每年的5月29日是国际珠穆朗玛峰日,这一特殊的日子旨在纪念人类首次登顶珠峰的伟大壮举。1953年的这一天,新西兰探险家埃德蒙·希拉里和尼泊尔人丹增·诺盖从南坡成功登顶,开启了人类探索珠峰的新篇章。而在探索珠峰的历程中,测量其高度一直是一项充满挑战与意义的科学任务。
在测量珠峰高度的众多方法中,激光雷达测量法近年来备受关注。激光雷达,是一种利用激光束来探测和测量目标物体的雷达技术。它工作时,通过发射器发射激光束,激光束被目标物体反射回来,再由接收器接收并转换为电信号,经过信号处理后可以得到目标物体的距离、角度和速度等信息。其基本构造包括激光器、发射器、接收器和信号处理器等组件,激光器产生激光束,发射器将激光束发射出去,接收器接收从目标物体反射回来的激光,信号处理器对接收到的信号进行处理和分析。
常用的激光雷达测量距离的方法有飞行时间法、相位法等。飞行时间法通过测量激光从发送到返回所用的时间来计算距离,是最常用的一种。例如,在测量珠峰高度时,从地面测量设备向珠峰发射激光脉冲,记录激光脉冲从发射到接收到珠峰反射回来的时间,由于光在真空中的速度是已知的,约为3×10⁸米/秒,根据公式距离=速度×时间÷2(除以2是因为激光走了一个往返路程),就可以计算出测量设备到珠峰的距离。这种方法适用于远距离测量,且原理相对简单。
相位法则是通过测量激光发射和反射时的相位差来计算距离,那些对测距精度要求较高的应用场景更为适用,其测距精度可以达到毫米级。在珠峰测量中,若要获取更为精细的珠峰表面地形信息,相位法就可发挥重要作用。不过,由于相位式测距发射的激光为连续波,这使得它的平均功率远低于脉冲激光的峰值功率,因而无法实现远距离目标的探测。
相较于传统的测量方法,激光雷达测量法具有诸多优势。传统测量方法如三角高程测量,需要测量人员在不同位置进行观测,通过测量角度和距离来计算高差,再推算出珠峰的高度。这种方法受地形、通视条件等因素影响较大,且测量精度有限。而激光雷达测量法可以快速获取大面积的三维数据,不受通视条件限制,能够对珠峰的地形地貌进行全面、细致的扫描。即使是在复杂的山地环境中,也能高效地完成测量任务,大大提高了测量的准确性和效率。
在珠峰高度测量历史上,不同时期采用了不同的技术手段,得到了不同的结果。1975年,中国首次将测量觇标立于珠峰之巅,测得从中国黄海平均海面起算的珠峰高程为8848.13米。此次测量综合利用了三角测量、导线测量、水准测量、三角高程测量、天文测量、重力测量、天文水准测量以及温度垂直梯度测量的成果。到了2005年,测量采用了光电测距、当代最先进的连续GPS观测,还采用了冰雪探测雷达,精确确定珠峰顶的高程和平面位置,测量得出珠峰岩面高程为8844.43米,雪面高程为8848.45米。而2020年的珠峰测量,更是集合了多种现代测量技术,包括GNSS卫星测量、雪深雷达测量、重力测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统和现代测量技术,最终测得珠峰雪面高程为8848.86米。
在这些测量中,激光雷达技术虽然不是唯一的手段,但它为珠峰高度测量提供了重要的数据支持,帮助科学家更准确地了解珠峰的地形地貌,以及珠峰高度的变化情况。
珠穆朗玛峰,这座世界最高峰,它的高度不仅仅是一个数字,更是人类探索自然、挑战极限的象征。而激光雷达测量法等现代技术的应用,让我们在探索珠峰的道路上又迈出了坚实的一步,不断刷新着我们对这座世界屋脊的认知。