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珠峰測量背后的“黑科技”,你知道多少?

儀表科普 2020年05月28日 16:42:55來源:傳感器專家網(wǎng) 49164
摘要5月27日11時(shí)整,2020珠峰高程測量登山隊(duì)8名隊(duì)登頂成功。巔峰時(shí)刻,全民沸騰。他們是為精確測量世界的新高度而來!  

  【儀表網(wǎng) 儀表科普】5月27日11時(shí)整,2020珠峰高程測量登山隊(duì)8名隊(duì)登頂成功。巔峰時(shí)刻,全民沸騰。他們是為精確測量世界的新高度而來!
 
   五大“黑科技”為珠峰精準(zhǔn)測高
 
  據(jù)介紹,本次測量工作總體有五方面的技術(shù)突破,具體包括:一是依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),開展測量工作;二是完全利用國產(chǎn)測繪儀器裝備完成本次測量任務(wù);三是應(yīng)用航空重力技術(shù),提升測量精度;四是利用實(shí)景三維技術(shù),直觀展示珠峰自然資源狀況;五是測繪隊(duì)員登頂觀測,獲取可靠測量數(shù)據(jù)。具體這五方面的技術(shù)突破是如何實(shí)現(xiàn)的,讓我們來細(xì)細(xì)分析一下。
 
  一、依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
 
  其中,導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)衛(wèi)星測量是重要一環(huán)。在峰頂,GNSS接收機(jī)能通過衛(wèi)星獲取平面位置、峰頂雪面大地高等信息,而大地高與海拔之間有一定換算關(guān)系。
 
  值得一提的是,2005年測量珠峰“身高”時(shí),GNSS衛(wèi)星測量主要依賴GPS系統(tǒng)。今年將同時(shí)參考美國GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國北斗這四大導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng),并且會(huì)以北斗的數(shù)據(jù)為主。
 
  這是北斗系統(tǒng)在珠峰高程測量項(xiàng)目中應(yīng)用。登頂測量時(shí),的GNSS接收機(jī)將依托北斗系統(tǒng)和珠峰地區(qū)以及外圍的GNSS監(jiān)測網(wǎng)聯(lián)機(jī)同步觀測,同時(shí)還可監(jiān)測相關(guān)地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)。
 
  北斗系統(tǒng)是中國人自己發(fā)明的導(dǎo)航系統(tǒng),北斗系統(tǒng)的區(qū)域增強(qiáng)功能,可以使亞太特別是中國區(qū)域可接收信號更精準(zhǔn),可用性更高,盲區(qū)更少,同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)不會(huì)外泄,可靠性更高,而將北斗導(dǎo)航運(yùn)用于珠峰測量也表示中國的導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)趨向成熟。
 
  二、完全利用國產(chǎn)測繪儀器裝備完成本次測量任務(wù)
 
  據(jù)悉,此次測量任務(wù)中,大量裝備國產(chǎn)化,無論是可靠性、精度等都比2005年有質(zhì)的提高。由于珠峰高程測量在環(huán)境下進(jìn)行,很多裝備都需特別改裝研制,尤其是在峰頂使用的裝備,必須能在低溫、低壓、低氧環(huán)境下使用。為此,多家國內(nèi)生產(chǎn)廠商與國測一大隊(duì)共同研制了多類特殊測量設(shè)備。
 
  2005年,我國首先測得了珠峰的巖面高程和雪深數(shù)據(jù),當(dāng)時(shí)使用的雪深雷達(dá)為意大利設(shè)備,而此次使用的雪深雷達(dá)要同時(shí)獲取位置信息和雪深數(shù)據(jù),兼具衛(wèi)星大地測量和雷達(dá)系統(tǒng)的功能。同時(shí),設(shè)備必須輕便、易攜。多家國外企業(yè)無法研發(fā),終,一國內(nèi)廠家研發(fā)生產(chǎn)成功。
 
  同時(shí),配合北斗系統(tǒng)使用的GNSS接收機(jī)也是國產(chǎn),并且是國產(chǎn)設(shè)備中精度較高的設(shè)備。能在世界高峰的高程測量中應(yīng)用北斗系統(tǒng),是我們中國測繪人的驕傲。
 
