三测珠峰 顺利登顶 我们是怎样测量世界之巅的？
原创 呜喵王·文和 果壳
今天，我们国家测量队再次登顶珠穆朗玛峰，又一次测定了珠峰的高度。这是继1975年和2005年之后我国第三次测量珠峰的高度。目前珠峰的“身高”还在演算阶段，要想知道珠峰的新“身高”，我们还需要等待一段时间。
从1975年至今，我们之所以隔些年就要重新测量珠峰，是因为珠峰处在欧亚板块与南亚次大陆板块的碰撞交界处，板块运动使得珠峰的高度一直在发生变化，因此需要更新珠峰高度。
用什么丈量珠峰？
1975年，中国测绘队采用传统大地测量方式，并将觇标（一种测绘工具）竖立在了珠峰峰顶。这是人类历史上首次将觇标带到珠峰峰顶。当时精确测得珠峰海拔高程为8848.13米，正式对外发布，并获得国际社会认可。
1975年中国测量队员首次登顶珠峰，红色三脚架即是觇CHAN标丨西藏自治区体育局
这里提到的传统大地测量方式，是指的水准测量。
水准测量示意图丨作者绘图
从上图来看，假设A点的高度已知为X，现在要计算B点的高度。解题步骤如下：
1，在两点之间架设水准测量仪，分别读取A和B两点的水准尺的读数Ha和Hb；
2，Ha和Hb之间的差值H就是A点和B点的高度差；
3，B点的高度就是X+H。
如果还需要计算C点的高度，就可以用B点的X+H作为起算点，把水准仪搬到C点和B点之间，重复上一个步骤就可以。
这就是传统水准测量的基本原理，通过一个已知点的高度去计算未知点的高度。当初计算珠峰高度，中国测量队员就是从珠峰山脚下选定的基准点作为起算点，一步一步将觇标搬上了珠峰顶端。
“海拔”不简单
传统测量方式的一个必要条件是必须从一个已知高度的点开始。作为起算高度的第一个基准点，它的高度越准确，后面计算出来的数值就越准确。
我们平常说的某地的海拔高度，很多人认为是这个地方地和海平面的高差，这其实是不准确的，因为海面受到潮汐的影响，高度时刻都在变化，那样的话岂不是所有的地区海拔高度也都在不停变化？
为了解决这个问题，测量学家提出理想状态下，海平面静止时的高度作为海拔的起算面，然后让这个面从海洋延伸到陆地下方，形成一个覆盖全球的封闭的球体，被称为大地水准面。因为海水静止时候就相当于海水仅受地球重力场影响，所以这个大地水准面又叫做地球重力面。
我国以青岛港验潮站长期观测推算出的黄海平均海面作为中国的水准基面，所谓某地的海拔高度就是该处地面到这个水准基面的距离。中国水准原点（China's leveling origin）建立在青岛港验潮站附近，全国的高度都是从这一点开始计算的，就相当于上图中的那个A点。
图丨新华社记者杨光摄
不过由于地球的质量分布不均匀，所以大地水准面是一个表面坑坑洼洼的球体，想在某个地方准确的测量出当地的海拔高度并不容易。所以人们又想到一个办法，那就是通过数学模型算出一个与大地水准面比较类似的数学球面，被称为似大地水准面。这个数学球体可以通过经纬度坐标算出表面位置，也就为高程计算提供了方便，而且这要数学模型建立的合理，那么它和大地水准面之间的差距可能只有几毫米。我们现在测量说的高程、海拔高度之类的，其实都是用似大地水准面作为起算的基面，而非真实的大地水准面。
不过由于各个国家所处的地球重力场不同，因此各国也会采用不同的似大地水准面来满足满足本国的需求。比如印度与我们采用了不同的似大地水准面模型，所以同样是测量珠峰，我们两国公布的数据也是有差异的。
给珠峰测高的新手段
传统测量方式还有第二个必要的条件：前后两个点必须同时能让水准测量仪看到。
珠峰常年被冰雪覆盖，人们无法在远处观测到封顶岩石顶端的位置，因此要测量到珠峰的真实高度，就必须要排除冰雪的影响——毕竟山的高度是岩石顶端的高度，而不是加上山顶冰雪覆盖的高度。之前人类也多次登顶珠峰，而采取的测量方法是使用探杆向冰层下大洞，探测珠峰岩石层的位置。
冰雪覆盖的珠穆朗玛峰丨图虫创意
现在随着技术的进步，我们也采用了许多新技术来进行此次的珠峰测量。
首先是如今的测量队员可以使用探地雷达来确定珠峰岩石的最高点位置及其上方的冰雪厚度，不再需要像以前那样打钻孔。另外是采用了卫星测量的方式测量珠峰高度——队员们在觇标顶部安装GNSS（全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite Systems）天线，放在测定好的位置上进行静态观测，测量珠峰的真实高度。
卫星定位的原理是由卫星向地面广播自己的坐标，地面的接收机接收到卫星信号之后根据卫星的坐标计算接收机所在位置的坐标与高程。
实现卫星定位至少需要四颗卫星。卫星与接收机组成多个三角形，每个三角形的每条边长、每个交角的度数都是已知的，那么我们就可以利用三角函数计算出接收机的位置和高度。
GNSS定位原理丨作者绘图
提供定位与高程解算的GNSS，目前一共有4家，分别是中国的北斗系统、美国的GPS、欧洲的伽利略系统（Galileo services），以及俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）。15年前我们测量珠峰主要依靠GPS信号，而此次则以我国的北斗系统为主，这也标志着北斗系统已经发展到成熟可靠的程度了。
参考文献
[1]李天文, 卫星测量. 现代测量学[M]. Ke xue chu ban she, 2014.
[2]张勤, 李天文. 重力大地水准与 GPS 水准联合平差精化大地水准面[J]. 西安工程学院学报, 1999, 21(1): 64-68.
作者：呜喵王·文和
编辑：李小葵
一个AI
你们测量队员，到底还有哪儿是去不了的？
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