，稱為平面交會測量;以確定待定點高程的，稱為高程交會測量。

三角高程測量：通過觀測（已知）控制點與（未知）待定點的水平距離和高度角，求定兩點間高差，并確定待定點高程的方法。它的特點是觀測方法簡單，受地形條件限制小。

似大地水準面精化：大地水準面是指與全球平均海平面（或靜止海水面）相重合的水準面，它是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是海拔高程系統的起算面。大地水準面的確定是通過確定它與參考橢球面的間距——大地水準面差距（對于似大地水準面而言，則稱為高程異常）來實現的。

雪深雷達測量：利用雪深雷達儀可以精確測量珠峰峰頂的冰雪層深度，從而將峰頂雪面高程換算為峰頂巖面高程。

衛星遙感：利用衛星遙感技術監測珠峰地區的冰川變化，研究其時空變化特征，對于珠峰地區的自然資源管理、生態環境保護也具有重要意義。