  此外,這次登山隊(duì)員帶的儀器大部分都是國產(chǎn)設(shè)備,比如天頂儀、重力儀、峰頂覘標(biāo)、用于三角交會(huì)測量的超長距離測距儀等均為國產(chǎn)儀器。我國新的測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)成果也應(yīng)用于此次測量。可靠性、精度等都比2005年有質(zhì)的提高。
 
  我國專家稱:本次登山隊(duì)將使用各種先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),產(chǎn)生“有史以來精確的測量結(jié)果”。
 
  三、應(yīng)用航空重力技術(shù),提升測量精度
 
  據(jù)了解,此次測量將運(yùn)用航空重力測量技術(shù),提升測量精度。
 
  重力測量即地球表面的重力加速度值,也是精確獲取高程測量成果的要素之一,可以對高程測量結(jié)果進(jìn)行有效改正。重力測量一般由測繪隊(duì)員操作設(shè)備在地面進(jìn)行。而今年增加的航空重力測量技術(shù),即把一系列復(fù)雜的測量系統(tǒng)裝在飛機(jī)上,使飛機(jī)能在空中進(jìn)行連續(xù)測量,相當(dāng)于把重力測量儀帶上了天。
 
  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(jìn)行實(shí)地測量,將儀器放置在某個(gè)測量點(diǎn)位上,測量一段時(shí)間就能得到這個(gè)點(diǎn)位的重力數(shù)據(jù)。但珠峰地區(qū)平均海拔在5000米以上,地形地貌極其復(fù)雜,絕大部分地方人員無法到達(dá),存在大量的重力數(shù)據(jù)空白區(qū),這就嚴(yán)重制約了海拔高程起算面的精準(zhǔn)度。
 
  為了填補(bǔ)珠峰地區(qū)地面重力資料的空白,此次測量應(yīng)用了航空重力測量技術(shù)。把先進(jìn)的航空重力儀安裝在飛機(jī)上,這相當(dāng)于在飛機(jī)安裝的一個(gè)感應(yīng)地球重力的傳感器,它能反映地面重力的變化。飛機(jī)按照事先設(shè)計(jì)好的測線在1萬米左右的高度來回飛行,多條飛行測線形成一個(gè)密集的空中重力數(shù)據(jù)面。結(jié)合機(jī)載衛(wèi)星動(dòng)態(tài)定位、慣性導(dǎo)航和重力儀數(shù)據(jù)把空中重力值測出來。
 
  這樣,航空重力測量的結(jié)果結(jié)合地面重力測量的結(jié)果,再結(jié)合衛(wèi)星資料獲取的數(shù)據(jù),通過物理大地測量的理論方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,把珠峰高程起算面精準(zhǔn)地確定出來后,就可以精確測定珠峰高程。根據(jù)估算,加入航空重力測量的數(shù)據(jù)后,起算面精準(zhǔn)度可以提高大約30%,珠峰峰頂高度的精準(zhǔn)度自然也會(huì)相應(yīng)提升。
 
  四、利用實(shí)景三維技術(shù),直觀展示珠峰自然資源狀況
 
  此外,此次珠峰高程測量還應(yīng)用了實(shí)景三維技術(shù)。這主要是為了在登山過程中給測量登山隊(duì)提供指導(dǎo),另外,也讓公眾能夠更直觀地看到珠峰地區(qū)的實(shí)景,更好地理解珠峰測量的過程和意義。其實(shí)從60年代起,中國科學(xué)工作者對珠峰地區(qū)進(jìn)行了全面考察,珠峰在古生物、自然地理、高4102山氣候以及現(xiàn)代冰川、地貌等多1653方面,都獲得了豐富的價(jià)值。
 
  五、測繪隊(duì)員登頂觀測,獲取可靠測量數(shù)據(jù)
 
  攀登珠峰是具有風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù),高程測量為什么不能通過測繪技術(shù)和高科技設(shè)備,必須要靠人來完成?相關(guān)測繪專家表示,目前的技術(shù)手段尚無法確保測量型無人機(jī)或機(jī)器人在峰頂作業(yè)。
 
