南方测绘定制雪深雷达、觇标助力2020珠峰高程测

日期:2021-09-08编辑作者:南方测绘

  5月27日11时整,2020珠峰高程测量登山队成功登顶珠穆朗玛峰,他们在峰顶竖立觇标,并开展各项峰顶测量工作。

  2020珠峰高程测量登山队8名队员于今日凌晨2时10分许从海拔8300米的突击营地出发,历时近9个小时完成登顶。

  由南方测绘集团联合中国电子科技集团公司第二十二研究所定制开发的“高原冰雪探测雷达系统”、由南方测绘集团常州附件工厂定制生产的觇标登顶珠峰,成为此次珠峰高程测量不可或缺的主力设备。

  2020珠峰高程测量由自然资源部会同外交部、国家体育总局和西藏自治区政府组织实施,正值人类首次从北坡成功登顶珠峰60周年、中国首次精确测定并公布珠峰高程45周年,开展此次珠峰高程测量具有重要的历史意义。

  珠峰高程测量相关筹备工作于2019年启动,同时明确将在五方面实现技术创新和突破,其中包括“国产测绘仪器装备全面担纲本次测量任务”。

  南方测绘集团积极响应号召,与自然资源部、中国测绘科学研究院、陕西测绘地理信息局、自然资源部第一大地测量队(国测一大队)等保持沟通,主动作为,调动集团技术力量攻克科研难题,圆满完成珠峰高程测量主力装备“高原冰雪探测雷达系统”和“觇标”的定制研发任务。

  高原冰雪探测雷达系统主要利用天线发射和接收高频电磁波来探测地面雪深,通过雪深雷达观测获得珠峰峰顶冰雪层厚度,并将其从珠峰峰顶雪面海拔高中扣除,即获得珠峰峰顶岩石面海拔高,也就是俗称的“珠峰高程”。

  对比2005年珠峰高程测量所使用的雪深雷达探测仪,本次“高原冰雪探测雷达系统”亮点颇多:①重量更轻。包括集成的雷达主机、收发天线、GNSS、供电系统、存储设备等部件在内,整体重量不超过5kg;②雷达、GNSS全国产化。其中雷达探测深度≥5米,探测精度<5%*D(D为探测深度),GNSS实时定位并记录数据,可实现-40℃超低温环境下连续作业;③集成度高,在雷达内部全面实现系统集成,实现时间同步、位置同步,每道雷达数据均有相应的GNSS数据对应并储存;④数据解算速度更快。

  曾参与过2005年珠峰高程测量,同时参与了2020年珠峰高程测量的自然资源部第一大地测量队项目部主任柏华岗表示,2005年使用的雪深雷达探测仪,雷达与GNSS之间主要通过一条线来串联,无法做到时间同步和位置同步,GNSS虽然一直在测量,但要同时获取某个时间点的GNSS数据和雷达数据,需要先对GNSS时间点做标记,再去对应雷达的时间,相对比较复杂。也正是因为没有做到时间同步、位置同步,后期数据解算效率降低。

  南方卫星导航副总工程师丁永祥表示,根据珠峰高程测量的特殊要求,南方测绘与二十二所联合成立冰雪雷达技术组,合作研发“高原冰雪探测雷达系统”,主要包括第一阶段做方案设计论证,第二阶段设计生产,第三阶段整机试验,第四阶段多台定制机研制、测试,最后是全面的高原低温现场实测。

  亲历整个过程的南方卫星导航技术员程少华回忆起攻关的种种场景,至今历历在目:测绘事业部反复、大量地测试拆开的主板、天线、采集数据,在不同环境下测试数据、分析数据;系统三部定制软件模块内嵌到主板中,解决50Hz采集问题及数据质量问题;系统二部联合解决信号屏蔽、抗干扰问题;系统三部解决定位设备的时间与雷达采集的时间同步问题;此外还特别定制了线缆、连接口,解决信号传输问题……

  “攻关最吃紧的时候又恰逢疫情影响,大家的出行受影响,还有的技术员被隔离。”丁永祥说,“不能见面就远程,有问题就一遍遍测试、改进,整个项目组都绷紧一根弦,加快进度、解决问题,确保设备如期、高质量供应。”

  高高矗立在珠峰峰顶的觇标非常醒目,它颜色鲜艳,形似灯笼,还有几双“大眼睛”(棱镜)。

  “用于珠峰测量的觇标不仅要结实,而且柔韧性要好,在-40℃低温和10级大风环境下不能折断。”南方测绘常州附件工厂负责人表示,“重量要轻,便于携带,队员们在戴着厚重手套时也能便携折叠、组装。”

  目前市面上的觇标根本无法满足这样的极限要求。接到定制任务,南方测绘常州附件工厂立刻行动起来。

  “少用螺钉”“棱镜座测量夹角69度”“测量高度2米”“接插式”“折叠,快装”“钻冰头定制”“觇标杆定制”……一项项特殊的技术指标要求被绘制成觇标各部件的详细图纸。材料定制,结构加工,细节调整……从开始沟通到最终成品通过验收,小小觇标的制造竟然历经了8个月的打磨。

  “这次的觇标非常轻,集成度高,全国产化定制。”南方测绘常州附件工厂厂长王翔说,“它有两面,共四组棱镜,可以实现南坡和北坡的同时测量。”

  本次珠峰高程测量在北坡设置了6个交会点,测量登山队员将觇标竖立在峰顶,各交会点同步开展交会测量及GNSS测量。

  “有了觇标,我们在山脚下布设的交会点,就能更精确地照准峰顶的测量目标,从而测得精确的角度和距离。”自然资源部第一大地测量队副队长、2020珠峰高程测量现场副总指挥张庆涛说,珠峰峰顶并不是一个点,而是一个平面,仅瞄准峰顶测量,目标点难以一致。觇标的使用解决了这一问题。

  本次珠峰高程测量的实施单位为自然资源部第一大地测量队(国测一大队)——外业测量;自然资源部大地测量数据处理中心——内业数据处理;自然资源部陕西测绘产品质量监督检验站——质量监督检查。

  在国测一大队进行设备考察之时,他们找到了南方测绘,希望通过南方测绘集成研制相关专用设备。

  南方测绘西安分公司经理马卓齐回忆起当时的情景:我们是去年5月21日接到这个需求的,我们和公司技术人员进行了充分的沟通,确定了技术路线后,很快与国测一大队的相关负责人一起赶到北京对接厂商。我记得当时都是深夜了,可大家一点都不觉得累,总觉得有使不完的劲,要一起把这件大事完成好。

  “考察觇标的时候,我们又一起去到了南方测绘常州附件工厂。在雪深雷达和觇标的定制研发期间,我们派了专人负责,测试、演示、再测试、再演示……反复修订,就是要拿出最好的成果。”马卓齐说。

  成立三十多年来,南方测绘坚持多重科研体系,自主创新,掌握核心科技,实现测绘仪器国产化,推动行业信息化发展,从立足中国到走向世界。南方测绘通过持续的科技创新,在新技术、新领域不断探索,实现从技术突破到产品落地,从产品落地到形成持续的规模化销售和应用,展示了强劲的研发能力、创新能力、集成实施能力和服务能力。南方测绘正在实施大地信战略,将会在高端国产测绘装备研制和地理信息多行业应用等方面加大力度,为国家重点建设项目和国家安全重点领域提供可靠的自主测绘装备和应用系统。

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