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
水准测量示意图丨作者绘图
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。
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。
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,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。
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。
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
[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.