  早期的珠峰測繪多在無人登頂?shù)那闆r下進(jìn)行,傳統(tǒng)的交會(huì)測量和三角高程測量有可能出現(xiàn)偏差。珠峰峰頂并不是一個(gè)點(diǎn),而是一個(gè)20多平方米的平面。從山腳下的各觀測點(diǎn)瞄準(zhǔn)峰頂測量,目標(biāo)點(diǎn)難以一致。因此,必須由人將覘標(biāo)帶上峰頂。有了覘標(biāo),在山腳下布設(shè)的觀測點(diǎn)就能更精確地照準(zhǔn)峰頂?shù)臏y量目標(biāo),從而測得精確的角度和距離。
 
  衛(wèi)星遙感影像,目前主要用于地表的監(jiān)測,它可以獲得地表的一些信息。但就目前來說它的精度還是不夠,大概能得到的高程方面的精度是兩米,另外就是它測的也是雪面的高度,因?yàn)闆]有人工到峰頂上去,它就沒有雪深的測量,用衛(wèi)星遙感影像來珠峰測量精度是不夠的。
 
  另外,在珠峰頂上作業(yè)對直升機(jī)的要求是非常高的,要把測量隊(duì)員放下來,把測量設(shè)備、測量儀器從飛機(jī)上卸下來。珠峰頂上的地方非常小,飛機(jī)是不能降落的,而且在運(yùn)動(dòng)過程中,飛機(jī)的螺旋所引起的風(fēng)有可能會(huì)引起冰雪的崩塌。
 
  因此讓測繪隊(duì)員親自登頂,可以獲得可靠的測量數(shù)據(jù)。
 
  12大相關(guān)高科技科普
 
  看了以上的黑科技,大家不禁想給我們國家一個(gè)大大的贊,雖然以前已對珠峰測量過很多次了,但為了結(jié)束上珠峰高程不統(tǒng)一的混亂局面,也為了堅(jiān)守我國國人精益求精的精神,我們再次用高科技政征服了珠峰,征服了世界!
 
  不過,看著這么多五花八門的高科技,會(huì)不會(huì)有些人表示一臉問號,好像聽過,但從來沒有見過,因此小編就搜集了一些相關(guān)資料來解解惑,一起來看看吧!
 
  1.導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)
 
  GNSS的全稱是導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System),它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),包括的、區(qū)域的和增強(qiáng)的,如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),以及相關(guān)的增強(qiáng)系統(tǒng),如美國的WAAS(廣域增強(qiáng)系統(tǒng))、歐洲的EGNOS(歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng))和日本的MSAS(多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng))等,還涵蓋在建和以后要建設(shè)的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GNSS系統(tǒng)是個(gè)多系統(tǒng)、多層面、多模式的復(fù)雜組合系統(tǒng)。
 
  2.GNSS接收機(jī)
 
  就是能夠接收GNSS系統(tǒng)信號的接收機(jī)。
 
  GNSS接收機(jī)可以根據(jù)用途、工作原理、接收頻率等進(jìn)行不同的分類。
 
  3.GPS系統(tǒng)
 
  定位系統(tǒng)(英語:Global Positioning System,通常簡稱GPS),又稱衛(wèi)星定位系統(tǒng),是一個(gè)中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)(98%)提供準(zhǔn)確的定位、測速和高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由美國國防部研制和維護(hù),可滿足位于任何地方或近地空間的軍事用戶連續(xù)精確的確定三維位置、三維運(yùn)動(dòng)和時(shí)間的需要。
 
  4.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
 
  中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(英文名稱:BeiDou Navigation Satellite System,簡稱BDS)是中國自行研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),也是繼GPS、GLONASS之后的第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO,是聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)已認(rèn)定的供應(yīng)商。
 
  5.雪深雷達(dá)
 
  即用雷達(dá)技術(shù)探測積雪表面到達(dá)地面的垂直深度的一種技術(shù),主要使用雪深雷達(dá)探測儀。
 
  6.天頂儀
 
  天頂儀(Zenith telescope),精密測定緯度和緯度變化的儀器。這種儀器用于太爾各特法觀測星對中天天頂距之差來測定天文緯度。一般安裝在固定臺站。它是緯度站的主要觀測儀器。
 
  7.重力儀
 
  重力儀,及重力加速度儀,是確定重力加速度的測量儀器。分為重力儀和相對重力儀,前者測定地球表面上一點(diǎn)的重力值,其精度目前可達(dá)到十幾微伽(μCal);后者用于測定地球表面上兩點(diǎn)間重力值的差值,其精度目前也能達(dá)到10~20μGal,重力儀通常指相對重力儀。
 
  8.測距儀
 
  測距儀,是指一種測定飛機(jī)和地面應(yīng)答臺之間斜距的無線電導(dǎo)航設(shè)備。它由機(jī)載詢問機(jī)和地面應(yīng)答臺組成。利用測定電波從飛機(jī)到電臺之間往返所需時(shí)間來決定兩者之間距離的方法。航空上采用1000MHz附近的脈沖波詢問和回答,其作用距離約500km,供航路上使用。此外,為了進(jìn)近著陸時(shí)和微波著陸系統(tǒng)配合,又發(fā)展了精密測距儀,利用上升速率更快的脈沖前沿的波形,提高精度,其作用距離約40km。兩種測距儀的工作頻率相同,可以兼容工作。
 
  9.航空重力測量
 
  把航空重力測量系統(tǒng)裝在飛機(jī)上進(jìn)行連續(xù)測量的—種重力測量方法。它不受地面交通條件的限制,工作效率較高。航空重力測量的原理、方法和儀器與海洋重力測量基本相同,但飛機(jī)上儀器所受的干擾加速度比船上要大幾倍到幾十倍,而且周期很長。空中的導(dǎo)航定位、航高、航速等測量要求也高,厄缶改正誤差很大;靜力重力儀要附加更強(qiáng)的阻尼易造成重力異常的畸變;且成本較高。
 
  10.慣性導(dǎo)航
 
  慣性導(dǎo)航(inertial navigation) 通過測量飛行器的加速度,并自動(dòng)進(jìn)行積分運(yùn)算,獲得飛行器瞬時(shí)速度和瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)的技術(shù)。組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備都安裝在運(yùn)載體內(nèi),工作時(shí)不依賴外界信息,也不向外界輻射能量,不易受到干擾,是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。
 
  11.實(shí)景三維技術(shù)
 
  運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)對現(xiàn)有場景進(jìn)行多角度環(huán)視拍攝然后進(jìn)行后期縫合并加載播放程序來完成的一種三維虛擬展示技術(shù)。
 
  12.交會(huì)測量
 
  交會(huì)測量(intersection survey)是根據(jù)多個(gè)已知點(diǎn)的平面坐標(biāo)(或高程),通過測定已知點(diǎn)到某待定點(diǎn)的方向或(和)距離(或測定其豎直角),以推求此待定點(diǎn)平面坐標(biāo)(或高程)的測量技術(shù)和方法。以確定待定點(diǎn)平面坐標(biāo)為目的者,稱平面交會(huì)測量;以確定待定點(diǎn)高程者,稱高程交會(huì)測量;以確定待定點(diǎn)三維坐標(biāo)的,稱空間交會(huì)測量;若僅在已知點(diǎn)設(shè)站進(jìn)行觀測稱前方交會(huì),僅在待定點(diǎn)設(shè)站進(jìn)行觀測稱后方交會(huì),既在待定點(diǎn)設(shè)站又在個(gè)別已知點(diǎn)設(shè)站進(jìn)行觀測稱側(cè)方交會(huì)。
 
  13.三角高程測
 
  三角高程測量是指通過觀測兩個(gè)控制點(diǎn)的水平距離和天頂距(或高度角)求定兩點(diǎn)間高差的方法。它觀測方法簡單,受地形條件限制小,是測定大地控制點(diǎn)高程的基本方法。
 
  (原標(biāo)題:珠峰測量背后的13大相關(guān)高科技,你知道多少?)

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